JP2016197154A - Mass measuring device, image forming apparatus, and mass measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微粒子の質量を測定するための質量測定装置、質量測定装置を搭載した画像形成装置、及び微粒子の質量測定方法に関する。 The present invention relates to a mass measuring device for measuring the mass of fine particles, an image forming apparatus equipped with the mass measuring device, and a method for measuring the mass of fine particles.
コピー機や複合機等の画像形成装置には、感光体上に可視画像であるトナー像を形成し、これを記録用紙に転写することで画像形成を行う電子写真方式のものがある。画像形成装置は、感光体に静電潜像を形成し、現像器に収容された現像剤を用いて静電潜像を現像することによってトナー像を形成する。現像剤がトナーとキャリアとを有する二成分現像剤である場合、トナーは、現像器と感光体との間に発生する電界により静電潜像に付着する。そのために、トナーの帯電量(単位質量あたりの電荷量)が、画像の品質を決める重要な要因となる。例えば、現像器内のトナーの帯電量Q/Mが低下した場合に画像の濃度は増加する。一方、現像器内のトナーの帯電量Q/Mが増加した場合に画像の濃度は低下する。 2. Description of the Related Art Some image forming apparatuses such as copiers and multifunction peripherals are of an electrophotographic system in which a toner image, which is a visible image, is formed on a photoreceptor, and the image is formed by transferring the toner image onto a recording sheet. The image forming apparatus forms a toner image by forming an electrostatic latent image on a photoconductor and developing the electrostatic latent image using a developer contained in a developing device. When the developer is a two-component developer having a toner and a carrier, the toner adheres to the electrostatic latent image due to an electric field generated between the developing device and the photoreceptor. For this reason, the charge amount of the toner (the charge amount per unit mass) is an important factor that determines the quality of the image. For example, when the charge amount Q / M of the toner in the developing device decreases, the image density increases. On the other hand, when the charge amount Q / M of the toner in the developing device increases, the image density decreases.
トナーの帯電量Q/Mが変動する要因として、画像形成装置の設置環境における温度や湿度等の環境条件の変化や、長期間の使用による現像剤の劣化が知られている。他に、現像器内の攪拌動作や、現像時に現像器内の規制部材を通過するときの摩擦によって、電荷量Qが増加して帯電量Q/Mが変動する。所望の濃度の画像を形成するためには、現像直前のトナーの帯電量Q/Mを正確に把握して、画像形成条件を帯電量に適した条件に制御する必要がある。 As factors that cause the toner charge amount Q / M to fluctuate, changes in environmental conditions such as temperature and humidity in the installation environment of the image forming apparatus and deterioration of the developer due to long-term use are known. In addition, the charge amount Q increases and the charge amount Q / M fluctuates due to the stirring operation in the developing device and the friction when passing through the regulating member in the developing device during development. In order to form an image having a desired density, it is necessary to accurately grasp the charge amount Q / M of the toner immediately before development and to control the image forming condition to a condition suitable for the charge amount.
特許文献1では、圧電性結晶共振器(ピエゾ素子)と電極とからなるQCMセンサにトナーを吸着させ、ピエゾ素子の発振周波数の変化に基づいて算出された質量Mと、QCMセンサに吸着したトナーの電荷量Qとに基づいてトナー帯電量(Q/M)が算出される。 In Patent Document 1, toner is adsorbed to a QCM sensor including a piezoelectric crystal resonator (piezo element) and an electrode, and the mass M calculated based on the change in the oscillation frequency of the piezo element and the toner adsorbed to the QCM sensor. The toner charge amount (Q / M) is calculated based on the charge amount Q.
特許文献1では、QCMセンサの平板状の電極(被吸着面)が、円筒形の現像ローラのトナーを担持する面に対向するように配置されている。現像ローラが円筒形であるので、電極の表面と現像ローラとの距離が一定ではない。そのために、電極の表面に付着するトナーの量が不均一になる。つまり、電極の表面において現像ローラの表面に最も近い領域に付着するトナー量は、電極の表面において現像ローラの表面に最も遠い領域に付着するトナー量よりも多くなる。 In Patent Document 1, a plate-like electrode (surface to be attracted) of a QCM sensor is disposed so as to face a surface of a cylindrical developing roller carrying toner. Since the developing roller is cylindrical, the distance between the electrode surface and the developing roller is not constant. Therefore, the amount of toner adhering to the electrode surface becomes non-uniform. That is, the amount of toner adhering to the region closest to the surface of the developing roller on the surface of the electrode is larger than the amount of toner adhering to the region farthest from the surface of the developing roller on the surface of the electrode.
測定対象物が電極の表面に不均一に付着した場合、電極に付着した測定対象物の質量を高精度に測定できない可能性がある。これは、ATカットの水晶振動子を用いたQCMセンサは、測定対象物(例えば、トナー)が電極に付着した位置に応じて検出感度が異なるからである。例えば、検出感度の高い電極の中央部に付着する測定対象物が、検出感度の低い他の部分に付着する測定対象物よりも多い場合、QCMセンサは、電極に付着した全ての測定対象物の質量より大きい質量を検出してしまう可能性がある。そのためにQCMセンサは、電極に付着した測定対象物の質量を測定する場合、電極の表面に一様に測定対象物を付着させる必要がある。 When the measurement object adheres unevenly to the surface of the electrode, there is a possibility that the mass of the measurement object attached to the electrode cannot be measured with high accuracy. This is because a QCM sensor using an AT-cut crystal resonator has different detection sensitivity depending on the position where a measurement object (for example, toner) adheres to an electrode. For example, when there are more measurement objects attached to the center part of the electrode having high detection sensitivity than measurement objects attached to other parts having low detection sensitivity, the QCM sensor detects all measurement objects attached to the electrodes. There is a possibility of detecting a mass larger than the mass. Therefore, when measuring the mass of the measurement object attached to the electrode, the QCM sensor needs to uniformly attach the measurement object to the surface of the electrode.
そこで、本発明の目的は、トナーの質量を高精度に測定することにある。 Therefore, an object of the present invention is to measure the mass of toner with high accuracy.
上記課題を解決する本発明の質量測定装置は、トナーの質量を測定する質量測定装置であって、板状の水晶振動子と、前記水晶振動子の第1面に取り付けられた第1の電極と、前記水晶振動子の前記第1面と反対側の第2面に取り付けられた第2の電極と、前記水晶振動子の前記第1面と前記第2面との夫々が対向する方向に滑るように前記水晶振動子を振動させるため、前記第1の電極と前記第2の電極を介して前記水晶振動子に交流電圧を印加する電圧印加手段と、前記第1の電極に付着した前記トナーの質量に応じて変化する前記水晶振動子の共振周波数を検知する検知手段と、前記トナーが前記第1の電極に付着した状態で、前記電圧印加手段に、前記水晶振動子に交流電圧を印加させ、前記検知手段により検知された共振周波数を取得し、前記取得した共振周波数に基づいて前記第1の電極に付着した前記トナーの質量を決定する決定ユニットと、前記第1の電極に重なるように設けられ、開口が形成されたカバー部材と、を有し、前記カバー部材の前記開口から露出している前記第1の電極の領域は、前記水晶振動子の前記振動するときの振幅が略等しいことを特徴とする。 A mass measuring device of the present invention that solves the above problems is a mass measuring device that measures the mass of toner, and includes a plate-like crystal resonator and a first electrode attached to the first surface of the crystal resonator. And a second electrode attached to a second surface opposite to the first surface of the crystal resonator, and a direction in which the first surface and the second surface of the crystal resonator face each other. In order to vibrate the crystal resonator so as to slide, voltage application means for applying an alternating voltage to the crystal resonator via the first electrode and the second electrode, and the first electrode attached to the first electrode A detecting means for detecting a resonance frequency of the crystal resonator that changes in accordance with the mass of the toner, and an AC voltage applied to the crystal resonator in the voltage applying means in a state where the toner is attached to the first electrode. The resonance frequency detected by the detection means A determination unit that determines the mass of the toner attached to the first electrode based on the acquired resonance frequency, and a cover member that is provided to overlap the first electrode and has an opening formed therein. The region of the first electrode exposed from the opening of the cover member has a substantially equal amplitude when the crystal resonator vibrates.
本発明によれば、測定対象物(例えばトナーの)質量を高精度に測定できる。 According to the present invention, the mass of a measurement object (for example, toner) can be measured with high accuracy.
以下、実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、電子写真方式の画像形成装置の概略構成図である。図1中、符番の後尾に付される符号(Y、M、C、K)は、トナー像の色を表す。Yはイエロー、Mはマゼンタ、Cはシアン、Kはブラックを表す。なお、色により区別する必要がない場合には、符番の後尾の符号(Y、M、C、K)を省略して記述する。この画像形成装置は、感光ドラム101Y、101M、101C、101Kに形成されたトナー像を中間転写ベルト115に重なるように転写することでフルカラーの画像を形成する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electrophotographic image forming apparatus. In FIG. 1, symbols (Y, M, C, K) added to the end of the number represent the color of the toner image. Y represents yellow, M represents magenta, C represents cyan, and K represents black. In addition, when it is not necessary to distinguish between colors, the code (Y, M, C, K) at the end of the number is omitted. This image forming apparatus forms a full-color image by transferring the toner images formed on the photosensitive drums 101Y, 101M, 101C, and 101K so as to overlap the intermediate transfer belt 115.
感光ドラム101Yの周囲には、帯電器102Y、露光器103Y、現像器104Y、光学センサ607Y、一次転写ローラ113Y、及びクリーナ106Yが設けられる。感光ドラム101Yは、感光体であり、図中矢印方向に回転する。現像器104Yは、トナーの帯電量Q/Mを測定するトナー帯電量測定部108Yを備える。 A charger 102Y, an exposure device 103Y, a developing device 104Y, an optical sensor 607Y, a primary transfer roller 113Y, and a cleaner 106Y are provided around the photosensitive drum 101Y. The photosensitive drum 101Y is a photosensitive member and rotates in the direction of the arrow in the figure. The developing device 104Y includes a toner charge amount measuring unit 108Y that measures the toner charge amount Q / M.
感光ドラム101Yは、帯電器102により表面が所定の電位に帯電される。露光器103Yは、形成する画像の画像信号に基づいて変調したレーザ光100Yを、感光ドラム101Yの帯電した表面に照射する。これにより感光ドラム101Yの表面には静電潜像が形成される。現像器104Yは、収容する現像剤中のトナーの帯電量Q/Mを測定した後に、感光ドラム101Yと現像スリーブとの間に生じる電界によりトナーを感光ドラム101Yに付着させて、静電潜像を現像する。これにより、感光ドラム101Yにイエローのトナー像が形成される。トナーの帯電量Q/Mの測定処理の詳細については後述する。トナー像のトナー濃度は、光学センサ607Yにより検出される。感光ドラム101M、101C、101Kも周囲に同様の構成を有しており、同様にして各色のトナー像が形成される。 The surface of the photosensitive drum 101Y is charged to a predetermined potential by the charger 102. The exposure device 103Y irradiates the charged surface of the photosensitive drum 101Y with laser light 100Y modulated based on the image signal of the image to be formed. Thereby, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 101Y. The developing device 104Y measures the charge amount Q / M of the toner in the developer to be accommodated, and then attaches the toner to the photosensitive drum 101Y by an electric field generated between the photosensitive drum 101Y and the developing sleeve, thereby electrostatic latent image. Develop. As a result, a yellow toner image is formed on the photosensitive drum 101Y. Details of the measurement process of the toner charge amount Q / M will be described later. The toner density of the toner image is detected by the optical sensor 607Y. The photosensitive drums 101M, 101C, and 101K also have the same configuration in the periphery, and similarly, toner images of each color are formed.
中間転写ベルト115は、各感光ドラム101Y、101M、101C、101Kと、一次転写ローラ113Y、113M、113C、113Kとの間に挟まれており、駆動ローラ105により回転駆動される。また、中間転写ベルト115は、二次転写ローラ114に張架される。各感光ドラム101Y、101M、101C、101Kに形成されたトナー像は、一次転写ローラ113Y、113M、113C、113Kにより、中間転写ベルト115に重なるように転写される。このようにして中間転写ベルト115には4色が重なったトナー像が形成される。なお、トナー像転写後に感光ドラム101Y、101M、101C、101Kに残留する残留トナーは、クリーナ106Y、106M、106C、106Kにより除去される。 The intermediate transfer belt 115 is sandwiched between the photosensitive drums 101Y, 101M, 101C, and 101K and the primary transfer rollers 113Y, 113M, 113C, and 113K, and is driven to rotate by the drive roller 105. Further, the intermediate transfer belt 115 is stretched around the secondary transfer roller 114. The toner images formed on the photosensitive drums 101Y, 101M, 101C, and 101K are transferred to the intermediate transfer belt 115 by the primary transfer rollers 113Y, 113M, 113C, and 113K. In this way, a toner image in which the four colors overlap is formed on the intermediate transfer belt 115. The residual toner remaining on the photosensitive drums 101Y, 101M, 101C, and 101K after the toner image transfer is removed by the cleaners 106Y, 106M, 106C, and 106K.
記録用紙Pは、給紙カセットに収容されており、給紙ローラ116により1枚ずつピックアップされて中間転写ベルト115との接触部まで搬送される。記録用紙Pは、中間転写ベルト115に形成されたトナー像が接触部に搬送されるタイミングに合わせて、接触部に搬送される。中間転写ベルト115に形成されたトナー像は、接触部において、二次転写ローラ114により記録用紙Pに転写される。トナー像が転写された記録用紙Pは、定着器107に搬送される。定着器107は、記録用紙Pにトナー像を熱圧着する。定着器107により記録用紙Pにトナー像が定着する。記録用紙Pは、トナー像が定着した後に、排紙トレイ117に排出される。以上のような構成及び動作により、画像形成装置は、記録用紙Pに画像形成を行う。 The recording paper P is stored in a paper feed cassette, picked up one by one by a paper feed roller 116, and conveyed to a contact portion with the intermediate transfer belt 115. The recording paper P is conveyed to the contact portion in accordance with the timing at which the toner image formed on the intermediate transfer belt 115 is conveyed to the contact portion. The toner image formed on the intermediate transfer belt 115 is transferred to the recording paper P by the secondary transfer roller 114 at the contact portion. The recording paper P on which the toner image is transferred is conveyed to the fixing device 107. The fixing device 107 thermally presses the toner image onto the recording paper P. The toner image is fixed on the recording paper P by the fixing device 107. The recording paper P is discharged to the paper discharge tray 117 after the toner image is fixed. With the configuration and operation as described above, the image forming apparatus forms an image on the recording paper P.
現像器104は、内蔵するトナー帯電量測定部108により、現像前のトナーの質量M及び電荷量Qを測定する。測定したトナーの質量M及び電荷量Qは、露光器103から照射されるレーザ光100の制御に用いられて、感光ドラム101に形成されるトナー像のトナー濃度を調整する。トナー帯電量測定部108は、トナーの質量Mを測定するための質量測定装置としてQCMセンサを備える。トナー帯電量測定部108は、QCMセンサで測定したトナーの質量M、及びトナーの電荷量Qにより、トナーの帯電量Q/Mを算出する。 The developing device 104 measures the mass M and the charge amount Q of the toner before development by the built-in toner charge amount measuring unit 108. The measured toner mass M and charge amount Q are used to control the laser beam 100 emitted from the exposure device 103 to adjust the toner density of the toner image formed on the photosensitive drum 101. The toner charge amount measuring unit 108 includes a QCM sensor as a mass measuring device for measuring the mass M of the toner. The toner charge amount measuring unit 108 calculates the toner charge amount Q / M from the toner mass M measured by the QCM sensor and the toner charge amount Q.
(QCMセンサ)
QCMセンサの構成を図2に基づいて説明する。QCMセンサ120の測定原理に関しては、例えば特許第3725195号に詳細に記載されているので、ここでは概要のみを記載する。QCMセンサ120は、水晶振動子(水晶片127)への交流電圧の印加による圧電逆効果によって結晶振動が励起されるという特性を利用して、QCMセンサ120のプローブ(電極)に吸着させた測定対象物の質量を測定する。QCMセンサ120は、電極表面に付着する測定対象物の質量変化に応じて水晶振動子の発振周波数(共振周波数)が変化するので、この発振周波数の変化量に基づいて測定対象物の質量を検出できる。
(QCM sensor)
The configuration of the QCM sensor will be described with reference to FIG. Since the measurement principle of the QCM sensor 120 is described in detail in, for example, Japanese Patent No. 3725195, only the outline is described here. The QCM sensor 120 uses a characteristic that crystal vibration is excited by a piezoelectric inverse effect caused by application of an alternating voltage to a crystal resonator (crystal piece 127), and is measured by being adsorbed on a probe (electrode) of the QCM sensor 120. Measure the mass of the object. Since the QCM sensor 120 changes the oscillation frequency (resonance frequency) of the crystal resonator according to the mass change of the measurement object attached to the electrode surface, the mass of the measurement object is detected based on the change amount of the oscillation frequency. it can.
測定対象物の質量変化量ΔMと発振周波数の変化量Δfとの関係は次の式(1)に示すSauerbreyの式で表わされる。 The relationship between the mass change amount ΔM of the measurement object and the oscillation frequency change amount Δf is expressed by the Sauerbrey equation shown in the following equation (1).
f0は水晶振動子の基本発振周波数、ρは水晶の密度(2.649x103 kg/m3)、μは水晶のせん断応力(2.947×1010kg ms)、Aは水晶表面の電極表面積(cm2)。
f0 is the fundamental oscillation frequency of the crystal unit, ρ is the density of the crystal (2.649 × 10 3 kg / m 3 ), μ is the shear stress of the crystal (2.947 × 10 10 kg ms), and A is the electrode surface area (cm 2) ).
