JP3927775B2 - Image forming apparatus - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式、静電記録方式を用いた画像形成装置に関し、特に、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置が具備する現像装置には、トナー粒子とキャリア粒子を主成分とした二成分現像剤が用いられている。特に、電子写真方式によりフルカラーやマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置には、画像の色味などの観点から、二成分現像剤を使用するのが好ましいとされている。周知のように、この二成分現像剤のトナー濃度（即ち、キャリア粒子とトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合）は画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素になっている。現像剤のトナー粒子は現像時に消費され、現像装置（現像容器）内のトナー濃度は変化する。このため、トナー濃度制御装置（ＡＴＲ）を使用して適時、現像装置内に収容されている現像剤（トナー）の濃度を正確に検出し、その変化に応じてトナー補給を行ない、トナー濃度を常に適正な範囲内に制御し、画像の品位を保持する必要がある。
【０００３】
このように現像により現像装置内のトナー濃度が変化するのを補正するために、即ち、現像装置に補給するトナー量を制御するために、現像容器中のトナー濃度の検知方式及び現像剤濃度制御方式として、従来様々な方式が提案され実用化されている。
【０００４】
例えば、（１）現像剤担持体として一般に多く用いられるスリーブ状の現像スリーブ或いは現像容器内の現像剤搬送経路に近接するようにして、現像スリーブ上に担持された現像剤或いは現像容器内の現像剤に光を当てたときの反射光を検知する手段を設け、この反射光強度がトナー濃度により異なることを利用してトナー濃度を検知し制御するトナー濃度制御装置がある。
【０００５】
又、（２）現像容器の側壁などに位置して、磁性キャリアと非磁性トナーの混合比率による見かけの透磁率を検出して電気信号に変換するインダクタンスセンサとしてのインダクタンスヘッドを設置し、このインダクタンスヘッドからの検出信号によって現像容器内の現像剤の実際のトナー濃度を検知し、これを基準値との比較することに基づいてトナーを補給するようにしたインダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置が使用されている。
【０００６】
更に、（３）像担持体として一般に多く用いられる円筒状の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム上に形成したパッチ画像濃度を、その表面に対向する位置に設けた光源及びその反射光を受けるセンサを使用して読み取り、パッチ画像濃度に応じた信号をアナログ−デジタル変換器でデジタル信号に変換した後ＣＰＵに送り、ＣＰＵで初期設定値と比較し、初期設定値より濃度が高い場合には初期設定値に戻るまでトナー補給が停止され、初期設定値より濃度が低い場合には初期設定値に戻るまで強制的にトナーが補給され、その結果トナー濃度が間接的に所望の値に維持される方式などがある。
【０００７】
しかし、上記（１）のような、現像スリーブ上に搬送された現像剤或いは現像容器内の現像剤に光を当てたときの反射率からトナー濃度を検知する方式では、トナー飛散などにより検知手段が汚れてしまった場合、正確にトナー濃度を検知できないなどの問題がある。又、上記（３）のような、パッチ画像濃度から間接的にトナー濃度を制御する方式は、複写機などとされる画像形成装置の小型化に伴い、パッチ画像を形成するスペースや検知手段を設置するスペースが確保できないなどの問題がある。
【０００８】
これに対して、上記（２）のようなインダクタンス検知方式は、センサ単体のコストが安価なことに加え、方式（１）、（３）で発生するようなトナー飛散による検知手段の汚れの問題、スペースの問題の影響を受けないため、低コスト、小スペースの画像形成装置を実現する上で最適なトナー濃度検知方式といえる。
【０００９】
このようなインダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置（インダクタンス検知方式ＡＴＲ）は、例えば現像剤の見かけの透磁率が大きいと検知された場合、一定体積内で現像剤中のキャリア粒子が占める割合が多くなりトナー濃度が低くなったことを意味するので、トナー補給を開始する。逆に、見かけの透磁率が小さくなった場合、一定体積内で現像剤中のキャリアが占める割合が少なくなりトナー濃度が高くなったことを意味するので、トナー補給を停止する。このような制御に基づきトナー濃度を制御することになる。
【００１０】
一方、従来一般に、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置が具備する、電子写真感光体・静電記録誘電体などとされる像担持体を帯電させる帯電処理手段（帯電装置）としては、コロナ帯電器が使用されてきた。しかし、近年、低オゾン・低電力などの利点を有することから、接触帯電装置、即ち被帯電体に電圧を印加した帯電部材を当接させて被帯電体の帯電を行う方式の装置の実用化がなされてきている。特に、帯電部材として導電ローラを用いたローラ帯電方式の装置が帯電の安定性という点から好ましく用いられている。
【００１１】
しかし、上述のローラ帯電方式では、帯電が帯電部材から被帯電体への放電により行われるため、環境の変化による帯電ローラ及び像担持体の電気抵抗の変動により像担持体の表面電位も変動する。
【００１２】
そこで、近年、環境変動の少ない帯電方式として、特願平５−６６１５０号などに開示されるような、導電性の接触帯電部材（帯電ファーブラシ、帯電磁気ブラシ、帯電ローラーなど）に電圧を印加し、トラップ準位となる導電粉（ＳｎＯ2など）を分散させた電荷注入層を表面に持つ感光体に、感光体電位と同極の電荷を注入して接触帯電を行う方法がある。
【００１３】
この注入帯電方式は、環境依存性が少ないだけでなく、放電を用いないため、印加電圧は感光体電位と同程度で充分であり、又感光体の寿命を縮めるオゾンを発生しない利点がある。
【００１４】
又、放電を用いた接触帯電では被帯電体に所望の帯電電位Ｖｓを得るために、その所望の帯電電位Ｖｓに放電開始電圧Ｖｔｈ（接触帯電部材に直流電圧を印加して被帯電部材の帯電が開始するときの接触帯電部材の印加電圧）を上乗せした直流バイアスＶｓ＋Ｖｔｈを帯電部材に印加する必要があるが、電荷注入帯電では帯電部材に印加した直流バイアスとほぼ同じ帯電電位Ｖｓが得られるため、帯電用の電源のコストダウンも可能になる。
【００１５】
このような電荷注入方式の場合の接触帯電部材としては、帯電、接触の安定性などの点から、磁気ブラシ帯電部材やファーブラシ帯電部材が好ましく用いられる。
【００１６】
磁気ブラシ帯電部材は、給電電極を兼ねる担持体に磁気拘束して形成保持させた導電性磁性粒子（以下、「帯電キャリア」と呼ぶ。）の磁気ブラシ（帯電磁気ブラシ）を有し、この帯電磁気ブラシを被帯電部材に接触させ、担持体に給電するものである。より具体的には、磁気ブラシ帯電部材は、帯電キャリアを、担持体として直接マグネット、或いはマグネットを内包するスリーブ上に磁気的に拘束して、穂立ちした磁気ブラシとして保持させることで形成される。そして、この磁気ブラシ帯電部材を停止或いは回転させながら、磁気ブラシ部を被帯電体に接触させ、且つ磁気ブラシ帯電部材に電圧を印加することによって被帯電体を帯電処理する。
【００１７】
ファーブラシ帯電部材は、給電電極を兼ねる担持体に担持させた導電性繊維のブラシ部（ファーブラシ部）を有し、該導電性繊維ブラシ部を被帯電体に接触させ、担持体に給電するものである。
【００１８】
磁気ブラシ帯電部材とファーブラシ帯電部材との対比すると、ファーブラシ帯電部材では、長期使用、長期放置による毛倒れが生じた場合に帯電性が悪化してしまい、又帯電の均一性がブラシ径の制約などから不均一になり易い。これに対して、磁気ブラシ帯電部材ではファーブラシ帯電部材にて発生する上述の現象は起きず、均一で安定した帯電を行うことが可能である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような磁気ブラシ帯電部材を用いた磁気ブラシ帯電装置を具備する画像形成装置には、次のような問題点が考えられる。
【００２０】
即ち、磁気ブラシ帯電装置を使用すると、磁気ブラシ帯電部材の磁気ブラシ部を構成する帯電キャリアが、像担持体としての例えば感光体ドラムに付着し、流出してしまうことがある。インダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置によってトナー濃度を制御している現像装置では、上述のように像担持体上に付着し、流出した帯電キャリアが現像装置内に回収されると、即時的には形成される画像に影響を及ぼさない程度の微量の帯電キャリアであっても、画像形成動作を繰り返すうちに感光ドラムに付着、流出した帯電キャリアが現像装置内に蓄積されていく。現像装置にて用いられている磁性粒子（以下、「現像キャリア」と呼ぶ。）と、この帯電キャリアの透磁率が異なる場合には、現像剤全体の見かけの透磁率が変化し、インダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置によるトナー濃度制御に誤差が生じることがある。
【００２１】
つまり、帯電キャリアの透磁率が現像キャリアの透磁率より大きい場合には、現像容器中のトナー濃度は一定であるにも拘わらず、帯電キャリアが現像装置内の二成分現像剤（現像剤）中に混入することによって、インダクタンスセンサは現像剤の平均透磁率が大きくなったと検知する。これは一定体積内で現像剤中のキャリア粒子が占める割合が多くなりトナー濃度が低くなったことを意味するので、トナー補給を開始してしまい、その結果適正なトナー濃度より高い濃度制御をしてしまうという問題を生じる。
【００２２】
逆に、帯電キャリアの透磁率が現像キャリアの透磁率より小さい場合には、帯電キャリアが現像剤中に混入することによって、インダクタンスセンサは現像剤の平均透磁率が小さくなったと検知する。これは一定体積内で現像剤中のキャリアが占める割合が少なくなりトナー濃度が高くなったことを意味するので、インダクタンス検知方式ＡＴＲはトナー補給を停止してしまい、結果として適正なトナー濃度より低い濃度制御をしてしまうという問題を生じる。
【００２３】
前者の場合、トナーの過補給によって、画像濃度が濃くなり過ぎるといった問題、トナー量の増加により総量が増加した現像剤が現像容器から溢れてしまうという問題、或いは現像剤のトナー比率の増加に伴うトナー帯電量低下により、トナー飛散が発生し易くなる問題などを引き起こす。一方、後者の場合には、現像剤中のトナー量減少による画像劣化、画像濃度薄などの問題を引き起こす。このような問題は、特に画像形成枚数が多くなるに従ってその影響が増大する可能性がある。
【００２４】
更に、本発明者の検討によれば、帯電キャリアの感光体ドラムへの付着量は、複数の現像装置を用いて画像形成する構成の画像形成装置の場合、各現像装置の特性、例えば、各現像装置に用いられている現像剤の特性（例えば、トナーの単位重量当たりの帯電量）によって変化することが分かった。また、現像装置が使用されている環境条件（温度、湿度）によっても変化することが分かった。
【００２５】
例えば、複数の感光体ドラム上に各々の現像装置を用いてトナー像を形成する画像形成装置の場合、各転写部において記録材に転写しきれずに感光体ドラム上に残留した、所謂、転写残トナーが帯電装置の磁気ブラシ帯電部材内に混入すると、磁気ブラシ帯電部材の抵抗が高くなってしまう。これによって磁気ブラシ帯電部材による感光体ドラム表層への電荷注入効率が低下し、帯電キャリアが感光体ドラムに付着、流出し易くなってしまった。
【００２６】
又、各感光体ドラム上に形成されたトナー像の記録材への転写効率は、そのトナー像形成に用いられる現像装置（現像剤の特性（トナーの上記帯電量）など）や転写装置によって微妙に異なり、結果的に、各感光体ドラム上の転写残トナーの量が異なり、帯電キャリアの感光体ドラムへの付着、流出量は各画像形成部（各現像装置）毎に異なってしまう。
【００２７】
更に、低湿環境下の場合においても、帯電キャリアや感光体ドラムの抵抗が高くなり、帯電キャリアによる感光体ドラム表層（注入帯電用の表層）への電荷の注入効率が低下し、帯電装置に印加したバイアスよりも感光ドラム表層の帯電電位の方が低下してしまう。そのため、帯電キャリア先端と、感光体ドラム表層の間に電位差が生じ、帯電キャリアが感光体ドラムに付着し易くなる。このように、感光体ドラムへの帯電キャリアの付着、流出量は各環境毎に異なってしまう。
【００２８】
従って、本発明の目的は、帯電手段に用いられる磁性粒子が各現像手段へ混入したとしても、各現像手段に補給する現像剤量を適正化することができる画像形成装置を提供することである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。
【００３６】
要約すれば、本発明によると、像担持体と、
前記像担持体に接触する磁性粒子を備え、前記像担持体を帯電する帯電手段と、
前記像担持体上に形成された静電潜像をトナー及びキャリアを含む現像剤で現像する現像手段と、
前記現像手段内の現像剤の透磁率に対応する情報を検知する検知手段と、
前記検知手段の出力及び目標値に応じて前記現像手段に補給する現像剤量を制御する制御手段と、
前記目標値を補正する補正手段と、
を有し、
前記磁性粒子の透磁率は前記キャリアの透磁率とは異なり、
前記補正手段による補正のタイミングは、画像形成装置本体内の湿度に応じて可変であり、低湿環境における補正の間隔は、高湿環境における補正の間隔よりも短いことを特徴とする画像形成装置が提供される。
【００３７】
本発明の一実施態様によれば、前記像担持体上のトナー像は記録材に転写され、また、他の実施態様によれば、前記像担持体上のトナー像は記録材担持体に担持された記録材に転写される。
本発明の他の実施態様によれば、前記像担持体上のトナー像は中間転写体に転写された後、前記中間転写体から記録材に転写される。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３９】
実施例１
図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施態様の概略構成を示す。本実施例にて画像形成装置は、フルカラー画像を形成し得るカラー電子写真複写器（以下、単に「画像形成装置」と呼ぶ。）１００とされる。画像形成装置１００は記録材担持体としての転写ベルト１２の上側の軌道上に沿って、第１、第２、第３及び第４の像形成手段としての画像形成部（ステーション）１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、及び１６Ｋが一列に配置され、高速でフルカラー画像を形成できるようになっている。画像形成部１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成を行なう。
【００４０】
本実施例の画像形成装置１００の画像形成動作の概略を説明すると、記録材収納カセット７に収納された例えば記録用紙とされる記録材Ｐは、ピックアップローラ８、給紙ローラ対９ａ、給紙ガイド９ｂなどによって搬送されてレジストローラ１０に到達する。レジストローラ１０は、各画像形成部１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋにおける画像形成プロセスとタイミングをとって、記録材Ｐを転写ベルト１２上に送り出す。転写ベルト１２は、駆動ローラ１３ａ、従動ローラ１３ｂ、テンションローラ１３ｃに掛け渡された絶縁性の樹脂シートにより形成される無端ベルトなどとされ、吸着帯電器１１によって帯電され、記録材Ｐを静電的に吸着して担持搬送する。転写ベルト１２によって記録材Ｐが各画像形成部１６Ｙ〜１６Ｋを順次搬送されるに従い、記録材Ｐ上には、画像形成装置１００に備えられた原稿読み取り装置（図示せず）、或いは画像形成装置１００と通信可能に接続されたホストコンピュータなどから送信された色分解されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像情報信号に従って、詳しくは後述するように各画像形成部１６Ｙ〜１６Ｋにて形成されたトナー像が順次多重転写される。第４の画像形成部（ブラック画像形成部）１６Ｋを通過した記録材Ｐは分離帯電器１７の作用によって転写ベルト１２から分離され、定着手段としての熱定着器（熱ローラ定着器）１４に送られる。熱定着器１４は加熱手段を内蔵した定着ローラ１４ａと駆動ローラ１４ｂによって記録材Ｐを狭持搬送すると共に未定着のトナー像を記録材Ｐ上に熱定着する。こうしてカラー画像が形成された記録材Ｐは装置本体から突出して設けられた排出トレイ１５上に排出される。
【００４１】
図２をも参照して各画像形成部１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋについて説明する。尚、図２においては、１つの画像形成部を示しており、構成は各画像形成部においてほぼ同様となっている。
【００４２】
各画像形成部１６Ｙ〜１６Ｋは、図中矢印方向に回転する像担持体としての円筒状の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム１を備え、その周囲には、帯電手段である磁気ブラシ帯電装置２、感光体ドラム１の図中上方に配置された感光体ドラム１上に静電潜像を形成する手段としてのレーザービームスキャナーなどとされる露光手段３、現像装置４、及び転写手段である転写帯電器５などの画像形成手段を備えている。
【００４３】
尚、以下の説明において、特に各画像形成部１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋに属する手段、部材を区別する場合は、例えばイエロー現像装置４Ｙなどのように、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを意味する、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋなる添え字を各符号に付す。
【００４４】
各画像形成部１６Ｙ〜１６Ｋの画像形成プロセスを説明すると、先ず感光体ドラム１が、磁気ブラシ帯電装置２によって一様に帯電される。感光体ドラム１は、矢示にて示す方向（時計方向）に１５０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で回転する。
【００４５】
次に画像信号により変調されたレーザー光Ｌにより感光体ドラム１上の走査露光が行われ、感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。例えば、ＣＣＤなどの光電変換素子を有する原稿読み取り装置（図示せず）は、原稿の画像情報に対応する画像情報信号を出力し、各画像形成部の露光手段３が備えたレーザービームスキャナーに内蔵された半導体レーザーは、色分解された原稿の画像情報信号に対応して制御され、変調されたレーザービームＬを射出する。
【００４６】
感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、感光体ドラム１の回転に伴って現像装置４によって静電的に反転現像され、可視像、即ち、トナー像となる。
【００４７】
本実施例では、現像装置４は、現像剤として非磁性トナー（トナー）と磁性キャリア（現像キャリア）を混合した二成分現像剤を用い、詳しくは後述するように、現像用の磁気ブラシを感光体ドラム１の表面に接触させて潜像の画像部にトナーを静電的に転移させる、二成分接触現像方式を用いる。この方式は、画像の色味などの観点から好ましいと共に、各感光体ドラム上に残留した転写残トナーを各現像装置に回収するクリーナレスシステムを採用する本実施例のような画像形成装置においては、磁気ブラシ帯電装置２から吐き出されたトナーの回収性を向上することができる。
