JP4363035B2

JP4363035B2 - Image forming apparatus

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Publication number: JP4363035B2
Application number: JP2002364280A
Authority: JP
Inventors: 繁稲葉; 靖晃渡辺; 信一郎藤森
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP2004198544A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に関し、より詳しくは二成分現像剤を用いる現像装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置は、例えばドラム状に構成された感光体を一様に帯電し、この感光体を画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで可視像とし、さらにこの可視像を記録紙に転写し、これを定着することによって画像形成している。
かかる画像形成装置に用いる現像装置として、磁性トナーを用いた一成分現像装置や、トナーと磁性キャリアとを混合させた二成分現像剤を用いた二成分現像装置が用いられているが、特にカラー画像形成装置においては、カラートナーを用いる必要から二成分現像装置が主流となっている。
【０００３】
二成分現像装置においては、一定の画像濃度を確保し、またかぶりを防止するために磁性キャリアに対するトナー濃度は一定に維持する必要がある。そのために、現像剤の透磁率がトナー濃度によって異なることを利用したセンサや、現像剤に対する光学的な反射濃度がトナー濃度によって異なることを利用したセンサを設けて常にトナー濃度を検出し、その検出結果に基づいてトナーの補給を制御することによってトナー濃度を一定に維持している。
【０００４】
ここで、従来技術として、現像器の駆動時間とトナー濃度センサで検知したトナー濃度からトナー濃度センサの出力変動量を求め、この出力変動量を用いてトナー濃度検知値を補正して画像形成時における現像器のトナー濃度を検知する技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。また、二成分現像剤のトナー濃度を透磁率の変化として検出するトナー濃度検出センサからの検出結果に基づいて、トナー補給制御をする技術が存在する（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２３４５８２号公報（第７−８頁、図１）
【特許文献２】
特開平８−１４６７５１号公報（第５−７頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の二成分現像装置を備えた画像形成装置では、トナー濃度を一定に維持するためには、トナー濃度センサや、検出されたトナー濃度に基づいてトナー補給を制御する制御回路や、さらにはトナーを補給するためのトナー補給機構等が必要であるために、装置の小型化が困難であり、また高コスト化を招くという技術的課題がみられた。
また、特にカラー画像形成装置では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の４色のトナー像を重ね合わせてカラー画像を形成するため、色再現性の良い画像を形成するためには、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋそれぞれのトナー像の画像濃度を精度良く調整しなければならないという技術的課題もみられた。
【０００７】
なお、上記の特許文献１および特許文献２に記載された技術では、トナー濃度センサやトナー補給制御回路等を用いることなく、トナー濃度を一定に制御するための有効な技術は開示されていない。
【０００８】
そこで本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、二成分現像剤のトナー濃度を自動的に制御可能な画像形成装置を提供することにある。また他の目的は、色再現性の良い画像の形成を可能とすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明の画像形成装置は、帯電手段と露光手段とによって像担持体上に形成された静電潜像を、トナーとキャリアとからなる現像剤のトナー濃度の変動によりトナーの現像剤への供給量が自律的に変化するように構成された現像手段で現像し、さらに像担持体上に現像された画像の濃度を検出する画像濃度検出手段を備えて、画像濃度検出手段の検出値に基づいて静電潜像と現像手段との間の現像コントラストを変更するように構成されている。これによって、二成分現像剤のトナー濃度を自動的に制御するとともに現像コントラストを最適に設定して、色再現性の良い画像を形成することが可能となる。
【００１０】
すなわち、本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体を露光する露光手段と、トナーとキャリアとからなる現像剤で静電潜像を現像するとともに、現像剤のトナー濃度の変動によりトナーの現像剤への供給量が自律的に変化するように構成された現像手段と、像担持体上に現像された画像の濃度を検出する画像濃度検出手段とを備え、画像濃度検出手段の検出値に基づいて静電潜像と現像手段との間の現像コントラストを変更することを特徴としている。また、現像手段は、現像剤を保持する現像剤保持容器と現像剤保持容器にトナーを供給するトナー供給路とを備え、現像剤のトナー濃度の変動によりトナー供給路への現像剤の侵入量が変化するように構成されたことを特徴とすることができる。
【００１１】
さらに、現像手段は、現像剤が適正トナー濃度よりも高い場合にトナーの供給を遮断し、現像剤が適正トナー濃度よりも低い場合にトナーの供給を可能とするようにトナー供給路への現像剤の侵入量が変化することを特徴とすることができる。また、画像濃度検出手段の検出値に基づき現像剤のトナー濃度が所定値を超えていると判断される場合に、現像手段のトナーを消費させるトナー消費手段をさらに備えたことを特徴とすることができる。さらに、帯電手段に印加する電圧、露光手段の露光量、及び現像手段に印加する電圧のいずれか又は複数を変化させて現像コントラストを変更することを特徴とすることができる。
【００１２】
また、本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体を露光する露光手段と、トナーとキャリアとからなる現像剤で静電潜像を現像するとともに、現像剤のトナー濃度の変動によりトナーの現像剤への供給量が自律的に変化するように構成された現像手段と、像担持体上に形成された画像の印字率を計測する印字率計測手段と、現像手段の駆動時間を計測する現像駆動時間計測手段と、印字率計測手段の計測値及び現像駆動時間計測手段の計測値に基づいて静電潜像と現像手段との間の現像コントラストを変更する現像コントラスト変更手段とを備えたことを特徴としている。さらに、現像コントラスト変更手段は、印字率を複数の印字率範囲に分割し、分割された印字率範囲毎に現像手段の駆動時間を計測し、印字率範囲毎の現像手段の駆動時間に基づき現像コントラストを変更することを特徴とすることができる。
【００１３】
また、現像コントラスト変更手段は、分割された印字率範囲毎に現像手段の駆動時間によって変化する現像剤のトナー濃度の変化量を記憶した参照表を備え、印字率範囲毎の現像手段の駆動時間の計測値をこの参照表と比較することにより現像剤のトナー濃度を予測し、現像コントラストを変更することを特徴とすることができる。さらに、現像コントラスト変更手段は、分割された印字率範囲毎に現像手段の駆動時間によって変化する現像剤のトナー濃度の変化量を現像手段の駆動時間の関数として記憶し、印字率範囲毎の現像手段の駆動時間の計測値をこの関数で演算することにより現像剤のトナー濃度を予測し、現像コントラストを変更することを特徴とすることができる。また、現像コントラスト変更手段は、分割された複数の印字率範囲を現像手段のトナー供給特性に基づき定めたことを特徴とすることができる。
さらに、印字率計測手段の計測値及び現像駆動時間計測手段の計測値に基づき現像剤のトナー濃度が所定値を超えていると予想される場合に、現像手段のトナーを消費させるトナー消費手段をさらに備えたことを特徴とすることができる。
【００１４】
また、本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体を露光する露光手段と、トナーとキャリアとからなる現像剤で静電潜像を現像するとともに、現像剤のトナー濃度の変動によりトナーの現像剤への供給量が自律的に変化するように構成された現像手段と、像担持体上に現像された画像の濃度を検出する画像濃度検出手段と、像担持体上に形成された画像の印字率を計測する印字率計測手段と、現像手段の駆動時間を計測する現像駆動時間計測手段と、画像濃度検出手段の検出値と印字率計測手段の計測値と現像駆動時間計測手段の計測値とに基づいて静電潜像と現像手段との間の現像コントラストを変更する現像コントラスト変更手段とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明について詳細に説明する。◎ 実施の形態１