例えばf0=10[MHz]の水晶振動子の場合、Δf=1[MHz]の変化に対応する質量変化は約5[ng/cm2]である。プローブが測定対象物を吸着していない状態での水晶振動子の発振周波数と、プローブが測定対象物を吸着した状態での水晶振動子の発振周波数との差に基づいて、プローブに吸着した測定対象物の質量が算出される。 For example, in the case of a crystal resonator with f0 = 10 [MHz], the mass change corresponding to the change of Δf = 1 [MHz] is about 5 [ng / cm 2 ]. Measurement that is adsorbed to the probe based on the difference between the oscillation frequency of the crystal unit when the probe is not adsorbing the measurement object and the oscillation frequency of the crystal unit when the probe is adsorbing the measurement object The mass of the object is calculated.
本実施形態のQCMセンサ120は、板状の水晶片127と、水晶片127の第1面に設けられた第1の電極と、水晶片127の第1面の反対側の第2面に設けられた第2の電極とを有する。図2(a)は、QCMセンサ120の第1面側の斜視図であり、図2(b)は、QCMセンサ120の第2面側の斜視図である。QCMセンサ120の第1面には、トナーが付着するトナー付着電極121と、トナー付着電極121に一体に形成された電極端子123とが設けられる。トナー吸着電極121は第1の電極に相当する。QCMセンサ120の第2面には、トナーが付着しないトナー非付着電極122と、トナー非付着電極122に一体に形成された電極端子124とが設けられる。トナー非吸着電極122は第2の電極に相当する。トナー付着電極121、トナー非付着電極122、電極端子123、及び電極端子124は、金等の導電体で形成される。電極端子123と電極端子124とは、トナー付着電極121とトナー非付着電極122とを電気的に接続する。水晶片127は、ATカットの水晶の薄板で構成される水晶振動子である。QCMセンサ120は、トナー付着電極121に付着したトナーの質量に応じて水晶片127の発振周波数が変化する。 The QCM sensor 120 of the present embodiment is provided on a plate-shaped crystal piece 127, a first electrode provided on the first surface of the crystal piece 127, and a second surface opposite to the first surface of the crystal piece 127. Second electrode. 2A is a perspective view of the first surface side of the QCM sensor 120, and FIG. 2B is a perspective view of the second surface side of the QCM sensor 120. On the first surface of the QCM sensor 120, a toner adhesion electrode 121 to which toner adheres and an electrode terminal 123 formed integrally with the toner adhesion electrode 121 are provided. The toner adsorption electrode 121 corresponds to the first electrode. The second surface of the QCM sensor 120 is provided with a toner non-adhering electrode 122 to which toner does not adhere and an electrode terminal 124 formed integrally with the toner non-adhering electrode 122. The toner non-adsorbing electrode 122 corresponds to the second electrode. The toner adhesion electrode 121, the toner non-adhesion electrode 122, the electrode terminal 123, and the electrode terminal 124 are formed of a conductor such as gold. The electrode terminal 123 and the electrode terminal 124 electrically connect the toner adhesion electrode 121 and the toner non-adhesion electrode 122. The crystal piece 127 is a crystal resonator formed of an AT-cut crystal thin plate. In the QCM sensor 120, the oscillation frequency of the crystal piece 127 changes in accordance with the mass of toner attached to the toner attachment electrode 121.
水晶片127を挟んで対向する位置に電極が存在しない領域に付着した物質の質量は測定されない。これは、水晶片127を挟んで対向する電極間に電圧が印加されると厚みすべり振動が発生するが、対向する位置に電極がない場合には水晶片127に電圧が印加されても水晶片127は厚みすべり振動を発生しないからである。QCMセンサ120は、トナー付着電極121に付着したトナーの質量を測定するために、トナー非付着電極122が水晶片127を挟んでトナー付着電極121と対向する位置に設けられている。また、電極端子123と電極端子124とは、水晶片127を挟んで対向する位置に設けられていない。そのために、QCMセンサ120は、電極端子123にトナーが付着してもその質量を測定することはない。なお、電極端子123、124の表面は、電気的な外乱成分の影響を防止するために、絶縁物質により被覆されている。 The mass of the substance adhering to the region where no electrode is present at the opposite position across the crystal piece 127 is not measured. This is because, when a voltage is applied between electrodes facing each other with the crystal piece 127 interposed therebetween, thickness-shear vibration occurs. However, if there is no electrode at the opposed position, the crystal piece 127 even if a voltage is applied to the crystal piece 127. This is because 127 does not generate thickness shear vibration. In the QCM sensor 120, a toner non-adhesion electrode 122 is provided at a position facing the toner adhesion electrode 121 with the crystal piece 127 interposed therebetween in order to measure the mass of the toner adhering to the toner adhesion electrode 121. Further, the electrode terminal 123 and the electrode terminal 124 are not provided at positions facing each other with the crystal piece 127 interposed therebetween. Therefore, the QCM sensor 120 does not measure the mass even if the toner adheres to the electrode terminal 123. The surfaces of the electrode terminals 123 and 124 are covered with an insulating material in order to prevent the influence of electrical disturbance components.
(現像器)
図3は、現像器104の概略構成図である。各色の現像器104Y、104M、104C、104Kの構成は同じであるため、個別の説明は省略する。現像器104は、トナー161及びキャリア162の二成分からなる現像剤110を収容しており、これを感光ドラム101に付着させて静電潜像を現像する。トナー161は、荷電粒子であり、摩擦等により帯電する。現像器104は、現像スリーブ111、規制ブレード112、2つの撹拌スクリュー118、及びトナー帯電量測定部108を備える。トナー帯電量測定部108は、QCMセンサ120を有する。
(Developer)
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the developing device 104. Since the configurations of the developing devices 104Y, 104M, 104C, and 104K for the respective colors are the same, the individual descriptions are omitted. The developing device 104 contains a developer 110 composed of two components of a toner 161 and a carrier 162, and attaches it to the photosensitive drum 101 to develop the electrostatic latent image. The toner 161 is a charged particle and is charged by friction or the like. The developing device 104 includes a developing sleeve 111, a regulation blade 112, two stirring screws 118, and a toner charge amount measuring unit 108. The toner charge amount measuring unit 108 includes a QCM sensor 120.
2つの撹拌スクリュー118は、それぞれ図中矢印方向に回転することで、現像剤110を現像スリーブ111付近まで搬送する。2つの撹拌スクリュー118は、現像剤110の撹拌で生じる摩擦により、トナー161を帯電する。現像スリーブ111は、回転可能な非磁性の筒状部材であり、筒内部に、磁力を有するマグネット152を備える。現像スリーブ111は、マグネット152の磁力によりキャリア162を外周面に引きつけ、矢印A方向に回転することで現像剤110を引きつけつつ回転方向に搬送する。 The two agitating screws 118 each rotate in the direction of the arrow in the drawing to convey the developer 110 to the vicinity of the developing sleeve 111. The two stirring screws 118 charge the toner 161 by friction generated by stirring the developer 110. The developing sleeve 111 is a rotatable non-magnetic cylindrical member, and includes a magnet 152 having magnetic force inside the cylinder. The developing sleeve 111 attracts the carrier 162 to the outer peripheral surface by the magnetic force of the magnet 152 and rotates it in the direction of arrow A to convey the developer 110 while attracting the developer 110.
規制ブレード112は、現像スリーブ111により搬送される現像剤110の量を規制するための規制部材である。現像スリーブ111により搬送される現像剤110は、現像スリーブ111と規制ブレード112との間隙を通過する際に、現像スリーブ111上の単位面積当たりの現像剤110の量が一定になるように規制される。また、同時に、現像剤110と規制ブレード112との接触摩擦が促進されて、トナー161の帯電量が大きくなる。 The regulating blade 112 is a regulating member for regulating the amount of the developer 110 conveyed by the developing sleeve 111. The developer 110 conveyed by the developing sleeve 111 is regulated so that the amount of the developer 110 per unit area on the developing sleeve 111 is constant when passing through the gap between the developing sleeve 111 and the regulating blade 112. The At the same time, the contact friction between the developer 110 and the regulating blade 112 is promoted, and the charge amount of the toner 161 is increased.
トナー帯電量測定部108は、現像スリーブ111の回転方向Aに対して、規制ブレード112の下流側で、感光ドラム101へトナー161が供給される位置の上流側に配置される。また、トナー帯電量測定部108は、QCMセンサ120のトナー付着電極121が現像スリーブ111上の現像剤110と接触せず、かつトナー付着電極121が現像スリーブ111からのトナー161の付着を可能とする距離を開けて配置される。トナー帯電量測定部108は、トナー付着電極121が現像スリーブ111上の現像剤110と接触しないように配置されることで、質量測定中の測定値の変動を防止する。 The toner charge amount measuring unit 108 is disposed on the downstream side of the regulating blade 112 and upstream of the position where the toner 161 is supplied to the photosensitive drum 101 with respect to the rotation direction A of the developing sleeve 111. Further, the toner charge amount measuring unit 108 allows the toner adhesion electrode 121 of the QCM sensor 120 not to contact the developer 110 on the developing sleeve 111 and allows the toner 161 to adhere to the toner 161 from the developing sleeve 111. It is arranged with a distance to be opened. The toner charge amount measuring unit 108 is disposed so that the toner adhesion electrode 121 does not come into contact with the developer 110 on the developing sleeve 111, thereby preventing fluctuation of the measurement value during mass measurement.
(トナー帯電量)
図4は、現像器104内のトナー161の帯電量Q/Mの変化を表す図である。横軸は時間、縦軸は帯電量Q/Mを表す。実線は劣化していない現像剤110、破線は劣化している現像剤110の帯電量Q/Mの変化を表す。上記の通り、トナー161は、撹拌スクリュー118により搬送されながら帯電量(Q/M)Sまで帯電する。帯電速度は徐々に減少する。また、トナー161は規制ブレード112を通過する際にも帯電される。トナー161は、規制ブレード112により感光ドラム101に移動するのに十分な帯電量(Q/M)bまで帯電する。
(Toner charge amount)
FIG. 4 is a diagram illustrating a change in the charge amount Q / M of the toner 161 in the developing device 104. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the charge amount Q / M. A solid line represents a change in the charge amount Q / M of the developer 110 that has not deteriorated, and a broken line represents a change in the charge amount Q / M of the developer 110 that has deteriorated. As described above, the toner 161 is charged up to the charge amount (Q / M) S while being conveyed by the stirring screw 118. The charging speed gradually decreases. The toner 161 is also charged when passing through the regulating blade 112. The toner 161 is charged to a charge amount (Q / M) b sufficient to move to the photosensitive drum 101 by the regulating blade 112.
トナー161は、劣化している場合、帯電量(Q/M)bまで帯電しない。帯電量Q/Mが十分でないまま現像を行うと、静電潜像に付着するトナー量に劣化していないトナー161との間で差が生じてしまい、画像の濃度、色味が変動してしまう。これを正確に補正するために、トナー帯電量測定部108は、トナーの帯電量Q/Mを正確に測定する必要がある。そのためにトナー帯電量測定部108は、図3に示すように、規制ブレード112から現像位置までの間で、トナーの帯電量Q/Mを正確に測定可能な位置に配置される。 When the toner 161 is deteriorated, the toner 161 is not charged up to the charge amount (Q / M) b. If development is performed with the charge amount Q / M not sufficient, a difference occurs with the toner 161 that has not deteriorated in the toner amount attached to the electrostatic latent image, and the density and color of the image fluctuate. End up. In order to correct this accurately, the toner charge amount measuring unit 108 needs to accurately measure the toner charge amount Q / M. Therefore, as shown in FIG. 3, the toner charge amount measuring unit 108 is arranged at a position where the toner charge amount Q / M can be accurately measured between the regulating blade 112 and the development position.
トナー161の帯電量Q/Mが変動する要因には、画像形成装置の設置環境における温度、湿度の変化、キャリア162の経年劣化、トナー消費量、トナー補給量の変化等がある。また、使用しない状態で長時間放置された場合には現像器104内のトナー161の帯電量Q/Mが低下するために、現像器104の立ち上げ直後は帯電量Q/Mが比較的急激に変化する。環境変動や経年劣化に起因する場合、帯電量Q/Mは徐々に変化し、トナー消費や補給に起因する場合、帯電量Q/Mは急減に変化する。急激に変化する場合、例えば、1ページの画像形成中に帯電量Q/Mが変化することがある。 Factors that vary the charge amount Q / M of the toner 161 include changes in temperature and humidity in the installation environment of the image forming apparatus, aging of the carrier 162, changes in toner consumption, and toner supply amount. In addition, when left unused for a long time, the charge amount Q / M of the toner 161 in the developing device 104 decreases, so the charge amount Q / M is relatively abrupt immediately after the start-up of the developing device 104. To change. The charge amount Q / M gradually changes when it is caused by environmental fluctuations or aging deterioration, and the charge amount Q / M changes rapidly when it is caused by toner consumption or supply. In the case of a rapid change, for example, the charge amount Q / M may change during image formation for one page.
帯電量Q/Mが変化すると、同じ条件で現像スリーブ111からトナー161を感光ドラム101に供給した場合に、電荷量Qが同じであってもトナー161の質量Mに差が生じてしまい、形成する画像の濃度、色味が変動する。例えば、帯電量Q/Mが小さいトナー161により現像する場合、現像スリーブ111の一定面積内の電荷量Qが同じであれば、現像に用いたトナー161の質量Mが大きくなりトナー量が多くなる。そのために画像の濃度が高くなる。逆に帯電量Q/Mが大きいトナー161により現像する場合には、電荷量Qが同じであれば、現像に用いるトナー161の質量Mが小さくなりトナー量が少なくなる。そのために画像の濃度が低くなる。 When the charge amount Q / M changes, when the toner 161 is supplied from the developing sleeve 111 to the photosensitive drum 101 under the same conditions, a difference occurs in the mass M of the toner 161 even if the charge amount Q is the same. The density and color of the image will vary. For example, when developing with the toner 161 having a small charge amount Q / M, if the charge amount Q within a certain area of the developing sleeve 111 is the same, the mass M of the toner 161 used for development increases and the toner amount increases. . As a result, the image density increases. Conversely, when developing with the toner 161 having a large charge amount Q / M, if the charge amount Q is the same, the mass M of the toner 161 used for development becomes small and the toner amount decreases. For this reason, the image density is lowered.
本実施形態では、トナー161の帯電量Q/Mに基づいて、原稿データ(画像データ)を補正するための補正条件を変更することで、感光ドラム101に付着させるトナー量を調整する。そのために、トナー161の帯電量Q/Mを正確に測定する必要がある。補正条件が変更された場合、露光器103は補正条件に応じて補正された画像データに基づくレーザ光100を照射する。補正条件が変更されることによって、レーザ光100が1画素を露光する時間(パルス幅)が変更される。なお、帯電量Q/Mに基づいて補正条件を補正する方法は、フィードバック制御に要する時間が短時間であるという利点がある。画像形成装置は、感光ドラム101に付着させるトナー量がトナー161の帯電量Q/Mに適した目標量となるように、感光ドラム101を露光するレーザ光100のパルス幅が調整される。調整されたパルス幅のレーザ光100によって形成された静電潜像がトナーを用いて現像されることによって、トナー161の帯電量Q/Mの変動に起因する画像の濃度変動を抑制できる。 In this embodiment, the amount of toner attached to the photosensitive drum 101 is adjusted by changing the correction condition for correcting the document data (image data) based on the charge amount Q / M of the toner 161. Therefore, it is necessary to accurately measure the charge amount Q / M of the toner 161. When the correction condition is changed, the exposure device 103 irradiates the laser beam 100 based on the image data corrected according to the correction condition. By changing the correction condition, the time (pulse width) that the laser beam 100 exposes one pixel is changed. Note that the method of correcting the correction condition based on the charge amount Q / M has an advantage that the time required for feedback control is short. In the image forming apparatus, the pulse width of the laser beam 100 that exposes the photosensitive drum 101 is adjusted so that the amount of toner attached to the photosensitive drum 101 becomes a target amount suitable for the charge amount Q / M of the toner 161. The electrostatic latent image formed by the laser beam 100 having the adjusted pulse width is developed using toner, whereby the density fluctuation of the image due to the fluctuation of the charge amount Q / M of the toner 161 can be suppressed.
(QCMセンサの検出感度)
QCMセンサ120は、質量検出感度がトナー付着電極121上の位置により異なることが知られている。図5は、質量検出感度の分布図である。QCMセンサ120の質量を検出可能な領域は、トナー付着電極121とトナー非付着電極122とが対向して設けられる領域に略等しい。
(Detection sensitivity of QCM sensor)
The QCM sensor 120 is known to have different mass detection sensitivity depending on the position on the toner adhesion electrode 121. FIG. 5 is a distribution diagram of mass detection sensitivity. A region where the mass of the QCM sensor 120 can be detected is substantially equal to a region where the toner adhesion electrode 121 and the toner non-adhesion electrode 122 are provided to face each other.
QCMセンサ120は、振幅の分布が同心円状に最適化されるように、振幅の分布がコンベックス形状となっている。トナー付着電極121及びトナー非付着電極122はいずれも円形をしており、トナー付着電極121の中央部分が最も振動振幅が大きい。さらに、トナー付着電極121の振動振幅は、トナー付着電極121の中心から遠くなるほど減少する。そのため、トナー付着電極121の中央部分が最も質量検出感度が高く、中央部分からの距離が遠くなるほど質量検出感度が低下する。 In the QCM sensor 120, the amplitude distribution is a convex shape so that the amplitude distribution is optimized concentrically. Both the toner adhesion electrode 121 and the toner non-adhesion electrode 122 are circular, and the central portion of the toner adhesion electrode 121 has the largest vibration amplitude. Further, the vibration amplitude of the toner adhesion electrode 121 decreases as the distance from the center of the toner adhesion electrode 121 increases. Therefore, the central portion of the toner adhesion electrode 121 has the highest mass detection sensitivity, and the mass detection sensitivity decreases as the distance from the central portion increases.