【００４８】
感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、給紙ローラ８、搬送ローラ対９ａ、給紙ガイド９ｂを経由して転写ベルト１２上に担持されて搬送されてきた記録材Ｐに、転写帯電器（コロナ帯電器）５の作用により静電的に転写される。記録材Ｐに転写されずに感光体ドラム１の表面に残った転写残トナーは、磁気ブラシ帯電装置２に一時的に回収される。
【００４９】
その後、感光体ドラム１に当接された除電手段としての導電性ブラシ６にＡＣバイアス及びトナーの正規の帯電極性とは逆極性のＤＣバイアス、又はＡＣバイアスとトナーの正規の帯電極性とは逆極性のＤＣバイアスを重畳したバイアスを印加して、感光体ドラム１を除電する。
【００５０】
以上のような工程を、色分解されたイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色の画像について、それぞれ各画像形成部１６Ｙ〜１６Ｋにおいて行うことによって、記録材上にフルカラー画像を得ることができる。
【００５１】
尚、本実施例では像担持体として感光体ドラム１を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば無端ベルト状に形成された電子写真感光体、即ち、感光体ベルトなどであってもよい。又、本実施例では、磁気ブラシ帯電装置２に一時的に回収した転写残トナーを、その後感光体ドラム１上に吐き出させて現像装置４にて回収する方式を採っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、従来広く用いられている、感光体ドラム１に当接して転写残トナーを掻き取るためのブレード状などとされるクリーニング手段を備えたクリーニング装置を用いて、磁気ブラシ帯電装置２から感光体ドラム１上に吐き出された転写残トナーを回収する構成とすることも当然可能である。
【００５２】
次に、本実施例にて用いられる感光体ドラム１について説明する。
【００５３】
本実施例の感光体ドラム１は、負帯電のＯＰＣ感光体であり、φ３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体上に、次の第１〜第５の５層の機能層を下から順に設けたものである。
【００５４】
第１層は下引き層であり、アルミニウムドラム基体（以下、「アルミ基体」と呼ぶ。）の欠陥などを均すため、又レーザー露光の反射によるモアレの発生を防止するために設けられている厚さ約２０μｍの導電層である。
【００５５】
第２層は正電荷注入防止層であり、アルミ基体から注入された正電荷が感光体表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果たし、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって１０6Ω・ｃｍ程度に抵抗調整された、厚さ約１μｍの中抵抗層である。
【００５６】
第３層は電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約０．３μｍの層であり、レーザー露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。
【００５７】
第４層は電荷輸送層であり、ポリカーボネイト樹脂にヒドラゾンを分散したものであり、Ｐ型半導体である。従って、感光体表面に帯電された負電荷はこの層を移動することはできず、電荷発生層で発生した正電荷のみを感光体表面に輸送することができる。
【００５８】
第５層は磁気ブラシ帯電装置により注入帯電を達成するための電荷注入層であり、バインダーとしての光硬化性のアクリル樹脂に光透過性の導電フィラーであるアンチモンをドーピングして低抵抗化（導電化）した粒径０．０３μｍの酸化錫の超微粒子を樹脂に対して７０重量パーセント分散した材料の約３μｍの塗工層である。この電荷注入層の電気抵抗値（体積抵抗値）としては、充分な注入帯電性と、潜像が適正に形成されずに画像形成不良となってしまう、所謂、画像流れを防止するためには、１×１０10〜１×１０14Ω・ｃｍとするのが好ましい。本実施例では、表面抵抗が１×１０11Ω・ｃｍである感光体ドラムを用いた。
【００５９】
次に、図３を参照して本実施例にて用いられる磁気ブラシ帯電装置２について説明する。本実施例の画像形成装置は、感光体ドラム１の表面を帯電させる帯電手段として、電荷注入帯電を行う磁気ブラシ帯電装置（以下、単に「帯電装置」と呼ぶ。）２を用いる。
【００６０】
帯電装置２は、容器２０と、磁界発生手段としての帯電装置用固定磁石２１を内蔵した、帯電用磁性粒子担持体としての非磁性材料からなる帯電スリーブ２２と、感光体ドラム１に接触して電荷を注入する帯電用導電性磁性粒子（帯電キャリア）２３と、帯電キャリア２３を帯電スリーブ２２の表面に均一の厚さにコートするための帯電用磁性粒子層厚規制手段としての帯電キャリア規制ブレード２４を備えている。
【００６１】
帯電スリーブ２２は、感光体ドラム１と同じ方向、即ち、図中矢印にて示す時計方向に２２５ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転する。又、帯電キャリア規制ブレード２４は非磁性ステンレス製とされ、帯電スリーブ２２の表面とのギャップが９００μｍになるように配置される。
【００６２】
帯電スリーブ２２内に固定配置されている帯電装置用固定磁石２１は、帯電スリーブ２２と感光体ドラム１の最近接位置から感光体ドラム１の回転方向上流側に１０°の位置に、約９００Ｇ（９０ｍＴ）の磁極（主極）２１ａを配置してある。主極２１ａは、帯電スリーブ２２と感光体ドラム１の最近接位置との角度、即ち、帯電スリーブ２２と同心円である帯電用固定磁石２１の断面中心から、同平面中の帯電スリーブ２２と感光体ドラム１の最近接位置、及び主極２１ａへのそれぞれの線にて形成される図中θにて示す角度を、感光体ドラム１の回転方向上流側２０°から、感光体ドラム回転方向下流側１０°の範囲とすることが好ましく、更に好ましくは感光体ドラム１の回転方向上流側に１５°〜０°とされる。角度θが、感光体ドラム１の回転方向下流側１０°よりも下流側であると、主極位置に帯電キャリア２３が引きつけられ、帯電時に帯電キャリア２３が感光体ドラム１と接触する領域、所謂、帯電ニップより感光体ドラム１の回転方向下流側に、帯電キャリア２３の滞留が発生し易くなる。反対に、角度θが感光体ドラム１の回転方向上流側２０°よりも上流過ぎると、帯電ニップを通過した帯電キャリア２３の搬送性が悪くなり、滞留が発生し易くなる。又、帯電ニップ部に磁極がない場合は、帯電キャリア２３に働く帯電スリーブ２２への拘束力が弱くなり、帯電キャリア２３が感光体ドラム１に付着し易くなるのは明らかである。
【００６３】
本実施例の帯電装置２では、帯電バイアスは、帯電装置用電源２５によって帯電スリーブ２２と帯電キャリア規制ブレード２４に印加する。帯電バイアスのＤＣ成分は、感光体ドラム１の表面の所望の帯電電位と同じ値（本実施例では、−７００Ｖ）とした。帯電バイアスのＡＣ成分のピーク間電圧（以下、「Ｖｐｐ」と呼ぶ。）は、１００Ｖ以上、２０００Ｖ以下、特に３００Ｖ以上、１２００Ｖ以下であることが好ましい。Ｖｐｐが１００Ｖより小さいと、帯電均一性、電位の立ち上がり性向上の効果が薄く、またＶｐｐが２０００Ｖより大きいと、帯電キャリア２３の滞留や感光体ドラム１への付着が悪化する。
【００６４】
又、帯電バイアスのＡＣ成分の周波数は、１００Ｈｚ以上、５０００Ｈｚ以下、特に５００Ｈｚ以上、２０００Ｈｚ以下が好ましい。周波数が１００Ｈｚより小さいと、帯電キャリア２３の感光体ドラム１への付着が悪化したり、帯電均一性が悪くなったり、或いは電位の立ち上がり性向上の効果が薄くなり、又周波数が５０００Ｈｚより大きいと、帯電均一性、電位の立ち上がり性向上の効果が得られ難くなる。ＡＣの波形は矩形波、三角波、ｓｉｎ波などがよい。
【００６５】
本実施例では、帯電キャリア２３として、焼結した強磁性体（フェライト）を還元処理したものを用いた。この他に、樹脂と強磁性体粉を混練して粒子状に成形したもの、若しくはこれに抵抗値調節のために導電性カーボンなどを混ぜたものや表面処理を行ったものも同様に用いることができる。
【００６６】
帯電キャリア２３は、感光体ドラム１の表面のトラップ準位に電荷を良好に注入する役割と、感光体ドラム１上に生じたピンホールなどの欠陥に帯電電流が集中してしまうことに起因して生じる磁気ブラシ帯電部材２６及び感光体ドラム１の通電破壊を防止する役割を兼ね備えていなければならない。従って、磁気ブラシ帯電部材２６の抵抗値は１×１０4Ω〜１×１０9Ωであることが好ましく、特に１×１０4Ω〜１×１０7Ωであることが好ましい。磁気ブラシ帯電部材２６の抵抗値が１×１０4Ω未満ではピンホールリークが生じやすくなる傾向があり、１×１０9Ωを超えると良好な電荷の注入がし難くなる傾向にある。又、磁気ブラシ帯電部材２６の抵抗値を上述の範囲内に制御するためには、帯電キャリア２３の体積抵抗値は１×１０4Ω・ｃｍ〜１×１０9Ω・ｃｍであることが好ましく、特に１×１０4Ω・ｃｍ〜１×１０7Ω・ｃｍであることが好ましい。
【００６７】
又、粒子表面の汚染による帯電劣化防止の観点から、帯電キャリア２３の平均粒径及び粒度分布測定におけるピークは５〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００６８】
本実施例では、磁気ブラシ帯電部材２６の体積抵抗値は、１×１０6Ω・ｃｍとされる。又、測定方法など、詳しくは後述するように、本実施例にて用いられる帯電キャリア２３の磁場１キロエルステッドにおける磁化の強さ（σ１０００）は２７０ｅｍｕ／ｃｍ2である。
【００６９】
このような構成の帯電装置２は、帯電スリーブ２２に穂立ち状に帯電キャリア２３が担持されて構成される磁気ブラシ帯電部材２６を回転させながら感光体１の表面に当接させ、この磁気ブラシ帯電部材２６に電圧を印加することによって、電荷注入帯電により感光体ドラム１を帯電させる。
【００７０】
本実施例の帯電装置２においては、帯電バイアスのＤＣ成分として−７００Ｖを印加することで、感光体ドラム１の表面電位も−７００Ｖとなり、注入帯電を実現している。
【００７１】
次に、図４を参照して、本実施例にて用いられる現像装置４について説明する。本実施例の画像形成装置１００は、上述のように、現像剤として現像キャリア（磁性キャリア）４１と非磁性トナー（トナー）４２とを含む二成分現像剤（現像剤）４３を用いて、二成分接触現像方式にて感光体ドラム１上に形成された潜像を現像する。尚、本実施例では、トナーの正規の帯電極性が負極性のものを用いている。
【００７２】
現像装置４は、二成分現像剤４３を収容する現像容器４４を有している。現像容器４４は、感光体ドラム１に対向して配置されており、その内部は垂直方向に延在する隔壁５１によって第１室（現像室）５２と第２室（撹拌室）５３とに区画されている。第１室５２には、図中矢印方向に回転する現像剤担持体として、非磁性スリーブとされる現像スリーブ５４が配置されている。現像スリーブ５４内には、磁界発生手段としての現像装置用固定マグネット５５が固定配置されている。現像スリーブ５４は、現像剤層厚規制手段としての現像剤層厚規制ブレード５６によって層厚規制された二成分現像剤４３の層を担持搬送し、感光体ドラム１と対向する現像領域で、二成分現像剤４３が穂立ちした現像用磁気ブラシを感光体ドラム１に接触させ、トナー４２を感光体ドラム１上の静電潜像の画像部に供給して現像する。現像効率、即ち、潜像へのトナー４２の付与率を向上させるために、現像スリーブ５４には電源５７から直流電圧を交流電圧に重畳した現像バイアス電圧が印加されている。
【００７３】
第１室５２及び第２室５３にはそれぞれ第１、第２の現像剤撹拌スクリュー５８及び５９が配置されている。第１のスクリュー５８は第１室５２中の現像剤を撹拌搬送する。又、第２のスクリュー５９は、後述するトナー補給槽６０のトナー排出口６１から搬送スクリュー６２の回転によって供給された補給用トナー６３と、既に現像容器４４内にある現像剤４３とを撹拌搬送し、現像容器内でのトナー濃度を均一化する。隔壁５１には、図４の紙面手前側と奥側の端部において第１室５２と第２室５３とを相互に連通させる現像剤通路（図示せず）が形成されている。第１、第２のスクリュー５８、５９の搬送力により、現像によってトナーが消費されてトナー濃度の低下した第１室５２内の現像剤４３が、一方の通路から第２室５３内へ移動し、第２室５３内でトナー濃度の回復した現像剤４３が他方の通路から第１室５２内へ移動するように構成されている。
【００７４】
本実施例の画像形成装置１００は、詳しくは後述するように、インダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置（以下、単に「トナー濃度制御装置」と呼ぶ。）を備えている。このトナー濃度制御装置によって、静電潜像の現像により現像容器４４内のトナー濃度を調整するために、即ち、現像容器４４に補給するトナー量を制御するために、現像容器４４の第１室（現像室）５２の底壁に、インダクタンスセンサとしてのインダクタンスヘッド３０（検知手段）が設置される。トナー濃度制御装置は、このインダクタンスヘッド３０から検出信号（現像剤の透磁率に対応する情報）によって現像容器４４内の、より具体的には第１現像室５２内の現像剤４３の、実際のトナー濃度を検知し、ＣＰＵ（制御手段）６７（図７）により、検出信号と基準値（目標値）とを比較することによって現像容器４４へ補給するトナーの量が決定される。
【００７５】
本発明では、二成分現像剤４３に含まれるトナー粒子４２は、特に限定することなく適宜選択して使用することができる。例えば、モノマーに着色剤及び荷電制御剤を添加したモノマー組成物を、水系の媒体中で懸濁し重合させる重合法によって作製される球形重合トナー粒子を好適に用いることができる。この方法は、安価に球形状のトナーを作製するのには好適である。又、従来広く用いられている粉砕法で作製したトナーを使用してもよい。
【００７６】
現像キャリア４１としては、低磁化キャリアを用いることができ、上述の球形重合トナーとの組み合わせで高画質化が達成される。本発明者の実験によると、現像スリーブ５４と感光体ドラム１との距離（Ｓ−Ｄｇａｐ）が３００〜１０００μｍ、単位面積当たりの現像スリーブ５４上の現像剤量（以下Ｍ／Ｓと称す）が１５〜５０ｍｇ／ｃｍ2、トナー濃度が５〜１２％の範囲内では、現像キャリア４１の磁化の強さは、磁場１キロエルステッド（Ｏｅ）における磁化の強さ（σ１０００）が２３０ｅｍｕ／ｃｍ3以下、好ましくは１４０ｅｍｕ／ｃｍ3以下であれば、隣り合う磁気ブラシの磁気的な相互作用が低磁化量のために小さく、その結果磁気ブラシの穂が緻密に且つ短くなる。これにより、磁気ブラシが潜像上のトナー付着面をソフトにはくので、潜像に付着した現像トナーがかき取られる、所謂、スキャベンジングを防ぎ、画像として解像度の高いものを提供できる。
【００７７】
本実施例では、磁場１キロエルステッドにおける現像キャリア４１の磁化の強さ（σ１０００）は１３５ｅｍｕ／ｃｍ2である。
【００７８】
尚、上述の帯電キャリア２３及び現像キャリア４１の磁化特性は、理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置ＢＨＶ−３０を用いて測定した。キャリア粉体（帯電キャリア２３、現像キャリア４１）の磁気特性値は１キロエルステッドの外部磁場を作り、その時の磁化の強さを求める。キャリアは円筒状のプラスチック容器に十分密になるようなパッキングした状態に作製する。この状態で磁化モーメントを測定し、試料を入れたときの実際の重量を測定して、磁化の強さ（ｅｍｕ／ｇ）を求める。ついで、キャリア粒子の真比重を乾式自動密度計アキュピック１３３０（島津製作所（株）社製）により求め、磁化の強さ（ｅｍｕ／ｇ）に真比重をかけることで単位体積あたりの磁化の強さ（ｅｍｕ／ｃｍ3）を求めた。
【００７９】
本実施例で用いた帯電キャリア２３、現像キャリア４１は共に軟磁性体であり、１キロエルステッド程度の磁場中までは磁化の強さは磁場の増加と共に線形的に増加する。従って透磁率は、図５に示す傾きｔａｎα、ｔａｎβに比例することになる。本実施例にて用いる帯電キャリア２３は、現像キャリア４１と比較して、磁場１キロエルステッドにおける磁化の強さ（σ１０００）がほぼ２倍であるので、透磁率も２倍になる。
【００８０】
詳しくは後述するように、本実施例のように帯電キャリア２３と現像キャリア４１として透磁率の異なる磁性キャリアを用いると、帯電キャリア２３が現像装置４に混入すると、現像装置内に収容されているトナー濃度が変動していないにも関わらず、インダクタンスヘッド３０によって検出される見かけの透磁率は変化してしまう。
【００８１】
次に、インダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置について説明する。
【００８２】
上述のように、二成分現像剤４３は現像キャリア４１と非磁性トナー４２を主成分としており、現像によるトナー４２の消費などで現像剤４３のトナー濃度（キャリア粒子とトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合）が変化すると、一定体積中の、現像キャリア４１と非磁性トナー４２の混合比率による見かけの透磁率が変化する。
【００８３】
この見かけの透磁率をインダクタンスヘッド３０によって検出して電気信号に変換すると、図６に示すように、この電気信号はトナー濃度に応じてほぼ直線的に変化する。即ち、インダクタンスヘッド３０の検出信号（出力電気信号）は現像容器４４内の二成分現像剤４３の実際のトナー濃度に対応することになる。図６の横軸はＴ／Ｃ比（キャリア量に対するトナー量の比）を示しており、縦軸は、インダクタンスヘッド３０の出力信号を変換した電気信号を示している。
【００８４】
図７を参照して、インダクタンスヘッド３０からの検出信号の処理を説明する。
【００８５】
インダクタンスヘッド３０からの検出電圧信号を比較器３１の一方の入力に供給する。この比較器３１の他方の入力には、基準電圧信号源３２から、規定のトナー濃度（現像剤４３のトナー濃度の初期設定値）の現像剤４３の見かけの透磁率に対応する目標値としての基準電気信号が入力されている。従って、比較器３１は規定のトナー濃度と現像容器４４内の実際のトナー濃度とを比較することとなり、両入力信号の比較結果としての比較器３１の出力信号は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）とされる制御手段６７に供給される。
【００８６】
制御手段６７は、比較器３１からの検出信号に基づいて、次回のトナー補給時間を調整するように制御する。例えば、インダクタンスヘッド３０の検出出力が目標値よりも小さい（現像剤４３の実際のトナー濃度が規定値よりも小さい）場合、つまり、トナーが補給不足である場合には、制御手段６７は不足分のトナーを現像容器４４に補給するように、トナー補給槽６０の搬送スクリュー６２を作動させる。即ち、制御手段６７は、比較器３１からの出力信号に基づいて、記憶手段としてのＲＡＭ６８などに格納された演算式やテーブルを用いて、不足分のトナーを現像容器４４に補給するのに要するスクリュー回転時間を算出する。そして、モータ駆動回路６９を制御して、その時間だけモータ７０を回転駆動し、不足分の補給用トナー６３を現像容器４４に補給する。
【００８７】
又、インダクタンスヘッド３０の検出出力が目標値よりも大きい（現像剤４３の実際のトナー濃度が規定値よりも大きい）場合、つまり、トナーが過剰補給である場合には、制御手段６７は比較器３１からの出力信号に基づいて現像容器４４内の現像剤４３中の過剰トナー量を算出する。そして、その後の画像形成に際しては、この過剰のトナーが無くなるようにトナーを補給させるか、或は過剰のトナーが消費されるまでトナーを補給せずに画像を形成させ、即ち、トナー無補給で画像を形成して過剰のトナーを消費させ、過剰のトナーが消費された後にトナー補給動作を前述の通り行なわせるなどの制御を行なう。