図１に示すものは、本実施の形態における画像形成装置を説明する断面図である。カラー画像形成装置４０は、直径２０ｍｍの４個の感光体ドラム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを中間転写ベルト６の周囲に３５ｍｍの間隔で配置して構成されている。それぞれの感光体ドラム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、例えば感光体ドラム１Ａの周囲には感光体ドラム１Ａ上を一様に帯電する帯電器２Ａ、画像情報に基づいて制御された光を露光するＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）３Ａ、感光体ドラム１Ａ上に形成された潜像を現像する現像装置２０Ａ、トナー像を中間転写ベルト６に転写する１次転写ローラ４Ａ、感光体ドラム１Ａ上から転写残トナーを除去するクリーナ５Ａを備えている。なお、感光体ドラム１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの周囲も同様に構成されている。
【００１６】
感光体ドラム１Ａは、アルミニウムなどの導電性の材料をドラム状に形成し、その表面に有機感光体（ＯＰＣ）を塗布して構成されている。そして、周速度１００ｍｍ／ｓｅｃで駆動されている。帯電器２Ａは、導電性ゴムまたは導電性スポンジと導電性ゴムとを積層して構成された帯電ローラで形成され、電源５３に接続されて電圧が供給されている。そして感光体ドラム１Ａの表面を一定電圧（例えば−４００Ｖ）で一様に帯電する。また、ＬＰＨ３Ａは、図示しないホストコンピュータからの画像データに基づきＬＰＨドライバ５２によって制御された光を照射し、感光体ドラム１Ａ上に潜像を形成する。
【００１７】
現像装置２０Ａの構成に関しての詳細は後述するが、現像装置２０Ａには電源５１が接続され、感光体ドラム１Ａとの間に、直流電圧または直流電圧に交流電圧を重畳した電圧による現像バイアスが印加されている。そして、感光体ドラム１Ａ上に形成された潜像をイエロー（Ｙ）のトナーを用いた現像剤で現像し、トナー像を形成する。また、現像装置２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄも現像装置２０Ａと同様に構成され、それぞれマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナーを用いた現像剤で現像し、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像を形成する。
なお、現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動は１つのモータ（図示せず）からギヤトレイン（図示せず）によって行っている。
【００１８】
１次転写ローラ４Ａは、導電性ゴムまたは導電性スポンジと導電性ゴムとを積層して構成され、図示しない電源に接続されて電圧が供給されている。そして中間転写ベルト６上にトナー像を転写する。クリーナ５Ａは、例えば導電性ファーブラシとクリーナボックスで構成される。導電性ファーブラシは感光体ドラム１Ａの回転方向とは反対方向に回転するとともに、図示しない電源により直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が印加され、転写の際に感光体ドラム１Ａ上に残った転写残トナーを吸引し、クリーナボックスに一旦貯蔵する。そして、非画像形成時に導電性ファーブラシに逆電圧を印加してファーブラシ内に貯蔵されたトナーを感光体ドラム１Ａに転移させ、さらに感光体ドラム１Ａから中間転写ベルト６に転移させて転写ベルトクリーナ１１で一括回収する。
【００１９】
また、中間転写ベルト６はポリイミドなどの可撓性のフィルムで構成され、感光体ドラム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄと１次転写ローラ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄとで狭持されながら移動する。そしてそれぞれの感光体ドラム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ上に形成されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像がそれぞれ１次転写ローラ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄによって中間転写ベルト６上に位置精度よく転写されて、カラートナー像が合成される。
【００２０】
中間転写ベルト６に転写して合成されたカラートナー像は、２次転写ローラ８によって記録用紙１０に一括して転写される。なお、中間転写ベルト６に転写残として残ったトナーは転写ベルトクリーナ１１で除去される。定着器９は、加熱ローラ９ａと加圧ローラ９ｂとからなる一対のローラで構成される。トナー像が転写された記録用紙１０は定着器９に搬送され、定着器９を通過する際に、トナー像が記録用紙１０に加熱定着され、カラー画像が形成される。そして形成されたカラー画像は、カラー画像形成装置４０の上部に排出される。
【００２１】
次に、現像装置２０Ａの構成について詳細に説明する。図２は、現像装置２０Ａの概略断面図である。図２に示すように、現像装置２０Ａは、現像剤を収容する現像剤保持容器および現像装置２０Ａの筺体としての支持容器２１、現像剤担持体としての現像スリーブ２２、現像剤を現像スリーブ２２に吸着させる現像マグネット２３、現像剤の層厚を規制するブレード２４、現像剤を攪拌しながら現像装置２０Ａの長手方向に循環移動させる現像剤供給オーガー２５および現像剤攪拌オーガー２６、トナーを支持容器２１へ供給するトナー供給路２７を備えている。
【００２２】
支持容器２１は、感光体ドラム１Ａ側に向けて開口を有し、内部にはトナーと磁性粒子であるキャリアとを混合させた現像剤を収容する現像剤収容部が設けられている。現像剤収容部は、現像装置２０Ａの長手方向に設けられた収容部壁２１ａによって現像剤収容部２１ｂと現像剤収容部２１ｃとに分けられている。
そして、現像剤収容部２１ｂには現像剤供給オーガー２５、現像剤収容部２１ｃには現像剤攪拌オーガー２６が配置されている。収容部壁２１ａは現像装置２０Ａの両端部には設けられておらず、現像剤収容部２１ｂと現像剤収容部２１ｃとはこの両端部で連結されている。
【００２３】
現像スリーブ２２は、アルミニウム、ＳＵＳ等の非磁性材料で構成され、図示しない駆動手段によって矢印Ａ方向に回転する。また現像スリーブ２２の内部には、現像マグネット２３が内包されている。現像マグネット２３には円周方向に複数の磁極が配置されており、現像剤を現像スリーブ２２に吸着させる。そして現像スリーブ２２が回転することによって現像剤収容部２１ｂに保持されている現像剤を感光体ドラム１Ａに搬送する。なお、その際現像マグネット２３を回転させてもよい。
ブレード２４は、非磁性材料または磁性材料で構成され、現像スリーブ２２に担持される現像剤の層厚を一定量に規制する。これにより、感光体ドラム１Ａへは現像スリーブ２２の軸方向に亘って均一に所定量の現像剤が供給され、感光体ドラム１Ａ上に形成された静電潜像を現像する。
【００２４】
現像剤供給オーガー２５、現像剤攪拌オーガー２６はそれぞれ軸の周囲にスクリューが設けられている。そして現像剤供給オーガー２５、現像剤攪拌オーガー２６とは、図示しない駆動手段によって互いに反対方向に回転して、トナーとキャリアとを攪拌しながら互いに反対方向に搬送する。現像剤収容部２１ｂと現像剤収容部２１ｃとは現像装置２０Ａの両端部で連結されているために現像剤が互いに流れ込み、現像剤供給オーガー２５と現像剤攪拌オーガー２６とによって現像剤収容部２１ｂと現像剤収容部２１ｃとの間を循環するように構成されている。
【００２５】
現像剤収容部２１ｃの中央部の上部には、現像剤収容部２１ｃへトナーを供給するトナー供給路２７が配置され、トナー供給路２７は図示しないトナー容器２８Ａと連結されている。
ここで、トナー容器の構成の一例として現像装置２０Ｂに連結されるトナー容器２８Ｂについて説明する。図３に示すものは、トナー容器２８Ｂの構成を説明する断面図である。図３において、トナー容器排出口３２から現像装置２０Ｂのトナー供給路２７までは６ｍｍ×２３ｍｍの中空ダクト２９Ｂが重力方向と平行に設置してある。トナー容器２８Ｂ内にはスクリューオーガー３０が設けられ、図示しない駆動手段によって回転されることでトナーが排出される。排出されたトナーは、中空ダクト２９Ｂから重力で現像装置２０Ｂのトナー供給路２７に落下到達する。そして、トナー供給路２７に到達したトナーは現像装置２０Ｂの現像剤攪拌オーガー２６によって流動している現像剤に取り込まれていく。
【００２６】
トナー容器２８Ｂはトナー容器排出口３２に向かって２０°の傾きを持って設置されている。トナー容器２８Ｂ内にトナーのブロッキングを防止する棒状部材からなるほぐし部材３１がスクリューオーガー３０と一体となって設けられており、トナーが重力によってトナー容器排出口３２へ集中するように構成している。トナー容器２８Ｂの傾きは、トナーの安息角によらずわずかでも傾きを持っていればよい。なお、現像装置２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｄにそれぞれ連結されるトナー容器２８Ａ、２８Ｃ、２８Ｄも同様に構成されている。
【００２７】