QCMセンサ120の質量検出領域内の振動振幅の大きさは、図5(a)の矢印の大きさで示される。図5(a)では、ATカットの水晶片127のX軸方向とZ’軸方向(Y−Z平面でZ軸に対して35°15’傾いた方向)を示しており、厚みすべり振動の方向は、X軸方向となっている。図5(b)、(c)は、質量検出感度の分布128を示す。いずれの方向にもトナー付着電極121の中央部の質量検出感度が最も高く、トナー付着電極121の縁部に近いほど質量検出感度が低くなる。図5(d)は、質量検出感度の分布128を立体的に示している。 The magnitude of the vibration amplitude in the mass detection region of the QCM sensor 120 is indicated by the size of the arrow in FIG. FIG. 5A shows the X-axis direction and the Z′-axis direction of the AT-cut crystal piece 127 (the direction tilted by 35 ° 15 ′ with respect to the Z-axis in the YZ plane). The direction is the X-axis direction. FIGS. 5B and 5C show a mass detection sensitivity distribution 128. In either direction, the mass detection sensitivity at the center of the toner adhesion electrode 121 is the highest, and the mass detection sensitivity becomes lower as the edge of the toner adhesion electrode 121 is closer. FIG. 5D shows the mass detection sensitivity distribution 128 three-dimensionally.
このようにQCMセンサ120は、質量検出感度が振動振幅に応じた分布を有する。トナー付着電極121にトナー161が一様に付着する場合には、(式1)により発振周波数から付着したトナー161の質量を正確に得ることができる。 Thus, in the QCM sensor 120, the mass detection sensitivity has a distribution corresponding to the vibration amplitude. When the toner 161 uniformly adheres to the toner adhesion electrode 121, the mass of the toner 161 adhered from the oscillation frequency can be accurately obtained by (Equation 1).
しかし、図3に示すように現像器104内の現像スリーブ111とQCMセンサ120のトナー付着電極121との距離は一定ではない。そのために、トナー付着電極121には、トナー161が一様に付着せず、トナー付着電極121に吸着させたトナー161の質量を高精度に測定できない。図6(a)は、現像スリーブ111及びQCMセンサ120の部分拡大図である。 However, as shown in FIG. 3, the distance between the developing sleeve 111 in the developing device 104 and the toner adhesion electrode 121 of the QCM sensor 120 is not constant. Therefore, the toner 161 does not uniformly adhere to the toner adhesion electrode 121, and the mass of the toner 161 adsorbed on the toner adhesion electrode 121 cannot be measured with high accuracy. FIG. 6A is a partially enlarged view of the developing sleeve 111 and the QCM sensor 120.
現像スリーブ111は、電界によりトナー161をQCMセンサ120のトナー付着電極121に付着させる。ここで、現像スリーブ111が円筒形である。本実施形態においては、現像スリーブ111に最も近いトナー付着電極121の領域がトナー付着電極121の中心と略等しくなるように、QCMセンサ120が、配置される。つまり、現像スリーブ111とトナー付着電極121との距離は、QCMセンサ120の中心程近く、縁部ほど遠くなる。QCMセンサ120がコンベックス形状であれば、中心部はより近く、縁部はより遠くなる。トナー付着電極121に付着するトナーの量は現像スリーブ111とQCMセンサ120との距離に応じて異なる。例えば、図6(a)に示すように、トナー付着電極121の中央部に付着したトナーの量はトナー付着電極121の縁部に付着したトナーの量よりも多くなる。 The developing sleeve 111 causes the toner 161 to adhere to the toner adhesion electrode 121 of the QCM sensor 120 by an electric field. Here, the developing sleeve 111 is cylindrical. In the present embodiment, the QCM sensor 120 is arranged so that the region of the toner adhesion electrode 121 closest to the developing sleeve 111 is substantially equal to the center of the toner adhesion electrode 121. That is, the distance between the developing sleeve 111 and the toner adhesion electrode 121 is closer to the center of the QCM sensor 120 and further to the edge. If the QCM sensor 120 is a convex shape, the center is closer and the edge is farther away. The amount of toner adhering to the toner adhering electrode 121 varies depending on the distance between the developing sleeve 111 and the QCM sensor 120. For example, as shown in FIG. 6A, the amount of toner attached to the central portion of the toner attachment electrode 121 is larger than the amount of toner attached to the edge portion of the toner attachment electrode 121.
図6(b)は、QCMセンサ120をトナー161の現像スリーブ111側から見た図である。図6(b)では、トナー付着電極121に付着するトナー161の量の分布を濃淡で示す。付着量が多いほど色が濃く表される。QCMセンサ120の質量検出感度は、振動振幅を示す矢印の大きさに対応する。質量検出感度は、トナー付着電極121の中心ほど大きくなっている。 FIG. 6B is a diagram of the QCM sensor 120 as viewed from the developing sleeve 111 side of the toner 161. In FIG. 6B, the distribution of the amount of toner 161 adhering to the toner adhering electrode 121 is shown in light and shade. The greater the amount of adhesion, the darker the color. The mass detection sensitivity of the QCM sensor 120 corresponds to the size of the arrow indicating the vibration amplitude. The mass detection sensitivity increases toward the center of the toner adhesion electrode 121.
図6(b)では、QCMセンサ120の振動方向、すなわち水晶片127の軸のX方向が現像スリーブ111の回転軸方向と平行になるように配置されている。QCMセンサ120の質量検出感度の分布は同心円状であるので、どの向きに配置してもトナー付着量の分布とQCMセンサ120の質量検出感度の分布の関係に大きな変化はない。図6(b)の場合、質量検出感度の高いトナー付着電極121の中心部にトナー161が多く付着し、質量検出感度の低いトナー付着電極121の周辺部にトナー161が少なく付着する。そのために、(式1)で求められる発振周波数の変化から計算されるトナー161の質量Mは、付着する全体のトナー量より多くなる。つまり、質量検出感度が一様ではなくばらつきを持つQCMセンサ120では、図6(b)のようにトナー161の付着量にばらつきが生じ、一様に物質が付着することが前提となっている(式1)が成り立たない。その結果、発振周波数の変化からトナー付着電極121に付着したトナー161の質量を正確に検出できないことがわかった。 In FIG. 6B, the vibration direction of the QCM sensor 120, that is, the X direction of the axis of the crystal piece 127 is arranged so as to be parallel to the rotation axis direction of the developing sleeve 111. Since the mass detection sensitivity distribution of the QCM sensor 120 is concentric, there is no significant change in the relationship between the toner adhesion amount distribution and the mass detection sensitivity distribution of the QCM sensor 120 regardless of the orientation. In the case of FIG. 6B, a large amount of toner 161 adheres to the central portion of the toner adhesion electrode 121 with high mass detection sensitivity, and a small amount of toner 161 adheres to the peripheral portion of the toner adhesion electrode 121 with low mass detection sensitivity. Therefore, the mass M of the toner 161 calculated from the change in the oscillation frequency obtained by (Equation 1) is larger than the total amount of toner that adheres. That is, in the QCM sensor 120 in which the mass detection sensitivity is not uniform but varies, it is assumed that the amount of toner 161 adhered varies as shown in FIG. 6B and the substance adheres uniformly. (Formula 1) does not hold. As a result, it was found that the mass of the toner 161 adhering to the toner adhering electrode 121 cannot be accurately detected from the change in the oscillation frequency.
(質量検出感度の補正)
トナー付着電極121に付着するトナー161の付着量にばらつきが生じる場合、トナー161の質量を正確に検出するためには、例えば、QCMセンサ120の質量測定領域の質量検出感度の分布のばらつきをなくして一様にすればよい。質量検出感度を一様にすることで、トナー161の付着量にばらつきが生じた場合であっても正確な質量の検出が可能になる。
(Correction of mass detection sensitivity)
In order to accurately detect the mass of the toner 161 when the amount of adhesion of the toner 161 adhering to the toner adhesion electrode 121 varies, for example, the variation in the mass detection sensitivity distribution in the mass measurement region of the QCM sensor 120 is eliminated. And make it uniform. By making the mass detection sensitivity uniform, accurate mass detection is possible even when the amount of toner 161 adhering varies.
すなわち、QCMセンサ120の質量検出領域内の質量検出感度が一定で感度が判明している領域に測定対象物を吸着させて質量を測定し、質量検出感度を補正することで正確に測定対象物の質量を検出することができる。トナー付着電極121を同心円状の複数の領域に分割し、領域毎に一様な膜を形成し、トナー付着電極121における各領域の面積の割合と、各領域に形成された膜の質量とから、分割した領域毎に質量検出感度を求めることができる。図7、図8は、QCMセンサ120の質量検出領域(トナー付着電極121)を複数の領域に分割して、各領域の質量検出感度を求める方法について説明する図である。円盤形状のQCMセンサ120の質量検出感度の分布128は、コンベックス形状である。 In other words, the mass detection sensitivity in the mass detection area of the QCM sensor 120 is constant and the mass is measured by adsorbing the measurement object to an area where the sensitivity is known, and the mass detection sensitivity is corrected to accurately measure the measurement object. Can be detected. The toner adhesion electrode 121 is divided into a plurality of concentric areas, and a uniform film is formed for each area. From the ratio of the area of each area in the toner adhesion electrode 121 and the mass of the film formed in each area The mass detection sensitivity can be obtained for each divided area. 7 and 8 are diagrams for explaining a method of determining the mass detection sensitivity of each region by dividing the mass detection region (toner adhesion electrode 121) of the QCM sensor 120 into a plurality of regions. The mass detection sensitivity distribution 128 of the disk-shaped QCM sensor 120 has a convex shape.
図7(a)は、トナー付着電極121を同心円状に複数の領域に分割した状態を表す。トナー付着電極121は、同心円状の複数の分割領域133a〜133fに分けられる。図7(b)に示すように、各分割領域133a〜133fは、QCMセンサ120全体と比較すると、領域内の質量検出感度のばらつきが少なく、略等しくなる。図7(b)では、各分割領域133a〜133fの各質量検出感度の値を「Ka〜Kf」で表す。なお、質量検出感度が略等しい領域とは、質量検出感度のばらつきが所定の範囲内であり、測定した質量が許容範囲内に収まるような結果が得られる範囲である。 FIG. 7A shows a state in which the toner adhesion electrode 121 is concentrically divided into a plurality of regions. The toner adhesion electrode 121 is divided into a plurality of concentric divided regions 133a to 133f. As shown in FIG. 7B, the divided regions 133a to 133f are substantially equal with less variation in mass detection sensitivity in the region as compared with the entire QCM sensor 120. In FIG. 7B, the mass detection sensitivity values of the divided regions 133a to 133f are represented by “Ka to Kf”. The region where the mass detection sensitivities are substantially equal is a range in which the variation in mass detection sensitivity is within a predetermined range and a result is obtained such that the measured mass falls within the allowable range.
最外周に位置する分割領域133aの質量検出感度Kaは、感度が最も低い領域であるので「1」より小さい値となる。中央に位置する分割領域133fの質量検出感度Kfは、感度が最も高い領域であるので「1」より大きい値となる。分割領域133aと分割領域133fとの間に位置する分割領域133b〜133eの質量検出感度Kb〜Keのいずれかが、「1」に最も近い値となる。質量検出感度が「1」に最も近い領域を用いて質量を検出する場合には、質量検出感度を補正することなく実際の質量に近い値が得られる。 The mass detection sensitivity Ka of the divided region 133a located at the outermost periphery is a region having the lowest sensitivity, and thus has a value smaller than “1”. The mass detection sensitivity Kf of the divided region 133f located in the center is a region having the highest sensitivity, and thus has a value larger than “1”. Any of the mass detection sensitivities Kb to Ke of the divided areas 133b to 133e located between the divided areas 133a and 133f has a value closest to "1". When the mass is detected using the region where the mass detection sensitivity is closest to “1”, a value close to the actual mass can be obtained without correcting the mass detection sensitivity.
図8は、各分割領域133a〜133fに対応するマスク134a〜134fの構成図である。図8により、各分割領域133a〜133fの質量検出感度Ka〜Kfの求め方を説明する。図8(a)に示すマスク134aは、分割領域133aを露出させるための開口部135aを有する。図8(b)に示すマスク134bは、分割領域133bを露出させるための開口部135bを有するカバー部材である。図8(c)に示すマスク134cは、分割領域133cを露出させるための開口部135cを有する。図8(d)に示すマスク134dは、分割領域133dを露出させるための開口部135dを有する。図8(e)に示すマスク134eは、分割領域133eを露出させるための開口部135eを有する。図8(f)に示すマスク134fは、分割領域133fを露出させるための開口部135fを有する。各マスク134a〜134fは、絶縁性の材料により形成される。 FIG. 8 is a configuration diagram of the masks 134a to 134f corresponding to the divided regions 133a to 133f. With reference to FIG. 8, how to obtain the mass detection sensitivities Ka to Kf of the divided regions 133 a to 133 f will be described. The mask 134a shown in FIG. 8A has an opening 135a for exposing the divided region 133a. A mask 134b shown in FIG. 8B is a cover member having an opening 135b for exposing the divided region 133b. The mask 134c shown in FIG. 8C has an opening 135c for exposing the divided region 133c. The mask 134d shown in FIG. 8D has an opening 135d for exposing the divided region 133d. A mask 134e shown in FIG. 8E has an opening 135e for exposing the divided region 133e. The mask 134f shown in FIG. 8F has an opening 135f for exposing the divided region 133f. Each mask 134a-134f is formed with an insulating material.
各開口部135a〜135eは、外側エリアと内側エリアとを連結するための4つの連結路を有する。そのために、同心円状の各分割領域133a〜133eに対し、略十字状に質量検出感度の測定に用いられない領域が生じる(図7(a))。しかし、この質量検出感度の測定に用いられない領域は、他の領域と比較して、質量検出感度の測定の際に問題とならない大きさである。 Each opening part 135a-135e has four connection paths for connecting an outer area and an inner area. For this reason, regions that are not used for measuring the mass detection sensitivity are formed in a substantially cross shape with respect to the concentric divided regions 133a to 133e (FIG. 7A). However, the area that is not used for the measurement of the mass detection sensitivity is a size that does not cause a problem in the measurement of the mass detection sensitivity as compared with the other areas.
このようなマスク134a〜134fを用いて質量検出感度の分布を求める。まず、トナー付着電極121の全域に、所定の条件で一様な膜を形成し、そのときの発振周波数の変化から膜の質量M0を算出する。次に、マスク134aでトナー付着電極121を覆って、同じ条件で膜を形成する。これにより、開口部135aに応じた膜がトナー付着電極121に形成される。このときの発振周波数の変化から開口部135aに対応する膜の質量Maが算出される。同様にして、開口部135b〜135fに応じた膜の質量Mb〜Mfがそれぞれ算出される。 Distribution of mass detection sensitivity is obtained using such masks 134a to 134f. First, a uniform film is formed over the entire area of the toner adhesion electrode 121 under predetermined conditions, and the mass M0 of the film is calculated from the change in oscillation frequency at that time. Next, the toner adhesion electrode 121 is covered with a mask 134a, and a film is formed under the same conditions. As a result, a film corresponding to the opening 135 a is formed on the toner adhesion electrode 121. The film mass Ma corresponding to the opening 135a is calculated from the change in the oscillation frequency at this time. Similarly, the film masses Mb to Mf corresponding to the openings 135b to 135f are respectively calculated.
各分割領域133a〜133fの面積Sa〜Sf及びトナー付着電極121の面積S0により、各分割領域133a〜133fの質量検出感度Ka〜Kfは、(式2)により算出される。(式2)では、一例として質量検出感度Kaの算出式を示す。
Kn=Mn/(M0×(Sn/S0)) (但し、n=a〜f) (式2)
The mass detection sensitivities Ka to Kf of the divided regions 133a to 133f are calculated by (Equation 2) based on the areas Sa to Sf of the divided regions 133a to 133f and the area S0 of the toner adhesion electrode 121. In (Formula 2), the calculation formula of the mass detection sensitivity Ka is shown as an example.
Kn = Mn / (M0 × (Sn / S0)) (where n = a to f) (Formula 2)
(式2)の分母は、分割領域133nの面積Snに実際に付着した物質(膜)の質量を表し、分子は発振周波数の変化から算出された物質(膜)の質量を表す。例えば、分割領域133aの場合、この割合が分割領域133aの質量検出感度Kaとなる。図7(b)に示すように,各分割領域133a〜133fの質量検出感度Ka〜Kfは、検出感度の分布128の各領域のほぼ中央値となる。また、分割領域133aの質量検出感度Kaは「1」より小さい値で、分割領域133fの質量検出感度Kfは「1」より大きな値となる。その間の分割領域133b〜113eの質量検出感度Kb〜Keのいずれかが、「1」に近い値となる。 The denominator of (Expression 2) represents the mass of the substance (film) actually attached to the area Sn of the divided region 133n, and the numerator represents the mass of the substance (film) calculated from the change of the oscillation frequency. For example, in the case of the divided region 133a, this ratio becomes the mass detection sensitivity Ka of the divided region 133a. As shown in FIG. 7B, the mass detection sensitivities Ka to Kf of the divided regions 133a to 133f are approximately the median values of the respective regions of the detection sensitivity distribution 128. Further, the mass detection sensitivity Ka of the divided region 133a is a value smaller than “1”, and the mass detection sensitivity Kf of the divided region 133f is a value larger than “1”. Any of the mass detection sensitivities Kb to Ke of the divided regions 133b to 113e in the meantime becomes a value close to “1”.
同じ形状のQCMセンサ120であれば、質量検出感度の分布も同じになる。そのために、QCMセンサ120の質量検出感度Ka〜Kfを一度算出しておけば、同じ形状のQCMセンサ120を使用する限り、同じ分割領域133a〜133f及び質量検出感度Ka〜Kfを適用することができる。 If the QCM sensors 120 have the same shape, the mass detection sensitivity distribution is also the same. Therefore, once the mass detection sensitivities Ka to Kf of the QCM sensor 120 are calculated, the same divided regions 133a to 133f and mass detection sensitivities Ka to Kf can be applied as long as the QCM sensor 120 having the same shape is used. it can.