【００８８】
本実施例では、現像剤４３の最適なトナー濃度として、規定トナー濃度６％を設定している。トナー濃度がこの値より高過ぎるとトナーのかぶり、飛散などが生じ、又、低すぎると画像濃度が薄くなるなどの問題が生じることがある。又、詳しくは後述するが、初期状態にて、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号と比較される基準電圧信号は、最適トナー濃度６％に対応した２．５Ｖに設定してある。
【００８９】
次に、図８のフローチャートを参照して上述のトナー補給動作について更に説明する。
【００９０】
先ず、画像形成装置をスタートさせると（ステップ１）、トナー濃度の検出がスタートする（ステップ２）。インダクタンスヘッド３０からの検出電圧信号ａを比較器３１に入力し（ステップ３）、比較器３１にて基準電圧信号源３２による基準電圧信号ｂと比較する（ステップ４）。次いで、その検出電圧信号ａと基準電圧信号ｂとの差信号（ａ−ｂ）を制御手段６７に送る（ステップ５）。制御手段６７において（ａ−ｂ）＞０か否かを判断し（ステップ６）、トナー濃度が基準値より低い場合（ＹＥＳ）、差信号（ａ−ｂ）に基づいてトナー補給量、即ち、搬送スクリュー６２の回転時間が決定される（ステップ７）。続いて、画像形成動作が開始されると（ステップ８）、ステップ７にて決定されたトナー補給時間だけ、画像形成と画像形成の間（像間）でトナー補給が行われる（ステップ９）。その後、ステップ２のトナー濃度検出のスタートに戻る。
【００９１】
又、ステップ６の判断にて、トナー濃度が基準値より高い（ＮＯ）と判断された場合、続いて画像形成動作が開始され（ステップ１０）、トナーの補給はされずにステップ２のトナー濃度検出のスタートに戻る。
【００９２】
尚、図８のフローチャートでは、画像形成動作開始（再開）直前にトナー濃度検出をスタートさせているが、トナー濃度検出のタイミングは、画像形成動作再開直前でも、画像形成動作中でも構わない。例えば、装置１００をスタートさせて１枚目の画像形成時には画像形成動作開始直前に行い、それ以後は画像形成動作中に検出してもよい。
【００９３】
このようにして、本実施例のインダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置は、検出電圧信号ａと基準電圧信号ｂとの比較により、インダクタンスヘッド３０による検出電圧信号ａが、最適なトナー濃度（本実施例では６％）における検出電圧信号の基準電圧信号値ｂである２．５Ｖになるようにトナー補給量を調整する。
【００９４】
つまり、本実施例では、基準電圧信号値ｂよりインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号ａが大きければ（例えば３．０Ｖ）トナーを補給し、逆にインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号値ａが小さければ（例えば２．０Ｖ）トナー補給を停止することになっている。しかし、当然、本発明はこの信号処理に限定されるものではなく、回路構成の変更により基準電圧信号値が２．５Ｖ以外の値であってもよく、又トナー濃度が最適値より低いときインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号値が基準電圧信号値より小さくなるようにし、逆にトナー濃度が最適値より高いときインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号値が大きくなるようにしても構わない。
【００９５】
ここで、上述のように、磁気ブラシ帯電装置２を用いた画像形成装置１００では、磁気ブラシ帯電部材２６を構成する帯電キャリア２３が感光体ドラム１の表面へ付着、流出するという問題が起こることがある。この付着、流出した帯電キャリア２３が現像装置４に回収されると、従来のインダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置を用いた現像装置４では、即時的には画像に悪影響を与えない程度の微量の帯電キャリア付着であっても、画像形成動作を繰り返して、画像形成枚数が大量になるにつれて、この帯電キャリア２３が現像装置４内に蓄積される。この時、現像キャリア４１と帯電キャリア２３の透磁率が異なる場合には、現像装置内のトナー濃度が変わっていないにも関わらず、現像剤４３の全体の見かけの透磁率が変化してしまい、トナー濃度制御装置によるトナー濃度制御に誤差が生じることがある。
【００９６】
図９〜図１１を参照して従来の問題点について更に説明する。先ず、例えば、現像剤４３の最適なトナー濃度は６％に設定され、このトナー濃度の現像剤４３の見かけの透磁率に対応したインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号の基準電圧信号として、初期値２．５Ｖが設定される。
【００９７】
しかし、画像形成動作が繰り返されるにつれて現像装置４内に帯電キャリア２３が徐々に蓄積されてくると、現像装置４内の現像剤４３の見かけの透磁率は変化してくる。即ち、帯電キャリア２３の透磁率が現像キャリア４１の透磁率より大きい場合は、現像剤４３の見かけの透磁率は図９の点線（ｉ）にて示すように徐々に大きくなる。逆に、帯電キャリア２３の透磁率が現像キャリア４１の透磁率より小さい場合は、現像剤４３の見かけの透磁率は、図９の点線（ｉｉ）にて示すように徐々に小さくなる。図９の横軸は、現像装置の動作時間を示している。
【００９８】
従って、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号は、帯電キャリア２３の透磁率が現像キャリア４１の透磁率よりも大きい場合は、図１０の点線（ｉ）にて示すように徐々に大きくなり、帯電キャリア２３の透磁率が現像キャリア４１の透磁率よりも小さい場合は、図１０の点線（ｉｉ）にて示すように徐々に小さくなる。
【００９９】
しかし、実際には、トナー濃度制御装置はトナー濃度が常に初期の６％となるように或いは常に最適値６％から適正な範囲内となるように、即ち、図１０の実線（ｉｉｉ）にて示すようにインダクタンスヘッド３０の検出電圧値があくまでも初期の基準値２．５Ｖとなるようにトナー補給がなされる。その結果、帯電キャリア２３の透磁率が現像キャリア４１の透磁率よりも大きい場合は、トナーを補給することによって現像剤４３の見かけの透磁率を低くしようとするため、図１１の点線（ｉ）にて示すようにトナー濃度は徐々に高くなる。逆に、帯電キャリア２３の透磁率が現像キャリア４１の透磁率よりも小さい場合は、トナー補給を停止して現像剤４３の見かけの透磁率を上げようとするため、図１１の点線（ｉｉ）にて示すようにトナー濃度が徐々に低くなってしまう。
【０１００】
尚、説明のため、以下本実施例の画像形成装置１００に即して、帯電キャリア２３の透磁率が現像キャリア４１の透磁率より大きい場合（約２倍）について更に具体的に説明する。しかし、本発明は帯電キャリア２３の透磁率が現像キャリア４１の透磁率より大きい場合に限定されるものではなく、図９〜図１１を用いた説明から理解されるように、帯電キャリア２３の透磁率と現像キャリア４１の透磁率が異なれば、帯電キャリア２３と現像キャリア４１のどちらの透磁率が大きい場合にも本発明の原理は同様に適用できる。
【０１０１】
上述のように、本発明者の検討では、帯電キャリア２３の現像装置４への混入量は、画像形成装置本体内の環境（雰囲気）や、各現像装置において用いる各現像剤の色の違いなどの各現像装置４の特性によって異なる。
【０１０２】
より具体的には、図１２に示すように、低湿になるほど、厳密には空気中の絶対水分量が少ないほど帯電キャリア２３の現像装置４への混入量は増加する。即ち、上述のように低湿環境下では、帯電キャリア２３、感光体ドラム１の抵抗が高くなるため、帯電キャリア２３による感光体ドラム１への電荷の注入効率が低下し、帯電装置２に印加したバイアスよりも感光体ドラム１の表面の帯電電位の方が低下してしまう。そのため、帯電キャリア２３の先端と、感光体ドラム１の表面の間に電位差が生じ、帯電キャリア２３が感光体ドラム１に付着し易くなり、帯電キャリア２３の感光体ドラム１への付着、及び現像装置４内の現像剤４３への混入が増加することになる。
【０１０３】
例えば、本実施例の画像形成装置１００において、２５℃／５０％の環境におけるシアン現像装置４Ｃへの帯電キャリア２３の混入量は、５００００回の画像形成動作に対して約１０ｇ程度であることが分かった。そこで、試みにインダクタンスヘッド３０の検出信号が２．５Ｖとなるようにトナー濃度を調整して、シアン現像装置４Ｃ内の現像剤４３を最適なトナー濃度（６％）とした後、その現像剤４３に強制的に帯電キャリア２３を１０ｇを混入させた。その結果、現像剤４３の見かけの透磁率が大きくなり、初期の最適なトナー濃度を維持した場合、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号は初期の基準電圧信号値２．５Ｖから３．０Ｖへと、０．５Ｖ上昇した。従って、実際に従来通りにトナー濃度を制御すると、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号が２．５Ｖになるようにトナー補給がなされるため、結果的にトナー補給が過剰に行われてしまう。例えば、本実施例の画像形成装置１００で用いたインダクタンスヘッド３０の感度は０．５Ｖ／％（トナー濃度）（図６）であるので、このインダクタンスヘッド３０を用いた場合、画像形成動作を５００００回繰り返すと、最終的にはトナー濃度が最適なトナー濃度６％から７％へと、１％ずれて制御されてしまう。
【０１０４】
又、同様に、本実施例の画像形成装置１００において、２３℃／５％の環境におけるシアン現像装置４Ｃへの帯電キャリア２３の混入量は、５００００回の画像形成動作に対して約２０ｇ程度であることが分かった。そこで、試みにインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号が２．５Ｖとなるようにトナー濃度を調整してシアン現像装置４Ｃ内の現像剤４３を最適なトナー濃度（６％）とした後、その現像剤４３に強制的に帯電キャリア２３を２０ｇ混入させた。その結果、現像剤４３の見かけの透磁率が大きくなり、初期の最適なトナー濃度を維持した場合、インダクタンスヘッド３０の検出信号は、初期の基準値２．５Ｖから３．５Ｖへと、１．０Ｖ上昇した。従って、実際に従来通りにトナー濃度を制御すると、インダクタンスヘッド３０の検出信号が２．５Ｖになるようにトナー補給がなされるため、結果的にトナー補給が過剰に行われてしまう。上述と同様に、感度は０．５Ｖ／％（トナー濃度）（図６）のインダクタンスヘッド３０を用いる場合、画像形成動作を５００００回繰り返すと、最終的にはトナー濃度が最適なトナー濃度６％から８％へと、２％ずれて制御されてしまう。
【０１０５】
更に、本発明者の検討によると、図１３に示すように、同じ環境下においても、帯電キャリア２３の混入量は、用いるトナーの色などの各現像装置の特性によって異なる。図１３には、例として、温湿度が２５℃／５０％の環境における、イエローとシアンの各現像装置４Ｙ、ＹＣについて比較しているが、本発明者の検討によると、互いに色が異なる現像装置同士では、その他の色についても同様のことがいえる。
【０１０６】
即ち、上述のように、転写しきれずに感光体ドラム１上に残留した、所謂、転写残トナーが帯電装置２内に混入すると、磁気ブラシ帯電部材２６の抵抗が高くなり、感光体ドラム１への電荷注入効率が低下して、帯電キャリア２３の感光体ドラム１への付着を引き起こし易くなる。
【０１０７】
一方、感光体ドラム１上に形成されたトナー像の記録材への転写効率はトナーの色毎で異なり、転写残トナー量、延いては帯電装置２に混入する転写残トナー量も異なるため、帯電キャリア２３の混入量も、それぞれ異なる色の現像剤を用いてトナー像を形成する各現像装置毎で異なってしまう。
【０１０８】
従って、各現像装置毎で、画像形成動作を繰り返すうちに蓄積する帯電キャリア量が異なるため、各現像装置に関してトナー濃度制御の誤差量も異なってくる。
【０１０９】
そこで、本実施例の画像形成装置１００では、本発明に従って帯電キャリア２３の現像剤４３への混入によるインダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置によるトナー濃度の誤検知及び誤制御を、環境及び／又は用いる現像剤の色の違いなど、対象となる現像装置に応じて補正し、画像形成動作が大量に繰り返されても、常にトナー濃度を所定の値に一定に、或いは適正な範囲内に保つように制御する構成とする。
【０１１０】
更に説明すると、本実施例の画像形成装置１００は、予め設定された最適トナー濃度に対するインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号と比較される基準電圧信号値を、現像装置の動作時間又は動作回数などに基づく所定のタイミングで補正する、基準信号補正手段３５を有している。
【０１１１】
図７に示すように、本実施例では、基準信号値補正手段３５は、画像形成動作をある時間又はある回数繰り返した時点で、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号値と比較される基準電圧信号値を設定し直すように予め命令が設定された、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３５として構成される。
【０１１２】
基準値を設定し直すときの補正量は、環境、各現像装置４Ｙ〜４Ｋ毎に異なるように設定されており、基準信号値補正手段３５は、所定のタイミングになると、基準電圧信号源３２から出力させる基準電圧信号値を新たに設定し直す。
【０１１３】
基準信号値補正手段３５は、画像形成装置１００に設けられた雰囲気センサとしての温湿度センサ３３からの温湿度情報、又、詳しくは後述するようにして得たタイミング情報を用いて、各現像装置４Ｙ〜４Ｋの動作時間又は動作回数などに基づく所定タイミングで、現像装置が置かれた環境に応じ、各現像装置４Ｙ〜４Ｋに対してそれぞれ異なる補正量にてインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号の基準電圧信号値を補正する。
【０１１４】
尚、温湿度センサなどの環境センサ３３は各現像装置４Ｙ〜４Ｋに対してそれぞれ設けることもできる。
【０１１５】
より具体的には、先ず、温湿度が２５℃／５０％の環境でのシアン現像装置４Ｃに関して、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号と比較される基準電圧信号の初期値２．５Ｖを、画像形成動作を２５０００回繰り返した時点で補正する場合について説明する。本実施例の画像形成装置１００では、帯電キャリア２３のシアン現像装置４Ｃへの混入量が画像形成動作に比例したとすると、シアン現像装置４Ｃについて、帯電キャリア２３のこの環境における混入量は、画像形成回数５００００回に対して１０ｇ（１０ｇ／５００００ｇ）であるので（図１３）、画像形成回数２５０００回では５ｇ（５ｇ／２５０００回）となる。ここで、上述のように、本実施例の画像形成装置１００では、インダクタンスヘッド３０の検出電圧値は、帯電キャリア２３が１０ｇ混入すると０．５Ｖ変化するので、帯電キャリア２３が約５ｇ混入したときには０．２５Ｖ変化することになる。
【０１１６】
従って、基準信号値補正手段３５には、図８のフロチャート中のステップ４における検出電圧信号の基準電圧値ｂ、即ち、ここでは温湿度２５℃／５０％でのシアン現像装置４Ｃに対するインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号と比較される基準電圧信号値を、画像形成回数が２５０００回となった時点で、初期値の２．５Ｖから２．７５Ｖへと設定し直す命令を設定しておく。そして、制御手段３５はそのタイミングになると、基準電圧信号源３２から出力させる基準値ｂを２．７５Ｖに設定し直す。
【０１１７】
これによって、図１４の（ｉ）線にて示すように、基準電圧信号値ｂの補正後にインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号が２．７５Ｖになるまでトナー補給が停止されるため、それまでに生じていたトナー濃度の誤差が解消され、初期のトナー濃度６％に制御し直される。その結果、画像形成動作を５００００回繰り返した時点でのトナー濃度は約６．５％程度と、インダクタンスヘッド３０の検出信号基準信号を補正しない場合と比較して、トナー濃度制御の誤差を小さくすることができる。
【０１１８】
又、イエロー現像装置４Ｙの場合について、同じ２５℃／５０％の環境においてインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号と比較される基準電圧信号の初期値２．５Ｖを、画像形成動作を２５０００回繰り返した時点でこの基準値を設定し直す場合について説明する。本実施例画像形成装置１００では、帯電キャリア２３の現像装置４Ｙへの混入量が画像形成動作に比例したとすると、イエロー現像装置４Ｙについて、この環境において帯電キャリア２３の混入量は画像形成回数５００００回に対して１２ｇ（１２ｇ／５００００回）となるので（図１３）、画像形成動作を２５０００回繰り返した後の帯電キャリア２３の混入量は６ｇ（６ｇ／２５０００回）となる。そして、本実施例では、そのときのインダクタンスヘッド３０の検出信号値は０．３Ｖ変化することになる。
【０１１９】
そこで、イエロー現像装置４Ｙの場合は、画像形成回数が２５０００回となった時点で、図８のフロチャートのステップ４における検出電圧信号の基準電圧値ｂ、即ち、ここでは温湿度２５℃／５０％でのイエロー現像装置４Ｙに対するインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号と比較される基準電圧信号を初期値の２．５Ｖから２．８０Ｖに設定し直すように予め基準信号値補正手段３５に命令を設定しておく。こうすることで、基準信号値補正手段３５は所定のタイミングでインダクタンスヘッド３０の検出信号の基準値を補正し、その後のトナー補給は検出信号が２．８０Ｖとなるまで停止されるので、イエロー現像装置４Ｙについても図１４の線（ｉｉ）にて示すように、画像形成動作を５００００回繰り返した時点でのトナー濃度制御の誤差を小さくすることができる。
【０１２０】
同様にマゼンタ、ブラック現像装置についても、予め所定環境（ここでは温湿度２５℃／５０％）において、一定期間（画像形成回数）後にマゼンタ現像装置４Ｍ、ブラック現像装置４Ｋに混入する帯電キャリア２３の量を求め、その量に対応した所望のインダクタンスヘッド３０の検出信号の基準値の補正量を決定し、適宜基準信号値補正手段３５に所定タイミングでインダクタンスヘッド３０の検出信号の基準値を補正する命令を設定しておくことで、マゼンタ及びブラックの現像剤のトナー濃度を適正に保つことが可能となる。
【０１２１】