トナー容器２８Ａ〜２８ＤにはそれぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナーが貯蔵されている。図４はカラー画像形成装置４０を上部から見たトナー容器２８Ａ〜２８Ｄの配置を説明する平面図であり、図５はカラー画像形成装置４０を背後から見たトナー容器２８Ａ〜２８Ｄの配置を説明する背面図である。図４および図５に示すように、トナー容器２８Ａ〜２８Ｄは、カラー画像形成装置４０の上部に並列に配置され、それぞれ中空ダクト２９Ａ〜２９Ｄを介して現像装置２０Ａ〜２０Ｄにトナーを落下供給している。
【００２８】
次に、トナー供給路２７から現像剤収容部２１ｃへのトナーの供給について説明する。
支持容器２１は、支持容器２１の容量が充填する現像剤におけるトナーとキャリアとの重量比（トナー濃度：ＴＣ）が適正値（例えば６％）の場合の現像剤の体積とほぼ同量となるように構成している。ここで、支持容器２１の容量とは、支持容器２１の実質的な容量をいい、現像剤が現像装置２０内部で移動できる領域の容量をいう。また、ＴＣの適正値とは、現像画像が充分な画像濃度を有し、かつかぶりを生じない適正なＴＣをいう。
そして、現像装置２０Ａには、支持容器２１を満たすようにＴＣが適正値である現像剤を充填する。
【００２９】
ここで、図６は、現像剤のＴＣと現像剤の体積との関係を示した図である。図６においては、現像剤を緩んだ状態で測定した場合と、現像剤を押し込みタッピングした状態で測定した場合とを示している。現像剤は緩み状態、タッピング状態のいずれの場合でも現像剤のＴＣと現像剤の体積とはリニアな関係にあり、ＴＣが増加するとそれに比例して現像剤の体積も増加する。したがって、図７に示したように、現像剤のＴＣが適正値よりも増加すると現像剤の体積は支持容器２１の容積よりも大きくなり、逆に現像剤のＴＣが適正値よりも減少すると現像剤の体積は支持容器２１の容積よりも小さくなる。
【００３０】
このように構成することによって、現像剤収容部２１ｃの上部に配置されたトナー供給路２７では、現像剤のＴＣの変動に基づく現像剤の体積変化により、現像剤がトナー供給路２７の開口に侵入して開口を遮断した状態と、トナー供給路２７の開口まで至らず開口を開放した状態とが生じる。
図８は、現像剤の体積変動によるトナー供給路２７における現像剤の盛り上がり状態を説明する図である。図８（ａ）に示すように、トナーが消費されて現像剤のＴＣが適正値よりも小さくなった場合には、現像剤の体積が減少するため現像剤量はトナー供給路２７まで達せず、トナー供給路２７は開放される。この状態では、トナー供給路２７を通ってトナーが現像剤に供給される。そして現像剤のＴＣが再び高くなると現像剤の体積は増加して、現像剤は支持容器２１の全体を満たすこととなる。
【００３１】
現像剤にトナーがさらに供給されると、図８（ｂ）に示すように、現像剤量は支持容器２１の容量を超えるために、現像剤はトナー供給路２７に溢れ出し、盛り上がりを発生させる。トナー供給路２７に発生した現像剤の盛り上がりは現像剤攪拌オーガー２６からは離れているため、現像剤攪拌オーガー２６による搬送力は弱い。このため、トナー供給路２７内の現像剤は滞留して現像剤の壁を形成し、トナー供給路２７から現像剤へトナーが供給されるのを遮断する。その結果、現像剤へはトナーが供給されず、現像剤のＴＣがそれ以上に高くなることはない。
【００３２】
さらに、トナーが消費されて現像剤のＴＣが低下し体積が小さくなると、トナー供給路２７の現像剤の盛り上がりがなくなり、再びトナー供給路２７を通ってトナーが供給されるようになる。
このようにして、現像剤の体積変化によるトナー供給路２７の遮断／開放が生じることによって現像剤へのトナーの供給は自律的に制御され、現像剤のＴＣを一定の範囲（４％〜８％）内に維持することが可能となる。
【００３３】
さらに、本実施の形態では第４の感光体ドラム１Ｄの位置よりも中間転写ベルト６の移動方向下流側に、中間転写ベルト６に対向させて画像濃度センサ７を備えてている。画像濃度センサ７は、中間転写ベルト６上に形成されたパッチの濃度を検出して、動作制御部５０に送信する。
すなわち、各感光体ドラム１Ａ〜１Ｄにおいて、印字ページ間に当たる非画像領域でトナー濃度検出用のパッチ形成のためにＬＰＨ３Ａ〜３Ｄによって露光を行い、現像装置２０Ａ〜２０Ｄによって、それぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像を形成する。かかるトナー像は中間転写ベルト６に転写される。その際、各色のパッチが重ならないように、ＬＰＨ３Ａ〜３Ｄの露光タイミングが調整されている。そして、中間転写ベルト６上に形成されたパッチの濃度を画像濃度センサ７によって反射光レベルとして検出する。
【００３４】
なお、本実施の形態の現像装置２０Ａ〜２０Ｄでは、現像剤供給オーガー２５、現像剤攪拌オーガー２６によって現像剤を充分に攪拌しているので、装置の長手方向での現像剤トナー濃度のばらつきは小さい。そのため、画像濃度検出に用いるパッチは長手方向のいずれの位置に形成してもよい。
【００３５】
ここで、現像剤トナー濃度の変動中心値が６％である場合に、現像されるトナー重量が４．５ｇ／ｍ²となるように画像部感光体電位（Ｖｌｏｗ）と現像バイアス直流成分（Ｖｄｃ）との差である現像コントラストを調整する実験を行ったところ、必要な現像コントラストは２５０Ｖとなった。その際、感光体白地部電位（バックグラウンド電位：Ｖｈｉｇｈ）は現像コントラストの５０％となるように調整した。すなわち、現像剤トナー濃度が６％である場合に現像されるトナー重量が４．５ｇ／ｍ²となるための電位条件は、本実験においてはＶｌｏｗ＝−２００Ｖ、Ｖｄｃ＝−４５０Ｖ、Ｖｈｉｇｈ＝−５７５Ｖであった。
【００３６】
そこで、この条件でいくつかの画像を出力して画像濃度センサ７の信号をモニターした結果、信号レベルは±１６％の変動が見られた。画像濃度センサ７の信号レベルと現像されるトナー重量との間には、リニアな関係があるので、現像されるトナー重量も±１６％の変動があると判断できる。したがって、本実施の形態における自律的なトナー濃度制御が可能な現像装置２０Ａ〜２０Ｄでは現像剤トナー濃度を４〜８％の間で安定させることができるので、現像されるトナー重量についての変動幅は、４．５ｇ／ｍ²を中心として±１６％の範囲で定まることになる。
【００３７】
かかる一定範囲での現像トナー重量の変動に基づく画像濃度の変動を補うために、画像濃度センサ７からの出力値に基づき動作制御部５０に設けた画像濃度判定回路によって、基準濃度からの差分とその差分を補正するために必要な現像コントラスト補正量を算出する。そして、算出された現像コントラスト補正量に基づき現像コントラストを変更するための露光量、現像バイアス電位、帯電電位の設定変更を次回の画像形成時に行うべく、動作制御部５０がＬＰＨドライバ５２、現像電源５１、帯電器電源５３を適宜制御する。この動作を画像形成ごとに繰り返す。これによって、トナー濃度の変動による画像濃度の変動を補って画像濃度の安定性を維持することができ、画像濃度の変動は５％以内に収めることが可能となった。
【００３８】
なお、画像濃度センサ７からの出力値が基準濃度を規定値以上超えている場合には、現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤は規定のトナー濃度値を超えていると判断し、印字ページ間に当たる非画像領域でトナーを消費させることも可能である。すなわち、かかる場合には、非画像領域において、ベタ画像に相当する静電潜像を形成し、これを現像することによってトナーを消費させる。それによって、現像装置２０Ａ〜２０Ｄのトナー濃度値を規定の範囲に回復させることが可能となり、画像濃度の安定性を維持することができる。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、現像剤のＴＣの変化に基づく体積変化によってトナー供給路２７の遮断／開放を生じさせ、現像剤へのトナーの供給を自律的に制御することで、現像剤のＴＣは一定の範囲に維持することが可能となる。それに加えて、一定の範囲に制御されたＴＣの現像剤で現像されたトナー像の濃度を検出し、その検出値に基づき現像コントラストを調整する。このようにトナー濃度センサや、検出されたトナー濃度に基づいてトナー補給を制御する制御回路や、さらにはトナーを補給するためのトナー補給機構等を必要とすることなく、二成分現像剤のトナー濃度を自動的に制御するとともに現像コントラストを最適に設定することによって、画像濃度を精度良く一定の範囲に安定させることができるので色再現性の良い画像の形成が可能となる。
【００４０】
◎ 実施の形態２
実施の形態１では、現像剤へのトナーの供給を自律的に制御することで、現像剤のＴＣを一定の範囲に維持することに加えて、画像濃度センサ７を設けて現像されたトナー像の濃度を検出し、その検出値に基づき現像コントラストを調整するカラー画像形成装置４０について説明した。実施の形態２では、現像剤へのトナーの供給を自律的に制御することに加えて、画像印字率および現像装置駆動時間を計測し、その計測結果に基づき現像コントラストを調整するカラー画像形成装置４０について説明する。尚、実施の形態１と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
【００４１】
本実施の形態では、実施の形態１の構成における画像濃度センサ７による画像濃度検出に代えて、画像信号の書き込み印字画素数をカウントする画素カウンタ、現像装置を駆動するステッピングモータのステップ数をカウントする駆動時間カウンタを備えている。
