JP4708252B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
このように電子写真方式の画像形成装置で使われる現像剤は、静電潜像をトナーで顕像化する際に現像剤からトナーが除々に消費され、キャリアとトナーとの比率が変化する。現像剤のトナー濃度が低下すれば現像画像の濃度も低下してしまうのでトナーを適宜補給することになる。
トナーの補給量が不適切で過剰に補給された場合、画像濃度が濃くなったり、地肌汚れが増えたりして画像品質を損なう。従って適正な濃度で高品質の画像を常に得るためには、現像剤のトナー濃度は適正レベルに維持しなければならない。このため従来から現像剤のトナー濃度を自動的に制御する為の対策が取られて来た。例えば光導電部材上に濃度測定パターンを印刷して光学的検知手段で得た画像濃度から現像剤中のトナー濃度を求める方法や、現像剤の透磁率を測定することで現像剤のトナー濃度を検知する方法等である。これらの方法で得られた検知信号に応じて現像装置に設けたトナー補給機構を制御し現像剤中のトナー濃度は一定に保持されている。
また、現像剤疲労・劣化の理由としては、多数回にわたり静電潜像を現像することでトナーがキャリアの表面を被覆してしまう現象や、キャリア表面が削れてしまう現像であることが知られており、このようにして寿命となる現像剤に対しては、一般に画像形成装置サービス時期に合わせて現像剤の交換を行うことが普通であった。
ところが近年では現像剤の交換に伴うダウンタイムの削減が求められており、更には現像剤の交換そのものの廃止も望まれている。
さらに、キャリアは、現像装置内で攪拌される事によって、物理的なストレスを受けてキャリア表面が損傷して帯電の力の低下やキャリア抵抗が低下したり、トナーや各種の添加剤がキャリア表面に付着して、膜を形成する等の劣化によって、本来の正常なキャリア表面とトナー表面との摩擦帯電が行われず、トナー飛散、地汚れ、キャリア付着等の様々な問題を引き起こしていた。
近年このような方式はトリクル現像方式と呼ばれ、知られるようになった。代表的なものは特許文献2の「電子写真複写機用現像装置」である。即ち、消費されるトナーの補給とは別に新しいキャリアを現像容器内に補給し、過剰となった現像容器内の現像剤が、現像容器壁面に設けられている現像剤排出口からオーバーフローして排出され、現像剤回収容器に回収される。このようなキャリア及び劣化現像剤の補給・排出が繰り返されることによって、現像容器内で劣化していく現像剤が、新たに供給されるトナーおよびキャリアに置換されていく。これにより、現像剤の帯電性能を維持し、画質の低下を抑えるようにしたものである。
また、特許文献3の「現像装置」では現像剤収容容器の現像剤体積検知によりトナー供給量と現像剤の排出量を制御することも行われている。更にまた特許文献4の「現像装置」ではハウジング室内のキャリア粒子の老化速度とハウジング室内のトナー粒子の所要帯電能との関数である速度でキャリア粒子をハウジング室内に加えることにより、現像剤寿命と電子写真式印刷機の寿命と等しくなるようにすることが行われている。
しかしながら、キャリア劣化度は必ずしもトナー消費量だけで決定されるものでは無く、またキャリアを補給する際のトナー濃度は一定では無い為、トナー消費量だけで、適切なトナー補給量、キャリア補給量を決定すると、想定した条件から外れた場合に濃度変動を引き起こすと考えられる。
また特許文献6、7がある。これらは、いずれも劣化度合いを検知して、現像剤の交換を行うものであるが、現像装置内の現像剤全量を入れ替えようとするものであるため、いわゆるトリクルの考え方とは異なるものであり、現像剤の交換に伴うダウンタイムの削減等が求められていた。
すなわち必ずしも現像剤、キャリアの劣化に対して、補充、交換する現像剤、キャリアの量が適切とは言えず、画質の劣化を防止し、現像剤の寿命を延ばすという目的が不十分であった。