次に、他の環境として、温湿度２３℃／５％の環境について説明すると、この環境において、シアン現像装置４Ｃへの帯電キャリア２３の混入量は、画像形成回数５００００回に対して２０ｇ（２０ｇ／５００００回）であるので（図１２）、画像形成回数２５０００回に対して１０ｇ（１０ｇ／２５０００回）となる。上述のように、帯電キャリア２３が１０ｇ混入すると、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号は０．５Ｖ変化する。従って、この環境におけるシアン現像装置４Ｃに対しては、画像形成動作を２５０００回繰り返した時点で、インダクタンスヘッド３０の検出信号の基準値を、初期値の２．５Ｖから３．０Ｖに設定し直す命令を、予め基準信号値補正手段３５に設定しておく。これにより、図１４の（ｉｉｉ）線に示すように、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号の基準値を補正した後、検出電圧信号が３．０Ｖになるまでトナー補給が停止されることで、それまでに生じていたトナー濃度の誤差が解消され、初期のトナー濃度６％に制御し直されることになる。その結果、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号の基準電圧信号値の補正量を環境によって変化させない場合と比較して、画像形成動作を５００００回繰り返した時におけるトナー濃度は約７％程度と、よりトナー濃度制御の誤差を小さくすることができる。
【０１２２】
同様に、２３℃／５％の環境におけるシアン現像装置４Ｃ以外の各現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｋについても、基準信号値補正手段３５にインダクタンスヘッド３０の基準値を適宜補正するための命令を設定しておくことで、各現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｋのこの環境下でのトナー濃度制御の誤差を小さくすることができる。又、更に他の環境として、３０℃／８０％の環境での各現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋに対しても所定期間後にインダクタンスヘッド３０の基準値を補正する命令を適宜設定したり、或いは更に他種類の環境での各現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋに対して適宜設定することで、各環境毎、各現像装置毎の現像剤のトナー濃度を適正に保つことが可能となる。
【０１２３】
ここで、インダクタンスヘッド３０の検出信号の基準値を設定し直すタイミングは、特に限定されるものではないが、画像形成動作回数カウント手段として、例えば制御手段６７が各現像装置４Ｙ〜４Ｋ毎にカウントする画像形成枚数（回数）情報に基づいて決定したり、若しくは各現像装置を用いて形成する画像情報信号のビデオカウント数に基づいて行ったりすることができる。又、画像形成動作時間カウント手段として、例えば制御手段６７が各現像装置４Ｙ〜４Ｋ毎に計測した各現像装置４Ｙ〜４Ｋの動作時間に基づいて決定してもよい。
【０１２４】
以上、本発明によれば、画像形成動作が多く繰り返されても、現像剤４３中のトナー濃度を常に一定に、或いは常に適正範囲内に保つように制御することができ、長期に渡り画質の安定した画像を形成することができる。
【０１２５】
実施例２
次に、本発明の他の実施態様について説明する。本実施例の画像形成装置は、基本的に実施例１の画像形成装置１００と同様とされるので、同一機能、構成を有する部材には同一符号を付し、詳しい説明は省略する。
【０１２６】
実施例１では、基準信号値補正手段３５は、２５０００回の画像形成が行われた時点でインダクタンスヘッド３０の検出電圧信号と比較される基準電圧信号の初期値を補正するとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１２７】
図１５（ａ）に示すように、基準信号値補正手段３５は、各環境毎、各現像装置毎に、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号の基準電圧信号値を適宜多段階に新たに設定し直す構成とすることができる。例えば、画像形成回数１００００、２００００、３００００、４００００、５００００回の各時点で、徐々にインダクタンスヘッド３０の検出信号の基準値を上げる構成とする。
【０１２８】
本実施例の構成とすることによって、図１５の（ｂ）に示すように、トナー濃度は比較的常に所望の濃度で一定とすることができ、より精度の高いトナー濃度制御が可能となる。
【０１２９】
ここで、実施例１同様、インダクタンスヘッド３０の検出信号の基準値を段階的に設定し直すタイミングは、特に限定されるものではないが、例えば、図１５（ａ）に示すように各現像器４Ｙ〜４Ｋについて、画像形成枚数（回数）情報に基づいて行ったり、画像情報信号のビデオカウント数に基づいて行ったり、或いは画像形成動作時間することができる。
【０１３０】
更に、好ましくは、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号の基準電圧信号値の補正は、各環境毎及び／又は各現像装置の色毎によってそれぞれ最適なタイミングで行う。例えば、上述のように、低湿環境下では帯電キャリア２３の各現像装置４Ｙ〜４Ｋへの混入量は高湿環境下よりも多くなり、画像形成動作を行うに従って、トナー濃度制御の誤差もより急激に起こる。従って、低湿環境では、高湿環境よりも短い間隔でインダクタンスヘッド３０の検出信号の基準値を徐々に上げるとよい。又、図１３から理解されるように、例えばシアン現像装置４Ｃよりもイエロー現像装置４Ｙにおいて、画像形成動作に従う帯電キャリア２３の混入量は多く、トナー濃度制御の誤差もより急激となる。他の現像装置についても同様に考え、各現像装置４Ｙ〜４Ｋにおける、画像形成動作に従う帯電キャリア２３の混入量を鑑みて、常にトナー濃度が所望の値となるような間隔（タイミング）でインダクタンスヘッド３０の検出信号の基準値を補正するとよい。
【０１３１】
実施例３
次に、本発明の更に他の実施態様について説明する。本実施例の画像形成装置は、基本的に実施例１及び２の画像形成装置１００と同様とされる。
【０１３２】
本実施例では、図１６（ａ）に示すように、基準信号値補正手段３５は、インダクタンスヘッド３０の検出電圧信号の基準電圧信号値を、各環境毎、各現像装置毎に、適宜線形的に新たに設定し直す。比較的短い間隔の各現像装置４の画像形成動作時間、比較的少ない画像情報信号のビデオカウント数毎、或いは比較的少ない画像形成回数について、各環境における帯電キャリア２３の各現像装置への混入量の略線形の推移を決定したり、或いは帯電キャリア２３の混入量の線形的な推移を実測値や計算値から式にて表現し、この推移に対応して線形的に各環境、各現像装置毎に基準電圧信号値を補正する構成とすることができる。
【０１３３】
これによって、図１６（ｂ）に示すように、より精度の高いトナー濃度制御が可能となる。
【０１３４】
実施例４
次に、本発明の更に他の実施態様について説明する。本実施例の画像形成装置は、基本的に実施例１〜３の画像形成装置１００と同様とされる。
【０１３５】
帯電キャリア２３は、その粒径の分布にある程度の広がりを持っており、本発明者の検討によると、微小な帯電キャリア２３から感光体ドラム１に付着し易いことが分かった。そのような微小な帯電キャリア２３は、特に画像形成動作の時間又は回数が初期のうちにキャリア付着を起こし、現像装置４に回収されるので、画像形成装置を使用開始してからの時間又は画像形成回数に関して初期のうちの現像剤４３の見かけの透磁率の変化は大きくなるものと考えられる。その後、帯電装置２内の微小な帯電キャリア２３の量が減少してくると、現像剤４３の見かけの透磁率の変化は徐々に小さくなる。即ち、画像形成装置の使用開始からの動作時間に関して、現像剤４３の透磁率は、図１７に示すように、非線形的に変化していくことが考えられる。
【０１３６】
従って、本実施例では、図１８に示すように、基準信号値補正手段３５は、各環境毎、各現像装置毎に、インダクタンスヘッド３０の検出信号の基準値を、適宜予め求められた帯電キャリア２３の現像装置への混入量の非線形的な推移に対応するようにして新たに設定し直す構成とする。実施例３と同様、比較的短い間隔の各現像装置４の画像形成動作時間、比較的少ない画像情報信号のビデオカウント数毎、或いは比較的少ない画像形成回数について、各環境における帯電キャリア２３の各現像装置への混入量の推移を決定したり、或いは帯電キャリア２３の混入量の非線形的な推移を実測値や計算値から式にて表現し、この推移に対応して非線形的に各環境、各現像装置毎に基準電圧信号値を補正する構成とすることができる。
【０１３７】
これにより、画像形成動作を繰り返すに従って帯電キャリア２３の現像装置４への混入量が変化する場合にも、常に精度の高いトナー濃度制御が可能となる。
【０１３８】
尚、以上の各実施例では、本発明を電子写真方式のディジタルカラー複写機に適用した場合を示したが、本発明は当然これに限定されるものでなく、例えば電子写真方式、静電記録方式を用いた複写機、プリンタなどの任意の画像形成装置に等しく適用できるものである。例えば、本発明は画像の濃淡表現をディザ法で行なう画像形成装置にも適用できるし、又、原稿のコピーではなく、コンピュータなどから出力された画像情報信号によりトナー像を形成する画像形成装置、所謂、プリンタにも本発明は適用できる。更に、画像形成装置や制御系の構成などについて必要に応じて種々の変形及び変更がなし得ることは言うまでもない。
【０１３９】
例えば、本発明は図２０に示すような画像形成装置にも適用することができる。尚、図２０の画像形成装置において、前述の実施例において説明した部材と同様な機能を有する部材には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。例えば、磁気ブラシ帯電装置の構成は図３と同様であり、各現像装置の構成は図４と同様であり、トナー濃度制御装置の構成も図７のものと同様である。
【０１４０】
図２０の画像形成装置は、互いに異なる現像剤（トナー）を収容する複数の現像装置を用いて画像形成する点では、図１の画像形成装置と共通であるが、単一の像担持体としての感光体ドラム１上に各現像装置４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ）により順次トナー像を形成する点において異なる。尚、各現像装置４は回転装置３００内に装着されており、回転装置３００は各現像装置４を選択的に現像部へ移動させる機能を有している。
【０１４１】
図２０に示す画像形成装置の画像形成工程の概略を説明すると、この画像形成装置では、先ず、各現像装置４により感光体ドラム１上に形成されたトナー像を、中間転写体としての中間転写ドラム１２に順次重ねて１次転写し、そして、中間転写ドラム１２上のフルカラートナー像を記録材に一括して２次転写する構成となっている。
【０１４２】
このような図２０に示す画像形成装置においても、各現像装置毎に目標値の補正量を異ならせてトナー濃度制御を行うのは、以下の理由によるものである。
【０１４３】
つまり、各色のトナー毎にトリボ（単位重量当たりの帯電電荷量）が異なるために、現像剤の嵩密度が異なり、このため、インダクタンス検知センサ３０に同じ電圧を印加したときの出力が異なってしまう。そこで、各現像装置４のインダクタンスセンサ３０のいずれにおいても同じセンサ出力（例えば２．５Ｖ）を得るために、各現像装置４のインダクタンスセンサ３０に印加する電圧を変える必要性が生じる。例えば、同じ２．５（Ｖ）という出力を得るために、インダクタンスセンサ３０の基準コイルに印加するバイアスを、イエロー現像装置４Ｙでは１０．５（Ｖ）、シアン現像装置４Ｃでは１０．２（Ｖ）に設定するなどする。
【０１４４】
ここで、各現像装置４のインダクタンスセンサ３０の出力値を同じ目標値（基準値）に合わせるのは、インダクタンスセンサ３０の感度のためである。つまり、一般に、インダクタンスセンサ３０は、低出力側（例えば０Ｖ近傍）や高出力側（例えば５Ｖ近傍）に行くほど感度が悪くなる傾向があり、最も感度の高いところ（例えば２．５Ｖ）を中心値としたいためである。
【０１４５】
このとき、磁気ブラシ帯電器２から各現像装置４内に同じ量の帯電用の磁性粒子（帯電キャリア）２３が混入したとすると、各現像装置４のインダクタンスセンサ３０に印加している電圧が異なるため、同じ量の磁性粒子２３に対してもセンサ出力の変化量が異なってしまう。例えば、上記例では、各現像装置４に磁性粒子２３が同量の１ｇ混入したとしても、インダクタンスセンサ３０の基準コイルに印加するバイアスとしてイエロー現像装置４Ｙでは１０．５（Ｖ）が、シアン現像装置４Ｃでは１０．２（Ｖ）がそれぞれ印加されており、そのために出力変動量が異なってしまう。
【０１４６】
以上の理由から、図２０に示すような画像形成装置、即ち、単一の像担持体（感光体ドラム）１上に、複数の現像装置４より順次トナー像を形成する画像形成装置においても、各現像装置毎（各トナー毎）にインダクタンスセンサ３０の出力と比較される目標値（基準値）の補正量を変える制御は有効となる。
【０１４７】
このように、図２０に示す画像形成装置の各現像装置４においても、上述のトナー濃度制御装置を採用することにより、上記各実施例と同様の効果を奏することができる。
【０１４８】
尚、以上の説明から明らかなように、本発明の画像形成装置において、像担持体（例えば、感光体ドラム）上に形成したトナー像は、記録材担持体に担持した記録材に直接転写しても、或いは中間転写体に転写した後に記録材に転写してもよい。従って、上述で例示した態様以外に、図１に示すように複数の像形成手段（画像形成部）を備えた構成において、トナー像を記録材担持体（例えば、転写ベルト）に担持した記録材に像担持体から順次多重転写する代わりに、中間転写体に順次多重転写した後に記録材に一括転写してもよい。又、図２０に示すような、単一の像担持体（感光体ドラム）に複数の現像装置により順次トナー像を形成する構成において、トナー像を中間転写体（例えば、中間転写ドラム）に順次多重転写する代わりに、記録材担持体に担持した記録材に順次多重転写してもよい。
【０１４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、帯電手段が備えた磁性粒子と現像剤が含むキャリアとの透磁率が異なっている場合に、磁性粒子が各現像手段へ混入したとしても、各現像手段に補給する現像剤量を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置の画像形成部の拡大概略構成図である。
【図３】図２の画像形成部が備える帯電装置の拡大概略断面図である。
【図４】図２の画像形成部が備える現像装置の拡大概略構成図である。
【図５】帯電キャリアと現像キャリアの透磁率の違いの一例を説明するための図である。
【図６】トナー濃度によるインダクタンスヘッドからの検出信号の変化の一例を示す図である。
【図７】本発明のインダクタンス検知方式のトナー濃度制御装置によるトナー補給制御を説明するための図である。
【図８】本発明に従ったトナー補給動作の一実施例を説明するためのフローチャート図である。
【図９】画像形成装置の動作時間と現像剤の見かけの透磁率との関係を説明するための図である。
【図１０】画像形成装置の動作時間とインダクタンスヘッドの検出電圧信号との関係を説明するための図である。
【図１１】画像形成装置の動作時間とトナー濃度との関係を説明するための図である。
【図１２】環境（温湿度）の違いにより帯電キャリアの混入量が異なることを示す図である。
【図１３】現像装置毎（現像剤の色の違い）により帯電キャリアの混入量が異なることを示す図である。
【図１４】本発明に従うトナー濃度制御における、画像形成装置の動作時間とトナー濃度の関係の一例を示す図である。
【図１５】本発明に従うトナー濃度制御における、（ａ）画像形成装置の動作時間とインダクタンスヘッドの検出信号の基準値との関係、（ｂ）画像形成装置の動作時間とトナー濃度の関係の他の例を示す図である。
【図１６】本発明に従うトナー濃度制御における、（ａ）画像形成装置の動作時間とインダクタンスヘッドの検出信号の基準値との関係、（ｂ）画像形成装置の動作時間とトナー濃度の関係の更に他の例を示す図である。
【図１７】画像形成装置の動作時間と現像剤の見かけの透磁率との関係の他の例を示す図である。
【図１８】本発明に従うトナー濃度制御における、画像形成装置の動作時間とインダクタンスヘッドの検出信号の基準値との関係の更に他の例を示す図である。
【図１９】本発明に従うトナー濃度制御における、画像形成装置の動作時間とトナー濃度との関係の他の例を示す図である。
【図２０】本発明に係る画像形成装置の他の適用例を示す図である。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム（像担持体）
２ 磁気ブラシ帯電装置（帯電手段）
３ 露光装置
４ 現像装置（現像手段）
５ 転写帯電器
１２ 転写ベルト（記録材担持体）
１４ 熱ローラ定着器
３０ インダクタンスヘッド（インダクタンスセンサ、検知手段）
３３ 環境センサ（温湿度センサ）
３５ 基準信号値補正手段（補正手段）
４４ 現像容器
６０ トナー補給槽
６７ 制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus using an electrophotographic system or an electrostatic recording system, and more particularly to an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, or a FAX.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, two-component developers mainly composed of toner particles and carrier particles have been used in developing devices included in electrophotographic and electrostatic recording image forming apparatuses. In particular, in a color image forming apparatus that forms a full-color or multi-color image by an electrophotographic method, it is preferable to use a two-component developer from the viewpoint of the color of the image. As is well known, the toner concentration of this two-component developer (that is, the ratio of the toner particle weight to the total weight of the carrier particles and the toner particles) is an extremely important factor in stabilizing the image quality. The toner particles of the developer are consumed during development, and the toner concentration in the developing device (developing container) changes. For this reason, the toner concentration control device (ATR) is used to detect the concentration of the developer (toner) contained in the developing device at an appropriate time, and the toner is replenished in accordance with the change, and the toner concentration is adjusted. It is necessary to always control within an appropriate range and maintain image quality.