図7(b)に示す通り、分割領域133a〜133fのうち最も質量検出感度のばらつきが小さいのは中央部の分割領域133fである。しかし、分割領域133fの面積は、分割領域133a〜133fの中で最も小さく、物質の付着量が少ない。また、分割領域133fは、他の分割領域133a〜133eに比較して質量検出感度Kfが高いために、物質の付着量に僅かなばらつきがあった場合でも測定誤差が大きくなる。これを避けるために、実際にトナー161の質量を検出する場合には、付着する物資の量を増やすために面積が大きく、且つ、質量検出感度が低い領域を用いることが望ましい。中央部の分割領域133fより外側の分割領域133e、さらに外側の分割領域133d、とより外側の分割領域が、物質の付着量のばらつきによる影響を低減することができる。 As shown in FIG. 7B, among the divided areas 133a to 133f, the smallest divided mass detection sensitivity is the divided area 133f at the center. However, the area of the divided region 133f is the smallest among the divided regions 133a to 133f, and the amount of adhered substances is small. Further, since the divided region 133f has a higher mass detection sensitivity Kf than the other divided regions 133a to 133e, a measurement error becomes large even when there is a slight variation in the adhesion amount of the substance. In order to avoid this, when the mass of the toner 161 is actually detected, it is desirable to use a region having a large area and low mass detection sensitivity in order to increase the amount of attached material. The division region 133e outside the central division region 133f, the division region 133d outside, and the division region outside the central division region 133f can reduce the influence due to the variation in the amount of adhered substances.
どの分割領域を用いると最も誤差が小さくなるかは、全体の質量検出感度の分布形状と、分割領域の面積、物質の付着量のばらつき方により異なるために、実験的に最適な分割領域を決めることになる。なお、質量検出感度が「1」に近い分割領域であれば、質量検出感度を補正する必要がないために、この分割領域を用いてもよい。 Which divided region is used to minimize the error depends on the distribution shape of the entire mass detection sensitivity, the area of the divided region, and how the amount of adhered substances varies, so the optimal divided region is determined experimentally. It will be. In addition, if the mass detection sensitivity is close to “1”, it is not necessary to correct the mass detection sensitivity. Therefore, this division region may be used.
以下、面積がある程度広く、質量検出感度が縁部や中央部に比較すると「1」に近い領域で、物質の付着量のばらつきによる誤差が比較的少ないと思われる分割領域133bによりトナー161の質量を検出する場合について説明する。 In the following, the mass of the toner 161 is divided by the divided region 133b, which has a relatively large area and has a mass detection sensitivity close to “1” as compared to the edge and the center, and is considered to have a relatively small error due to variation in the amount of adhered substances. The case of detecting the will be described.
図9は、分割領域133bにのみトナー161を付着させる様子を表す図である。図10は、現像器104の構成概略図である。図10に示すように、トナー帯電量測定部108は、QCMセンサ120と現像スリーブ111との間に、開口部135bを有するマスク134b(図8(b)参照)を備える。マスク134bは、図9(b)に示すように、QCMセンサ120のトナー付着電極121を覆うように、僅かにギャップを設けて配置される。QCMセンサ120のトナー付着電極121に電界をかけることで、マスク134bの開口部135bを通して、図9(a)に示すように、トナー付着電極121の分割領域133bにのみトナー161が付着する。なお、分割領域133bの質量検出感度Kbは、予め算出されている。 FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which the toner 161 is attached only to the divided region 133b. FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the developing device 104. As shown in FIG. 10, the toner charge amount measuring unit 108 includes a mask 134b (see FIG. 8B) having an opening 135b between the QCM sensor 120 and the developing sleeve 111. As shown in FIG. 9B, the mask 134 b is arranged with a slight gap so as to cover the toner adhesion electrode 121 of the QCM sensor 120. By applying an electric field to the toner adhesion electrode 121 of the QCM sensor 120, the toner 161 adheres only to the divided area 133b of the toner adhesion electrode 121 through the opening 135b of the mask 134b as shown in FIG. Note that the mass detection sensitivity Kb of the divided region 133b is calculated in advance.
トナー161を質量検出感度Kbが算出されている分割領域133bにのみ付着させて発振周波数の変化を検出することで、(式1)により、付着したトナー161の質量を算出することができる。(式1)による算出結果を質量検出感度Kbで除算することで、正確な質量Mを算出することができる。このようにして、画像形成装置内で現像直前のトナー161の質量Mを測定することができる。 By detecting the change of the oscillation frequency by attaching the toner 161 only to the divided region 133b where the mass detection sensitivity Kb is calculated, the mass of the attached toner 161 can be calculated by (Equation 1). By dividing the calculation result by (Equation 1) by the mass detection sensitivity Kb, the accurate mass M can be calculated. In this way, the mass M of the toner 161 immediately before development can be measured in the image forming apparatus.
(制御装置)
画像形成装置は、トナー161の質量Mの測定後に、トナー161の電荷量Qを測定してトナー161の帯電量Q/Mを算出する。図11は、トナー161の帯電量Q/Mの算出及び画像形成処理の制御を行う制御装置の構成図である。制御装置は、画像形成装置により行われる画像形成に関するすべての処理を制御するが、ここでは、トナー161の帯電量Q/Mの測定及び帯電量Q/Mに応じたレーザ光の調整(階調補正)を行う構成についてのみ示し、他の処理のための構成は省略する。説明を簡単にするために、図11では、一つの感光ドラム101にトナー像を形成する構成を示す。
(Control device)
After measuring the mass M of the toner 161, the image forming apparatus measures the charge amount Q of the toner 161 and calculates the charge amount Q / M of the toner 161. FIG. 11 is a configuration diagram of a control device that calculates the charge amount Q / M of the toner 161 and controls the image forming process. The control device controls all processes related to image formation performed by the image forming apparatus. Here, the control unit measures the charge amount Q / M of the toner 161 and adjusts the laser light according to the charge amount Q / M (gradation). Only the configuration for performing correction) is shown, and the configuration for other processing is omitted. In order to simplify the description, FIG. 11 shows a configuration in which a toner image is formed on one photosensitive drum 101.
制御装置は、制御部1107及びQ/M測定部1101を備える。制御部1107は、適切なレーザ光が感光ドラム101に照射されるように露光器103を制御し、QCMセンサ120を制御して現像スリーブ111に担持されたトナー161の帯電量を検出する。Q/M測定部1101は、トナー161の質量M及び電荷量Qの測定結果を制御部1107に入力する。 The control device includes a control unit 1107 and a Q / M measurement unit 1101. The control unit 1107 controls the exposure unit 103 so that an appropriate laser beam is applied to the photosensitive drum 101, and controls the QCM sensor 120 to detect the charge amount of the toner 161 carried on the developing sleeve 111. The Q / M measurement unit 1101 inputs the measurement results of the mass M and the charge amount Q of the toner 161 to the control unit 1107.
CPU606は画像形成装置の各ユニットを制御する。ROM605はコンピュータプログラムなどの予め設定してあるデータを格納する格納部である。RAM604は、書き換え可能なデータを格納する格納部である。制御部1107は、Q/M算出部1106、LUT(Look Up Table)601、LUT補正部602、及びレーザドライバ603を備える。 A CPU 606 controls each unit of the image forming apparatus. The ROM 605 is a storage unit that stores preset data such as computer programs. The RAM 604 is a storage unit that stores rewritable data. The control unit 1107 includes a Q / M calculation unit 1106, an LUT (Look Up Table) 601, an LUT correction unit 602, and a laser driver 603.
Q/M算出部1106は、Q/M測定部1101で測定されたトナー161の質量M及び電荷量Qに応じて、トナー161の帯電量Q/Mを算出する。LUT601は、画像データを補正するためのテーブルを格納する。CPU606は、LUT601に格納されたテーブルに基づいて画像データを補正し、補正された画像データ(画像信号)をレーザドライバ603に転送する。レーザドライバ603は画像信号に基づいて露光器103から出射されるレーザ光のパルス幅を制御する。LUT補正部602は、Q/M算出部1106で算出されたトナー161の帯電量Q/Mに応じてLUT601の内容を補正する。LUT601が帯電量Q/Mに基づいて補正されることによって、画像形成装置により形成される画像の階調特性が補正される。これにより、露光器103から出射されるレーザ光により感光ドラム101に形成される静電潜像は、現像時に付着するトナー161の帯電量Q/Mに適した露光時間によって形成されるので、帯電量Q/Mの変動の影響による濃度の変動が抑制される。 The Q / M calculation unit 1106 calculates the charge amount Q / M of the toner 161 according to the mass M and the charge amount Q of the toner 161 measured by the Q / M measurement unit 1101. The LUT 601 stores a table for correcting image data. The CPU 606 corrects the image data based on the table stored in the LUT 601 and transfers the corrected image data (image signal) to the laser driver 603. The laser driver 603 controls the pulse width of the laser light emitted from the exposure device 103 based on the image signal. The LUT correction unit 602 corrects the contents of the LUT 601 according to the charge amount Q / M of the toner 161 calculated by the Q / M calculation unit 1106. By correcting the LUT 601 based on the charge amount Q / M, the gradation characteristics of the image formed by the image forming apparatus are corrected. As a result, the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 101 by the laser light emitted from the exposure device 103 is formed with an exposure time suitable for the charge amount Q / M of the toner 161 attached during development. Concentration fluctuations due to the influence of fluctuations in the quantity Q / M are suppressed.
Q/M測定部1101は、Q測定回路1102、M測定回路1103、電極用電源1104、及びスイッチ回路1105を備える。Q測定回路1102は、トナー帯電量測定部108によりトナー161の電荷量Qを測定する。M測定回路1103は、トナー帯電量測定部108によりトナー161の質量Mを測定する決定ユニットである。電極用電源1104は、トナー帯電量測定部108のトナー付着電極121に電界を発生させるための電圧を供給する。スイッチ回路1105は、トナー帯電量測定部108とQ測定回路1102、M測定回路1103、及び電極用電源1104との導通、非導通を制御する。 The Q / M measurement unit 1101 includes a Q measurement circuit 1102, an M measurement circuit 1103, an electrode power source 1104, and a switch circuit 1105. The Q measurement circuit 1102 measures the charge amount Q of the toner 161 by the toner charge amount measurement unit 108. The M measurement circuit 1103 is a determination unit that measures the mass M of the toner 161 by the toner charge amount measurement unit 108. The electrode power source 1104 supplies a voltage for generating an electric field to the toner adhesion electrode 121 of the toner charge amount measuring unit 108. The switch circuit 1105 controls conduction and non-conduction between the toner charge amount measurement unit 108, the Q measurement circuit 1102, the M measurement circuit 1103, and the electrode power source 1104.
Q/M測定部1101について、詳細に説明する。図12は、Q/M測定部1101の具体的な回路例示図である。 The Q / M measurement unit 1101 will be described in detail. FIG. 12 is a specific circuit diagram of the Q / M measurement unit 1101.
Q測定回路1102は、電荷量Qを測定するためのQ測定用コンデンサ1211、Q測定用コンデンサ1211の出力電位を測定する電位計1231、及び電位計1231による測定値に応じて電荷量Qを算出する電荷量算出部1232を備える。Q測定用コンデンサ1211は、トナー161をトナー付着電極121に吸着させるための電圧(以下、「トナー付着電圧」という。)を充電するための充電用素子としても用いられる。電荷量算出部1232は、電位計1231が測定した、トナー161がトナー付着電極121に付着する前の電位V1と付着した後の電位V2との差(V1−V2)から、電荷量Qを算出する。 The Q measurement circuit 1102 calculates the charge amount Q according to the measurement value obtained by the Q measurement capacitor 1211 for measuring the charge amount Q, the electrometer 1231 for measuring the output potential of the Q measurement capacitor 1211, and the electrometer 1231. The charge amount calculation unit 1232 is provided. The Q measurement capacitor 1211 is also used as a charging element for charging a voltage for adsorbing the toner 161 to the toner adhesion electrode 121 (hereinafter referred to as “toner adhesion voltage”). The charge amount calculation unit 1232 calculates the charge amount Q from the difference (V1−V2) between the potential V1 before the toner 161 adheres to the toner adhesion electrode 121 and the potential V2 after the adhesion, which is measured by the electrometer 1231. To do.
M測定回路1103は、第1、第2カップリングコンデンサ1212、1213、発振回路1233、発振回路1233の発振周波数を測定する周波数測定部1234、及び発振周波数に応じてトナー161の質量を算出する質量算出部1235を備える。第1カップリングコンデンサ1212は、発振回路1233とスイッチ回路1105との間に設けられ、トナー付着電極121に高周波の発振信号のみを入力する。第2カップリングコンデンサ1213は、発振回路1233とスイッチ回路1105との間に設けられ、トナー非付着電極122に高周波の発振信号のみを入力する。発振回路1233は、QCMセンサ120を発振させるための発振信号を出力する。図12では、発振回路1233は、ロジックIC(Integrated Circuit)、抵抗器、及びコンデンサにより構成されるが、他の構成であってもよい。質量算出部1235は、周波数測定部1234が測定(検知)した、トナー161がトナー付着電極121に付着する前の発振周波数f1と付着した後の発振周波数f2との差(f1−f2)から、質量Mを算出する。 The M measurement circuit 1103 includes the first and second coupling capacitors 1212 and 1213, the oscillation circuit 1233, the frequency measurement unit 1234 that measures the oscillation frequency of the oscillation circuit 1233, and the mass that calculates the mass of the toner 161 according to the oscillation frequency. A calculation unit 1235 is provided. The first coupling capacitor 1212 is provided between the oscillation circuit 1233 and the switch circuit 1105, and inputs only a high-frequency oscillation signal to the toner adhesion electrode 121. The second coupling capacitor 1213 is provided between the oscillation circuit 1233 and the switch circuit 1105 and inputs only a high-frequency oscillation signal to the toner non-adhesion electrode 122. The oscillation circuit 1233 outputs an oscillation signal for causing the QCM sensor 120 to oscillate. In FIG. 12, the oscillation circuit 1233 includes a logic IC (Integrated Circuit), a resistor, and a capacitor, but may have other configurations. The mass calculation unit 1235 calculates (detects) the frequency measurement unit 1234 from the difference (f1-f2) between the oscillation frequency f1 before the toner 161 adheres to the toner adhesion electrode 121 and the oscillation frequency f2 after the adhesion. The mass M is calculated.
電極用電源1104は、第1、第2抵抗1221、1222と、QCM用電源1236とを備える。第1抵抗1221はスイッチ回路1105を介してトナー付着電極121に接続され、第2抵抗1222はスイッチ回路1105を介してトナー非付着電極122に接続される。第1抵抗1221及び第2抵抗1222により、QCM用電源1236とトナー付着電極121及びトナー非付着電極122との短絡を防止する。QCM用電源1236は、QCMセンサ120にトナー161をトナー付着電極121から剥離させるための電圧(以下、「トナー剥離電圧」という。)、接地電圧を印加する。 The electrode power source 1104 includes first and second resistors 1221 and 1222 and a QCM power source 1236. The first resistor 1221 is connected to the toner adhesion electrode 121 via the switch circuit 1105, and the second resistor 1222 is connected to the toner non-adhesion electrode 122 via the switch circuit 1105. The first resistor 1221 and the second resistor 1222 prevent a short circuit between the QCM power supply 1236 and the toner adhesion electrode 121 and the toner non-adhesion electrode 122. The QCM power supply 1236 applies a voltage (hereinafter referred to as “toner peeling voltage”) and a ground voltage for peeling the toner 161 from the toner adhesion electrode 121 to the QCM sensor 120.
スイッチ回路1105は、第1スイッチSW1〜第5スイッチSW5の5個のスイッチを備える。第1スイッチSW1は、トナー付着電極121とQ測定回路1102とのオン状態(導通状態)とオフ状態(遮断状態)とを切り替える。第2スイッチSW2は、トナー付着電極121とM測定回路1103とのオン状態とオフ状態とを切り替える。第3スイッチSW3は、トナー非付着電極122とM測定回路1103とのオン状態とオフ状態とを切り替える。第4スイッチSW4は、トナー付着電極121と電極用電源1104とのオン状態とオフ状態とを切り替える。第5スイッチSW5は、トナー非付着電極122と電極用電源1104とのオン状態とオフ状態とを切り替える。制御部1107のCPU606は、スイッチ回路1105の各スイッチを制御する。 The switch circuit 1105 includes five switches, a first switch SW1 to a fifth switch SW5. The first switch SW1 switches between the on state (conducting state) and the off state (blocking state) of the toner adhesion electrode 121 and the Q measurement circuit 1102. The second switch SW2 switches between the on state and the off state of the toner adhesion electrode 121 and the M measurement circuit 1103. The third switch SW3 switches between the ON state and the OFF state of the toner non-adhesion electrode 122 and the M measurement circuit 1103. The fourth switch SW4 switches between the on state and the off state of the toner adhesion electrode 121 and the electrode power source 1104. The fifth switch SW5 switches between the ON state and the OFF state of the toner non-adhering electrode 122 and the electrode power source 1104. The CPU 606 of the control unit 1107 controls each switch of the switch circuit 1105.
なお、現像スリーブ用電源1237は、現像スリーブ111と感光ドラム101との間でトナー161を往復させることで現像効率が向上するので、交番電圧を現像スリーブ111に供給する。 The developing sleeve power source 1237 supplies the alternating voltage to the developing sleeve 111 because the developing efficiency is improved by reciprocating the toner 161 between the developing sleeve 111 and the photosensitive drum 101.
(帯電量Q/M算出)
図13は、このような制御装置を用いたトナー161の帯電量Q/Mの算出処理を表すフローチャートである。
(Charge amount Q / M calculation)
FIG. 13 is a flowchart showing a calculation process of the charge amount Q / M of the toner 161 using such a control device.