例えば、補給トナーにキャリアを混ぜて、トナー補給動作によってキャリアを補充する方式のものは、低画像面積の画像が多く取られた場合、トナーがほとんど補給されずに、現像装置の空攪拌が続き、キャリアの劣化が加速されてしまう。逆に高画像面積が多く取られた場合、トナーが大量に補給されて、同時にキャリアも大量に補給され、必要以上にキャリアが補給されてしまい、キャリアが無駄になってしまうという問題点があった。
本発明は、画像が画像書込み手段によって潜像として形成される像担持体と、前記像担持体に形成されている静電潜像に対してトナーとキャリアとを含む二成分系現像剤を利用して可視化処理するための現像装置と、を具備する画像形成装置において、前記画像形成装置は、前記現像装置内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、前記現像装置に新規なトナーを補給するトナー補給手段と、少なくともキャリアが含まれる新規な補給用剤を補給する補給用剤補給手段と、前記現像装置内のトナーとキャリアの混合物である現像剤を現像装置外部に排出する現像剤排出手段と、前記現像装置内の現像剤の劣化状態を検知する現像剤劣化検知手段と、を有し、前記補給用剤の補給を前記現像装置の駆動時間に基づいて行い、前記現像剤劣化検知手段が、所定の潜像パターンに対して現像装置で現像したトナー付着量を検知するトナー付着量検知手段を有し、前記トナー付着量検知手段の検知結果に基づいて、前記補給用剤補給手段により補給する補給用剤の量を補正して補給することを特徴とする画像形成装置である。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記現像劣化検知手段が、消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均に相当する値を検知し、前記検知結果に応じて、補給する現像剤もしくはキャリアの量を補正して補給することを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均に相当する値が、画像面積率の履歴平均値であり、所定の画像面積履歴値より高い場合は、補給用剤の補給量を増やすことを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均に相当する値が、画像面積率の履歴平均値であり、前記画像面積率履歴平均が3%以下の場合は、画像面積率履歴平均5〜10wt%の場合に比較して補給用剤の補給量を増やすことを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均に相当する値が、消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均値であり、所定の消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均値が3%以下の場合は非画像部にトナー像を形成し、強制的にトナーを入れ替えることを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記現像剤劣化検知手段が、トナー濃度と電位に対するトナー付着量の傾きを示す現像γ特性に基づいて劣化を検知し、所定のトナー濃度に対して現像γが狙いより高い場合は、補給用剤の補給量を増やし、現像γが低い場合は、補給用剤の補給量を増やすことを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記現像剤劣化検知手段が、トナー濃度と電位に対するトナー付着量の傾きを示す現像γ特性に基づいて劣化を検知し、所定のトナー濃度に対して現像開始電圧Vkが狙いより低い場合は、補給用剤の補給量を増やし、現像開始電圧Vkが狙いより高い場合は、補給用剤の補給量を増やすことを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナー付着量検知手段の検知結果を、初期剤の時に測定したトナー付着量検知手段の検知結果を基準として比較し、その比較結果に基づいて補給用剤の補給量を補正することを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