[0003]
Thus, in order to correct the change in the toner density in the developing device due to the development, that is, to control the amount of toner supplied to the developing device, the toner density detection method and developer density control in the developing container are controlled. Various methods have been proposed and put into practical use.
[0004]
For example, (1) the developer carried on the developing sleeve or the development in the developing container so as to be close to the developer conveying path in the sleeve-shaped developing sleeve or developing container generally used as a developer carrying member. There is a toner concentration control device that provides means for detecting reflected light when light is applied to the agent, and detects and controls the toner concentration by utilizing the fact that the reflected light intensity varies depending on the toner concentration.
[0005]
Also, (2) an inductance head is installed as an inductance sensor located on the side wall of the developing container, which detects the apparent magnetic permeability due to the mixing ratio of the magnetic carrier and the non-magnetic toner and converts it into an electric signal. Used by an inductance detection type toner density control device that detects the actual toner density of the developer in the developer container based on the detection signal from the head and supplies the toner based on comparison with a reference value. Has been.
[0006]
Further, (3) a cylindrical electrophotographic photosensitive member generally used as an image carrier, that is, a patch image density formed on a photosensitive drum, a light source provided at a position facing the surface, and reflected light thereof. When the density is higher than the initial set value, the signal is read using the receiving sensor, and the signal corresponding to the patch image density is converted into a digital signal by the analog-digital converter and sent to the CPU. The toner supply is stopped until it returns to the initial setting value, and when the density is lower than the initial setting value, the toner is forcibly supplied until it returns to the initial setting value, so that the toner density is indirectly maintained at the desired value. There are methods.
[0007]
However, in the method of detecting the toner density from the reflectance when light is applied to the developer conveyed on the developing sleeve or the developer in the developing container as in the above (1), the detecting means is based on toner scattering or the like. When the toner becomes dirty, there is a problem that the toner density cannot be detected accurately. In addition, the method of indirectly controlling the toner density from the patch image density as described in (3) described above requires a space for forming a patch image and a detection means as the image forming apparatus such as a copying machine is downsized. There is a problem that the installation space cannot be secured.
[0008]
On the other hand, the inductance detection method as described in (2) above is not only low in the cost of the sensor alone, but also the problem of contamination of the detection means due to toner scattering as occurs in the methods (1) and (3). Since it is not affected by the space problem, it can be said that this is an optimum toner density detection method for realizing a low-cost, small-space image forming apparatus.
[0009]
In such an inductance detection type toner concentration control device (inductance detection type ATR), for example, when it is detected that the apparent magnetic permeability of the developer is large, the proportion of carrier particles in the developer is large in a certain volume. This means that the toner density has become low, so toner supply is started. On the other hand, when the apparent magnetic permeability decreases, it means that the ratio of the carrier in the developer in the fixed volume decreases and the toner concentration increases, so the toner supply is stopped. Based on such control, the toner density is controlled.
[0010]
On the other hand, as a charging processing means (charging device) for charging an image carrier, such as an electrophotographic photosensitive member or an electrostatic recording dielectric, generally provided in an electrophotographic or electrostatic recording image forming apparatus. Corona chargers have been used. However, in recent years, since it has advantages such as low ozone and low power, practical application of a contact charging device, that is, a device for charging a charged object by contacting a charged member to which a voltage is applied to the charged object Has been made. In particular, a roller charging apparatus using a conductive roller as a charging member is preferably used from the viewpoint of charging stability.
[0011]
However, in the roller charging method described above, charging is performed by discharging from the charging member to the member to be charged, so that the surface potential of the image carrier also fluctuates due to fluctuations in the electrical resistance of the charging roller and the image carrier due to environmental changes. .
[0012]
Therefore, in recent years, as a charging method with little environmental fluctuation, a voltage is applied to a conductive contact charging member (charging fur brush, charging magnetic brush, charging roller, etc.) as disclosed in Japanese Patent Application No. 5-66150. In addition, conductive powder (SnO2There is a method in which a charge having the same polarity as the potential of the photoreceptor is injected into a photoreceptor having a charge injection layer with a dispersed charge injection layer on the surface for contact charging.
[0013]
This injection charging system is not only less dependent on the environment, but also does not use discharge, so that it is sufficient that the applied voltage is the same as the photoreceptor potential, and there is an advantage that ozone that shortens the life of the photoreceptor is not generated.
[0014]
Further, in contact charging using discharge, in order to obtain a desired charging potential Vs on the object to be charged, a discharge start voltage Vth (a DC voltage is applied to the contact charging member to charge the member to be charged is applied to the desired charging potential Vs. It is necessary to apply to the charging member a DC bias Vs + Vth added with the voltage applied to the contact charging member when the charging starts, but in charge injection charging, a charging potential Vs substantially the same as the DC bias applied to the charging member is obtained. In addition, the cost of the charging power source can be reduced.
[0015]
As the contact charging member in such a charge injection method, a magnetic brush charging member or a fur brush charging member is preferably used from the viewpoint of charging, contact stability, and the like.
[0016]
The magnetic brush charging member has a magnetic brush (charged magnetic brush) of conductive magnetic particles (hereinafter referred to as “charging carrier”) formed and held in a magnetically restrained manner on a carrier that also serves as a feeding electrode. An electromagnetic brush is brought into contact with the member to be charged and power is supplied to the carrier. More specifically, the magnetic brush charging member is formed by holding a charge carrier directly on a magnet as a carrier or on a sleeve containing the magnet and holding it as a raised magnetic brush. . Then, the magnetic brush charging member is charged by applying a voltage to the magnetic brush charging member while the magnetic brush charging member is stopped or rotated and the magnetic brush portion is brought into contact with the charged body.
[0017]
The fur brush charging member has a conductive fiber brush portion (fur brush portion) carried on a carrier that also serves as a power feeding electrode, and the conductive fiber brush portion is brought into contact with the member to be charged to supply power to the carrier. Is.
[0018]
When comparing the magnetic brush charging member and the fur brush charging member, the charging performance of the fur brush charging member deteriorates when the hair falls due to long-term use and long-term standing. It tends to be non-uniform due to restrictions. On the other hand, in the magnetic brush charging member, the above-mentioned phenomenon that occurs in the fur brush charging member does not occur, and uniform and stable charging can be performed.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
However, the image forming apparatus including the magnetic brush charging device using the magnetic brush charging member as described above may have the following problems.
[0020]
That is, when the magnetic brush charging device is used, the charge carrier constituting the magnetic brush portion of the magnetic brush charging member may adhere to, for example, a photosensitive drum as an image carrier and flow out. In the developing device in which the toner density is controlled by the inductance detection type toner density control device, when the charged carrier that has adhered to the image carrier and flows out as described above is collected in the developing device as described above, it is instantaneous. Even with a very small amount of charge carrier that does not affect the image to be formed, the charge carrier that adheres to and flows out of the photosensitive drum as the image forming operation is repeated is accumulated in the developing device. When the magnetic particles used in the developing device (hereinafter referred to as “development carrier”) and the charge carrier have different permeability, the apparent permeability of the entire developer changes, and the inductance detection method An error may occur in the toner density control by the toner density control apparatus.
[0021]
That is, when the magnetic permeability of the charge carrier is larger than the magnetic permeability of the development carrier, the charge carrier is in the two-component developer (developer) in the developing device even though the toner concentration in the developer container is constant. As a result, the inductance sensor detects that the average magnetic permeability of the developer has increased. This means that the proportion of carrier particles in the developer increases within a certain volume and the toner concentration is low, so toner replenishment is started, and as a result, density control higher than the appropriate toner concentration is performed. The problem of end up.
[0022]
On the contrary, when the magnetic permeability of the charge carrier is smaller than the magnetic permeability of the developer carrier, the inductance sensor detects that the average magnetic permeability of the developer has decreased due to the charge carrier mixed in the developer. This means that the ratio of the carrier in the developer in the fixed volume is reduced and the toner density is increased, so that the inductance detection method ATR stops the toner supply, and as a result, the toner density is lower than the proper toner density. This causes the problem of density control.
[0023]
In the former case, there is a problem that the image density becomes excessively high due to excessive supply of toner, a problem that the developer whose total amount increases due to an increase in the toner amount overflows from the developing container, or an increase in the toner ratio of the developer. A decrease in the toner charge amount causes a problem that toner scattering is likely to occur. On the other hand, in the latter case, problems such as image deterioration due to a decrease in the amount of toner in the developer and image density thin are caused. Such a problem may increase particularly as the number of images formed increases.
[0024]
Further, according to the inventor's study, the amount of charge carrier adhering to the photosensitive drum is determined by the characteristics of each developing device, for example, in the case of an image forming device configured to form an image using a plurality of developing devices, for example, It has been found that it varies depending on the characteristics of the developer used in the developing device (for example, the charge amount per unit weight of the toner). It has also been found that it varies depending on the environmental conditions (temperature, humidity) in which the developing device is used.
[0025]
For example, in the case of an image forming apparatus that forms a toner image on each of a plurality of photosensitive drums by using each developing device, the transfer portion does not completely transfer to a recording material but remains on the photosensitive drum. When toner is mixed into the magnetic brush charging member of the charging device, the resistance of the magnetic brush charging member is increased. As a result, the efficiency of charge injection into the surface of the photosensitive drum by the magnetic brush charging member is reduced, and the charge carrier is likely to adhere to and flow out of the photosensitive drum.
[0026]
In addition, the transfer efficiency of the toner image formed on each photosensitive drum to the recording material is slightly different depending on the developing device used for the toner image formation (developer characteristics (charge amount of toner), etc.) and the transfer device. As a result, the amount of transfer residual toner on each photoconductive drum is different, and the amount of adhesion and outflow of the charge carrier to the photoconductive drum is different for each image forming unit (each developing device).
[0027]
Furthermore, even in a low-humidity environment, the resistance of the charge carrier and the photosensitive drum is increased, and the charge injection efficiency of the charge carrier to the surface of the photosensitive drum (injection charging surface layer) is reduced and applied to the charging device. The charged potential on the surface of the photosensitive drum is lower than the bias applied. Therefore, a potential difference is generated between the front end of the charge carrier and the surface of the photoconductor drum, and the charge carrier easily adheres to the photoconductor drum. In this manner, the amount of charge carrier adhering to and outflow from the photosensitive drum varies depending on the environment.
[0028]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of optimizing the amount of developer to be replenished to each developing unit even if magnetic particles used for the charging unit are mixed in each developing unit. .
[0029]
[Means for Solving the Problems]
  The above object is achieved by the image forming apparatus according to the present invention.The
[0036]
  In summary, the present inventionAccording to the image carrier,
  Comprising magnetic particles in contact with the image carrier,Charging means for charging the image carrier;
  Developing means for developing the electrostatic latent image formed on the image carrier with a developer containing toner and carrier;
  Detecting means for detecting information corresponding to the magnetic permeability of the developer in the developing means;
  Control means for controlling the amount of developer to be replenished to the developing means according to the output and target value of the detecting means;
  Correction means for correcting the target value;
  Have
  SaidThe magnetic particle permeability is different from the carrier permeability,
  The timing of correction by the correction means is,Inside the image forming deviceHumidityIs variable according toThe correction interval in the low humidity environment is shorter than the correction interval in the high humidity environmentAn image forming apparatus is provided.
[0037]
  According to one embodiment of the present invention, the toner image on the image carrier is transferred to a recording material, and according to another embodiment, the toner image on the image carrier is carried on a recording material carrier. Is transferred to the recorded material.
  According to another embodiment of the present invention, the toner image on the image carrier is transferred to an intermediate transfer member, and then transferred from the intermediate transfer member to a recording material.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The image forming apparatus according to the present invention will be described below in more detail with reference to the drawings.
[0039]
Example 1
FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. In this embodiment, the image forming apparatus is a color electrophotographic copying machine (hereinafter simply referred to as “image forming apparatus”) 100 capable of forming a full color image. The image forming apparatus 100 includes image forming units (stations) 16Y, 16M as first, second, third, and fourth image forming units along a track on the upper side of the transfer belt 12 as a recording material carrier. 16C and 16K are arranged in a row so that a full-color image can be formed at high speed. The image forming units 16Y, 16M, 16C, and 16K form yellow, magenta, cyan, and black images, respectively.
[0040]
The outline of the image forming operation of the image forming apparatus 100 according to the present embodiment will be described. The recording material P stored as the recording paper in the recording material storage cassette 7 includes a pickup roller 8, a pair of paper feed rollers 9a, and a paper feed. It is conveyed by the guide 9b or the like and reaches the registration roller 10. The registration roller 10 feeds the recording material P onto the transfer belt 12 in accordance with the image forming process in each of the image forming units 16Y, 16M, 16C, and 16K. The transfer belt 12 is an endless belt formed of an insulating resin sheet stretched over a driving roller 13a, a driven roller 13b, and a tension roller 13c. The transfer belt 12 is charged by the adsorption charger 11 and electrostatically charges the recording material P. Adsorbed and carried. As the recording material P is sequentially conveyed through the image forming units 16Y to 16K by the transfer belt 12, a document reading device (not shown) provided in the image forming apparatus 100 or an image forming apparatus is provided on the recording material P. In accordance with color-separated yellow, magenta, cyan, and black image information signals transmitted from a host computer or the like that is communicably connected to 100, the image forming units 16Y to 16K are formed in detail as will be described later. The toner images are sequentially transferred in multiple. The recording material P that has passed through the fourth image forming portion (black image forming portion) 16K is separated from the transfer belt 12 by the action of the separation charger 17, and is sent to a heat fixing device (heat roller fixing device) 14 as fixing means. It is done. The thermal fixing device 14 sandwiches and conveys the recording material P by a fixing roller 14a and a driving roller 14b having a built-in heating means, and thermally fixes an unfixed toner image on the recording material P. The recording material P on which the color image is formed in this manner is discharged onto a discharge tray 15 provided so as to protrude from the apparatus main body.
[0041]
The image forming units 16Y, 16M, 16C, and 16K will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows one image forming unit, and the configuration is almost the same in each image forming unit.
[0042]
Each of the image forming units 16Y to 16K includes a cylindrical electrophotographic photosensitive member, that is, a photosensitive drum 1, serving as an image carrier that rotates in the direction of an arrow in the drawing, and a magnetic brush charging device serving as a charging unit around the photosensitive drum. An exposure unit 3, a developing unit 4, and a transfer unit, such as a laser beam scanner as a unit for forming an electrostatic latent image on the photosensitive drum 1 disposed above the photosensitive drum 1 in the figure. An image forming unit such as a transfer charger 5 is provided.
[0043]
In the following description, when distinguishing means and members belonging to the image forming units 16Y, 16M, 16C, and 16K, it means yellow, magenta, cyan, and black, respectively, such as the yellow developing device 4Y. The subscripts Y, M, C, and K are added to each symbol.
[0044]
The image forming process of each of the image forming units 16Y to 16K will be described. First, the photosensitive drum 1 is uniformly charged by the magnetic brush charging device 2. The photosensitive drum 1 rotates at a process speed (peripheral speed) of 150 mm / sec in the direction indicated by the arrow (clockwise).
[0045]
Next, scanning exposure on the photosensitive drum 1 is performed by the laser light L modulated by the image signal, and an electrostatic latent image is formed on the photosensitive drum 1. For example, a document reading device (not shown) having a photoelectric conversion element such as a CCD outputs an image information signal corresponding to the image information of the document, and is built in a laser beam scanner provided in the exposure means 3 of each image forming unit. The produced semiconductor laser emits a modulated laser beam L which is controlled corresponding to the image information signal of the color-separated document.
[0046]
The electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 1 is electrostatically reversed and developed by the developing device 4 as the photosensitive drum 1 rotates, and becomes a visible image, that is, a toner image.
[0047]
In this embodiment, the developing device 4 uses a two-component developer in which a non-magnetic toner (toner) and a magnetic carrier (development carrier) are mixed as a developer. As will be described in detail later, the developing magnetic brush is exposed to light. A two-component contact development method is used in which toner is electrostatically transferred to the image portion of the latent image by contacting the surface of the body drum 1. This method is preferable from the viewpoint of image color and the like, and in an image forming apparatus such as this embodiment that employs a cleanerless system that collects transfer residual toner remaining on each photosensitive drum to each developing device. Further, the recoverability of the toner discharged from the magnetic brush charging device 2 can be improved.