まず、画素カウンタが計測した印字画素カウンタ値から得られた印字率が、１％未満、４０％未満、４０％を超える場合、６０％を超える場合を判定し、その各々の状態に対応した現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動時間を駆動時間カウンタで計測し記憶する。現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動時間はカラー画像形成装置４０の動作開始時および終了時の非画像形成時の動作時間も含める。
【００４２】
ここで、印字率範囲を、０〜１％、１％〜４０％、４０％〜６０％、６０％〜１００％で区切ったのは、本実施の形態で使用する現像装置２０Ａ〜２０Ｄでの自律型トナー供給方式の特性に合わせて定めたものである。すなわち、本実施の形態で使用する現像装置２０Ａ〜２０Ｄのトナー供給特性は、図９に示したように、現像剤のＴＣによってトナー供給量が異なる特性を有し、ＴＣが上昇し現像剤がトナー供給路２７を遮断してもわずかながらトナーが供給され、ＴＣが大きく低下するとトナー供給量が大きく増加するという特性を考慮したものである。したがって、本実施の形態で用いる現像装置２０Ａ〜２０Ｄにおいて、印字率範囲が０〜１％はＴＣが上昇する印字率、１％〜４０％はＴＣをほぼ維持する印字率、４０％〜６０％はＴＣが減少する印字率、６０％〜１００％はＴＣが大きく減少する印字率である。
一般的には、自律型トナー供給部の特性に合わせてトナー濃度とトナー供給量との関係から印字率範囲を最適化するのが好ましい。
【００４３】
カラー画像形成装置４０には、図１０に示したように、各印字率範囲の状態が継続する現像装置駆動時間（印字枚数）によって、現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤トナー濃度がどの程度変化するかが予め計測してあり、その計測値を示した参照表が記憶させてある。そして、各々の印字率範囲に対応した現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動時間の計測値とその参照表とを比較することによって現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤トナー濃度の変化を予測することができるように構成されている。その結果、現像剤トナー濃度の低下が予測される場合にはその低下量に応じて現像コントラストを増加させ、現像剤トナー濃度の上昇が予測される場合にはその上昇量に応じて現像コントラストを減少させるように、動作制御部５０がＬＰＨドライバ５２、現像電源５１、帯電器電源５３を適宜制御する。
【００４４】
次に、印字率０．５％の画像３０枚、印字率１５％の画像３０枚、印字率５０％の画像２０枚、印字率７０％の画像２０枚、印字率０．５％の画像３０枚をプリントして、画像濃度変動を比較した。図１１は本実施の形態を適応しない従来の画像形成装置における画像濃度変動を示し、図１２は本実施の形態を適応したカラー画像形成装置４０における画像濃度変動を示している。ここで、画像濃度は１０ｍｍ×１０ｍｍのパッチを形成して測定した。また、図１３に、その際の現像剤トナー濃度の変化を示した。トナー濃度の測定は、各印字率の画像を印字し終えたところで現像スリーブ２２表面の現像剤層から若干量を採取し、ブローオフ法によっておこなった。なお、プリントと同時に、露光量の変化をモニターして本実施の形態の動作を確認した。
【００４５】
図１１および図１２を比較して分かるように、本実施の形態では、図１３に示したようにトナー濃度が変化しているにもかかわらず、画像濃度が安定しておりＬＰＨ３Ａ〜３Ｄの露光量を変化させることによって現像コントラストを変化させ、画像濃度をほぼ一定に保つことが確認できた。
【００４６】
なお、本実施の形態では、トナー濃度予測として参照表を用いたが、印字率および現像装置駆動時間と現像剤トナー予測濃度との関係を数式等で関係づけ、演算回路によって予測することも可能である。すなわち、各印字率範囲の状態が継続する時間によって、現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤トナー濃度の変化量を現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動時間との関数として記憶し、各々の印字率範囲に対応した現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動時間の計測値を、その関数で演算することによって現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤トナー濃度の変化を予測することができるように構成することも可能である。
【００４７】
また、本実施の形態において、画像印字率および現像装置駆動時間を計測し、その計測結果に基づく現像コントラストの調整に加えて、画像濃度センサ７を設けて現像されたトナー像の濃度を検出し、その検出値に基づく現像コントラストの調整を併用することも可能である。このように構成することによって、画像濃度の制御をさらに精度良く行うことができるとともに、画像濃度センサ７によるトナー像濃度の検出タイミングの間隔を、例えば２００枚に１回行うというように広げることができるので、パッチ作成のためのトナー消費も低減することが可能となる。
【００４８】
さらに、画像印字率および現像装置駆動時間を計測し、その計測値が基準濃度を規定値以上超えていると予想される場合には、現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤は規定のトナー濃度値を超えていると判断し、印字ページ間に当たる非画像領域でトナーを消費させることも可能である。すなわち、かかる場合には、非画像領域において、ベタ画像に相当する静電潜像を形成し、これを現像することによってトナーを消費させる。それによって、現像装置２０Ａ〜２０Ｄのトナー濃度値を規定の範囲に回復させることが可能となり、画像濃度の安定性を維持することができる。
【００４９】
このように、本実施の形態によれば、現像剤のＴＣの変化に基づく体積変化によってトナー供給路２７の遮断／開放を生じさせ、現像剤へのトナーの供給を自律的に制御することで、現像剤のＴＣは一定の範囲に維持することが可能となる。それに加えて、画像印字率および現像装置駆動時間を計測し、その計測結果に基づき現像コントラストを調整する。このように実施の形態１と同様に、トナー濃度センサや、検出されたトナー濃度に基づいてトナー補給を制御する制御回路や、さらにはトナーを補給するためのトナー補給機構等を必要とすることなく、二成分現像剤のトナー濃度を自動的に制御するとともに現像コントラストを最適に設定することによって、画像濃度を精度良く一定の範囲に安定させることができるので色再現性の良い画像の形成が可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、二成分現像剤のトナー濃度を自動的に制御できるとともに、色再現性の良い画像の形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置を説明する断面図である。
【図２】現像装置の概略断面図である。
【図３】トナー容器の構成を説明する断面図である。
【図４】トナー容器の配置を説明する平面図である。
【図５】トナー容器の配置を説明する背面図である。
【図６】現像剤のＴＣと現像剤の体積との関係を示した図である。
【図７】現像剤の体積と支持容器の容積との関係を説明する図である。
【図８】現像剤の体積変動によるトナー供給路における現像剤の盛り上がり状態を説明する図である。
【図９】現像剤トナー濃度とトナー供給量との関係を示した図である。
【図１０】各印字率範囲での印字枚数によって現像剤トナー濃度の変化量の計測値を表した参照表を示した図である。
【図１１】従来の画像形成装置における画像濃度変動を示した図である。
【図１２】本実施の形態を適応した画像形成装置における画像濃度変動を示した図である。
【図１３】現像剤トナー濃度の変化を示した図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…感光体ドラム、２Ａ…帯電器、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…ＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…１次転写ローラ、５Ａ…クリーナ、６…中間転写ベルト、７…画像濃度センサ、８…２次転写ローラ、９…定着器、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…現像装置、２１…支持容器、２１ａ…収容部壁、２１ｂ，２１ｃ…現像剤収容部、２２…現像スリーブ、２３…現像マグネット、２４…ブレード、２５…現像剤供給オーガー、２６…現像剤攪拌オーガー、２７…トナー供給路、２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ…トナー容器、２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ…中空ダクト、３０…スクリューオーガー、３１…ほぐし部材、３２…トナー容器排出口、５０…動作制御部、５１…電源、５２…ＬＰＨドライバ、５３…電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus, and more particularly to an image forming apparatus including a developing device using a two-component developer.