記現像装置内の現像剤が初期剤の時のトナー付着量検知手段の検知結果に基づいて、狙いの検知結果になるようにトナー濃度を調整し、調整されたトナー濃度を基準トナー濃度として一定に維持することを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、現像剤もしくはキャリアの補充容器が、現像装置と一体となったカートリッジ形状になっていることを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記補給用剤が少なくともトナーとキャリアからなることを特徴とする。
まず、本レーザプリンタの基本的な構成について説明する。
図1は、本実施形態に係るレーザプリンタの概略構成図である。このレーザプリンタは、イエロー(Y)、マゼンダ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色の画像を形成するための4組のトナー像形成部1Y、1M、1C、1K(以下、各符号の添字Y、M、C、Kは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す)が、図示しない転写紙の移動方向における上流側から順に配置されている。トナー像形成部1Y、1M、1C、1Kは、潜像担持体としての感光体ドラム11Y、11M、11C、11Kなどを備えている。またトナー補給に関しては、トナーカートリッジ9(Y、C、M、K)を備えている。
また、本レーザプリンタは、上記トナー像形成部1Y、1M、1C、1Kの他、潜像形成手段としての光書込ユニット2、給紙カセット3,4、レジストローラ対5、転写ユニット6、ベルト定着方式の定着ユニット7、排紙トレイ8や、図示しない手差しトレイ、トナー補給容器、廃トナーボトル、両面・反転ユニット、電源ユニットなども備えている。
また、光書込ユニット2は、光源、ポリゴンミラー、f−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体ドラム11Y、11M、11C、11Kの表面にレーザ光を走査しながら照射する。
感光体ユニット10Yにおいて、交流電圧が印加された帯電ローラ15Yによって一様帯電せしめられた感光体ドラム11Yの表面に、上記光書込ユニット2で変調及び偏向されたレーザ光が走査されながら照射されると、ドラム表面に静電潜像が形成される。
現像ケース21Yには、磁性キャリアとマイナス帯電性のYトナーとを含む現像剤が内包されている。この現像剤は上記第1搬送スクリュー23Y、第2搬送スクリュー24Yによって撹拌搬送されながら摩擦帯電せしめられた後、現像剤担持体としての現像ローラ22Yの表面に担持される。そして、上記現像ドクタ25Yによってその層厚が規制されてから感光体ドラム11Yと対向する現像領域に搬送され、ここで感光体ドラム11Y上の静電潜像にYトナーを付着させる。この付着により、感光体ドラム11Y上にYトナー像が形成される。現像によってYトナーを消費した現像剤は、現像ローラ22Yの回転に伴って現像ケース21Y内に戻される。
上記第1搬送スクリュー23Yと、上記第2搬送スクリュー24Yとの間には仕切り壁28Yが設けられている。これにより、現像ローラ22Y、第1搬送スクリュー23Y等を収容する第1供給部29Yと、第2搬送スクリュー24Yを収容する第2供給部30Yとが上記現像ケース21Y内で分かれている。
上記感光体ドラム11Y上で現像されたYトナー像は、後述の転写搬送ベルト60によって搬送される転写紙に転写される。
上記第1搬送スクリュー23Yは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、第1供給部29Y内の現像剤を現像ローラ22Yの表面に沿って図中手前側から奥側へと搬送しながら現像ローラ22Yに供給する。
上記第1搬送スクリュー23Yによって第1供給部29Yの端部付近まで搬送された現像剤は、仕切り壁28Yに設けられた一方の上記開口部を通って第2供給部30Y内に進入するが、現像剤の嵩が所定量以上になると攪拌スクリュー端部の敷居を乗り越えて、現像剤排出口B1へと誘導され、図示しない廃剤ボトルに回収される。