[0048]
The toner image formed on the photosensitive drum 1 is transferred to the recording material P carried and conveyed on the transfer belt 12 via the paper feed roller 8, the conveyance roller pair 9a, and the paper feed guide 9b. Is electrostatically transferred by the action of the charger (corona charger) 5. The untransferred toner remaining on the surface of the photosensitive drum 1 without being transferred to the recording material P is temporarily collected by the magnetic brush charging device 2.
[0049]
After that, the AC brush and the DC bias having a polarity opposite to the normal charging polarity of the toner or the AC bias and the normal charging polarity of the toner are reversed on the conductive brush 6 as a charge eliminating unit abutted on the photosensitive drum 1. A bias superimposed with a DC bias of polarity is applied to neutralize the photosensitive drum 1.
[0050]
A full color image can be obtained on the recording material by performing the above-described steps for each of the four color-separated images of yellow, magenta, cyan, and black in the image forming units 16Y to 16K.
[0051]
In this embodiment, the photosensitive drum 1 is used as the image carrier. However, the present invention is not limited to this. For example, an electrophotographic photosensitive member formed into an endless belt, that is, a photosensitive belt, etc. It may be. In this embodiment, the transfer residual toner temporarily collected by the magnetic brush charging device 2 is then discharged onto the photosensitive drum 1 and collected by the developing device 4. However, the present invention is not limited to this, and a magnetic cleaning device having a cleaning means that is widely used in the past and has a cleaning means such as a blade for abutting the photosensitive drum 1 to scrape transfer residual toner is used. Of course, it is also possible to collect the transfer residual toner discharged from the brush charging device 2 onto the photosensitive drum 1.
[0052]
Next, the photosensitive drum 1 used in this embodiment will be described.
[0053]
The photosensitive drum 1 of the present embodiment is a negatively charged OPC photosensitive member, in which the following first to fifth functional layers are provided in order from the bottom on a φ30 mm aluminum drum base. is there.
[0054]
The first layer is an undercoat layer and is provided for leveling defects of an aluminum drum base (hereinafter referred to as “aluminum base”) and for preventing the occurrence of moire due to reflection of laser exposure. The conductive layer has a thickness of about 20 μm.
[0055]
The second layer is a positive charge injection preventing layer, which serves to prevent the positive charge injected from the aluminum substrate from canceling the negative charge charged on the surface of the photoreceptor, and is formed by an amylan resin and methoxymethylated nylon.6This is a medium resistance layer having a thickness of about 1 μm and having a resistance adjusted to about Ω · cm.
[0056]
The third layer is a charge generation layer, which is a layer having a thickness of about 0.3 μm in which a disazo pigment is dispersed in a resin, and generates positive and negative charge pairs upon receiving laser exposure.
[0057]
The fourth layer is a charge transport layer, which is a P-type semiconductor, in which hydrazone is dispersed in a polycarbonate resin. Accordingly, negative charges charged on the surface of the photoreceptor cannot move through this layer, and only positive charges generated in the charge generation layer can be transported to the surface of the photoreceptor.
[0058]
The fifth layer is a charge injection layer for achieving injection charging by a magnetic brush charging device. The resistance is reduced by doping anti-mony which is a light-transmitting conductive filler into a photo-curable acrylic resin as a binder. This is a coating layer of about 3 μm of a material in which ultrafine particles of tin oxide having a particle size of 0.03 μm are dispersed in an amount of 70 weight percent with respect to the resin. As the electric resistance value (volume resistance value) of the charge injection layer, in order to prevent the so-called image flow, which is sufficient injection chargeability and the image formation is poor because the latent image is not properly formed. 1 × 10Ten~ 1x1014It is preferable to set to Ω · cm. In this example, the surface resistance is 1 × 10.11A photosensitive drum having Ω · cm was used.
[0059]
Next, the magnetic brush charging device 2 used in this embodiment will be described with reference to FIG. The image forming apparatus of the present embodiment uses a magnetic brush charging device (hereinafter simply referred to as “charging device”) 2 that performs charge injection charging as charging means for charging the surface of the photosensitive drum 1.
[0060]
The charging device 2 is in contact with the photosensitive drum 1, a container 20, a charging sleeve 22 made of a nonmagnetic material as a magnetic particle carrier for charging, incorporating a charging device fixed magnet 21 as a magnetic field generating means. Conductive magnetic particles for charging (charge carrier) 23 for injecting electric charge, and a charge carrier regulating blade as a magnetic particle layer thickness regulating means for charging to coat the surface of the charging sleeve 23 with a uniform thickness. 24.
[0061]
The charging sleeve 22 rotates at the peripheral speed of 225 mm / sec in the same direction as the photosensitive drum 1, that is, in the clockwise direction indicated by an arrow in the drawing. The charging carrier regulating blade 24 is made of non-magnetic stainless steel and is disposed so that the gap with the surface of the charging sleeve 22 is 900 μm.
[0062]
The fixed magnet 21 for the charging device fixedly disposed in the charging sleeve 22 is approximately 900 G (at a position of 10 ° upstream of the rotation direction of the photosensitive drum 1 from the closest position of the charging sleeve 22 and the photosensitive drum 1. A 90 mT) magnetic pole (main pole) 21a is arranged. The main pole 21 a is formed from the angle between the charging sleeve 22 and the closest position of the photosensitive drum 1, that is, from the center of the cross section of the charging fixed magnet 21 that is concentric with the charging sleeve 22. The angle indicated by θ in the figure formed by the closest position of the drum 1 and each line to the main pole 21a from the upstream side 20 ° in the rotation direction of the photosensitive drum 1 to the downstream side in the rotation direction of the photosensitive drum. The range is preferably 10 °, and more preferably 15 ° to 0 ° upstream of the photosensitive drum 1 in the rotational direction. When the angle θ is downstream of 10 ° downstream of the rotation direction of the photosensitive drum 1, the charging carrier 23 is attracted to the main pole position, and so-called a region where the charging carrier 23 contacts the photosensitive drum 1 during charging. The charging carrier 23 is likely to stay on the downstream side in the rotation direction of the photosensitive drum 1 from the charging nip. On the other hand, if the angle θ is too upstream of 20 ° upstream of the rotation direction of the photosensitive drum 1, the transportability of the charge carrier 23 that has passed through the charging nip is deteriorated, and stagnation is likely to occur. In addition, when there is no magnetic pole in the charging nip portion, it is clear that the binding force to the charging sleeve 22 acting on the charging carrier 23 becomes weak and the charging carrier 23 is likely to adhere to the photosensitive drum 1.
[0063]
In the charging device 2 of this embodiment, the charging bias is applied to the charging sleeve 22 and the charging carrier regulating blade 24 by the charging device power source 25. The DC component of the charging bias was set to the same value as the desired charging potential on the surface of the photosensitive drum 1 (−700 V in this embodiment). The peak-to-peak voltage (hereinafter referred to as “Vpp”) of the AC component of the charging bias is preferably 100 V or more and 2000 V or less, particularly 300 V or more and 1200 V or less. When Vpp is less than 100V, the effect of improving charging uniformity and potential rise is small, and when Vpp is greater than 2000V, the retention of the charge carrier 23 and the adhesion to the photosensitive drum 1 are deteriorated.
[0064]
The frequency of the AC component of the charging bias is preferably 100 Hz or more and 5000 Hz or less, particularly 500 Hz or more and 2000 Hz or less. When the frequency is less than 100 Hz, the adhesion of the charge carrier 23 to the photosensitive drum 1 is deteriorated, the charging uniformity is deteriorated, or the effect of improving the potential rise is diminished, and when the frequency is greater than 5000 Hz. In addition, it is difficult to obtain the effect of improving charging uniformity and potential rise. The AC waveform is preferably a rectangular wave, a triangular wave, a sin wave, or the like.
[0065]
In this embodiment, as the charge carrier 23, a sintered ferromagnetic material (ferrite) subjected to reduction treatment is used. In addition to this, a resin and ferromagnetic powder kneaded into particles, or a mixture of conductive carbon or the like for adjusting the resistance value, or a surface-treated one should be used in the same way. Can do.
[0066]
The charge carrier 23 is due to the role of injecting charges well into the trap level on the surface of the photosensitive drum 1 and the charging current concentrated on defects such as pinholes generated on the photosensitive drum 1. The magnetic brush charging member 26 and the photosensitive drum 1 that are generated in this manner must also have a role of preventing energization destruction. Therefore, the resistance value of the magnetic brush charging member 26 is 1 × 10.FourΩ ～ 1 × 109Ω is preferable, and in particular, 1 × 10FourΩ ～ 1 × 107Ω is preferred. The resistance value of the magnetic brush charging member 26 is 1 × 10FourIf it is less than Ω, there is a tendency that pinhole leakage tends to occur.9If it exceeds Ω, it tends to be difficult to inject good electric charge. Further, in order to control the resistance value of the magnetic brush charging member 26 within the above-mentioned range, the volume resistance value of the charging carrier 23 is 1 × 10.FourΩ · cm to 1 × 109Preferably it is Ω · cm, especially 1 × 10FourΩ · cm to 1 × 107It is preferably Ω · cm.
[0067]
Further, from the viewpoint of preventing charge deterioration due to contamination of the particle surface, it is preferable that the average particle diameter of the charge carrier 23 and the peak in the particle size distribution measurement are in the range of 5 to 100 μm.
[0068]
In this embodiment, the volume resistance value of the magnetic brush charging member 26 is 1 × 10.6Ω · cm. Further, as will be described later in detail, such as the measurement method, the strength of magnetization (σ1000) at a magnetic field of 1 kilooersted of the charge carrier 23 used in this embodiment is 270 emu / cm.2It is.
[0069]
In the charging device 2 having such a configuration, a magnetic brush charging member 26 having a charging carrier 22 supported on a charging sleeve 22 in the form of a head is brought into contact with the surface of the photosensitive member 1 while rotating. By applying a voltage to the charging member 26, the photosensitive drum 1 is charged by charge injection charging.
[0070]
In the charging device 2 of this embodiment, by applying −700 V as the DC component of the charging bias, the surface potential of the photosensitive drum 1 becomes −700 V, and injection charging is realized.
[0071]
Next, the developing device 4 used in the present embodiment will be described with reference to FIG. As described above, the image forming apparatus 100 according to the present embodiment uses the two-component developer (developer) 43 including the development carrier (magnetic carrier) 41 and the non-magnetic toner (toner) 42 as the developer. The latent image formed on the photosensitive drum 1 is developed by the component contact development method. In this embodiment, the toner has a normal charging polarity of negative polarity.
[0072]
The developing device 4 includes a developing container 44 that stores the two-component developer 43. The developing container 44 is disposed to face the photosensitive drum 1, and the inside thereof is partitioned into a first chamber (developing chamber) 52 and a second chamber (stirring chamber) 53 by a partition wall 51 extending in the vertical direction. Has been. In the first chamber 52, a developing sleeve 54, which is a non-magnetic sleeve, is disposed as a developer carrier that rotates in the direction of the arrow in the drawing. A developing device fixing magnet 55 as a magnetic field generating means is fixedly disposed in the developing sleeve 54. The developing sleeve 54 carries and transports a layer of the two-component developer 43 whose layer thickness is regulated by a developer layer thickness regulating blade 56 as a developer layer thickness regulating means, and in a developing region facing the photosensitive drum 1, The developing magnetic brush with the component developer 43 spiked is brought into contact with the photosensitive drum 1, and the toner 42 is supplied to the image portion of the electrostatic latent image on the photosensitive drum 1 for development. In order to improve the developing efficiency, that is, the application rate of the toner 42 to the latent image, a developing bias voltage in which a DC voltage is superimposed on an AC voltage is applied to the developing sleeve 54 from a power source 57.
[0073]
First and second developer agitating screws 58 and 59 are arranged in the first chamber 52 and the second chamber 53, respectively. The first screw 58 stirs and conveys the developer in the first chamber 52. The second screw 59 stirs and conveys the replenishing toner 63 supplied by the rotation of the conveying screw 62 from a toner discharge port 61 of the toner replenishing tank 60 described later and the developer 43 already in the developing container 44. Then, the toner density in the developing container is made uniform. The partition wall 51 is formed with a developer passage (not shown) that allows the first chamber 52 and the second chamber 53 to communicate with each other at the front and back end portions in FIG. Due to the conveying force of the first and second screws 58 and 59, the developer 43 in the first chamber 52 in which the toner is consumed due to the development and the toner concentration is lowered moves from one passage into the second chamber 53. The developer 43 whose toner density has been recovered in the second chamber 53 is configured to move into the first chamber 52 from the other passage.
[0074]
As will be described in detail later, the image forming apparatus 100 according to the present exemplary embodiment includes an inductance detection type toner density control device (hereinafter simply referred to as “toner density control device”). In order to adjust the toner density in the developing container 44 by developing the electrostatic latent image by this toner density control device, that is, to control the amount of toner replenished to the developing container 44, the first chamber of the developing container 44 is used. An inductance head 30 (detecting means) as an inductance sensor is installed on the bottom wall of the (developing chamber) 52. The toner concentration control device detects an actual signal of the developer 43 in the developer container 44, more specifically in the first developer chamber 52, based on a detection signal (information corresponding to the magnetic permeability of the developer) from the inductance head 30. The toner density is detected, and the CPU (control means) 67 (FIG. 7) determines the amount of toner to be replenished to the developing container 44 by comparing the detection signal with a reference value (target value).
[0075]
In the present invention, the toner particles 42 contained in the two-component developer 43 can be appropriately selected and used without any particular limitation. For example, spherical polymer toner particles prepared by a polymerization method in which a monomer composition in which a colorant and a charge control agent are added to a monomer are suspended and polymerized in an aqueous medium can be suitably used. This method is suitable for producing a spherical toner at low cost. Further, a toner produced by a conventionally used pulverization method may be used.
[0076]
As the developing carrier 41, a low magnetization carrier can be used, and high image quality is achieved in combination with the above-described spherical polymerized toner. According to the experiments of the present inventors, the distance (S-Dgap) between the developing sleeve 54 and the photosensitive drum 1 is 300 to 1000 μm, and the amount of developer on the developing sleeve 54 per unit area (hereinafter referred to as M / S). 15-50mg / cm2When the toner concentration is in the range of 5 to 12%, the magnetization intensity of the development carrier 41 is 230 emu / cm when the magnetization intensity (σ1000) at a magnetic field of 1 kilo-Oersted (Oe) is 230 emu / cm.ThreeBelow, preferably 140 emu / cmThreeBelow, the magnetic interaction between adjacent magnetic brushes is small due to the low amount of magnetization, so that the ears of the magnetic brush become dense and short. As a result, the magnetic brush softly peels off the toner adhesion surface on the latent image, so that the developing toner adhering to the latent image is scraped off, so-called scavenging can be prevented, and an image having a high resolution can be provided.
[0077]
In the present embodiment, the magnetization intensity (σ1000) of the developing carrier 41 at a magnetic field of 1 kilooersted is 135 emu / cm.2It is.
[0078]
The magnetization characteristics of the above-described charging carrier 23 and developing carrier 41 were measured using an oscillating magnetic field type magnetic characteristics automatic recording apparatus BHV-30 manufactured by Riken Denshi Co., Ltd. The magnetic characteristic values of the carrier powder (charging carrier 23, developing carrier 41) create an external magnetic field of 1 kilo-Oersted, and obtain the strength of magnetization at that time. The carrier is made in a packed state so as to be sufficiently dense in a cylindrical plastic container. In this state, the magnetization moment is measured, and the actual weight when the sample is put is measured to obtain the magnetization intensity (emu / g). Next, the true specific gravity of the carrier particles is obtained by a dry automatic densitometer Accupic 1330 (manufactured by Shimadzu Corporation), and the true specific gravity is applied to the strength of magnetization (emu / g) to thereby obtain the strength of magnetization per unit volume. (Emu / cmThree)
[0079]
Both the charging carrier 23 and the developing carrier 41 used in this embodiment are soft magnetic materials, and the strength of magnetization linearly increases as the magnetic field increases up to a magnetic field of about 1 kilooersted. Therefore, the magnetic permeability is proportional to the gradients tan α and tan β shown in FIG. Compared with the developing carrier 41, the charging carrier 23 used in this embodiment has a magnetization strength (σ1000) of approximately twice in a magnetic field of 1 kilo Oersted, and therefore doubles the magnetic permeability.
[0080]
As will be described in detail later, when magnetic carriers having different magnetic permeability are used as the charging carrier 23 and the developing carrier 41 as in this embodiment, when the charging carrier 23 is mixed into the developing device 4, it is accommodated in the developing device. The apparent permeability detected by the inductance head 30 changes even though the toner concentration does not change.
[0081]
Next, an inductance detection type toner density control device will be described.
[0082]
As described above, the two-component developer 43 includes the development carrier 41 and the nonmagnetic toner 42 as main components, and the toner concentration of the developer 43 (the toner with respect to the total weight of the carrier particles and the toner particles) due to the consumption of the toner 42 due to development. As the particle weight ratio changes, the apparent magnetic permeability due to the mixing ratio of the development carrier 41 and the nonmagnetic toner 42 in a certain volume changes.
[0083]
When this apparent magnetic permeability is detected by the inductance head 30 and converted into an electrical signal, the electrical signal changes substantially linearly according to the toner concentration, as shown in FIG. That is, the detection signal (output electric signal) of the inductance head 30 corresponds to the actual toner concentration of the two-component developer 43 in the developing container 44. The horizontal axis in FIG. 6 represents the T / C ratio (ratio of the toner amount to the carrier amount), and the vertical axis represents the electrical signal obtained by converting the output signal of the inductance head 30.
[0084]
Processing of the detection signal from the inductance head 30 will be described with reference to FIG.
[0085]
A detection voltage signal from the inductance head 30 is supplied to one input of the comparator 31. The other input of the comparator 31 is supplied from the reference voltage signal source 32 as a target value corresponding to the apparent magnetic permeability of the developer 43 with a specified toner concentration (initial setting value of the toner concentration of the developer 43). A reference electrical signal is input. Therefore, the comparator 31 compares the specified toner density with the actual toner density in the developing container 44, and the output signal of the comparator 31 as a comparison result of both input signals is a CPU (central processing unit). Is supplied to the control means 67.