[0002]
[Prior art]
An image forming apparatus such as a copying machine or a printer using an electrophotographic method uniformly charges a photosensitive member configured in a drum shape, for example, and exposes the photosensitive member with light controlled based on image information. An electrostatic latent image is formed on the photosensitive member, the electrostatic latent image is made visible with toner, and the visible image is transferred to a recording sheet and fixed to form an image.
As a developing device used in such an image forming apparatus, a one-component developing device using magnetic toner and a two-component developing device using a two-component developer in which toner and a magnetic carrier are mixed are used. In an image forming apparatus, a two-component developing device is mainly used because it is necessary to use color toner.
[0003]
In the two-component developing device, it is necessary to maintain a constant toner density with respect to the magnetic carrier in order to ensure a constant image density and prevent fogging. For this purpose, a sensor that utilizes the fact that the magnetic permeability of the developer varies depending on the toner concentration and a sensor that utilizes the fact that the optical reflection density on the developer varies depending on the toner concentration are always detected and the toner concentration is detected. The toner density is kept constant by controlling the replenishment of toner based on the result.
[0004]
Here, as a conventional technique, the output fluctuation amount of the toner density sensor is obtained from the driving time of the developing device and the toner density detected by the toner density sensor, and the toner density detection value is corrected using the output fluctuation amount to form an image. There is a technique for detecting the toner density of the developing device in (see, for example, Patent Document 1). Further, there is a technique for performing toner replenishment control based on a detection result from a toner concentration detection sensor that detects a toner concentration of a two-component developer as a change in magnetic permeability (for example, see Patent Document 2).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-234582 (page 7-8, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-8-146751 (page 5-7, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in an image forming apparatus having a conventional two-component developing device, in order to keep the toner density constant, a toner density sensor, a control circuit for controlling toner supply based on the detected toner density, However, since a toner replenishing mechanism or the like for replenishing toner is necessary, it is difficult to reduce the size of the apparatus, and there is a technical problem that the cost is increased.
In particular, in a color image forming apparatus, since a color image is formed by superposing four color toner images of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K), color reproducibility is good. In order to form an image, there has been a technical problem that the image density of each toner image of Y, M, C, and K must be adjusted with high accuracy.
[0007]
Note that the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above do not disclose an effective technique for controlling the toner density to be constant without using a toner density sensor, a toner supply control circuit, or the like.
[0008]
Accordingly, the present invention has been made based on such a technical problem, and an object thereof is to provide an image forming apparatus capable of automatically controlling the toner concentration of a two-component developer. . Another object is to enable formation of an image with good color reproducibility.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
For this purpose, the image forming apparatus according to the present invention uses an electrostatic latent image formed on an image bearing member by a charging unit and an exposure unit as a result of toner density fluctuation of a developer composed of toner and carrier. An image density detection unit is provided with an image density detection unit that detects the density of the image developed on the image carrier and developed by a development unit configured to autonomously change the supply amount of the developer to the developer. The developing contrast between the electrostatic latent image and the developing means is changed based on the detected value of the means. As a result, it is possible to automatically control the toner density of the two-component developer and optimally set the development contrast to form an image with good color reproducibility.
[0010]
That is, an image forming apparatus according to the present invention includes an image carrier that carries an electrostatic latent image, a charging unit that charges the image carrier, an exposure unit that exposes the image carrier, and a developer including a toner and a carrier. And developing means configured to develop the electrostatic latent image and to autonomously change the supply amount of the toner to the developer due to a change in the toner density of the developer, and the image developed on the image carrier Image density detecting means for detecting the density of the image, and changing the development contrast between the electrostatic latent image and the developing means based on the detection value of the image density detecting means. The developing means includes a developer holding container for holding the developer and a toner supply path for supplying toner to the developer holding container, and the amount of the developer entering the toner supply path due to a change in the toner concentration of the developer. It can be characterized by being configured to change.
[0011]
Further, the developing means blocks the toner supply when the developer is higher than the appropriate toner concentration, and develops the toner supply path so that the toner can be supplied when the developer is lower than the appropriate toner concentration. It can be characterized in that the amount of the agent entering changes. Further, the image forming apparatus further includes a toner consuming unit that consumes the toner of the developing unit when it is determined that the toner density of the developer exceeds a predetermined value based on the detection value of the image density detecting unit. Can do. Furthermore, the development contrast can be changed by changing any one or more of the voltage applied to the charging unit, the exposure amount of the exposure unit, and the voltage applied to the development unit.
[0012]
The image forming apparatus according to the present invention includes an image carrier that carries an electrostatic latent image, a charging unit that charges the image carrier, an exposure unit that exposes the image carrier, and a developer including a toner and a carrier. And developing means configured to develop the electrostatic latent image and to autonomously change the supply amount of the toner to the developer due to a change in the toner density of the developer, and an image formed on the image carrier An electrostatic latent image based on the measured values of the printing rate measuring means for measuring the printing rate, the developing driving time measuring means for measuring the driving time of the developing means, the measured value of the printing rate measuring means, and the measured value of the developing driving time measuring means. And a development contrast changing means for changing the development contrast between the developing means and the developing means. Further, the development contrast changing unit divides the printing rate into a plurality of printing rate ranges, measures the driving time of the developing unit for each divided printing rate range, and develops based on the driving time of the developing unit for each printing rate range. It may be characterized by changing the contrast.
[0013]
The development contrast changing means includes a reference table storing a change amount of the toner density of the developer that changes depending on the driving time of the developing means for each divided printing rate range, and the driving time of the developing means for each printing rate range. By comparing the measured value with the reference table, the toner concentration of the developer is predicted, and the development contrast is changed. Further, the development contrast changing means stores the change amount of the toner density of the developer, which changes depending on the driving time of the developing means for each divided printing rate range, as a function of the driving time of the developing means, and develops for each printing rate range. By calculating a measured value of the driving time of the means with this function, the toner density of the developer is predicted, and the development contrast is changed. Further, the development contrast changing means may be characterized in that a plurality of divided printing rate ranges are determined based on a toner supply characteristic of the developing means.
Further, a toner consuming unit for consuming toner of the developing unit when the toner density of the developer is expected to exceed a predetermined value based on the measured value of the printing rate measuring unit and the measured value of the developing driving time measuring unit. Furthermore, it can be characterized by being provided.
[0014]
The image forming apparatus according to the present invention includes an image carrier that carries an electrostatic latent image, a charging unit that charges the image carrier, an exposure unit that exposes the image carrier, and a developer including a toner and a carrier. And developing means configured to develop the electrostatic latent image and to autonomously change the supply amount of the toner to the developer due to a change in the toner density of the developer, and the image developed on the image carrier An image density detecting means for detecting the density of the toner, a printing rate measuring means for measuring the printing rate of the image formed on the image carrier, a developing driving time measuring means for measuring the driving time of the developing means, and an image density detection Development contrast changing means for changing the development contrast between the electrostatic latent image and the development means based on the detection value of the means, the measurement value of the printing rate measurement means, and the measurement value of the development drive time measurement means. It is characterized by.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings. ◎ Embodiment 1
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an image forming apparatus according to the present embodiment. The color image forming apparatus 40 is configured by arranging four photosensitive drums 1A, 1B, 1C, and 1D having a diameter of 20 mm around the intermediate transfer belt 6 at intervals of 35 mm. Each photosensitive drum 1A, 1B, 1C, 1D, for example, a charger 2A that uniformly charges the photosensitive drum 1A around the photosensitive drum 1A, and an LED that exposes light controlled based on image information A print head (LPH) 3A, a developing device 20A for developing a latent image formed on the photosensitive drum 1A, a primary transfer roller 4A for transferring a toner image to the intermediate transfer belt 6, and a transfer residual toner from the photosensitive drum 1A There is provided a cleaner 5A for removing water. The periphery of the photosensitive drums 1B, 1C, and 1D is similarly configured.