Q/M測定部1101は、電極用電源1104によりQ測定回路1102のQ測定用コンデンサ1211を充電する(S1301)。Q測定用コンデンサ1211は、トナー帯電量測定部108のトナー付着電極121にトナー161を付着させるための電界を生じさせるために、トナー付着電極121に電圧印加を行う。そのために、Q測定用コンデンサ1211は充電される。本実施形態では、電極用電源1104から直接トナー付着電極121にトナー付着電圧の印加を行わない。これは、トナー付着電極121に付着したトナー161の電荷が電極用電源1104に移動して、トナー161の電荷量Qが変化することを防止するためである。 The Q / M measurement unit 1101 charges the Q measurement capacitor 1211 of the Q measurement circuit 1102 by the electrode power source 1104 (S1301). The Q measurement capacitor 1211 applies a voltage to the toner adhesion electrode 121 in order to generate an electric field for causing the toner 161 to adhere to the toner adhesion electrode 121 of the toner charge amount measurement unit 108. Therefore, the Q measurement capacitor 1211 is charged. In this embodiment, the toner adhesion voltage is not directly applied to the toner adhesion electrode 121 from the electrode power source 1104. This is to prevent the charge of the toner 161 attached to the toner attachment electrode 121 from moving to the electrode power source 1104 and changing the charge amount Q of the toner 161.
Q測定回路1102への充電後に、Q/M測定部1101は、トナー付着電極121に付着しているトナー161を除去する(S1302)。Q/M測定部1101は、電極用電源1104からトナー付着電極121にトナー161を剥離させるトナー剥離電圧を印加して、トナー161を除去する。トナー161の除去後に、Q/M測定部1101は、トナー付着電極121にトナー161が付着する前の状態の、基準となる電荷量及び質量を測定する(S1303)。Q/M測定部1101は、Q測定回路1102により電荷量を測定し、M測定回路1103により質量を測定する。 After charging the Q measurement circuit 1102, the Q / M measurement unit 1101 removes the toner 161 attached to the toner attachment electrode 121 (S1302). The Q / M measuring unit 1101 removes the toner 161 by applying a toner stripping voltage for stripping the toner 161 from the electrode power source 1104 to the toner adhesion electrode 121. After the removal of the toner 161, the Q / M measurement unit 1101 measures the reference charge amount and mass before the toner 161 is attached to the toner attachment electrode 121 (S1303). The Q / M measurement unit 1101 measures the amount of charge using the Q measurement circuit 1102 and measures the mass using the M measurement circuit 1103.
Q/M測定部1101は、基準となる電荷量Q及び質量Mを測定した後に、トナー帯電量測定部108のトナー付着電極121にトナー161を付着させる(S1304)。Q/M測定部1101は、充電されているQ測定回路1102のQ測定用コンデンサ1211によりトナー付着電極121にトナー付着電圧を印加する。トナー付着電圧が印加されることで、QCMセンサ120と現像スリーブ111との間に電界が生じて、トナー付着電極121にトナー161が付着する。 After measuring the reference charge amount Q and mass M, the Q / M measurement unit 1101 causes the toner 161 to adhere to the toner adhesion electrode 121 of the toner charge amount measurement unit 108 (S1304). The Q / M measurement unit 1101 applies a toner adhesion voltage to the toner adhesion electrode 121 by the Q measurement capacitor 1211 of the charged Q measurement circuit 1102. By applying the toner adhesion voltage, an electric field is generated between the QCM sensor 120 and the developing sleeve 111, and the toner 161 adheres to the toner adhesion electrode 121.
トナー付着電極121にトナー161が付着すると、Q/M測定部1101は、トナー161付着後の電荷量をQ測定回路1102により測定し、質量をM測定回路1103により測定する(S1305)。トナー161付着後の電荷量及び質量の測定処理は、ステップS1303の処理と同様である。Q/M測定部1101は、基準となる電荷量及び質量と、測定した電荷量及び質量との差により、付着したトナー161の電荷量Q及び質量Mを算出する(S1306)。Q/M測定部1101は、算出したトナー161の電荷量Q及び質量Mを制御部1107に送信する。 When the toner 161 adheres to the toner adhesion electrode 121, the Q / M measurement unit 1101 measures the amount of charge after the toner 161 is adhered by the Q measurement circuit 1102, and measures the mass by the M measurement circuit 1103 (S1305). The measurement process of the charge amount and mass after the toner 161 is attached is the same as the process in step S1303. The Q / M measuring unit 1101 calculates the charge amount Q and the mass M of the attached toner 161 from the difference between the reference charge amount and mass and the measured charge amount and mass (S1306). The Q / M measurement unit 1101 transmits the calculated charge amount Q and mass M of the toner 161 to the control unit 1107.
制御部1107は、Q/M測定部1101からトナー161の電荷量Q及び質量Mを受信して、Q/M算出部1106により、トナー付着電極121に付着しているトナー161の帯電量Q/Mを算出する(S1307)。制御装置は、引き続き帯電量Q/Mの測定を行うか否かを判断し、測定を継続する場合にはステップS1301の処理に戻り(S1308:Y)、測定を終了する場合にはそのまま処理を終了する(S1308:N) The control unit 1107 receives the charge amount Q and the mass M of the toner 161 from the Q / M measurement unit 1101, and the Q / M calculation unit 1106 causes the charge amount Q / of the toner 161 attached to the toner attachment electrode 121. M is calculated (S1307). The control device determines whether or not to continue to measure the charge amount Q / M. If the measurement is continued, the process returns to step S1301 (S1308: Y), and if the measurement is terminated, the process is performed as it is. End (S1308: N)
QCMセンサ120のトナー付着電極121に付着するトナー161は、数マイクログラム〜数十マイクログラムの極微少な量であり、トナー付着電極121にトナー161が付着することで画像形成に影響を及ぼすことはない。そのために、帯電量Q/Mの測定処理を連続して行いながら画像形成を行うことが可能である。 The amount of toner 161 adhering to the toner adhering electrode 121 of the QCM sensor 120 is a very small amount of several micrograms to several tens of micrograms, and the toner 161 adhering to the toner adhering electrode 121 does not affect image formation. Absent. Therefore, it is possible to perform image formation while continuously performing the measurement process of the charge amount Q / M.
図14は、帯電量Q/M算出時のタイミングチャートである。このタイミングチャートは、現像スリーブ111の電位902、トナー付着電極121の電位901、Q測定回路1102のQ測定用コンデンサ1211の電位903の各波形と、第1〜第5スイッチSW1〜SW5の状態を表す。本実施形態では、現像スリーブ用電源1237が、例えば、電圧値が+300[V]と−1200[V]とで周期的に変化するパルス期間と、電圧値が−450[V]となるブランク期間とを交互に有する電圧を現像スリーブ111に印加する。現像スリーブ用電源1237が、現像スリーブ111に印加する電圧を、以降、「ブランクパルス」と称する。現像バイアス電圧により、現像スリーブ111の電位902が決まる。ブランクの期間は、説明を簡素にするために1パルスとする。また、処理中のパルス数も説明を簡素にするために1パルス又は2パルスとする。 FIG. 14 is a timing chart when calculating the charge amount Q / M. This timing chart shows waveforms of the potential 902 of the developing sleeve 111, the potential 901 of the toner adhesion electrode 121, the potential 903 of the Q measurement capacitor 1211 of the Q measurement circuit 1102, and the states of the first to fifth switches SW1 to SW5. Represent. In the present embodiment, the developing sleeve power source 1237 has, for example, a pulse period in which the voltage value periodically changes between +300 [V] and −1200 [V], and a blank period in which the voltage value is −450 [V]. Are applied to the developing sleeve 111. The voltage applied to the developing sleeve 111 by the developing sleeve power source 1237 is hereinafter referred to as “blank pulse”. The potential 902 of the developing sleeve 111 is determined by the developing bias voltage. The blank period is 1 pulse for the sake of simplicity. The number of pulses being processed is also set to 1 pulse or 2 pulses for the sake of simplicity.
図13のステップS1301の処理は、時刻t1〜t6の間で行われる。図15は、図13のステップS1301の詳細な処理を表すフローチャートである。ステップS1301では、Q測定用コンデンサ1211に充電が行われる。 The process of step S1301 in FIG. 13 is performed between times t1 and t6. FIG. 15 is a flowchart showing detailed processing of step S1301 of FIG. In step S1301, the Q measurement capacitor 1211 is charged.
電極用電源1104は、充電電圧(+150[V])を出力する(S1311)。スイッチ回路1105は、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4、第5スイッチSW5をオンにして、電極用電源1104とQ測定用コンデンサ1211とを接続する(S1312)。これにより、電極用電源1104からQ測定用コンデンサ1211に充電電圧が印加され、時刻t1でQ測定用コンデンサ1211の充電が開始される。ここで、Q測定用コンデンサ1211は、例えば−200[V]に相当する電荷が残っているものとする。トナー付着電極121は、第1スイッチSW1を通してQ測定用コンデンサ1211に接続され、この間の電気的な抵抗はほとんど無い。しかし、トナー付着電極121と電極用電源1104とは、第4スイッチSW4及び第1抵抗1221を介して接続されるため、電気的な抵抗が第1抵抗1221の抵抗値となる。そのために、時刻t1では、トナー付着電極121の電位901が、電気的な抵抗のないQ測定用コンデンサ1211の−200[V]の電位903と同電位になる。このとき第5スイッチSW5もオンとなっているため、トナー非付着電極122とトナー付着電極121とが同電位になる。 The electrode power source 1104 outputs a charging voltage (+150 [V]) (S1311). The switch circuit 1105 turns on the first switch SW1, the fourth switch SW4, and the fifth switch SW5 to connect the electrode power supply 1104 and the Q measurement capacitor 1211 (S1312). As a result, a charging voltage is applied from the electrode power source 1104 to the Q measuring capacitor 1211, and charging of the Q measuring capacitor 1211 is started at time t1. Here, it is assumed that the Q measurement capacitor 1211 has a charge corresponding to, for example, −200 [V]. The toner adhesion electrode 121 is connected to the Q measurement capacitor 1211 through the first switch SW1, and there is almost no electrical resistance therebetween. However, since the toner adhesion electrode 121 and the electrode power source 1104 are connected via the fourth switch SW4 and the first resistor 1221, the electrical resistance becomes the resistance value of the first resistor 1221. Therefore, at time t1, the potential 901 of the toner adhesion electrode 121 becomes the same potential as the −200 [V] potential 903 of the Q measurement capacitor 1211 without electrical resistance. At this time, since the fifth switch SW5 is also on, the toner non-adhesion electrode 122 and the toner adhesion electrode 121 have the same potential.
Q測定用コンデンサ1211への充電を開始すると、Q/M測定部1101は、時刻t1〜t6に示すように、Q測定用コンデンサ1211にトナー付着電圧である+150[V]に相当する電荷が充電されるまで待機する(S1313)。Q/M測定部1101は、予め定められた時間だけ待機、或いはQ測定用コンデンサ1211の電位が所定値になるまで待機する。充電時間は、Q測定用コンデンサ1211に残っている電荷や、Q測定用コンデンサ1211と第1抵抗1221とによる時定数により決まる。充電中は、トナー付着電極121にも充電電圧が印加される。時刻t2〜t3及び時刻t4〜t5では、現像スリーブ111の電位902(−1200[V])に対して、トナー付着電極121の電位901(+150[V])は1350[V]高いために、トナー付着電極121にトナー161が付着する。しかし、ステップS1302(図13参照)によりトナー161を除去するために、ここでトナー161が付着しても動作に問題はない。また、充電中に付着するトナー161の電荷は、電極用電源1104を通して放電される。 When charging of the Q measurement capacitor 1211 is started, the Q / M measurement unit 1101 charges the Q measurement capacitor 1211 with a charge corresponding to +150 [V], which is a toner adhesion voltage, as shown at times t1 to t6. It waits until it is done (S1313). The Q / M measurement unit 1101 waits for a predetermined time or waits until the potential of the Q measurement capacitor 1211 reaches a predetermined value. The charging time is determined by the charge remaining in the Q measurement capacitor 1211 and the time constant of the Q measurement capacitor 1211 and the first resistor 1221. During charging, a charging voltage is also applied to the toner adhesion electrode 121. At times t2 to t3 and t4 to t5, the potential 901 (+150 [V]) of the toner adhesion electrode 121 is 1350 [V] higher than the potential 902 (−1200 [V]) of the developing sleeve 111. The toner 161 adheres to the toner adhesion electrode 121. However, since the toner 161 is removed in step S1302 (see FIG. 13), there is no problem in operation even if the toner 161 adheres. Further, the charge of the toner 161 adhering during charging is discharged through the electrode power source 1104.
Q測定用コンデンサ1211への充電が終了すると、スイッチ回路1105は、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4、第5スイッチSW5をオフにしてQ測定用コンデンサ1211への充電を終了する(S1314)。第1スイッチSW1がオフになるために、Q測定用コンデンサ1211に充電された電荷により、Q測定用コンデンサ1211は、トナー付着用電圧(+150[V])を出力可能に保持することになる。 When the charging of the Q measuring capacitor 1211 is completed, the switch circuit 1105 turns off the first switch SW1, the fourth switch SW4, and the fifth switch SW5 and ends the charging of the Q measuring capacitor 1211 (S1314). Since the first switch SW1 is turned off, the Q measurement capacitor 1211 holds the toner adhesion voltage (+150 [V]) so as to be output by the charge charged in the Q measurement capacitor 1211.
図13では、充電処理が終了すると、ステップS1302の処理が行われる。図13のステップS1302の処理は、時刻t6〜t11の間で行われる。図16は、図13のステップS1302の詳細な処理を表すフローチャートである。ステップS1302では、トナー付着電極121からのトナー161除去が行われる。 In FIG. 13, when the charging process ends, the process of step S1302 is performed. The process of step S1302 in FIG. 13 is performed between times t6 and t11. FIG. 16 is a flowchart showing detailed processing of step S1302 of FIG. In step S1302, the toner 161 is removed from the toner adhesion electrode 121.
トナー付着電極121に付着するトナー161を除去するために、電極用電源1104は、トナー剥離電圧(−1050[V])を出力する(S1321)。スイッチ回路1105は、第4スイッチSW4、第5スイッチSW5をオンにする(S1322)。第4スイッチSW4、第5スイッチSW5がオンになることで、トナー剥離電圧がトナー付着電極121及びトナー非付着電極122に印加される。第5スイッチSW5をオンにしてトナー非付着電極122にもトナー剥離電圧が印加されるために、QCMセンサ120(水晶片127)の破壊が防止される。なお、図15のステップS1314において第4スイッチSW4、第5スイッチSW5をオフにしなければ、ステップS1322の処理は不要になる。この場合、トナー剥離電圧は、電極用電源1104が出力を開始すると直ちにトナー付着電極121及びトナー非付着電極122に印加される。 In order to remove the toner 161 adhering to the toner adhering electrode 121, the electrode power source 1104 outputs a toner peeling voltage (−1050 [V]) (S1321). The switch circuit 1105 turns on the fourth switch SW4 and the fifth switch SW5 (S1322). When the fourth switch SW4 and the fifth switch SW5 are turned on, the toner peeling voltage is applied to the toner adhesion electrode 121 and the toner non-adhesion electrode 122. Since the fifth switch SW5 is turned on and the toner peeling voltage is also applied to the toner non-adhering electrode 122, the QCM sensor 120 (crystal piece 127) is prevented from being broken. If the fourth switch SW4 and the fifth switch SW5 are not turned off in step S1314 in FIG. 15, the process in step S1322 is not necessary. In this case, the toner peeling voltage is applied to the toner adhering electrode 121 and the toner non-adhering electrode 122 as soon as the electrode power source 1104 starts outputting.
トナー付着電極121及びトナー非付着電極122へトナー剥離電圧を印加開始すると、Q/M測定部1101は、トナー付着電極121に付着するトナー161がすべて除去されるまで待機する(S1323)。図14の時刻t6〜t7ブランク開け及び時刻t8〜t9では、トナー付着電極121の電位901が−1050[V]であるのに対し、現像スリーブ111の電位902が+300[V]と、1350[V]高い。電位901と電位902との電位差によりトナー付着電極121に付着するトナー161が現像スリーブ111に戻ることで除去される。トナー161がすべて除去されるまでの待機時間は、予め決められており、Q/M測定部1101は、予め決められた待機時間が経過すると、トナー付着電極121のトナー161がすべて除去されたと判断する。Q/M測定部1101は、待機時間が経過すると、スイッチ回路1105により第4スイッチSW4、第5スイッチSW5をオフにして、トナー161の除去処理を終了する(S1324)。トナー161の除去を行う間、第1スイッチSW1はが常にオフであるため、Q測定回路1102のQ測定用コンデンサ1211は、充電された電荷の保持を継続する。 When the application of the toner separation voltage to the toner adhesion electrode 121 and the toner non-adhesion electrode 122 is started, the Q / M measurement unit 1101 stands by until all the toner 161 adhering to the toner adhesion electrode 121 is removed (S1323). In time t6 to t7 blank opening and time t8 to t9 in FIG. 14, the potential 901 of the toner adhesion electrode 121 is −1050 [V], whereas the potential 902 of the developing sleeve 111 is +300 [V] and 1350 [V]. V] High. The toner 161 attached to the toner attachment electrode 121 due to the potential difference between the potential 901 and the potential 902 is removed by returning to the developing sleeve 111. The standby time until all of the toner 161 is removed is determined in advance, and the Q / M measurement unit 1101 determines that all of the toner 161 on the toner adhesion electrode 121 has been removed when the predetermined standby time has elapsed. To do. When the standby time has elapsed, the Q / M measurement unit 1101 turns off the fourth switch SW4 and the fifth switch SW5 by the switch circuit 1105, and ends the toner 161 removal process (S1324). Since the first switch SW1 is always off during the removal of the toner 161, the Q measurement capacitor 1211 of the Q measurement circuit 1102 continues to hold the charged charge.
図13では、トナー161の除去が終了すると、その状態のまま基準となる電荷量及び質量を測定する。図17は、基準となる電荷量及び質量の測定処理を表すフローチャートである。この処理は時刻t11〜t14の間に行われる。 In FIG. 13, when the removal of the toner 161 is completed, the reference charge amount and mass are measured in that state. FIG. 17 is a flowchart showing a measurement process of charge amount and mass as a reference. This process is performed between times t11 and t14.