[0086]
The control means 67 controls to adjust the next toner replenishment time based on the detection signal from the comparator 31. For example, when the detection output of the inductance head 30 is smaller than the target value (the actual toner concentration of the developer 43 is smaller than the specified value), that is, when the toner is insufficiently replenished, the control unit 67 is insufficient. The conveying screw 62 of the toner replenishing tank 60 is operated so as to replenish the toner in the developing container 44. That is, the control unit 67 is required to replenish the developing container 44 with a shortage of toner based on the output signal from the comparator 31 using an arithmetic expression or a table stored in the RAM 68 as a storage unit. Calculate the screw rotation time. Then, the motor drive circuit 69 is controlled, and the motor 70 is rotationally driven for that time, so that the insufficient supply toner 63 is supplied to the developing container 44.
[0087]
Further, when the detection output of the inductance head 30 is larger than the target value (the actual toner concentration of the developer 43 is larger than the specified value), that is, when the toner is excessively replenished, the control means 67 is a comparator. Based on the output signal from 31, the amount of excess toner in the developer 43 in the developer container 44 is calculated. In the subsequent image formation, the toner is replenished so that the excessive toner is eliminated, or an image is formed without replenishing the toner until the excessive toner is consumed, that is, the toner is not replenished. Control is performed such that an image is formed and excessive toner is consumed, and the toner supply operation is performed as described above after excessive toner is consumed.
[0088]
In this embodiment, the specified toner concentration of 6% is set as the optimum toner concentration of the developer 43. If the toner concentration is too high, the toner may be fogged or scattered, and if it is too low, the image density may be reduced. As will be described in detail later, the reference voltage signal compared with the detection voltage signal of the inductance head 30 in the initial state is set to 2.5 V corresponding to the optimum toner concentration of 6%.
[0089]
Next, the above-described toner supply operation will be further described with reference to the flowchart of FIG.
[0090]
First, when the image forming apparatus is started (step 1), the detection of toner density starts (step 2). The detected voltage signal a from the inductance head 30 is input to the comparator 31 (step 3), and the comparator 31 compares it with the reference voltage signal b from the reference voltage signal source 32 (step 4). Next, a difference signal (ab) between the detected voltage signal a and the reference voltage signal b is sent to the control means 67 (step 5). The control means 67 determines whether (ab)> 0 (step 6). If the toner density is lower than the reference value (YES), the toner replenishment amount based on the difference signal (ab), that is, The rotation time of the conveying screw 62 is determined (step 7). Subsequently, when the image forming operation is started (step 8), toner supply is performed between the image formation and the image formation (between images) for the toner supply time determined in step 7 (step 9). Thereafter, the process returns to the start of toner density detection in step 2.
[0091]
If it is determined in step 6 that the toner density is higher than the reference value (NO), then the image forming operation is started (step 10), and the toner density in step 2 is not replenished. Return to start of detection.
[0092]
In the flowchart of FIG. 8, the toner density detection is started immediately before the image forming operation is started (resumed). However, the toner density detection timing may be just before the image forming operation is restarted or during the image forming operation. For example, when the apparatus 100 is started and the first image is formed, it may be performed immediately before the start of the image forming operation, and thereafter, the detection may be performed during the image forming operation.
[0093]
In this way, the inductance detection type toner density control apparatus according to the present embodiment compares the detection voltage signal a with the reference voltage signal b, so that the detection voltage signal a by the inductance head 30 has an optimum toner density (this embodiment). In this example, the toner replenishment amount is adjusted so that the reference voltage signal value b of the detected voltage signal is 2.5 V at 6%).
[0094]
That is, in this embodiment, if the detection voltage signal a of the inductance head 30 is larger than the reference voltage signal value b (for example, 3.0 V), toner is replenished, and conversely if the detection voltage signal value a of the inductance head 30 is small ( For example, 2.0 V) Toner supply is to be stopped. However, naturally, the present invention is not limited to this signal processing, and the reference voltage signal value may be a value other than 2.5 V by changing the circuit configuration, and the inductance when the toner concentration is lower than the optimum value. The detection voltage signal value of the head 30 may be made smaller than the reference voltage signal value. Conversely, when the toner density is higher than the optimum value, the detection voltage signal value of the inductance head 30 may be made larger.
[0095]
Here, as described above, in the image forming apparatus 100 using the magnetic brush charging device 2, there arises a problem that the charging carrier 23 constituting the magnetic brush charging member 26 adheres to and flows out of the surface of the photosensitive drum 1. There is. When the charged and discharged charge carrier 23 is collected by the developing device 4, the developing device 4 using the conventional inductance detection type toner density control device has a trace amount that does not immediately have an adverse effect on the image. Even if the charge carrier is attached, the charge carrier 23 is accumulated in the developing device 4 as the number of images formed increases by repeating the image forming operation. At this time, when the magnetic permeability of the developing carrier 41 and the charging carrier 23 is different, the apparent magnetic permeability of the developer 43 as a whole changes even though the toner concentration in the developing device has not changed. An error may occur in the toner density control by the toner density control device.
[0096]
The conventional problems will be further described with reference to FIGS. First, for example, the optimum toner concentration of the developer 43 is set to 6%, and the initial value 2 is used as a reference voltage signal of the detection voltage signal of the inductance head 30 corresponding to the apparent magnetic permeability of the developer 43 of this toner concentration. .5V is set.
[0097]
However, as the charge carrier 23 is gradually accumulated in the developing device 4 as the image forming operation is repeated, the apparent magnetic permeability of the developer 43 in the developing device 4 changes. That is, when the magnetic permeability of the charging carrier 23 is larger than the magnetic permeability of the developing carrier 41, the apparent magnetic permeability of the developer 43 gradually increases as shown by the dotted line (i) in FIG. Conversely, when the magnetic permeability of the charge carrier 23 is smaller than the magnetic permeability of the developing carrier 41, the apparent magnetic permeability of the developer 43 gradually decreases as shown by the dotted line (ii) in FIG. The horizontal axis in FIG. 9 indicates the operating time of the developing device.
[0098]
Accordingly, when the magnetic permeability of the charging carrier 23 is larger than the magnetic permeability of the developing carrier 41, the detected voltage signal of the inductance head 30 gradually increases as shown by the dotted line (i) in FIG. Is smaller than the magnetic permeability of the developing carrier 41, it gradually decreases as shown by the dotted line (ii) in FIG.
[0099]
However, in actuality, the toner density control device is designed so that the toner density is always 6% of the initial value or always within the appropriate range from the optimum value of 6%, that is, by the solid line (iii) in FIG. As shown, the toner is replenished so that the detected voltage value of the inductance head 30 is the initial reference value of 2.5V. As a result, when the magnetic permeability of the charging carrier 23 is larger than the magnetic permeability of the developing carrier 41, the apparent magnetic permeability of the developer 43 is reduced by replenishing the toner. Therefore, the dotted line (i) in FIG. As shown by, the toner density gradually increases. On the contrary, when the magnetic permeability of the charging carrier 23 is smaller than the magnetic permeability of the developing carrier 41, the toner replenishment is stopped to increase the apparent magnetic permeability of the developer 43, so that the dotted line (ii) in FIG. As shown by, the toner density gradually decreases.
[0100]
For the sake of explanation, the case where the magnetic permeability of the charging carrier 23 is larger than the magnetic permeability of the developing carrier 41 (about twice) will be described in more detail below in accordance with the image forming apparatus 100 of the present embodiment. However, the present invention is not limited to the case where the magnetic permeability of the charging carrier 23 is larger than the magnetic permeability of the developing carrier 41. As can be understood from the description with reference to FIGS. If the magnetic permeability and the magnetic permeability of the developing carrier 41 are different, the principle of the present invention can be applied in the same way regardless of which of the charging carrier 23 and the developing carrier 41 has a large magnetic permeability.
[0101]
As described above, according to the inventor's study, the amount of the charging carrier 23 mixed into the developing device 4 is the environment (atmosphere) in the image forming apparatus main body, the color difference of each developer used in each developing device, and the like. Depending on the characteristics of each developing device 4.
[0102]
More specifically, as shown in FIG. 12, the amount of charge carrier 23 mixed into the developing device 4 increases as the humidity decreases, more strictly, as the absolute moisture content in the air decreases. That is, in the low humidity environment as described above, the resistance of the charge carrier 23 and the photoconductor drum 1 is increased, so that the charge injection efficiency of the charge carrier 23 to the photoconductor drum 1 is reduced and applied to the charging device 2. The charged potential on the surface of the photosensitive drum 1 is lower than the bias. Therefore, a potential difference is generated between the front end of the charge carrier 23 and the surface of the photosensitive drum 1, and the charge carrier 23 is easily attached to the photosensitive drum 1, and the charge carrier 23 is attached to the photosensitive drum 1 and developed. The mixing into the developer 43 in the apparatus 4 will increase.
[0103]
For example, in the image forming apparatus 100 of the present embodiment, the amount of charge carrier 23 mixed into the cyan developing device 4C in an environment of 25 ° C./50% is about 10 g for 50,000 image forming operations. I understood. Therefore, the toner density is adjusted so that the detection signal of the inductance head 30 is 2.5V, and the developer 43 in the cyan developing device 4C is adjusted to the optimum toner density (6%). 43 was forcibly mixed with 10 g of the charge carrier 23. As a result, when the apparent magnetic permeability of the developer 43 increases and the initial optimum toner density is maintained, the detection voltage signal of the inductance head 30 is changed from the initial reference voltage signal value 2.5V to 3.0V. Raised 0.5V. Therefore, when the toner density is actually controlled as usual, the toner is replenished so that the detection voltage signal of the inductance head 30 becomes 2.5 V, and as a result, the toner is replenished excessively. For example, since the sensitivity of the inductance head 30 used in the image forming apparatus 100 of this embodiment is 0.5 V /% (toner concentration) (FIG. 6), when this inductance head 30 is used, the image forming operation is performed at 50000. If the process is repeated once, the toner density is finally controlled by shifting by 1% from the optimum toner density of 6% to 7%.
[0104]
Similarly, in the image forming apparatus 100 of the present embodiment, the amount of charge carrier 23 mixed in the cyan developing device 4C in an environment of 23 ° C./5% is about 20 g for 50,000 image forming operations. I found out. Therefore, the toner density is adjusted so that the detected voltage signal of the inductance head 30 is 2.5 V to make the developer 43 in the cyan developing device 4C have an optimum toner density (6%), and then the developer. 43 was forcibly mixed with 20 g of the charge carrier 23. As a result, when the apparent magnetic permeability of the developer 43 is increased and the initial optimum toner density is maintained, the detection signal of the inductance head 30 is changed from the initial reference value 2.5V to 3.5V. It rose 0V. Therefore, when the toner density is actually controlled as in the conventional case, the toner is replenished so that the detection signal of the inductance head 30 is 2.5 V, and as a result, the toner is replenished excessively. Similar to the above, when the inductance head 30 having a sensitivity of 0.5 V /% (toner concentration) (FIG. 6) is used, if the image forming operation is repeated 50000 times, the toner density is finally optimized to 6%. From 8 to 8%, the control is shifted by 2%.
[0105]
Further, according to the study of the present inventor, as shown in FIG. 13, even in the same environment, the mixing amount of the charge carrier 23 varies depending on the characteristics of each developing device such as the color of the toner used. In FIG. 13, as an example, a comparison is made between the yellow and cyan developing devices 4Y and YC in an environment where the temperature and humidity are 25 ° C./50%. The same can be said for the other colors between devices.
[0106]
That is, as described above, when the so-called transfer residual toner remaining on the photosensitive drum 1 without being completely transferred is mixed into the charging device 2, the resistance of the magnetic brush charging member 26 is increased, and the photosensitive drum 1 is transferred to the photosensitive drum 1. The charge injection efficiency of the toner is reduced, and the charge carrier 23 is likely to adhere to the photosensitive drum 1.
[0107]
On the other hand, the transfer efficiency of the toner image formed on the photosensitive drum 1 to the recording material differs for each toner color, and the transfer residual toner amount, and hence the transfer residual toner amount mixed into the charging device 2 also differs. The mixing amount of the charge carrier 23 also differs for each developing device that forms toner images using different color developers.
[0108]
Accordingly, the amount of charge carrier that accumulates as the image forming operation is repeated for each developing device differs, and the error amount of toner density control differs for each developing device.
[0109]
Therefore, in the image forming apparatus 100 according to the present exemplary embodiment, according to the present invention, erroneous detection and erroneous control of toner density by an inductance detection type toner density control apparatus based on mixing of the charge carrier 23 into the developer 43 is used in the environment and / or. Even if the image forming operation is repeated in large quantities, such as differences in developer color, etc., are corrected, and the toner density is always kept at a predetermined value or within an appropriate range. The configuration is to be controlled.
[0110]
More specifically, the image forming apparatus 100 according to the present exemplary embodiment uses a reference voltage signal value to be compared with a detection voltage signal of the inductance head 30 for a preset optimum toner density based on the operation time or the number of operations of the developing device. Reference signal correction means 35 for correcting at a predetermined timing is provided.
[0111]
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the reference signal value correction unit 35 is configured such that the reference voltage signal value to be compared with the detected voltage signal value of the inductance head 30 when the image forming operation is repeated for a certain time or a certain number of times. Is configured as a central processing unit (CPU) 35 in which an instruction is set in advance so as to reset the value.
[0112]
The correction amount when the reference value is reset is set to be different for each environment and each of the developing devices 4Y to 4K, and the reference signal value correcting unit 35 receives the reference voltage signal source 32 at a predetermined timing. Reset the reference voltage signal value to be output.
[0113]
The reference signal value correcting means 35 uses the temperature / humidity information from the temperature / humidity sensor 33 as an atmosphere sensor provided in the image forming apparatus 100, or the timing information obtained in detail as described later, to each developing device. The reference of the detection voltage signal of the inductance head 30 with a different correction amount for each of the developing devices 4Y to 4K at a predetermined timing based on the operation time or the number of operations of 4Y to 4K according to the environment in which the developing device is placed. Correct the voltage signal value.
[0114]
An environmental sensor 33 such as a temperature / humidity sensor may be provided for each of the developing devices 4Y to 4K.
[0115]
More specifically, first, for the cyan developing device 4C in an environment where the temperature and humidity are 25 ° C./50%, an initial value of 2.5 V of the reference voltage signal compared with the detection voltage signal of the inductance head 30 is formed. A case where correction is performed when the operation is repeated 25,000 times will be described. In the image forming apparatus 100 of the present embodiment, assuming that the amount of charge carrier 23 mixed into the cyan developing device 4C is proportional to the image forming operation, the amount of charge carrier 23 mixed in this environment for the cyan developing device 4C is Since it is 10 g (10 g / 50000 g) with respect to 50000 formation times (FIG. 13), it is 5 g (5 g / 25000 times) at 25000 image formation times. Here, as described above, in the image forming apparatus 100 of the present embodiment, the detected voltage value of the inductance head 30 changes by 0.5 V when 10 g of the charge carrier 23 is mixed, so when about 5 g of the charge carrier 23 is mixed. It will change by 0.25V.
[0116]
Accordingly, the reference signal value correcting means 35 includes an inductance head for the cyan developing device 4C at the reference voltage value b of the detected voltage signal at step 4 in the flowchart of FIG. A command for resetting the reference voltage signal value to be compared with the 30 detection voltage signals from the initial value of 2.5 V to 2.75 V when the number of image formation times reaches 25000 times is set. Then, at the timing, the control means 35 resets the reference value b output from the reference voltage signal source 32 to 2.75V.
[0117]
As a result, as shown by the line (i) in FIG. 14, the toner supply is stopped until the detection voltage signal of the inductance head 30 becomes 2.75 V after the correction of the reference voltage signal value b. The error in the toner density that has been lost is eliminated, and the initial toner density is controlled again to 6%. As a result, when the image forming operation is repeated 50000 times, the toner density is about 6.5%, and the error in toner density control is made smaller than when the detection signal reference signal of the inductance head 30 is not corrected. be able to.
[0118]
Further, in the case of the yellow developing device 4Y, when the image forming operation is repeated 25000 times with the initial value of 2.5 V of the reference voltage signal compared with the detection voltage signal of the inductance head 30 in the same environment of 25 ° C./50%. The case where this reference value is reset will be described. In the image forming apparatus 100 of this embodiment, assuming that the mixing amount of the charging carrier 23 into the developing device 4Y is proportional to the image forming operation, the mixing amount of the charging carrier 23 in this environment for the yellow developing device 4Y is 50000 times of image formation. 12 g (12 g / 50000 times) per time (FIG. 13), the amount of charge carrier 23 mixed after the image forming operation is repeated 25000 times is 6 g (6 g / 25000 times). In this embodiment, the detection signal value of the inductance head 30 at that time changes by 0.3V.
[0119]
Therefore, in the case of the yellow developing device 4Y, the reference voltage value b of the detection voltage signal in step 4 of the flowchart of FIG. A command is previously set in the reference signal value correcting means 35 so that the reference voltage signal to be compared with the detection voltage signal of the inductance head 30 for the yellow developing device 4Y at% is reset from the initial value of 2.5V to 2.80V. Keep it. By doing so, the reference signal value correcting means 35 corrects the reference value of the detection signal of the inductance head 30 at a predetermined timing, and the subsequent toner supply is stopped until the detection signal becomes 2.80 V. Also for the device 4Y, as indicated by the line (ii) in FIG. 14, the error in the toner density control at the time when the image forming operation is repeated 50000 times can be reduced.
[0120]
Similarly, for the magenta and black developing devices, the charging carrier 23 mixed in the magenta developing device 4M and the black developing device 4K after a predetermined period (number of times of image formation) in a predetermined environment (here, temperature and humidity of 25 ° C./50%) in advance. An amount is obtained, a correction amount of the reference value of the detection signal of the desired inductance head 30 corresponding to the amount is determined, and the reference value of the detection signal of the inductance head 30 is appropriately corrected by the reference signal value correction means 35 at a predetermined timing. By setting the command, it is possible to maintain the toner density of the magenta and black developers appropriately.