上記第2供給部30Y内において、第2搬送スクリュー24Yは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、第1供給部29Yから進入してきた現像剤を第1搬送スクリュー23Yとは逆方向に搬送する。第2搬送スクリュー24Yによって第2供給部30Yの端部付近まで搬送された現像剤は、仕切り壁28Yに設けられたもう一方の上記開口部を通って第1供給部29Y内に戻る。
透磁率センサからなる上記Tセンサ26Yは、第2供給部30Yの端部付近の底壁に設けられ、その上を通過する現像剤の透磁率に応じた値の電圧を出力する。現像剤の透磁率は、現像剤のトナー濃度とある程度の相関を示すため、Tセンサ26YはYトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。この出力電圧の値は図4の制御部に送られる。
また図2及び図5に示す現像剤カートリッジ40YはNEW現像剤が入っており、その総量は現像ケース21Yに初期入っている量と、略同量のNEW現像剤が入っている。このNEW現像剤は、後述する方法によって補給量が求められ、所定のタイミングで図3におけるNEW現像剤補給口A2より第2供給部30Y内に補給させる。
図6は、上記転写ユニット6の概略構成を示す拡大図である。この転写ユニット6で使用される転写搬送ベルト60は、体積抵抗率が109〜1011Ωcmである高抵抗の無端状単層ベルトであり、その材質にはPVDF(ポリフッ化ビニリデン)が用いられている。無端移動体としての転写搬送ベルト60は、各トナー像形成部1Y、1M、1C、1Kの感光体ドラム11Y、11M、11C、11Kに接触対向する各転写位置を通過するように、接地された4つの支持ローラ61に掛け回されている。
これらの支持ローラ61のうち、図中最も右側のものには、電源62aから所定電圧が印加された静電吸着ローラ62が対向するように配置されている。これら支持ローラ61、静電吸着ローラ62の間には、上記レジストローラ対5によって転写紙100が送られて転写搬送ベルト60上に静電吸着される。
図中最も左側の支持ローラ61は、図示しない駆動手段によって回転して転写搬送ベルト60を摩擦駆動する駆動ローラとなっている。
図中下側の2つの支持ローラ61間に位置する転写搬送ベルト60部分の外周面には、電源63aから所定のクリーニングバイアスが印加されたバイアスローラ63が接触するように配置されている。
各転写ニップの下方には、転写搬送ベルト60の裏面に接触する転写バイアス印加部材65Y、65M、65C、65Kが設けされている。これら転写バイアス印加部材65Y、65M、65C、65Kは、マイラ製の固定ブラシによって構成されており、各転写バイアス電源49Y、49M、49C、49Kから転写バイアスが印加される。この転写バイアス印加部材によって印加された転写バイアスにより、転写搬送ベルト60に転写電荷が付与され、各転写位置において転写搬送ベルト60と感光体ドラム表面との間に所定強度の転写電界が形成される。
各トナー像形成部1Y、1M、1C、1Kの感光体ドラム11Y、11M、11C、11K上で現像された各トナー像は、それぞれ各転写ニップで転写紙に重ね合わされ、上記転写電界やニップ圧の作用を受けて転写紙上に転写される。この重ね合わせの転写により、転写紙上にはフルカラートナー像が形成される。
一方、フルカラートナー像が形成された転写紙100は、加熱ローラを備える上記定着ユニット7(図1参照)内でこのフルカラートナー像が定着された後、排紙トレイ8上に排出される。なお、この定着ユニット7は、加熱ローラの温度を検知する図示しない温度センサを備えている。
上記RAM150bには、トナー像形成部1Y、1M、1C、1Kに対応するY用現像バイアス値、M用現像バイアス値、C用現像バイアス値、K用現像バイアス値のデータと、Y用ドラム帯電電位、M用ドラム帯電電位、C用ドラム帯電電位、K用ドラム帯電電位のデータとが格納されている。