電極用電源1104は、基準となる電荷量及び質量の測定中にトナー付着電極121にトナー161が付着しないように、トナー付着電極121に、現像バイアス電圧と同じブランクパルスを印加する。これによりトナー付着電極121と現像スリーブ111とが同電位になり、現像スリーブ111からトナー付着電極121へのトナー161の移動が防止される。なお、電極用電源1104が印加するブランクパルスは、トナー161が現像スリーブ111からトナー付着電極121に移動しない範囲で現像バイアス電圧との間で電位差が生じてもよい。図14ではトナー付着電極121の電位901が、電極用電源1104から印加されるブランクパルスにより、現像スリーブ111に印加される現像バイアス電圧より20[V]高い+320[V]〜−1180[V]で、ブランク時が−430[V]になる。 The electrode power source 1104 applies the same blank pulse as the developing bias voltage to the toner adhesion electrode 121 so that the toner 161 does not adhere to the toner adhesion electrode 121 during the measurement of the reference charge amount and mass. As a result, the toner adhesion electrode 121 and the developing sleeve 111 have the same potential, and the movement of the toner 161 from the developing sleeve 111 to the toner adhesion electrode 121 is prevented. Note that the blank pulse applied by the electrode power source 1104 may cause a potential difference with the developing bias voltage in a range where the toner 161 does not move from the developing sleeve 111 to the toner adhesion electrode 121. In FIG. 14, the potential 901 of the toner adhesion electrode 121 is +320 [V] to −1180 [V], which is 20 [V] higher than the developing bias voltage applied to the developing sleeve 111 by the blank pulse applied from the electrode power source 1104. Therefore, the blank time becomes −430 [V].
そのために電極用電源1104は、図14の時刻t11でブランクパルスの出力を開始する(S1331)。電極用電源1104がブランクパルスの出力を開始した後に、スイッチ回路1105は、第2〜第5スイッチSW2〜SW5をオンにする(S1332)。第2スイッチSW2、第3スイッチSW3をオンにして発振回路1233をトナー帯電量測定部108に接続するのと同時に、第4スイッチSW4、第5スイッチSW5をオンにして電極用電源1104をトナー帯電量測定部108に接続する。これにより、時刻t12〜t13に示すように、ブランクパルスの波形が発振を伴ったものとなる。このブランクパルスが発振回路1233に印加されると、発振回路1233内の素子が破壊されてしまう。そのために第1、第2カップリングコンデンサ1212、1213でブランクパルスを遮断する。第1、第2カップリングコンデンサ1212、1213は高周波の信号は通すが、直流または低周波の信号は通さない性質を有する。発振回路1233から出力される発振信号の発振周波数を5[MHz]とすると、周期が0.2[μS]である。ブランクパルスの変化時間をこの周期より長い、例えば2[μS]にして、第1、第2カップリングコンデンサ1212、1213を、5[MHz]の発振信号は通し、変化時間が2[μS]のブランクパルスの変動は遮断するものとする。これにより、発振回路1233に高電位のブランクパルスが印加されることを防止する。 Therefore, the electrode power source 1104 starts outputting a blank pulse at time t11 in FIG. 14 (S1331). After the electrode power source 1104 starts outputting the blank pulse, the switch circuit 1105 turns on the second to fifth switches SW2 to SW5 (S1332). The second switch SW2 and the third switch SW3 are turned on to connect the oscillation circuit 1233 to the toner charge amount measuring unit 108. At the same time, the fourth switch SW4 and the fifth switch SW5 are turned on to charge the electrode power source 1104 with toner. Connected to the quantity measuring unit 108. As a result, as shown at times t12 to t13, the waveform of the blank pulse is accompanied by oscillation. When this blank pulse is applied to the oscillation circuit 1233, the elements in the oscillation circuit 1233 are destroyed. For this purpose, the blank pulse is cut off by the first and second coupling capacitors 1212 and 1213. The first and second coupling capacitors 1212 and 1213 have a property of passing high-frequency signals but not direct current or low-frequency signals. When the oscillation frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit 1233 is 5 [MHz], the cycle is 0.2 [μS]. The change time of the blank pulse is longer than this period, for example, 2 [μS], the oscillation signal of 5 [MHz] is passed through the first and second coupling capacitors 1212 and 1213, and the change time is 2 [μS]. Blank pulse fluctuation shall be cut off. This prevents a high potential blank pulse from being applied to the oscillation circuit 1233.
第2〜第5スイッチSW2〜SW5をオンにした後に、時刻t12〜t13の間に電位計1231がQ測定用コンデンサ1211の電位903を測定し、電荷量算出部1232が電位計1231の測定結果を記憶する(S1333)。図14では、Q測定用コンデンサ1211の電位903が+150[V]であるので、電荷量算出部1232はこれを電荷量の基準として記憶する。時刻t12〜t13の間は、ブランクパルスが変化しないために、変化時に放射される電磁波の影響を受けることがない。そのために、このタイミングでQ測定用コンデンサ1211の電位903を測定する。 After the second to fifth switches SW2 to SW5 are turned on, the electrometer 1231 measures the potential 903 of the Q measurement capacitor 1211 between times t12 and t13, and the charge amount calculation unit 1232 displays the measurement result of the electrometer 1231. Is stored (S1333). In FIG. 14, since the potential 903 of the Q measurement capacitor 1211 is +150 [V], the charge amount calculation unit 1232 stores this as a reference for the charge amount. Between times t12 and t13, since the blank pulse does not change, it is not affected by electromagnetic waves radiated at the time of change. Therefore, the potential 903 of the Q measuring capacitor 1211 is measured at this timing.
時刻t12〜t13の間に周波数測定部1234は、発振回路1233の発振周波数を測定する(S1334)。質量算出部1235は、周波数測定部1234が測定した発振周波数を、質量の基準として記憶する。時刻t12〜t13の間に測定を行うのは、第1、第2カップリングコンデンサ1212、1213で完全に取り除けない微少な電位変化の影響を回避するためである。なお、Q測定回路1102は、第1スイッチSW1がオフであるために、他の回路から電気的に独立している。そのために、基準となる電荷量を測定する処理(S1333)と基準となる質量を測定する処理(S1334)とは、並行して行うことができる。 Between times t12 and t13, the frequency measurement unit 1234 measures the oscillation frequency of the oscillation circuit 1233 (S1334). The mass calculation unit 1235 stores the oscillation frequency measured by the frequency measurement unit 1234 as a mass reference. The measurement is performed between times t12 and t13 in order to avoid the influence of a minute potential change that cannot be completely removed by the first and second coupling capacitors 1212 and 1213. Note that the Q measurement circuit 1102 is electrically independent of other circuits because the first switch SW1 is off. Therefore, the process for measuring the reference charge amount (S1333) and the process for measuring the reference mass (S1334) can be performed in parallel.
基準となる電荷量及び質量の測定が終了すると、第2〜第5スイッチSW2〜SW5をオフにして処理を終了する(S1335)。電荷量及び質量を複数回測定し、その平均を基準の電荷量及び質量とすることで、測定時間は増加するが、測定誤差を低減することができ、測定精度が向上する。 When the measurement of the reference charge amount and mass is completed, the second to fifth switches SW2 to SW5 are turned off and the process is terminated (S1335). By measuring the charge amount and mass a plurality of times and using the average as the reference charge amount and mass, the measurement time increases, but the measurement error can be reduced and the measurement accuracy is improved.
図13では、基準となる電荷量及び質量の測定が終了すると、QCMセンサ120のトナー付着電極121に、トナー161を付着させる。図18は、トナー付着電極121にトナー161を付着させる処理を表すフローチャートである。この処理は時刻t14〜t20の間に行われる。 In FIG. 13, when the measurement of the reference charge amount and mass is completed, the toner 161 is attached to the toner attachment electrode 121 of the QCM sensor 120. FIG. 18 is a flowchart showing a process for attaching the toner 161 to the toner attachment electrode 121. This process is performed between times t14 and t20.
トナー付着電極121は、Q測定用コンデンサ1211によりトナー付着電圧が印加されてトナー161が付着する。この際、トナー帯電量測定部108の破壊を防止するために、トナー非付着電極122もトナー付着電極121と同電位となるように、電極用電源1104がトナー付着電圧と同電圧の+150[V]をトナー非付着電極122に印加する。そのために電極用電源1104は、トナー付着電圧と同電圧の+150[V]を出力する(S1341)。 A toner adhesion voltage is applied to the toner adhesion electrode 121 by the Q measurement capacitor 1211 and the toner 161 adheres. At this time, in order to prevent destruction of the toner charge amount measuring unit 108, the electrode power supply 1104 is set to +150 [V, which is the same voltage as the toner adhesion voltage, so that the toner non-adhesion electrode 122 has the same potential as the toner adhesion electrode 121. ] Is applied to the toner non-adhering electrode 122. Therefore, the electrode power source 1104 outputs +150 [V], which is the same voltage as the toner adhesion voltage (S1341).
電極用電源1104がトナー付着電圧と同電圧を出力すると、スイッチ回路1105は、第1スイッチSW1、第5スイッチSW5をオンにする(S1342)。第1スイッチSW1がオンになることで、Q測定用コンデンサ1211とトナー付着電極121とが接続され、Q測定用コンデンサ1211からトナー付着電極121にトナー付着電圧が印加される。また、第5スイッチSW5がオンになるために、電極用電源1104は、トナー非付着電極122にトナー付着電圧と同電圧を印加する。この状態でQ/M測定部1101は待機する(S1343)。待機時間は、例えば予め決められており待機時間に応じてトナー161の付着量が決まる。本実施形態では、時刻t14〜t20まで待機することになる。 When the electrode power source 1104 outputs the same voltage as the toner adhesion voltage, the switch circuit 1105 turns on the first switch SW1 and the fifth switch SW5 (S1342). When the first switch SW1 is turned on, the Q measurement capacitor 1211 and the toner adhesion electrode 121 are connected, and a toner adhesion voltage is applied from the Q measurement capacitor 1211 to the toner adhesion electrode 121. Further, since the fifth switch SW5 is turned on, the electrode power source 1104 applies the same voltage as the toner adhesion voltage to the toner non-adhesion electrode 122. In this state, the Q / M measurement unit 1101 stands by (S1343). The waiting time is determined in advance, for example, and the adhesion amount of the toner 161 is determined according to the waiting time. In this embodiment, it waits from time t14 to t20.
時刻t14〜t15では、現像スリーブ111の電位902(−450[V])に対して、トナー付着電極121の電位901(+150[V])が600[V]高いために、トナー付着電極121には、トナー161が付着する。付着したトナー161の負の電荷によりトナー付着電極121の電位901が負方向に変化する。図14の例では、トナー付着電極121の電位901が時刻t15において+10[V]に下がる。 From time t14 to t15, the potential 901 (+150 [V]) of the toner adhesion electrode 121 is 600 [V] higher than the potential 902 (−450 [V]) of the developing sleeve 111. The toner 161 adheres. The potential 901 of the toner adhesion electrode 121 changes in the negative direction due to the negative charge of the adhered toner 161. In the example of FIG. 14, the potential 901 of the toner adhesion electrode 121 drops to +10 [V] at time t15.
時刻t15〜t16では、現像スリーブ111の電位902(+300[V])が、トナー付着電極121の電位901(+100[V])よりも200[V]高いために、トナー161は、トナー付着電極121に付着しない。そのために、トナー付着電極121の電位901は+100[V]のままである。 From time t15 to t16, since the potential 902 (+300 [V]) of the developing sleeve 111 is 200 [V] higher than the potential 901 (+100 [V]) of the toner adhesion electrode 121, the toner 161 is It does not adhere to 121. Therefore, the potential 901 of the toner adhesion electrode 121 remains +100 [V].
時刻t16〜t17では、現像スリーブ111の電位902(−1200[V])に対して、トナー付着電極121の電位901(+100[V])が1300[V]高いために、トナー付着電極121には、トナー161が付着する。付着したトナー161の負の電荷により、トナー付着電極121の電位901が時刻t17で−50[V]に下がる。 From time t16 to time t17, the potential 901 (+100 [V]) of the toner adhesion electrode 121 is 1300 [V] higher than the potential 902 (−1200 [V]) of the developing sleeve 111. The toner 161 adheres. Due to the negative charge of the adhered toner 161, the potential 901 of the toner adhesion electrode 121 decreases to −50 [V] at time t17.
時刻t17〜t18では、現像スリーブ111の電位902(+300[V])の方が、トナー付着電極121の電位901(−50[V])よりも350[V]高いために、トナー161は、トナー付着電極121に付着しない。そのために、トナー付着電極121の電位901は−50[V]のままである。 Since the potential 902 (+300 [V]) of the developing sleeve 111 is 350 [V] higher than the potential 901 (−50 [V]) of the toner adhesion electrode 121 from time t17 to t18, the toner 161 is It does not adhere to the toner adhesion electrode 121. Therefore, the potential 901 of the toner adhesion electrode 121 remains at −50 [V].
時刻t18〜t19では、現像スリーブ111の電位902(−1200[V])に対して、トナー付着電極121の電位901(−50[V])が1150[V]高いために、トナー付着電極121には、トナー161が付着する。付着したトナー161の負の電荷により、トナー付着電極121の電位901が時刻t19で−200[V]に下がる。 From time t18 to t19, the potential 901 (−50 [V]) of the toner adhesion electrode 121 is 1150 [V] higher than the potential 902 (−1200 [V]) of the developing sleeve 111. Toner 161 adheres to the surface. Due to the negative charge of the adhered toner 161, the potential 901 of the toner adhesion electrode 121 drops to −200 [V] at time t19.
時刻t19〜t20では、現像スリーブ111の電位902(−450[V])に対して、トナー付着電極121の電位901(−200[V])が250[V]高いために、トナー付着電極121には、微量のトナー161が付着する。 From time t19 to t20, since the potential 901 (−200 [V]) of the toner adhesion electrode 121 is 250 [V] higher than the potential 902 (−450 [V]) of the developing sleeve 111, the toner adhesion electrode 121. A small amount of toner 161 adheres to the surface.
待機時間の間にトナー付着電極121に付着したトナー161の電荷により、Q測定用コンデンサ1211の電位901が変化する。この変化量から、Q測定回路1102は、トナー161の電荷量Qを測定することができる。 The potential 901 of the Q measurement capacitor 1211 changes due to the charge of the toner 161 adhering to the toner adhesion electrode 121 during the standby time. From this change amount, the Q measurement circuit 1102 can measure the charge amount Q of the toner 161.
待機時間が終了すると、スイッチ回路1105は、第1スイッチSW1、第5スイッチSW5をオフにする。これにより、トナー付着電極121へのトナー161の付着処理が終了する。第1スイッチSW1がオフになることで、Q測定用コンデンサ1211の電位は他からの影響を受けずに保持される。 When the standby time ends, the switch circuit 1105 turns off the first switch SW1 and the fifth switch SW5. Thereby, the adhesion processing of the toner 161 to the toner adhesion electrode 121 is completed. When the first switch SW1 is turned off, the potential of the Q measurement capacitor 1211 is held without being influenced by others.
図13では、トナー付着電極121へのトナー161の付着後に、トナー161付着後の電荷量及び質量が測定される。この処理は時刻t20〜t23の間に行われるが、ブランクパルスであるために実際の測定は時刻t21〜t22の間に行われる。トナー161付着後の電荷量及び質量の測定処理は、図17の処理と同様であるので説明を省略する。トナー付着電極121にトナー161が付着した状態で測定されたQ測定用コンデンサ1211の電位を「V2」、発振周波数を「f2」とする。 In FIG. 13, after the toner 161 is attached to the toner attachment electrode 121, the amount of charge and the mass after the toner 161 are measured. This process is performed between times t20 and t23, but since it is a blank pulse, actual measurement is performed between times t21 and t22. The charge amount and mass measurement process after the toner 161 is attached is the same as the process of FIG. The potential of the Q measurement capacitor 1211 measured in a state where the toner 161 is adhered to the toner adhesion electrode 121 is “V2”, and the oscillation frequency is “f2”.
付着したトナー161の電荷量Qは、基準となる電荷量として電荷量算出部1232が記憶する電位V1と、トナー付着電極121にトナー161が付着した状態で測定された電位V2とから算出される。電荷量算出部1232は、Q測定用コンデンサ1211の容量を「C」として、付着したトナー161の電荷量Qを(式3)により算出する。
Q=C×(V1−V2) (式3)
The charge amount Q of the attached toner 161 is calculated from the potential V1 stored in the charge amount calculation unit 1232 as a reference charge amount and the potential V2 measured in a state where the toner 161 is attached to the toner attachment electrode 121. . The charge amount calculation unit 1232 calculates the charge amount Q of the attached toner 161 by (Equation 3), assuming that the capacitance of the Q measurement capacitor 1211 is “C”.
Q = C × (V1-V2) (Formula 3)
付着したトナー161の質量Mは、基準となる質量として質量算出部1235が記憶する発振周波数f1と、トナー付着電極121にトナー161が付着した状態で測定された発振周波数f2とから算出される。質量算出部1235は、(式1)と、本実施形態でトナー161を付着させる分割領域133bの質量検出感度Kbとを用いて、付着したトナー161の質量Mを(式4)により算出する。
M=−(f2−f1)×[A√(μ×p)]/(2×f0^2)/Kb (式4)
The mass M of the adhered toner 161 is calculated from the oscillation frequency f1 stored in the mass calculation unit 1235 as a reference mass and the oscillation frequency f2 measured in a state where the toner 161 is adhered to the toner adhesion electrode 121. The mass calculation unit 1235 calculates the mass M of the attached toner 161 using (Equation 4) using (Equation 1) and the mass detection sensitivity Kb of the divided region 133b to which the toner 161 is attached in the present embodiment.