[0121]
Next, as another environment, an environment having a temperature and humidity of 23 ° C./5% will be described. In this environment, the amount of the charge carrier 23 mixed into the cyan developing device 4C is 20 g (20 g) with respect to 50000 image formations. / 50000 times) (FIG. 12), the amount is 10 g (10 g / 25,000 times) with respect to 25000 times of image formation. As described above, when 10 g of the charging carrier 23 is mixed, the detection voltage signal of the inductance head 30 changes by 0.5V. Therefore, for the cyan developing device 4C in this environment, when the image forming operation is repeated 25,000 times, the reference value of the detection signal of the inductance head 30 is reset from the initial value of 2.5V to 3.0V. An instruction is set in advance in the reference signal value correcting means 35. As a result, as indicated by the line (iii) in FIG. 14, after the reference value of the detection voltage signal of the inductance head 30 is corrected, the toner supply is stopped until the detection voltage signal becomes 3.0V. The error in the toner density that has occurred up to this point is eliminated, and the initial toner density is controlled again to 6%. As a result, compared with the case where the correction amount of the reference voltage signal value of the detection voltage signal of the inductance head 30 is not changed depending on the environment, the toner density when the image forming operation is repeated 50000 times is about 7%, which is more toner. The error in density control can be reduced.
[0122]
Similarly, for each of the developing devices 4Y, 4M, and 4K other than the cyan developing device 4C in an environment of 23 ° C./5%, an instruction for appropriately correcting the reference value of the inductance head 30 is set in the reference signal value correcting unit 35. By doing so, it is possible to reduce the error of toner density control in each environment of the developing devices 4Y, 4M, and 4K. Further, as another environment, a command for correcting the reference value of the inductance head 30 after a predetermined period is appropriately set for each of the developing devices 4Y, 4M, 4C, and 4K in an environment of 30 ° C./80%. Alternatively, by appropriately setting the developing devices 4Y, 4M, 4C, and 4K in other types of environments, it is possible to appropriately maintain the toner concentration of the developer for each environment and each developing device. .
[0123]
Here, the timing for resetting the reference value of the detection signal of the inductance head 30 is not particularly limited. For example, the control unit 67 counts each of the developing devices 4Y to 4K as the image forming operation frequency counting unit. It can be determined based on information on the number (number of times) of image formation to be performed, or can be performed based on the video count number of the image information signal formed using each developing device. Further, as the image forming operation time counting unit, for example, the control unit 67 may determine based on the operation time of each of the developing devices 4Y to 4K measured for each of the developing devices 4Y to 4K.
[0124]
As described above, according to the present invention, even when the image forming operation is repeated many times, the toner concentration in the developer 43 can be controlled to be always constant or always within an appropriate range. A stable image can be formed.
[0125]
Example 2
Next, another embodiment of the present invention will be described. Since the image forming apparatus of the present embodiment is basically the same as the image forming apparatus 100 of the first embodiment, members having the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0126]
In the first embodiment, the reference signal value correcting unit 35 corrects the initial value of the reference voltage signal to be compared with the detection voltage signal of the inductance head 30 when the image formation is performed 25,000 times. It is not limited to this.
[0127]
As shown in FIG. 15 (a), the reference signal value correcting means 35 newly resets the reference voltage signal value of the detection voltage signal of the inductance head 30 in multiple stages as appropriate for each environment and each developing device. It can be configured. For example, the reference value of the detection signal of the inductance head 30 is gradually increased at each point of time when the number of image formations is 10,000, 20000, 30000, 40000, and 50000.
[0128]
By adopting the configuration of this embodiment, as shown in FIG. 15B, the toner density can be kept relatively constant at a desired density, and the toner density can be controlled with higher accuracy.
[0129]
Here, as in the first embodiment, the timing for resetting the reference value of the detection signal of the inductance head 30 in a stepwise manner is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 4Y to 4K can be performed based on the number of image formation (number of times) information, can be performed based on the video count number of the image information signal, or can be an image formation operation time.
[0130]
Further, preferably, the correction of the reference voltage signal value of the detection voltage signal of the inductance head 30 is performed at an optimum timing for each environment and / or for each color of each developing device. For example, as described above, in the low humidity environment, the amount of the charge carrier 23 mixed into each of the developing devices 4Y to 4K becomes larger than in the high humidity environment, and as the image forming operation is performed, the error in the toner density control becomes more rapid. To happen. Therefore, in the low humidity environment, the reference value of the detection signal of the inductance head 30 should be gradually increased at shorter intervals than in the high humidity environment. Further, as understood from FIG. 13, for example, in the yellow developing device 4Y than in the cyan developing device 4C, the amount of the charging carrier 23 mixed in accordance with the image forming operation is large, and the error in toner density control becomes more abrupt. The other developing devices are considered in the same manner, and in consideration of the amount of mixing of the charging carrier 23 according to the image forming operation in each of the developing devices 4Y to 4K, the inductance head is at an interval (timing) at which the toner density always becomes a desired value. The reference value of 30 detection signals may be corrected.
[0131]
Example 3
Next, still another embodiment of the present invention will be described. The image forming apparatus of this embodiment is basically the same as the image forming apparatus 100 of the first and second embodiments.
[0132]
In this embodiment, as shown in FIG. 16A, the reference signal value correcting means 35 appropriately sets the reference voltage signal value of the detection voltage signal of the inductance head 30 linearly for each environment and for each developing device. Set a new value. The amount of charge carrier 23 mixed in each developing device in each environment for each image forming operation time of each developing device 4 at relatively short intervals, each video count number of relatively small image information signals, or each relatively small number of image forming times. Or a linear transition of the mixing amount of the charging carrier 23 is expressed by an expression from an actual measurement value or a calculated value, and each environment and each developing device is linearly corresponding to this transition. The reference voltage signal value can be corrected every time.
[0133]
As a result, as shown in FIG. 16B, more accurate toner density control is possible.
[0134]
Example 4
Next, still another embodiment of the present invention will be described. The image forming apparatus of the present embodiment is basically the same as the image forming apparatus 100 of the first to third embodiments.
[0135]
The charge carrier 23 has a certain extent in its particle size distribution, and according to the study of the present inventors, it has been found that the charge carrier 23 is likely to adhere to the photosensitive drum 1 from the minute charge carrier 23. Since such a small charge carrier 23 causes carrier adhesion particularly during the initial time or number of image forming operations and is collected by the developing device 4, the time or image since the use of the image forming device is started. It is considered that the change in apparent magnetic permeability of the developer 43 in the initial stage with respect to the number of formations becomes large. Thereafter, when the amount of the minute charge carrier 23 in the charging device 2 decreases, the change in the apparent magnetic permeability of the developer 43 gradually decreases. That is, regarding the operation time from the start of use of the image forming apparatus, it is conceivable that the magnetic permeability of the developer 43 changes nonlinearly as shown in FIG.
[0136]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 18, the reference signal value correcting means 35 is a charge carrier that is obtained in advance by appropriately determining the reference value of the detection signal of the inductance head 30 for each environment and for each developing device. The configuration is newly set so as to correspond to the non-linear transition of the mixing amount into the developing device 23. As in the third embodiment, each of the charging carriers 23 in each environment for each image forming operation time of each developing device 4 having a relatively short interval, each video count number of a relatively small image information signal, or each relatively small number of image forming times. The transition of the mixing amount into the developing device is determined, or the non-linear transition of the mixing amount of the charging carrier 23 is expressed by an equation from an actual measurement value or a calculated value, and each environment, The reference voltage signal value can be corrected for each developing device.
[0137]
As a result, even when the mixing amount of the charging carrier 23 into the developing device 4 changes as the image forming operation is repeated, toner density control with high accuracy can always be performed.
[0138]
In each of the embodiments described above, the present invention is applied to an electrophotographic digital color copying machine. However, the present invention is not limited to this example. For example, the present invention is not limited to this. The present invention is equally applicable to an arbitrary image forming apparatus such as a copying machine or a printer using the method. For example, the present invention can also be applied to an image forming apparatus that performs dithering of an image using a dither method, and an image forming apparatus that forms a toner image by an image information signal output from a computer or the like instead of copying a document, The present invention can also be applied to a so-called printer. Furthermore, it goes without saying that various modifications and changes can be made as necessary for the configuration of the image forming apparatus and the control system.
[0139]
For example, the present invention can be applied to an image forming apparatus as shown in FIG. In the image forming apparatus of FIG. 20, members having the same functions as those described in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. For example, the configuration of the magnetic brush charging device is the same as that of FIG. 3, the configuration of each developing device is the same as that of FIG. 4, and the configuration of the toner concentration control device is also the same as that of FIG.
[0140]
The image forming apparatus in FIG. 20 is the same as the image forming apparatus in FIG. 1 in that an image is formed using a plurality of developing devices containing different developers (toners), but as a single image carrier. The difference is that toner images are sequentially formed on the photosensitive drum 1 by the developing devices 4 (4Y, 4M, 4C, 4K). Each developing device 4 is mounted in a rotating device 300, and the rotating device 300 has a function of selectively moving each developing device 4 to a developing unit.
[0141]
The outline of the image forming process of the image forming apparatus shown in FIG. 20 will be described. In this image forming apparatus, first, the toner image formed on the photosensitive drum 1 by each developing device 4 is transferred as an intermediate transfer member. The drum 12 is superposed on the drum 12 for primary transfer, and the full-color toner image on the intermediate transfer drum 12 is secondarily transferred to the recording material at once.
[0142]
In the image forming apparatus shown in FIG. 20 as well, the toner density control is performed by changing the correction amount of the target value for each developing device for the following reason.
[0143]
That is, since the tribo (charged charge amount per unit weight) is different for each color toner, the bulk density of the developer is different. For this reason, the output when the same voltage is applied to the inductance detection sensor 30 is different. . Therefore, in order to obtain the same sensor output (for example, 2.5 V) in any of the inductance sensors 30 of each developing device 4, it is necessary to change the voltage applied to the inductance sensor 30 of each developing device 4. For example, in order to obtain the same output of 2.5 (V), the bias applied to the reference coil of the inductance sensor 30 is 10.5 (V) in the yellow developing device 4Y and 10.2 (V) in the cyan developing device 4C. ).
[0144]
Here, the reason why the output value of the inductance sensor 30 of each developing device 4 is adjusted to the same target value (reference value) is because of the sensitivity of the inductance sensor 30. That is, in general, the inductance sensor 30 tends to be less sensitive as it goes to a low output side (for example, near 0 V) or a high output side (for example, near 5 V), and the inductance sensor 30 is centered at the highest sensitivity (for example, 2.5 V). This is because the value is desired.
[0145]
At this time, if the same amount of magnetic particles (charging carrier) 23 for charging is mixed in each developing device 4 from the magnetic brush charger 2, the voltage applied to the inductance sensor 30 of each developing device 4 is different. For this reason, the amount of change in sensor output differs even for the same amount of magnetic particles 23. For example, in the above example, even if 1 g of the magnetic particles 23 are mixed in each developing device 4, 10.5 (V) is applied to the reference coil of the inductance sensor 30 as 10.5 (V) in the yellow developing device 4Y, and cyan developing. In the device 4C, 10.2 (V) is applied, and the output fluctuation amount differs accordingly.
[0146]
For the above reasons, an image forming apparatus as shown in FIG. 20, that is, an image forming apparatus that sequentially forms toner images from a plurality of developing devices 4 on a single image carrier (photosensitive drum) 1, Control for changing the correction amount of the target value (reference value) compared with the output of the inductance sensor 30 for each developing device (each toner) is effective.
[0147]
As described above, also in each developing device 4 of the image forming apparatus shown in FIG. 20, by adopting the above-described toner density control device, the same effects as those in the above embodiments can be obtained.
[0148]
As is apparent from the above description, in the image forming apparatus of the present invention, the toner image formed on the image carrier (for example, the photosensitive drum) is directly transferred to the recording material carried on the recording material carrier. Alternatively, it may be transferred to the recording material after being transferred to the intermediate transfer member. Therefore, in addition to the embodiment exemplified above, a recording material in which a toner image is carried on a recording material carrier (for example, a transfer belt) in a configuration having a plurality of image forming means (image forming portions) as shown in FIG. Instead of sequential multiple transfer from the image carrier, sequential multiple transfer to the intermediate transfer body and then batch transfer to the recording material may be performed. Further, in a configuration in which toner images are sequentially formed on a single image carrier (photosensitive drum) as shown in FIG. 20 by a plurality of developing devices, the toner images are sequentially applied to an intermediate transfer member (for example, an intermediate transfer drum). Instead of multiple transfer, multiple transfer may be sequentially performed on the recording material carried on the recording material carrier.
[0149]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the magnetic particles provided in the charging unit and the carrier contained in the developer have different magnetic permeability, even if the magnetic particles are mixed into each developing unit, each developing unit The amount of developer to be replenished can be optimized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.
2 is an enlarged schematic configuration diagram of an image forming unit of the image forming apparatus in FIG. 1;
3 is an enlarged schematic cross-sectional view of a charging device provided in the image forming unit of FIG.
4 is an enlarged schematic configuration diagram of a developing device provided in the image forming unit of FIG. 2;
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a difference in magnetic permeability between a charge carrier and a development carrier.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a change in a detection signal from an inductance head due to toner concentration.
FIG. 7 is a diagram for explaining toner replenishment control by an inductance detection type toner density control device according to the present invention;
FIG. 8 is a flowchart for explaining an embodiment of a toner replenishing operation according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining a relationship between an operation time of the image forming apparatus and an apparent magnetic permeability of the developer.
FIG. 10 is a diagram for explaining a relationship between an operation time of the image forming apparatus and a detection voltage signal of the inductance head.
FIG. 11 is a diagram for explaining a relationship between an operation time of the image forming apparatus and a toner density.
FIG. 12 is a diagram showing that the amount of charge carrier mixed in varies depending on the environment (temperature and humidity).
FIG. 13 is a diagram showing that the amount of charge carrier mixed in varies depending on the developing device (difference in developer color).
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a relationship between an operation time of the image forming apparatus and toner density in toner density control according to the present invention.
15A is a diagram illustrating (a) the relationship between the operation time of the image forming apparatus and the reference value of the detection signal of the inductance head, and (b) the relationship between the operation time of the image forming apparatus and the toner density in toner density control according to the present invention. FIG. It is a figure which shows the example of.
FIGS. 16A and 16B are diagrams showing (a) the relationship between the operation time of the image forming apparatus and the reference value of the detection signal of the inductance head, and (b) the relationship between the operation time of the image forming apparatus and the toner density in toner density control according to the present invention. It is a figure which shows another example.
FIG. 17 is a diagram illustrating another example of the relationship between the operation time of the image forming apparatus and the apparent magnetic permeability of the developer.
FIG. 18 is a diagram showing still another example of the relationship between the operation time of the image forming apparatus and the reference value of the detection signal of the inductance head in the toner density control according to the present invention.
FIG. 19 is a diagram illustrating another example of the relationship between the operation time of the image forming apparatus and the toner concentration in the toner concentration control according to the present invention.
FIG. 20 is a diagram illustrating another application example of the image forming apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Photosensitive drum (image carrier)
2 Magnetic brush charging device (charging means)
3 Exposure equipment
4 Developing device (Developing means)
5 Transfer charger
12 Transfer belt (recording material carrier)
14 Heat roller fixing device
30 Inductance head (inductance sensor, detection means)
33 Environmental sensor (temperature / humidity sensor)
35 Reference signal value correction means (correction means)
44 Developer container
60 Toner Supply Tank
67 Control means

Claims (4)

像担持体と、
前記像担持体に接触する磁性粒子を備え、前記像担持体を帯電する帯電手段と、
前記像担持体上に形成された静電潜像をトナー及びキャリアを含む現像剤で現像する現像手段と、
前記現像手段内の現像剤の透磁率に対応する情報を検知する検知手段と、
前記検知手段の出力及び目標値に応じて前記現像手段に補給する現像剤量を制御する制御手段と、
前記目標値を補正する補正手段と、
を有し、
前記磁性粒子の透磁率は前記キャリアの透磁率とは異なり、
前記補正手段による補正のタイミングは、画像形成装置本体内の湿度に応じて可変であり、低湿環境における補正の間隔は、高湿環境における補正の間隔よりも短いことを特徴とする画像形成装置。An image carrier;
Charging means for charging the image carrier , comprising magnetic particles in contact with the image carrier;
Developing means for developing the electrostatic latent image formed on the image carrier with a developer containing toner and carrier;
Detecting means for detecting information corresponding to the magnetic permeability of the developer in the developing means;
Control means for controlling the amount of developer to be replenished to the developing means according to the output of the detecting means and the target value;
Correction means for correcting the target value;
Have
The magnetic particle permeability is different from the carrier permeability,
The timing of the correction by the correction unit is variable depending on the humidity in the image forming apparatus main body, distance correction in low humidity environment, an image forming apparatus characterized by shorter than a distance correction in the high-humidity environment. 前記像担持体上のトナー像は記録材に転写されることを特徴とする請求項１の画像形成装置。2. The image forming apparatus according to claim 1 , wherein the toner image on the image carrier is transferred to a recording material. 前記像担持体上のトナー像は記録材担持体に担持された記録材に転写されることを特徴とする請求項２の画像形成装置。 3. The image forming apparatus according to claim 2 , wherein the toner image on the image carrier is transferred to a recording material carried on the recording material carrier. 前記像担持体上のトナー像は中間転写体に転写された後、前記中間転写体から記録材に転写されることを特徴とする請求項１の画像形成装置。After the toner image on the image bearing member is transferred onto the intermediate transfer member, the image forming apparatus according to claim 1, characterized in that it is transferred to the recording material from the intermediate transfer member.
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