プリントアウトプロセスにおいて、上記制御部150は、上記帯電ローラ15Y、15M、15C、15Kに、Y用ドラム帯電電位、M用ドラム帯電電位、C用ドラム帯電電位、K用ドラム帯電電位の帯電バイアスを供給させるような制御を実施する。この制御により、感光体ドラム11Y、11M、11C、11Kが、Y用ドラム帯電電位、M用ドラム帯電電位、C用ドラム帯電電位、K用ドラム帯電電位に一様帯電せしめられる。また、制御部150は、上記現像ローラ22Y、22M、22C、22Kに、Y用現像バイアス値、M用現像バイアス値、C用現像バイアス値、K用現像バイアス値のバイアスを供給させるような制御を実施する。
パターンブロックPB1、PB2は次のようにして形成される。即ち、上記制御部150は、1つ目のパターンブロックPB1内の基準パターン像Pk1、Pc1、Pm1、Py1が転写搬送ベルト60に転写され終わった時点から、最も上流側の基準パターンPy1が最も下流側の感光体ドラム11Kの転写ニップを通過し終わるまでの間において、上記転写ユニット6のソレノイド67、68(図7参照)を駆動して上記転写圧を所定のレベル(離間を含む)まで減圧せしめる。この減圧により、基準パターン像Pc1、Pm1、Py1は、それぞれ下流側の転写ニップにおける感光体ドラム11への逆転写が抑えられながら、転写搬送ベルト60とともに移動する。このため、パターンブロックPB1内における基準パターン像Pc1、Pm1、Py1は、それぞれ感光体ドラム11への逆転写が抑えられた状態の濃度パターンとなる。
また、上記制御部150は、1つ目のパターンブロックPB1の後端(基準パターン像Py1)が最も下流側の感光体ドラム11Kの転写ニップを通過してから、2つ目のパターンブロックPB2の各基準パターン像Pが転写搬送ベルト60に転写され始めるまでの間に、上記ソレノイド67、68を駆動して上記転写圧をもとの値まで加圧せしめる。この加圧により、パターンブロックPB2用の各基準パターン像Pの良好な転写が可能になる。
更に、上記制御部150は、2つ目のパターンブロックPB2についても、1つ目のパターンブロックPB1と同様に、感光体ドラム11への逆転写を抑え得るように、上記ソレノイド67、68の駆動を制御する。
各色において、これら10個の基準像101は、次の表2に示される作像条件で感光体ドラム11上に形成される。なお、上記レーザ光の強度については、ドラム帯電電位にかかわらず、基準像101用の静電潜像を例えば−20Vまで減衰せしめ得るような強度とする。
表2に示すように、本レーザプリンタは、各トナー像形成部1Y、1M、1C、1Kにおいて、それぞれドラム帯電電位と現像バイアスとをそれぞれ徐々に低い値に切り換えながら(1)乃至(10)の基準像101を形成する。これら10個の基準像101は、後に形成されるものほど、高い現像ポテンシャル(静電潜像の電位と現像バイアスとの差)で現像されるため、画像濃度が高くなる。
表2に示した各現像バイアス値と、(1)乃至(10)の基準像101の画像濃度との関係は、例えば図11に示すグラフのようになる。即ち、現像バイアス値と画像濃度(単位面積当たりのトナー付着量)とには正の相関があり、図示のような直線グラフが得られる。この直線グラフを示す関数(y=ax+b)を用いれば、所望の画像濃度(トナー付着量)が得られる現像バイアス値を演算することができる。
図13は、反射型フォトセンサ69a、69bと、その周辺の構成とを示す側面図である。図において、転写搬送ベルト60の裏面には、ステンレス等の母材の表面にNiメッキやCrメッキなどが施された反射部材70が当接している。この反射部材70は、図中一点鎖線で示す移動軌跡で移動しようとする転写搬送ベルト60の裏面を例えば1〜2mmの付勢距離Kで付勢しながら転写搬送ベルト60をバックアップする。反射部材70における転写搬送ベルト60との当接面は平面状に形成され、且つ鏡面仕上げ加工が施されて光を良好に反射させるようになっている。本レーザプリンタにおける光透過性検知手段は、これら反射型フォトセンサ69a、69bと、反射部材70とによって構成されている。