M = − (f2−f1) × [A√ (μ × p)] / (2 × f0 ^ 2) / Kb (Formula 4)
算出されたトナー付着電極121に付着するトナー161の電荷量Q及び質量Mは、Q/M測定部1101から制御部1107に送られる。制御部1107は、Q/M算出部1106により、トナー付着電極121に付着するトナー161の帯電量Q/Mを算出する。この処理は、時刻t22以降、電荷量Q及び質量Mの算出が終わった直後に開始される。Q/M算出部1106は、受信した電荷量Q及び質量Mを用いて(式5)により帯電量Q/Mを算出する。
Q/M=(測定したQ)/(測定したM) (式5)
The calculated charge amount Q and mass M of the toner 161 adhering to the toner adhesion electrode 121 are sent from the Q / M measurement unit 1101 to the control unit 1107. The control unit 1107 uses the Q / M calculation unit 1106 to calculate the charge amount Q / M of the toner 161 attached to the toner attachment electrode 121. This process is started immediately after the calculation of the charge amount Q and the mass M after time t22. The Q / M calculation unit 1106 calculates the charge amount Q / M by (Equation 5) using the received charge amount Q and mass M.
Q / M = (measured Q) / (measured M) (Formula 5)
以上のような処理により、QCMセンサ120に付着したトナー161の質量Mと電荷量Qとを正確に測定することができ、またトナー161の帯電量Q/Mの正確な測定が行われる。図14に示す一回の帯電量Q/Mの測定に有する時間は、t23=3.5[ms]であり、一枚当たりにかかる画像形成時間より十分に速い。そのために画像形成処理を行いながら、帯電量Q/Mの測定を複数回行うことも十分に可能である。 Through the above processing, the mass M and the charge amount Q of the toner 161 attached to the QCM sensor 120 can be accurately measured, and the charge amount Q / M of the toner 161 is accurately measured. The time required for one measurement of the charge amount Q / M shown in FIG. 14 is t23 = 3.5 [ms], which is sufficiently faster than the image formation time required for one sheet. Therefore, it is possible to measure the charge amount Q / M a plurality of times while performing the image forming process.
(階調補正)
算出した帯電量Q/Mは、例えば階調補正に用いることができる。画像形成装置は、固有の階調特性を有している。図19は、画像信号と画像濃度との関係を表す図であり階調特性を表している。画像信号は、制御部1107により画像データを階調補正等の処理を行うことで生成される。通常、画像形成装置の階調特性は、入力された画像データに対して、形成した画像の濃度もしくは明度が線形で有ることが望ましい(ターゲット濃度)。画像形成装置は、所定の階調特性を得るために、LUT601を用いて階調補正を行う。LUT601には、破線で示す「実際の階調特性」を逆変換して得られるデータが記憶される。LUT601は、LUT補正部602によりデータの書き込み、更新、削除等が行われる。一点破線は、「実際の階調特性」を逆変換して得られる階調補正テーブルを表しており、LUT601に記憶される。この階調補正テーブルを、以下、「γLUT」という。階調補正テーブルを用いて「実際の階調特性」を補正することで、ターゲット濃度が得られる。
(Gradation correction)
The calculated charge amount Q / M can be used for gradation correction, for example. The image forming apparatus has unique gradation characteristics. FIG. 19 is a diagram illustrating the relationship between the image signal and the image density, and represents the gradation characteristics. The image signal is generated by the image data processed by the control unit 1107 such as gradation correction. In general, it is desirable that the gradation characteristic of an image forming apparatus has a linear density or brightness of a formed image with respect to input image data (target density). The image forming apparatus performs gradation correction using the LUT 601 in order to obtain predetermined gradation characteristics. The LUT 601 stores data obtained by inversely converting “actual gradation characteristics” indicated by broken lines. The LUT 601 is written, updated, deleted, and the like by the LUT correction unit 602. A one-dot broken line represents a gradation correction table obtained by inversely converting “actual gradation characteristics”, and is stored in the LUT 601. This gradation correction table is hereinafter referred to as “γLUT”. The target density is obtained by correcting the “actual gradation characteristics” using the gradation correction table.
γLUTは、感光ドラム101上に形成された所定の複数階調のテスト画像のトナー像の濃度を、光学センサ607(図1参照)により検出し、テスト画像の画像データと検出したトナー像の濃度とから得られる階調特性により作成される。γLUTは、複数階調のテスト画像を形成する必要があり、短時間で作成することが難しい。しかし、画像形成装置の設置環境の変動や、材料変動等の影響により画像形成中にγLUTにずれが生じて、所望の画像濃度が得られなくなる場合がある。そのために、画像形成中等の短時間で、テスト画像を元に作成されたγLUTを基準として、これを補正する必要がある。 The γLUT detects the density of a toner image of a predetermined multi-tone test image formed on the photosensitive drum 101 by the optical sensor 607 (see FIG. 1), and the image data of the test image and the density of the detected toner image. Are created based on the gradation characteristics obtained from the above. The γLUT needs to form a multi-tone test image and is difficult to create in a short time. However, the γLUT may be shifted during image formation due to a change in the installation environment of the image forming apparatus or a material change, and a desired image density may not be obtained. For this reason, it is necessary to correct this with reference to the γLUT created based on the test image in a short time such as during image formation.
通常の画像形成処理において制御部1107は、入力された画像データに対してγLUTを用いたγ変換を行うことで階調補正を行う。γLUTの補正は、必要に応じて行われる。補正された画像データに対して、ハーフトーン処理、PWM処理を行う。PWM処理は、画像データを階調補正及びハーフトーン処理することで得られた画像信号と、所定周期の三角波信号との比較を行うことで行われる。画像信号は、PWM処理によりパルス幅変調されて、レーザ駆動信号として制御部1107から出力される。レーザ駆動信号は、露光器103へ送られる。露光器103は、レーザ駆動信号に応じてレーザ光を感光ドラム101に照射して静電潜像を形成する。 In normal image forming processing, the control unit 1107 performs gradation correction by performing γ conversion using γLUT on the input image data. The correction of γLUT is performed as necessary. Halftone processing and PWM processing are performed on the corrected image data. The PWM processing is performed by comparing an image signal obtained by performing tone correction and halftone processing on image data with a triangular wave signal having a predetermined period. The image signal is pulse-width modulated by PWM processing and output from the control unit 1107 as a laser drive signal. The laser drive signal is sent to the exposure device 103. The exposure device 103 irradiates the photosensitive drum 101 with laser light in accordance with a laser drive signal to form an electrostatic latent image.
所定の複数階調のテスト画像のトナー像の濃度に応じて作成された基準となるγLUTは、不揮発性メモリ等の記憶媒体に格納される。また、γLUTは、予めメモリ(例えば、制御部1107が備えるRAM604)に格納しておいてもよい。γLUTの作成は、例えば、画像形成装置の起動直後や一定回数の画像形成処理後、著しく階調が変化している可能性がある場合等に行う。 The reference γLUT created according to the density of the toner image of a predetermined multi-tone test image is stored in a storage medium such as a nonvolatile memory. The γLUT may be stored in advance in a memory (for example, the RAM 604 provided in the control unit 1107). The γLUT is created when, for example, there is a possibility that the gradation is remarkably changed immediately after starting the image forming apparatus or after a certain number of image forming processes.
画像形成装置は、γLUTの作成と同時に基準帯電量Q/Mrefの測定を行う。図20は、基準帯電量Q/Mrefの測定処理を表すフローチャートである。基準帯電量Q/Mrefの測定は、例えば、画像形成装置の起動時に行われる。 The image forming apparatus measures the reference charge amount Q / Mref simultaneously with the creation of the γLUT. FIG. 20 is a flowchart showing the measurement process of the reference charge amount Q / Mref. The measurement of the reference charge amount Q / Mref is performed, for example, when the image forming apparatus is activated.
画像形成装置が起動すると、現像器104の2個の撹拌スクリュー118が現像前回転を開始して、トナー161を帯電する(S701)。次いで画像形成装置はテスト画像を形成し(S702)、現像器104が現像処理を開始する(S703)。現像器104が現像処理を開始することで、トナー帯電量測定部108が、トナー161の電荷量Q及び質量Mの検出を開始する。 When the image forming apparatus is activated, the two stirring screws 118 of the developing device 104 start to rotate before development and charge the toner 161 (S701). Next, the image forming apparatus forms a test image (S702), and the developing device 104 starts development processing (S703). When the developing device 104 starts development processing, the toner charge amount measuring unit 108 starts detecting the charge amount Q and the mass M of the toner 161.
Q/M測定部1101は、トナー帯電量測定部108の検出結果からトナー161の電荷量Q及び質量Mを時刻とともに測定する(S704)。制御部1107は、Q/M測定部1101の測定結果に応じてトナー161の帯電量Q/Mを算出する(S705)。制御部1107は、算出した帯電量Q/MをRAM604に保持する(S706)。 The Q / M measuring unit 1101 measures the charge amount Q and the mass M of the toner 161 from the detection result of the toner charge amount measuring unit 108 with time (S704). The control unit 1107 calculates the charge amount Q / M of the toner 161 according to the measurement result of the Q / M measurement unit 1101 (S705). The control unit 1107 holds the calculated charge amount Q / M in the RAM 604 (S706).
現像処理が継続される場合(S707:N)、Q/M測定部1101及び制御部1107は、トナー161の電荷量Q、質量M及び時刻の測定を繰り返す。現像処理を終了する場合(S707:Y)、制御部1107は、RAM604に保持する各時刻の帯電量Q/Mのうち最も高い帯電量を基準帯電量Q/Mrefに決定し(S708)、RAM604に保持する。このようにして、γLUTの作成中に基準帯電量Q/Mrefが決定される。なお、基準帯電量Q/Mrefは、各時刻のトナーの帯電量Q/Mの推移から決められてもよく、予め測定されていてもよい。 When the development process is continued (S707: N), the Q / M measurement unit 1101 and the control unit 1107 repeat measurement of the charge amount Q, mass M, and time of the toner 161. When the development process ends (S707: Y), the control unit 1107 determines the highest charge amount among the charge amount Q / M at each time held in the RAM 604 as the reference charge amount Q / Mref (S708), and the RAM 604. Hold on. In this way, the reference charge amount Q / Mref is determined during the creation of the γLUT. The reference charge amount Q / Mref may be determined from the transition of the toner charge amount Q / M at each time, or may be measured in advance.
γLUTを作成した後に、画像データに対してγLUTを用いたγ変換を行うことで、形成する画像を所望の濃度とする。しかし、画像形成処理中にγLUTにずれが生じる場合には、所望の濃度で画像形成が行えなくなる。そのために画像形成装置(制御部1107)は、画像形成中に取得したトナーの帯電量Q/Mに応じて、γLUTを補正する。図21は、画像形成中にγLUTを補正する処理を表すフローチャートである。 After the γLUT is created, γ conversion using the γLUT is performed on the image data, so that the image to be formed has a desired density. However, if a deviation occurs in the γLUT during the image forming process, the image cannot be formed with a desired density. Therefore, the image forming apparatus (control unit 1107) corrects the γLUT according to the toner charge amount Q / M acquired during image formation. FIG. 21 is a flowchart showing processing for correcting the γLUT during image formation.
画像形成処理が開始されると、画像データが制御部1107に入力される(S711)。現像器104は現像処理を開始する(S712)。現像器104が現像処理を開始することで、トナー帯電量測定部108が、トナー161の電荷量Q及び質量Mの検出を開始する。Q/M測定部1101は、トナー帯電量測定部108の検出結果からトナー161の電荷量Q及び質量Mを時刻とともに測定する(S713)。制御部1107は、Q/M測定部1101の測定結果に応じてトナー161の帯電量Q/Mを算出する(S714)。制御部1107は、算出した帯電量Q/MとRAM604に保持する基準帯電量Q/Mrefとの差(ΔQ/M)が閾値α以上であるかを判断する(S715)。閾値αは、トナー161の種類やトナー161及びキャリア162の比率等によって変化する基準帯電量Q/Mrefにより異なる。例えば基準帯電量Q/Mrefが−60[μC/g]の場合、閾値αは、3[μC/g]に設定される。なお、差(ΔQ/M)は、(式6)で表される。
ΔQ/M=|Q/Mref−Q/M| (式6)
When the image forming process is started, image data is input to the control unit 1107 (S711). The developing device 104 starts development processing (S712). When the developing device 104 starts development processing, the toner charge amount measuring unit 108 starts detecting the charge amount Q and the mass M of the toner 161. The Q / M measuring unit 1101 measures the charge amount Q and the mass M of the toner 161 from the detection result of the toner charge amount measuring unit 108 with time (S713). The control unit 1107 calculates the charge amount Q / M of the toner 161 according to the measurement result of the Q / M measurement unit 1101 (S714). The control unit 1107 determines whether the difference (ΔQ / M) between the calculated charge amount Q / M and the reference charge amount Q / Mref held in the RAM 604 is greater than or equal to the threshold value α (S715). The threshold α differs depending on the reference charge amount Q / Mref that changes depending on the type of the toner 161, the ratio of the toner 161 and the carrier 162, and the like. For example, when the reference charge amount Q / Mref is −60 [μC / g], the threshold value α is set to 3 [μC / g]. The difference (ΔQ / M) is expressed by (Expression 6).
ΔQ / M = | Q / Mref−Q / M | (Formula 6)
ΔQ/Mが閾値α未満である場合(S715:N)、制御部1107は、現在設定されているγLUTが基準γLUTであるか否かを判断する(S719)。現在設定されているγLUTが基準γLUTである場合(S719:Y)、Q/M測定部1101及び制御部1107は、トナーの電荷量Q、質量M、及び時刻の測定を繰り返す。現在設定されているγLUTが基準γLUTではない場合(S719:N)、制御部1107は、現在設定されているγLUTを基準γLUTに設定変更する(S720)。設定変更後に、Q/M測定部1101及び制御部1107は、トナーの電荷量Q、質量M、及び時刻の測定を繰り返す。 When ΔQ / M is less than the threshold value α (S715: N), the control unit 1107 determines whether or not the currently set γLUT is the reference γLUT (S719). When the currently set γLUT is the reference γLUT (S719: Y), the Q / M measurement unit 1101 and the control unit 1107 repeat the measurement of the toner charge amount Q, mass M, and time. When the currently set γLUT is not the reference γLUT (S719: N), the control unit 1107 changes the setting of the currently set γLUT to the reference γLUT (S720). After the setting change, the Q / M measurement unit 1101 and the control unit 1107 repeat measurement of the toner charge amount Q, mass M, and time.
ΔQ/Mが閾値α以上である場合(S715:Y)、制御部1107は、ΔQ/Mに応じてγLUTを補正する(S716)。制御部1107は、補正したγLUTによりLUT601を更新する。図22に、トナーの帯電量Q/Mに応じた階調特性変動の模式図を示す。画像信号に対する画像の濃度を表す階調特性は、トナーの帯電量Q/Mの変化に応じて変動する。従って、ΔQ/Mに応じてγLUTを補正する。例えば、LUT補正部602がトナー帯電量補正係数kを算出し、当該トナー帯電量補正係数kをγLUTに乗算することで、γLUTを補正する。トナー帯電量補正係数は、(式7)により表される。
k=(Q/M)/(Q/Mref) (式7)
When ΔQ / M is equal to or larger than the threshold α (S715: Y), the control unit 1107 corrects the γLUT according to ΔQ / M (S716). The control unit 1107 updates the LUT 601 with the corrected γLUT. FIG. 22 is a schematic diagram of gradation characteristic variation according to the toner charge amount Q / M. The gradation characteristic representing the density of the image with respect to the image signal varies according to the change in the toner charge amount Q / M. Therefore, the γLUT is corrected according to ΔQ / M. For example, the LUT correction unit 602 calculates the toner charge amount correction coefficient k, and multiplies the γLUT by the toner charge amount correction coefficient k to correct the γLUT. The toner charge amount correction coefficient is expressed by (Expression 7).
k = (Q / M) / (Q / Mref) (Formula 7)
LUT601の更新後に現像処理が継続される場合(S718:N)、Q/M測定部1101及び制御部1107は、トナーの電荷量Q、質量M、及び時刻の測定を繰り返す。現像処理を終了する場合(S718:Y)、制御部1107は、基準γLUTを変更して処理を終了する(S721)。 When the development processing is continued after the update of the LUT 601 (S718: N), the Q / M measurement unit 1101 and the control unit 1107 repeat the measurement of the toner charge amount Q, mass M, and time. When the development process is to be ended (S718: Y), the control unit 1107 changes the reference γLUT and ends the process (S721).
以上のように本実施形態では、現像器104内で、現像処理に用いられる直前のトナー161の帯電量Q/Mを測定する。トナー161の質量を測定するために、QCMセンサ120は、質量検出感度が略等しい領域毎に、複数に分割される。QCMセンサ120の現像スリーブ111に対向する側にマスク134を配置して、トナー161が、複数に分割した領域の一つにのみ付着するようにする。質量検出感度が略等しい領域にしかトナー161が付着しないために、発振周波数の変化及び質量検出感度から算出されるトナー161の質量Mを、正確に測定することが可能になる。そのために、円筒形の現像スリーブ111に対向する位置にトナー161が付着する面が平面であるQCMセンサ120を配置した場合であっても、トナー161の質量が高精度に検出でき、帯電量Q/Mを正確に測定することが可能となる。 As described above, in this embodiment, the charge amount Q / M of the toner 161 immediately before being used for the development processing is measured in the developing device 104. In order to measure the mass of the toner 161, the QCM sensor 120 is divided into a plurality of areas for each area where the mass detection sensitivity is substantially equal. A mask 134 is disposed on the side of the QCM sensor 120 facing the developing sleeve 111 so that the toner 161 adheres to only one of the divided areas. Since the toner 161 adheres only to a region where the mass detection sensitivity is substantially equal, the mass M of the toner 161 calculated from the change in the oscillation frequency and the mass detection sensitivity can be accurately measured. Therefore, even when the QCM sensor 120 having a flat surface on which the toner 161 adheres is disposed at a position facing the cylindrical developing sleeve 111, the mass of the toner 161 can be detected with high accuracy, and the charge amount Q / M can be accurately measured.