[0016]
The photoconductor drum 1A is formed by forming a conductive material such as aluminum in a drum shape and applying an organic photoconductor (OPC) on the surface thereof. It is driven at a peripheral speed of 100 mm / sec. The charger 2A is formed of a charging roller configured by laminating conductive rubber or conductive sponge and conductive rubber, and is connected to a power source 53 to be supplied with a voltage. Then, the surface of the photosensitive drum 1A is uniformly charged with a constant voltage (for example, −400V). The LPH 3A emits light controlled by the LPH driver 52 based on image data from a host computer (not shown) to form a latent image on the photosensitive drum 1A.
[0017]
Although the details of the configuration of the developing device 20A will be described later, a power source 51 is connected to the developing device 20A, and a developing bias is applied between the photoconductor drum 1A and a DC voltage or a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage. Has been. The latent image formed on the photosensitive drum 1A is developed with a developer using yellow (Y) toner to form a toner image. The developing devices 20B, 20C, and 20D are configured in the same manner as the developing device 20A, and are developed with a developer using magenta (M), cyan (C), and black (K) toners, respectively. The toner image is formed.
The developing devices 20A to 20D are driven by a gear train (not shown) from a single motor (not shown).
[0018]
The primary transfer roller 4A is configured by laminating conductive rubber or conductive sponge and conductive rubber, and is connected to a power source (not shown) and supplied with voltage. Then, the toner image is transferred onto the intermediate transfer belt 6. The cleaner 5A is composed of, for example, a conductive fur brush and a cleaner box. The conductive fur brush rotates in a direction opposite to the rotation direction of the photosensitive drum 1A, and a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage is applied by a power source (not shown), and remains on the photosensitive drum 1A during transfer. The transfer residual toner is sucked and temporarily stored in the cleaner box. Then, a reverse voltage is applied to the conductive fur brush during non-image formation to transfer the toner stored in the fur brush to the photoconductive drum 1A, and further transferred from the photoconductive drum 1A to the intermediate transfer belt 6 to transfer the transfer belt. Collect all at once with the cleaner 11.
[0019]
The intermediate transfer belt 6 is made of a flexible film such as polyimide, and moves while being held between the photosensitive drums 1A, 1B, 1C, and 1D and the primary transfer rollers 4A, 4B, 4C, and 4D. The Y, M, C, and K toner images formed on the respective photosensitive drums 1A, 1B, 1C, and 1D are positioned on the intermediate transfer belt 6 by the primary transfer rollers 4A, 4B, 4C, and 4D, respectively. The image is well transferred and a color toner image is synthesized.
[0020]
The color toner images transferred and synthesized on the intermediate transfer belt 6 are collectively transferred to the recording paper 10 by the secondary transfer roller 8. The toner remaining on the intermediate transfer belt 6 as a transfer residue is removed by the transfer belt cleaner 11. The fixing device 9 includes a pair of rollers including a heating roller 9a and a pressure roller 9b. The recording paper 10 onto which the toner image has been transferred is conveyed to the fixing device 9 and when passing through the fixing device 9, the toner image is heated and fixed on the recording paper 10 to form a color image. The formed color image is discharged to the upper part of the color image forming apparatus 40.
[0021]
Next, the configuration of the developing device 20A will be described in detail. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the developing device 20A. As shown in FIG. 2, the developing device 20 </ b> A includes a developer holding container for storing a developer, a support container 21 as a casing of the developing device 20 </ b> A, a developing sleeve 22 as a developer carrier, and a developer into the developing sleeve 22. A developing magnet 23 to adsorb, a blade 24 for regulating the developer layer thickness, a developer supply auger 25 and a developer agitating auger 26 that circulates and moves the developer in the longitudinal direction of the developing device 20A while stirring the developer, and a toner in the support container 21. A toner supply path 27 is provided.
[0022]
The support container 21 has an opening toward the photosensitive drum 1 </ b> A, and a developer containing portion that contains a developer in which toner and a carrier that is a magnetic particle are mixed is provided. The developer accommodating portion is divided into a developer accommodating portion 21b and a developer accommodating portion 21c by an accommodating portion wall 21a provided in the longitudinal direction of the developing device 20A.
A developer supply auger 25 is disposed in the developer container 21b, and a developer stirring auger 26 is disposed in the developer container 21c. The accommodating portion wall 21a is not provided at both end portions of the developing device 20A, and the developer accommodating portion 21b and the developer accommodating portion 21c are connected at the both end portions.
[0023]
The developing sleeve 22 is made of a nonmagnetic material such as aluminum or SUS, and is rotated in the direction of arrow A by a driving unit (not shown). A developing magnet 23 is included in the developing sleeve 22. The developing magnet 23 is provided with a plurality of magnetic poles in the circumferential direction, and the developer is attracted to the developing sleeve 22. As the developing sleeve 22 rotates, the developer held in the developer container 21b is conveyed to the photosensitive drum 1A. At this time, the developing magnet 23 may be rotated.
The blade 24 is made of a nonmagnetic material or a magnetic material, and regulates the layer thickness of the developer carried on the developing sleeve 22 to a certain amount. As a result, a predetermined amount of developer is supplied uniformly to the photosensitive drum 1A along the axial direction of the developing sleeve 22, and the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 1A is developed.
[0024]
The developer supply auger 25 and the developer stirring auger 26 are each provided with a screw around the shaft. The developer supply auger 25 and the developer agitating auger 26 are rotated in opposite directions by driving means (not shown) to convey the toner and the carrier in opposite directions while stirring. Since the developer accommodating portion 21b and the developer accommodating portion 21c are connected at both ends of the developing device 20A, the developer flows into each other, and the developer accommodating portion 21b is formed by the developer supply auger 25 and the developer agitating auger 26. And the developer container 21c.
[0025]
A toner supply path 27 for supplying toner to the developer storage section 21c is disposed above the central portion of the developer storage section 21c, and the toner supply path 27 is connected to a toner container 28A (not shown).
Here, a toner container 28B connected to the developing device 20B will be described as an example of the configuration of the toner container. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the toner container 28B. In FIG. 3, a hollow duct 29B of 6 mm × 23 mm is installed in parallel with the gravity direction from the toner container discharge port 32 to the toner supply path 27 of the developing device 20B. A screw auger 30 is provided in the toner container 28B, and the toner is discharged by being rotated by a driving means (not shown). The discharged toner falls from the hollow duct 29B to the toner supply path 27 of the developing device 20B by gravity. The toner that has reached the toner supply path 27 is taken into the flowing developer by the developer stirring auger 26 of the developing device 20B.
[0026]
The toner container 28 </ b> B is installed with an inclination of 20 ° toward the toner container discharge port 32. A loosening member 31 made of a rod-shaped member for preventing toner blocking is provided integrally with the screw auger 30 in the toner container 28B so that the toner is concentrated on the toner container discharge port 32 by gravity. . The inclination of the toner container 28B may be slightly inclined regardless of the angle of repose of the toner. The toner containers 28A, 28C, and 28D connected to the developing devices 20A, 20C, and 20D are similarly configured.
[0027]
Y, M, C, and K toners are stored in the toner containers 28A to 28D, respectively. 4 is a plan view for explaining the arrangement of the toner containers 28A to 28D when the color image forming apparatus 40 is viewed from above. FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement of the toner containers 28A to 28D when the color image forming apparatus 40 is viewed from the back. FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the toner containers 28A to 28D are arranged in parallel on the upper part of the color image forming apparatus 40, and drop and supply the toner to the developing devices 20A to 20D through the hollow ducts 29A to 29D, respectively. ing.
[0028]
Next, toner supply from the toner supply path 27 to the developer accommodating portion 21c will be described.
The support container 21 has substantially the same volume as the developer when the weight ratio (toner concentration: TC) of the toner and the carrier in the developer filled in the capacity of the support container 21 is an appropriate value (for example, 6%). It is configured as follows. Here, the capacity of the support container 21 refers to the substantial capacity of the support container 21, and refers to the capacity of an area where the developer can move within the developing device 20. The appropriate value of TC means an appropriate TC in which the developed image has a sufficient image density and does not cause fogging.
Then, the developing device 20A is filled with a developer having an appropriate TC so as to fill the support container 21.
[0029]
Here, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the TC of the developer and the volume of the developer. FIG. 6 shows a case where measurement is performed with the developer loosened and a case where measurement is performed with the developer pushed in and tapped. In both the loose state and the tapping state, the developer TC has a linear relationship with the developer volume, and as the TC increases, the developer volume increases proportionally. Therefore, as shown in FIG. 7, when the TC of the developer increases from the appropriate value, the volume of the developer becomes larger than the volume of the support container 21, and conversely, when the TC of the developer decreases from the appropriate value, the development occurs. The volume of the agent is smaller than the volume of the support container 21.