このように転写搬送ベルト60をバックアップする反射部材70には、転写搬送ベルト60を介して反射型フォトセンサ69a、69bが対向している。反射型フォトセンサ69a、69bの図示しない発光部から発せられた光は、転写搬送ベルト60の乳白色や透明な光透過部を透過して反射部材70に至る。そして、この反射部材70の表面で反射して反射光となり、転写搬送ベルト60を再び透過して反射型フォトセンサ69a、69bの図示しない受光部に検知される。PVDFからなる転写搬送ベルト60は乳白色を呈しているが、発光部から発せられた光を一往復透過させても受光部に十分に検知させ得る程度の光透過性を有している。なお、十分な受光量が得られない場合には、透明材料を転写搬送ベルト60に使用すればよい。また、光の透過する部分だけに光透過性を発揮させるように転写搬送ベルト60を構成してもよい。
かかる構成においては、感光体ドラム11Y、11M、11C、11Kから移動体としての転写搬送ベルト60に転写された各基準像101を検知するために、各基準像101の反射光を検知するのではなく、転写搬送ベルト60における基準像部分の透過光を検知する。よって、各基準像101の反射光を検知することに起因して生ずる種々の不具合を解消することができる。
また、図示のように、反射部材70でのバックアップによって上下振動を抑えた転写搬送ベルト60部分(ベルト部分)の光透過性を反射型フォトセンサ69a、69bによって検知することで、上下振動によるセンサの誤検知を抑えることができる。
また、このよう上下振動が抑えられるベルト部分は、図示のように、張架ローラにバックアップされるベルト部分とは異なり、バックアップされる反射部材70の平面にならって平面形状になる。よって、転写搬送ベルト60の湾曲部分で基準像101を検知することに起因する誤検知を抑えることができる。更に、負圧発生手段を用いることなく転写搬送ベルト60の上下振動を抑えるので、負圧発生手段によるコストアップや騒音発生を解消することができる。
一方、上記RAM150bには、次の表3に示すような作像条件テーブルも格納されている。
上記制御部150は、トナー像形成部1Y、1M、1C、1Kについて、それぞれ上記作像条件テーブルの中から、上記補正現像バイアス値に最も近い現像バイアス値を選び、これに関連付けられたドラム帯電電位を特定する。特定したドラム帯電電位については、Y、M、C又はK用の補正ドラム帯電電位としてRAM150bに格納する。そして、全ての補正現像バイアス値及び補正ドラム帯電電位をRAM150bに格納し終えると、Y用現像バイアス値、M用現像バイアス値、C用現像バイアス値、K用現像バイアス値のデータをそれぞれ対応する補正現像バイアス値と同等の値に補正して格納し直す。また、Y用ドラム帯電電位、M用ドラム帯電電位、C用ドラム帯電電位、K用ドラム帯電電位についても、それぞれ対応する補正ドラム帯電電位と同等の値に補正して格納し直す。このような補正により、プリントアウトプロセス時におけるトナー像形成手段1Y、1M、1C、1Kの作像条件が、それぞれ所望の画像濃度のトナー像を形成し得る条件に補正される。
上記制御部150は、位置ずれ補正制御を実施する。この位置ずれ補正制御では、転写搬送ベルト60上に、図14に示すような位置ずれ検知用の基準パターン像pP1、pP2が形成される。基準パターン像pP1は、転写搬送ベルト60における図中下側の端部付近に形成されて反射型フォトセンサ69aによって検知される。また、基準パターン像pP2は、転写搬送ベルト60における図中上側の端部付近に形成されて反射型フォトセンサ69bによって検知される。