さらに、画像形成処理中でもトナー161の帯電量Q/Mを測定することで、帯電量Q/Mの変動を考慮した画像形成条件を適切に設定することができる。そのために、色安定性が大きく向上して、品質のよい画像を安定して形成することが可能となる。 Further, by measuring the charge amount Q / M of the toner 161 even during the image formation process, it is possible to appropriately set the image formation condition considering the variation of the charge amount Q / M. Therefore, the color stability is greatly improved, and it becomes possible to stably form a high-quality image.
[第2実施形態]
図23は、第2実施形態のQCMセンサ120の構成例示図である。画像形成装置の構成、動作、トナーの帯電量の測定動作については、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 23 is a structural example diagram of the QCM sensor 120 of the second embodiment. Since the configuration and operation of the image forming apparatus and the operation for measuring the toner charge amount are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
図23のQCMセンサ120は、第1実施形態の円盤形状のQCMセンサと基本構成は同じであり、質量検出感度も第1実施形態と同様の分布である。従って、質量検出感度が略等しい領域が同心円状に存在する。第1実施形態と同様に、例えば質量検出感度Kbの領域133bにのみトナー161を付着させて、発振周波数(共振周波数)の変化と質量検出感度Kbとによりトナー161の質量Mを算出する。 The QCM sensor 120 of FIG. 23 has the same basic configuration as the disk-shaped QCM sensor of the first embodiment, and the mass detection sensitivity is the same distribution as that of the first embodiment. Therefore, regions having substantially the same mass detection sensitivity exist concentrically. Similarly to the first embodiment, for example, the toner 161 is attached only to the region 133b of the mass detection sensitivity Kb, and the mass M of the toner 161 is calculated from the change of the oscillation frequency (resonance frequency) and the mass detection sensitivity Kb.
図23のQCMセンサ120は、第1実施形態のQCMセンサ120の構成に、絶縁層131、トナー付着電極129、及び電極端子130を追加した構成である。絶縁層131は、SiO2等の絶縁体であり、トナー付着電極121全域を覆うように形成される。トナー付着電極129は、絶縁層131上に、領域133bに重なるように金等の導電体により形成される。電極端子130はトナー付着電極129に一体に形成される。このような構成のQCMセンサ120は、トナー付着電極129を現像スリーブ111側に向けて配置される。トナー付着電極129は、領域133bに重なって形成されるために、第1実施形態のマスク134b(図10参照)は不要となる。第2実施形態では、トナー付着電極129に付着するトナー161の質量及び電荷量が測定される。トナー161は、絶縁層131によりトナー付着電極121に直接付着することがないために、領域133bに対応する部分にのみトナー161が付着することになる。半導体製造工程と同様の工程によりトナー付着電極129を形成することができるために、マスク134を用いる場合よりも正確にトナー161の質量及び電荷量が測定可能である。 23 has a configuration in which an insulating layer 131, a toner adhesion electrode 129, and an electrode terminal 130 are added to the configuration of the QCM sensor 120 of the first embodiment. The insulating layer 131 is an insulator such as SiO 2 and is formed so as to cover the entire area of the toner adhesion electrode 121. The toner adhesion electrode 129 is formed of a conductor such as gold on the insulating layer 131 so as to overlap the region 133b. The electrode terminal 130 is formed integrally with the toner adhesion electrode 129. The QCM sensor 120 having such a configuration is arranged with the toner adhesion electrode 129 facing the developing sleeve 111 side. Since the toner adhesion electrode 129 is formed so as to overlap the region 133b, the mask 134b (see FIG. 10) of the first embodiment is not necessary. In the second embodiment, the mass and charge amount of the toner 161 attached to the toner attachment electrode 129 are measured. Since the toner 161 does not directly adhere to the toner adhesion electrode 121 by the insulating layer 131, the toner 161 adheres only to a portion corresponding to the region 133b. Since the toner adhesion electrode 129 can be formed by a process similar to the semiconductor manufacturing process, the mass and charge amount of the toner 161 can be measured more accurately than when the mask 134 is used.
図24は、Q/M測定部1101の回路例示図である。Q/M測定部1101は、Q測定回路1102及び電極用電源1104を、スイッチ回路1105を介してトナー付着電極129に接続する。また、トナー付着電極121とトナー非付着電極122との間には、第6スイッチSW6が設けられる。第6スイッチSW6がオンになることで、トナー付着電極121とトナー非付着電極122とが短絡して同じ電位となり、同じ機能を有することとなる。 FIG. 24 is a circuit diagram of the Q / M measurement unit 1101. The Q / M measurement unit 1101 connects the Q measurement circuit 1102 and the electrode power source 1104 to the toner adhesion electrode 129 via the switch circuit 1105. Further, a sixth switch SW6 is provided between the toner adhesion electrode 121 and the toner non-adhesion electrode 122. When the sixth switch SW6 is turned on, the toner adhesion electrode 121 and the toner non-adhesion electrode 122 are short-circuited to have the same potential and have the same function.
このような構成でトナー付着電極121の電気的な制御は、現像スリーブ111に印加される現像バイアス電圧に合わせて行われる。トナー付着電極121は、トナー161の質量Mの測定時のみM測定回路1103に接続されるように、スイッチ回路1105が動作する。すなわち、第6スイッチSW6は、トナー161の質量Mの測定時のみオフ状態になり、他のときはオン状態である。トナー161の質量Mは、QCMセンサ120の発振周波数の変化により算出されるために、第2、第3スイッチSW2、SW3がオン状態になり、第6スイッチSW6がオフ状態になる。 With such a configuration, the electrical control of the toner adhesion electrode 121 is performed in accordance with the developing bias voltage applied to the developing sleeve 111. The switch circuit 1105 operates so that the toner adhesion electrode 121 is connected to the M measurement circuit 1103 only when the mass M of the toner 161 is measured. That is, the sixth switch SW6 is turned off only when the mass M of the toner 161 is measured, and is turned on at other times. Since the mass M of the toner 161 is calculated by a change in the oscillation frequency of the QCM sensor 120, the second and third switches SW2 and SW3 are turned on, and the sixth switch SW6 is turned off.
トナー付着電極129は、トナー161の付着時に第1実施形態のトナー付着電極121と同様に電圧が印加される。M測定回路1103は、トナー付着電極129に付着したトナー161の質量Mを測定する。Q測定回路1102は、トナー付着電極129に付着したトナー161の電荷量Qを測定する。すなわち、トナー付着電極129は、第1実施形態のトナー付着電極121と同様のタイミングで、充電電圧、トナー剥離電圧、及びトナー付着電圧が印加される(図13、図14参照)。それに応じて、第1、第4、第5スイッチSW1、SW4、SW5のオン状態、オフ状態が、第1実施形態と同様のタイミングで制御される。 A voltage is applied to the toner adhesion electrode 129 when the toner 161 is adhered in the same manner as the toner adhesion electrode 121 of the first embodiment. The M measurement circuit 1103 measures the mass M of the toner 161 attached to the toner attachment electrode 129. The Q measurement circuit 1102 measures the charge amount Q of the toner 161 attached to the toner attachment electrode 129. That is, the charging voltage, the toner peeling voltage, and the toner adhesion voltage are applied to the toner adhesion electrode 129 at the same timing as the toner adhesion electrode 121 of the first embodiment (see FIGS. 13 and 14). Accordingly, the ON state and OFF state of the first, fourth, and fifth switches SW1, SW4, and SW5 are controlled at the same timing as in the first embodiment.
以上のような第2実施形態では、トナー161の質量を測定するために、QCMセンサ120は、質量検出感度が略等しい領域毎に、複数に分割される。トナー付着電極129は、領域133bに重なって形成されるために、第1実施形態のマスク134bを用いずにトナー161の帯電量Q/Mの正確な測定が可能となる。質量検出感度が略等しい領域にしかトナー161が付着しないために、発振周波数の変化及び質量検出感度から算出されるトナー161の質量Mを、正確に測定することが可能になる。そのために、円筒形の現像スリーブ111に対向する位置にトナー161が付着する面が平面であるQCMセンサ120を配置した場合であっても、トナー161の質量が高精度に検出でき、帯電量Q/Mを正確に測定することが可能となる。マスク134を用いる場合、マスク134とQCMセンサ120との間のギャップにトナー161が入り込んだときに清掃が必要となるが、第2実施形態ではそのようなことが必要なくなる。また、マスク134とQCMセンサ120との間のギャップの厳密な調整も不要となる。 In the second embodiment as described above, in order to measure the mass of the toner 161, the QCM sensor 120 is divided into a plurality for each region where the mass detection sensitivity is substantially equal. Since the toner adhesion electrode 129 is formed so as to overlap the region 133b, the charge amount Q / M of the toner 161 can be accurately measured without using the mask 134b of the first embodiment. Since the toner 161 adheres only to a region where the mass detection sensitivity is substantially equal, the mass M of the toner 161 calculated from the change in the oscillation frequency and the mass detection sensitivity can be accurately measured. Therefore, even when the QCM sensor 120 having a flat surface on which the toner 161 adheres is disposed at a position facing the cylindrical developing sleeve 111, the mass of the toner 161 can be detected with high accuracy, and the charge amount Q / M can be accurately measured. When the mask 134 is used, cleaning is required when the toner 161 enters the gap between the mask 134 and the QCM sensor 120, but this is not necessary in the second embodiment. In addition, it is not necessary to strictly adjust the gap between the mask 134 and the QCM sensor 120.
101…感光ドラム、102…帯電器、103…露光器、104…現像器、108…トナー帯電量測定部、110…現像剤、111…現像スリーブ、112…規制ブレード、118…撹拌スクリュー、120…QCMセンサ、121,129…トナー付着電極、122…トナー非付着電極、123,124,130…電極端子、127…水晶片、131…絶縁層、161…トナー、162…キャリア DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Photosensitive drum, 102 ... Charging device, 103 ... Exposure device, 104 ... Developer, 108 ... Toner charge amount measuring unit, 110 ... Developer, 111 ... Developing sleeve, 112 ... Regulator blade, 118 ... Agitating screw, 120 ... QCM sensor, 121, 129... Toner attached electrode, 122 .. toner non-attached electrode, 123, 124, 130... Electrode terminal, 127... Crystal piece, 131 .. insulating layer, 161.
Claims (13)
板状の水晶振動子と、
前記水晶振動子の第1面に取り付けられた第1の電極と、
前記水晶振動子の前記第1面と反対側の第2面に取り付けられた第2の電極と、
前記水晶振動子の前記第1面と前記第2面との夫々が対向する方向に滑るように前記水晶振動子を振動させるため、前記第1の電極と前記第2の電極を介して前記水晶振動子に交流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第1の電極に付着した前記トナーの質量に応じて変化する前記水晶振動子の共振周波数を検知する検知手段と、
前記トナーが前記第1の電極に付着した状態で、前記電圧印加手段に、前記水晶振動子に交流電圧を印加させ、前記検知手段により検知された共振周波数を取得し、前記取得した共振周波数に基づいて前記第1の電極に付着した前記トナーの質量を決定する決定ユニットと、
前記第1の電極に重なるように設けられ、開口が形成されたカバー部材と、を有し、
前記カバー部材の前記開口から露出している前記第1の電極の領域は、前記水晶振動子の前記振動するときの振幅が略等しいことを特徴とする、
質量測定装置。 A mass measuring device for measuring the mass of toner,
A plate-shaped crystal unit,
A first electrode attached to the first surface of the crystal unit;
A second electrode attached to a second surface opposite to the first surface of the crystal unit;
In order to vibrate the crystal resonator so that each of the first surface and the second surface of the crystal resonator slides in the opposite direction, the crystal is interposed via the first electrode and the second electrode. Voltage applying means for applying an alternating voltage to the vibrator;
Detecting means for detecting a resonance frequency of the crystal resonator that changes in accordance with a mass of the toner attached to the first electrode;
In a state where the toner is attached to the first electrode, the voltage application unit applies an AC voltage to the crystal resonator, acquires a resonance frequency detected by the detection unit, and sets the acquired resonance frequency to the acquired resonance frequency. A determination unit for determining a mass of the toner attached to the first electrode based on
A cover member provided to overlap the first electrode and having an opening formed thereon,
The region of the first electrode exposed from the opening of the cover member has substantially the same amplitude when the crystal resonator vibrates,
Mass measuring device.
請求項1に記載の質量測定装置。 The determination unit causes the voltage application unit to apply an AC voltage to the crystal resonator and acquires the first resonance frequency detected by the detection unit before the toner adheres to the first electrode. In the state where the toner adheres to the first electrode, the voltage applying unit applies an AC voltage to the crystal resonator, and acquires the second resonance frequency detected by the detecting unit, The mass of the toner attached to the first electrode is determined based on a resonance frequency and the second resonance frequency,
The mass measuring device according to claim 1.
前記コンデンサは、前記第1の電極に前記トナーを付着させる場合に前記第1の電極に接続されることを特徴とする、
請求項1又は2に記載の質量測定装置。 A capacitor connected to the first electrode;
The capacitor is connected to the first electrode when the toner is attached to the first electrode.
The mass measuring device according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか1項記載の質量測定装置。 An opening corresponding to the region of the first electrode is provided, and a mask is provided so as to cover the first electrode.
The mass measuring device according to claim 1.
前記水晶振動子は、前記第1の電極に代わって前記付着電極に前記トナーが付着することで前記共振周波数が変化することを特徴とする、
請求項1〜3のいずれか1項記載の質量測定装置。 An adhesion electrode having a shape corresponding to the region is provided at a position corresponding to the region with an insulator sandwiched between the first electrode,
In the crystal resonator, the resonance frequency is changed by attaching the toner to the attached electrode instead of the first electrode.
The mass measuring device according to claim 1.
前記領域は、前記第1の電極を同心円状の複数の前記質量検出感度が略等しい分割領域に分割したうちの一つであることを特徴とする、
請求項1〜5のいずれか1項記載の質量測定装置。 The first electrode is circular and has the highest mass detection sensitivity in the central portion, and the mass detection sensitivity decreases toward the edge,
The region is one of the first electrodes divided into a plurality of concentric divided regions having substantially the same mass detection sensitivity,
The mass measuring apparatus of any one of Claims 1-5.
請求項6記載の質量測定装置。 The region is a divided region having a mass detection sensitivity closest to “1” among the plurality of divided regions,
The mass measuring device according to claim 6.
請求項6又は7記載の質量測定装置。 The mass detection sensitivity includes the mass of the toner uniformly attached to the first electrode, the mass of the toner uniformly attached to the region of the first electrode, the area of the first electrode, and It is calculated based on the area of the region of the first electrode,
The mass measuring device according to claim 6 or 7.
前記感光体を露光して前記感光体に静電潜像を形成する露光器と、
請求項1〜8のいずれか1項記載の質量測定装置を有し、前記感光体に形成された前記静電潜像に前記トナーを付着させて当該静電潜像を現像する現像器と、
前記質量測定装置の前記第1の電極に付着する前記トナーの質量を、前記トナーが付着する前と付着した後との前記水晶振動子の共振周波数の変化から測定する測定手段と、を備えることを特徴とする、
画像形成装置。 A photoreceptor,
An exposure device that exposes the photoreceptor to form an electrostatic latent image on the photoreceptor;
A developing device comprising the mass measuring device according to claim 1, and developing the electrostatic latent image by attaching the toner to the electrostatic latent image formed on the photoconductor.
Measuring means for measuring a mass of the toner adhering to the first electrode of the mass measuring device from a change in a resonance frequency of the crystal resonator before and after the toner adhering. Characterized by the
Image forming apparatus.
請求項9記載の画像形成装置。 The measuring means includes a charging element that applies an adhesion voltage for adhering the toner to the first electrode, and the amount of charge of the toner adhering to the first electrode is attached to the toner. Measured from the change in output potential of the charging element before and after adhering,
The image forming apparatus according to claim 9.
請求項10記載の画像形成装置。 Control means for calculating the charge amount of the toner adhering to the first electrode from the mass and charge amount of the toner measured by the measurement means,
The image forming apparatus according to claim 10.
請求項11記載の画像形成装置。 The control means adjusts light emitted from the exposure device for exposing the photoconductor according to the calculated charge amount,
The image forming apparatus according to claim 11.
前記水晶振動子の第1面に取り付けられた第1の電極と、
前記水晶振動子の前記第1面と反対側の第2面に取り付けられた第2の電極と、
前記水晶振動子の前記第1面と前記第2面との夫々が対向する方向に滑るように前記水晶振動子を振動させるため、前記第1の電極と前記第2の電極を介して前記水晶振動子に交流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第1の電極に付着したトナーの質量に応じて変化する前記水晶振動子の共振周波数を検知する検知手段と、を備えた質量測定装置により前記第1の電極に付着した前記トナーの質量を測定する方法であって、
前記トナーが付着する前の前記水晶振動子の第1の発振周波数を測定しておき、
前記第1の電極の質量検出感度が略等しい領域に前記トナーが付着したときの前記水晶振動子の第2の発振周波数を測定して、
前記第1の発振周波数と前記第2の発振周波数とから付着した前記トナーの質量を算出することを特徴とする、
質量測定方法。 A plate-shaped crystal unit,
A first electrode attached to the first surface of the crystal unit;
A second electrode attached to a second surface opposite to the first surface of the crystal unit;
In order to vibrate the crystal resonator so that each of the first surface and the second surface of the crystal resonator slides in the opposite direction, the crystal is interposed via the first electrode and the second electrode. Voltage applying means for applying an alternating voltage to the vibrator;
Detecting means for detecting a resonance frequency of the crystal resonator that changes in accordance with the mass of the toner attached to the first electrode, and the mass of the toner attached to the first electrode by the mass measuring device. A method of measuring,
Measuring the first oscillation frequency of the crystal unit before the toner adheres;
Measuring a second oscillation frequency of the crystal unit when the toner adheres to a region where the mass detection sensitivity of the first electrode is substantially equal;
Calculating the mass of the toner adhering from the first oscillation frequency and the second oscillation frequency;
Mass measurement method.
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