[0030]
With this configuration, in the toner supply path 27 disposed at the upper portion of the developer accommodating portion 21c, the developer enters the opening of the toner supply path 27 due to a change in the volume of the developer based on a change in the TC of the developer. There is a state in which the opening is blocked by the intrusion and a state in which the opening is not reached without reaching the opening of the toner supply path 27.
FIG. 8 is a diagram for explaining a rising state of the developer in the toner supply path 27 due to a change in the volume of the developer. As shown in FIG. 8A, when the toner is consumed and the TC of the developer is smaller than an appropriate value, the volume of the developer is reduced, so that the amount of the developer does not reach the toner supply path 27. The toner supply path 27 is opened. In this state, the toner is supplied to the developer through the toner supply path 27. When the TC of the developer increases again, the volume of the developer increases, and the developer fills the entire support container 21.
[0031]
When the toner is further supplied to the developer, as shown in FIG. 8B, the amount of the developer exceeds the capacity of the support container 21, so that the developer overflows into the toner supply path 27 and generates swell. . Since the rising of the developer generated in the toner supply path 27 is away from the developer stirring auger 26, the conveying force by the developer stirring auger 26 is weak. Therefore, the developer in the toner supply path 27 stays to form a developer wall, and the supply of toner from the toner supply path 27 to the developer is blocked. As a result, toner is not supplied to the developer, and the TC of the developer does not become higher than that.
[0032]
Further, when the toner is consumed and the TC of the developer decreases and the volume decreases, the developer in the toner supply path 27 does not rise, and the toner is supplied again through the toner supply path 27.
In this manner, the toner supply path 27 is blocked / opened by the change in the developer volume, whereby the toner supply to the developer is autonomously controlled, and the TC of the developer is kept within a certain range (4% to 8%). %).
[0033]
Further, in the present embodiment, an image density sensor 7 is provided opposite to the intermediate transfer belt 6 on the downstream side in the moving direction of the intermediate transfer belt 6 from the position of the fourth photosensitive drum 1D. The image density sensor 7 detects the density of the patch formed on the intermediate transfer belt 6 and transmits it to the operation controller 50.
That is, in each of the photosensitive drums 1A to 1D, exposure is performed by LPHs 3A to 3D in order to form a patch for detecting the toner density in a non-image area corresponding to a printed page, and Y, M, and C are respectively developed by developing devices 20A to 20D. , K toner images are formed. Such a toner image is transferred to the intermediate transfer belt 6. At that time, the exposure timings of the LPHs 3A to 3D are adjusted so that the patches of the respective colors do not overlap. Then, the density of the patch formed on the intermediate transfer belt 6 is detected by the image density sensor 7 as the reflected light level.
[0034]
In the developing devices 20A to 20D of the present embodiment, since the developer is sufficiently stirred by the developer supply auger 25 and the developer stirring auger 26, the variation of the developer toner concentration in the longitudinal direction of the device is small. Therefore, the patch used for image density detection may be formed at any position in the longitudinal direction.
[0035]
Here, when the fluctuation center value of the developer toner concentration is 6%, the developed toner weight is 4.5 g / m. ² As a result of an experiment to adjust the development contrast, which is the difference between the image portion photoreceptor potential (Vlow) and the development bias DC component (Vdc), the required development contrast was 250V. At that time, the white background potential of the photoreceptor (background potential: Vhigh) was adjusted to be 50% of the development contrast. That is, when the developer toner concentration is 6%, the developed toner weight is 4.5 g / m. ² In this experiment, the potential conditions for satisfying the conditions were Vlow = −200 V, Vdc = −450 V, and Vhigh = −575 V.
[0036]
Therefore, as a result of outputting several images under these conditions and monitoring the signal of the image density sensor 7, the signal level showed a variation of ± 16%. Since there is a linear relationship between the signal level of the image density sensor 7 and the developed toner weight, it can be determined that the developed toner weight also varies ± 16%. Therefore, in the developing devices 20A to 20D capable of autonomous toner density control in the present embodiment, the developer toner density can be stabilized between 4 to 8%, and thus the fluctuation range of the developed toner weight Is 4.5 g / m ² Is determined within a range of ± 16%.
[0037]
In order to compensate for the variation in the image density based on the variation in the developing toner weight in the certain range, the difference from the reference density is detected by the image density determination circuit provided in the operation control unit 50 based on the output value from the image density sensor 7. A development contrast correction amount necessary to correct the difference is calculated. Then, in order to change the exposure amount, development bias potential, and charging potential for changing the development contrast based on the calculated development contrast correction amount at the next image formation, the operation control unit 50 uses the LPH driver 52, the development power source. 51. The charger power supply 53 is appropriately controlled. This operation is repeated for each image formation. This makes it possible to maintain the stability of the image density by compensating for the fluctuation of the image density due to the fluctuation of the toner density, and the fluctuation of the image density can be kept within 5%.
[0038]
When the output value from the image density sensor 7 exceeds the reference density by a predetermined value or more, it is determined that the developer in the developing devices 20A to 20D exceeds the specified toner density value, and between print pages. It is also possible to consume toner in the non-image area corresponding to the above. That is, in such a case, an electrostatic latent image corresponding to a solid image is formed in a non-image area, and toner is consumed by developing this. As a result, the toner density values of the developing devices 20A to 20D can be restored to a specified range, and the stability of the image density can be maintained.
[0039]
As described above, according to the present embodiment, the toner supply path 27 is blocked / opened by the volume change based on the change in the TC of the developer, and the toner supply to the developer is autonomously controlled. The TC of the developer can be maintained within a certain range. In addition, the density of the toner image developed with the TC developer controlled within a certain range is detected, and the development contrast is adjusted based on the detected value. Thus, the toner of the two-component developer is not required without the need for a toner density sensor, a control circuit for controlling toner supply based on the detected toner density, and a toner supply mechanism for supplying toner. By automatically controlling the density and optimally setting the development contrast, it is possible to stabilize the image density within a certain range with high accuracy, so that an image with good color reproducibility can be formed.
[0040]
◎ Embodiment 2
In the first embodiment, the toner image developed by providing the image density sensor 7 in addition to maintaining the TC of the developer within a certain range by autonomously controlling the supply of toner to the developer. The color image forming apparatus 40 that detects the density of the toner and adjusts the development contrast based on the detected value has been described. In the second embodiment, in addition to autonomously controlling the supply of toner to the developer, a color image forming apparatus that measures the image printing rate and the developing device drive time and adjusts the development contrast based on the measurement results 40 will be described. In addition, about the structure similar to Embodiment 1, the same code | symbol is used and the detailed description is abbreviate | omitted here.
[0041]
In the present embodiment, in place of the image density detection by the image density sensor 7 in the configuration of the first embodiment, a pixel counter that counts the number of pixels to which image signals are written and a stepping motor that drives the developing device is counted. A driving time counter is provided.
First, when the printing rate obtained from the printing pixel counter value measured by the pixel counter is less than 1%, less than 40%, more than 40%, it is determined whether it exceeds 60%, and development corresponding to each state is performed. The drive times of the devices 20A to 20D are measured by a drive time counter and stored. The driving time of the developing devices 20A to 20D includes the operation time at the time of non-image formation at the start and end of the operation of the color image forming device 40.
[0042]
Here, the range of the printing rate is divided by 0 to 1%, 1% to 40%, 40% to 60%, and 60% to 100% in the developing devices 20A to 20D used in this embodiment. This is determined in accordance with the characteristics of the autonomous toner supply system. That is, as shown in FIG. 9, the toner supply characteristics of the developing devices 20A to 20D used in the present embodiment have characteristics that the toner supply amount differs depending on the TC of the developer. Even if the toner supply path 27 is cut off, the toner is supplied in a slight amount, and the characteristic that the toner supply amount greatly increases when the TC greatly decreases is taken into consideration. Therefore, in the developing devices 20A to 20D used in the present embodiment, a printing rate range of 0 to 1% is a printing rate at which TC increases, 1% to 40% is a printing rate that substantially maintains TC, and 40% to 60%. Is a printing rate at which TC is reduced, and 60% to 100% is a printing rate at which TC is greatly reduced.