ところが、例えば、図19に示すように、基準パターン像pP2内(図中上側)の基準像s101Cに主走査方向へのレジストずれが生ずると、検知間隔t1b、t2b、t3bがそれぞれ異なった値になる。このとき、主走査方向における基準像s101Cの大きさが正規の大きさであれば(主走査方向における倍率が1倍)、図19に示すように、基準パターン像pP1内(図中下側)の基準像s101Cも同様にレジストして検知間隔t1a、t2a、t3aもそれぞれ異なった値になり、且つそれぞれ検知間隔t1b、t2b、t3bに同期する。一方、主走査方向における基準像s101Cの大きさが正規の大きさよりも大きくなると(主走査方向における倍率が1倍を超える)、例えば、基準パターン像pP2内の基準像s101Cがレジスト(主走査方向)するにもかかわらず、図20に示すように、基準パターン像pP1内の基準像s101Cはレジストしなかったり、レジスト量が少なくなったりする。
なお、副走査方向の倍率については、基準像d101K、d101C、d101M、d101Yを検知している時間によって補正される。
実施例1の画像形成装置において、Yを例に取ると、NEW現像剤カートリッジ40Yから、現像ケース21YへのNEW現像剤の補給は、現像装置20Yの駆動時間によって、所定の補給時間が設定されている。本実施例においては標準条件として10分の駆動で2gの現像剤を補給するようになっている。補給タイミングとしては図示しない本体のタイマーが現像装置20Yの駆動が5分に達した時点でNEW現像剤の補給量を算出し、算出後最初の同色の画像形成時に、NEW現像剤を補給する。
また逆に狙いよりも現像剤の劣化が進んでいないと判断されれば、NEW現像剤の補給量を減らして、現像装置20Y内の現像剤の寿命を延ばすようにしている。
図22は、画像面積率が基準値:5%を超えて高くなるに従って、現像γは高くなる(キャリアの表面汚染による劣化)傾向があることを示している。また3%未満になると急激に現像γが低くなる。これは、現像装置内に存在するトナー表面の添加剤が埋没したり、キャリアの帯電制御剤が削れて劣化し、帯電量が制御できずに上昇し、現像γが低下する。また場合によっては逆帯電キャリアやトナーが発生し、異常画像を発生させる要因でもある。
このように低画像面積ではトナーの入れ替えが行われないため、キャリアの劣化とトナーの劣化の両方が起因して、現像γや画質(ぼそつき)に影響を与える。
続いてS4では、先に示したセルフチェックの動作と同様にパターンを形成し図11の用に近似直線によって現像γ=a、及びy=0の時のxを求めてVkとする。ここで求められた現像γ、及びVkは、基準現像γ、Vkとしてメモリし表4のテーブルが作成される。
仮に初期現像γが1.5、初期Vkが−10であると仮定して動作を説明する。
所定のタイミングで先述のセルフチェックが開始されると、それまでに形成された画像面積率の平均値を求め、検知された現像γ、Vkによって表4を参照し、画像面積率平均が3wt%、現像γが1.6、Vkが−13であるとすると、表4に基づき、画像面積率平均による補正係数は0.9となり、現像γによる補正は、初期現像γとの差分が+0.1mg/cm2/kVとなり、補正係数は0.9となる。また、Vkによる補正は初期Vk−3Vとなり、補正量係数は1となる。ここで補正されたNEW現像剤の補給量算出は次式で行われる。
NEW現像剤の補給量=1[g]×0.9×0.9×1.0=0.81
(ここで1gは標準のNEW現像剤補給量)
なお、画像面積率[%]の平均を算出するにあたり、画像面積率[%]を印刷一枚毎に算出する。本補正を実行するに際、画像面積率[%]はある時点から(例えば、電位制御を行った時点をゼロとして、その時点から全平均する等)の全平均でもよいが、より好ましくは移動平均を用いてもよい。この、移動平均を用いることにより、現時点に近い現像剤特性を知るのに適した、過去のトナー入換え履歴を知ることができる。
この移動平均は、単純に過去数枚毎の平均としてもよいが、本実施例では、簡単のため下記の式(1)に従って算出することとする。このような算出式を用いることにより、過去数枚から数十枚の画像面積率をNV−RAMに保存する必要がなくなるため、非常に有効である。
M(i)=(1/N)(M(i−1)×(N−1)+X(i))・・・・ (1)