Generally, it is preferable to optimize the printing rate range from the relationship between the toner density and the toner supply amount in accordance with the characteristics of the autonomous toner supply unit.
[0043]
In the color image forming apparatus 40, as shown in FIG. 10, how much the developer toner concentration in the developing devices 20A to 20D changes depending on the developing device driving time (number of printed sheets) in which the state of each printing rate range continues. A reference table showing the measured values is stored in advance. Then, a change in the developer toner concentration in the developing devices 20A to 20D can be predicted by comparing the measured values of the driving times of the developing devices 20A to 20D corresponding to the respective printing rate ranges with the reference table. It is configured as follows. As a result, when a decrease in the developer toner concentration is predicted, the development contrast is increased according to the decrease amount, and when an increase in the developer toner concentration is predicted, the development contrast is increased according to the increase amount. The operation control unit 50 appropriately controls the LPH driver 52, the developing power source 51, and the charger power source 53 so as to decrease the number.
[0044]
Next, 30 images with a printing rate of 0.5%, 30 images with a printing rate of 15%, 20 images with a printing rate of 50%, 20 images with a printing rate of 70%, and 30 images with a printing rate of 0.5% Sheets were printed and image density fluctuations were compared. 11 shows image density fluctuations in a conventional image forming apparatus to which this embodiment is not applied, and FIG. 12 shows image density fluctuations in a color image forming apparatus 40 to which this embodiment is applied. Here, the image density was measured by forming a 10 mm × 10 mm patch. FIG. 13 shows the change in developer toner density at that time. The toner density was measured by taking a small amount from the developer layer on the surface of the developing sleeve 22 after printing the images with the respective printing ratios and performing the blow-off method. At the same time as printing, the change in exposure amount was monitored to confirm the operation of this embodiment.
[0045]
As can be seen by comparing FIG. 11 and FIG. 12, in this embodiment, the image density is stable and the exposure of LPHs 3A to 3D is performed despite the change in the toner density as shown in FIG. It was confirmed that by changing the amount, the development contrast was changed and the image density was kept almost constant.
[0046]
In the present embodiment, a reference table is used as the toner density prediction. However, the relationship between the printing rate, the developing device drive time, and the predicted developer toner density can be related by a mathematical expression and predicted by an arithmetic circuit. It is. That is, the change amount of the developer toner density in the developing devices 20A to 20D is stored as a function of the driving time of the developing devices 20A to 20D according to the time during which the state of each printing rate range continues, and the respective printing rate ranges are stored in each printing rate range. A change in the developer toner density in the developing devices 20A to 20D can be predicted by calculating a measured value of the corresponding driving time of the developing devices 20A to 20D using the function. .
[0047]
In this embodiment, the image printing rate and the developing device driving time are measured, and in addition to the adjustment of the development contrast based on the measurement result, the image density sensor 7 is provided to detect the density of the developed toner image. The development contrast based on the detected value can be used in combination. With this configuration, the image density can be controlled with higher accuracy, and the interval of the detection timing of the toner image density by the image density sensor 7 can be increased, for example, once every 200 sheets. As a result, toner consumption for patch preparation can be reduced.
[0048]
Further, the image printing rate and the developing device driving time are measured, and when the measured values are expected to exceed the reference density by a predetermined value or more, the developer in the developing devices 20A to 20D has a specified toner density value. It is also possible to consume the toner in the non-image area that falls between the printed pages. That is, in such a case, an electrostatic latent image corresponding to a solid image is formed in a non-image area, and toner is consumed by developing this. As a result, the toner density values of the developing devices 20A to 20D can be restored to a specified range, and the stability of the image density can be maintained.
[0049]
As described above, according to the present embodiment, the toner supply path 27 is blocked / opened by the volume change based on the change in the TC of the developer, and the toner supply to the developer is autonomously controlled. The TC of the developer can be maintained within a certain range. In addition, the image printing rate and the developing device drive time are measured, and the development contrast is adjusted based on the measurement results. Thus, as in the first embodiment, a toner density sensor, a control circuit for controlling toner supply based on the detected toner density, and a toner supply mechanism for supplying toner are required. In addition, by automatically controlling the toner density of the two-component developer and optimally setting the development contrast, it is possible to stabilize the image density within a certain range with high accuracy, thereby forming an image with good color reproducibility. It becomes possible.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the toner concentration of the two-component developer can be automatically controlled, and an image with good color reproducibility can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an image forming apparatus.
FIG. 2 is a schematic sectional view of the developing device.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a toner container.
FIG. 4 is a plan view illustrating the arrangement of toner containers.
FIG. 5 is a rear view illustrating the arrangement of toner containers.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the TC of the developer and the volume of the developer.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a developer volume and a support container volume.
FIG. 8 is a diagram illustrating a rising state of a developer in a toner supply path due to a change in developer volume.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a developer toner concentration and a toner supply amount.
FIG. 10 is a view showing a reference table showing measured values of changes in developer toner density according to the number of printed sheets in each printing rate range.
FIG. 11 is a diagram showing image density fluctuation in a conventional image forming apparatus.
FIG. 12 is a diagram showing fluctuations in image density in an image forming apparatus to which the present embodiment is applied.
FIG. 13 is a diagram showing changes in developer toner density.
[Explanation of symbols]
1A, 1B, 1C, 1D ... photosensitive drum, 2A ... charger, 3A, 3B, 3C, 3D ... LED print head (LPH), 4A, 4B, 4C, 4D ... primary transfer roller, 5A ... cleaner, 6 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Intermediate transfer belt, 7 ... Image density sensor, 8 ... Secondary transfer roller, 9 ... Fixing device, 20A, 20B, 20C, 20D ... Developing device, 21 ... Supporting container, 21a ... Housing wall, 21b, 21c ... Developing Agent container, 22 ... developing sleeve, 23 ... developing magnet, 24 ... blade, 25 ... developer supply auger, 26 ... developer agitation auger, 27 ... toner supply path, 28A, 28B, 28C, 28D ... toner container, 29A 29B, 29C, 29D ... hollow duct, 30 ... screw auger, 31 ... loosening member, 32 ... toner container outlet, 50 ... operation control unit, 51 ... power supply, 52 ... L H driver, 53 ... power

Claims

An image carrier for carrying an electrostatic latent image;
Charging means for charging the image carrier;
Exposure means for exposing the image carrier;
Development in which the electrostatic latent image is developed with a developer composed of toner and a carrier, and the supply amount of the toner to the developer changes autonomously due to a change in toner density of the developer. Means,
A printing rate measuring means for measuring a printing rate of an image formed on the image carrier;
Development driving time measuring means for measuring the driving time of the developing means;
Development contrast changing means for changing the development contrast between the electrostatic latent image and the developing means based on the measured value of the printing rate measuring means and the measured value of the developing drive time measuring means ,
The development contrast changing unit stores a toner density of the developer that changes depending on a driving time of the developing unit for each printing rate range divided into a plurality of ranges, and is stored from a measured value of the driving time of the developing unit. An image forming apparatus characterized by predicting the toner concentration of the developer by referring to the toner concentration and changing the development contrast .

Wherein if the predicted value of the toner density of the developer exceeds a predetermined value, the image forming apparatus according to claim 1, further comprising a toner consumption means for consuming the toner of the developing unit.

Further comprising an image density detecting means for detecting the concentration of the developed image on the image bearing member,
The image forming apparatus according to claim 1 , wherein the development contrast is changed according to a measured value of the driving time of the developing unit and a detection value of the image density detecting unit .

The developing means includes a developer holding container for holding the developer and a toner supply path for supplying the toner to the developer holding container, and the toner supply path is supplied to the toner supply path due to a change in toner density of the developer. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the intrusion amount of the developer is changed.

The developing means shuts off the supply of toner when the developer is higher than the appropriate toner concentration, and supplies the toner to the toner supply path so that the toner can be supplied when the developer is lower than the appropriate toner concentration. The image forming apparatus according to claim 4 , wherein the amount of the developer intruding varies.

And a toner consuming means for consuming the toner of the developing means when it is determined that the toner density of the developer exceeds a predetermined value based on the detection value of the image density detecting means. The image forming apparatus according to claim 4 .

2. The image formation according to claim 1, wherein the development contrast is changed by changing any one or more of a voltage applied to the charging unit, an exposure amount of the exposure unit, and a voltage applied to the developing unit. apparatus.