このように、極端に低画像面積の作像が続くとキャリアの劣化とともに、トナーの添加剤も埋没し、画像が劣化するという不具合を起こす。そこで、所定の消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均値が3%以下の場合は非画像部にトナー像を形成し、強制的にトナーを入れ替える事で、トナーの劣化が抑制されると共に、現像剤の流動性悪化を抑制するため、キャリアの劣化も抑制する効果が得られる。
次にS7では調整された現像γを基準トナー濃度として設定し、その時のTセンサ出力VtをTセンサ制御目標値(Vt)に代入する。
狙いの現像γを1.5とした場合、表4の初期現像γに1.5を代入した表6に基づいて制御が行われる。
Vkに関しては、初期値としてメモリした値を使用して表4に従って制御を行う。
さらに、機械ばらつきによる初期剤でのトナー付着量の違いを、トナー濃度によって調整する事でばらつきが吸収され、同じトナー付着量を狙いとした現像剤もしくはキャリアの補給量補正が可能となる。また現像能力のばらつきが少なくなるため、電位制御の用いる作像条件がテーブルの中心付近となるために、経時で現像能力が変動した時に電位制御で吸収できる範囲が全体に広がり、画像濃度が安定し長寿命の画像形成装置を提供することができる。
キャリアの補給方法は基本的に実施例1,2と同様であるが、キャリアのみを補給すると部分的にTCが低くなってしまうため、本実施例では、キャリア補給時に狙いのトナー濃度になるように以下の式に基づいてトナーも一緒に補給を行う。狙いのトナー濃度は設定されているトナー濃度制御目標値から求める。
トナー補給量=狙いのトナー濃度/100×NEWキャリアの補給量
画像面積率の履歴のみによって劣化度を算出しても良いが、本実施例のように、現像駆動時間や現像γによる劣化度の検知と併用することにより一層の効果が得られる。
キャリア粒子の芯材としては、銅亜鉛フェライト、マンガンを主成分とするフェライト等があげられ、具体的には、マンガンフェライト、マンガンマグネシウムフェライトなどがある。ビスマス(Bi)やジルコン(Zr)に代表される抵抗調整剤を加えたり、焼成工程とその後工程における温度、時間、雰囲気等の条件を適宜調整することで、高磁化で高抵抗の芯材が得られる。さらに、この強磁性体の粒子をアクリル系、ポリエステル系、シリコーン系、フッ素系等の樹脂で被覆してもよい。これらの樹脂は、キャリア粒子の電気抵抗、トナーとの帯電性を考慮して適宜選択することができる。また、このようなキャリア粒子の特性を調整するために、カーボンブラック、酸化アルミ、酸化チタン等の導電性物質、荷電制御剤等を樹脂に添加してもよい。この他、上記の樹脂中に磁性体粒子を分散させたものであってもよい。
キャリア粒子の重量平均粒径は、25〜45μmの小粒径であることが好ましい。重量平均粒径を45μm以下にすることで磁気ブラシを緻密にすることができ、階調性やベタ均一性の向上が図れる。一方、25μm未満では、キャリア付着を起こすため好ましくない。
また、キャリア粒子の1kOeにおける磁化の強さは、60〜80emu/gであることが好ましい。特に、上記のようにキャリア粒子を小粒径化した場合は、磁化が小さくなり、キャリア付着等を引き起こす原因になるため、60emu/g以上とする。また、磁化の強さが80emu/gを超えると、キャリア粒子に樹脂による表面被覆を施しても、形成される画像の画質は劣化するため好ましくない。なお、磁化の強さは芯材に添加する添加剤の種類、及び量で調整することができる。
トナーの体積平均粒径は、高画質高精細の画像を得るために小粒径であることが好ましく、具体的には3〜8μmが好ましい。体積平均粒径が上記範囲より小さい場合、二成分現像剤では現像装置における長期の攪拌においてキャリア粒子の表面にトナーが融着し、キャリア粒子の帯電能力を低下させるため好ましくない。また、体積平均粒径が上記範囲よりも大きい場合には、高画質で高精細の画像を得ることが難しくなるため好ましくない。
現像剤中のトナー濃度は、3〜15wt%が好ましい。トナー濃度が低すぎると磁気ブラシによる現像スリーブから感光体表面への導通により、ハーフトーン画像にボソツキと呼ばれる異常画像が発生する。また、トナー濃度を3wt%以上とすることで、十分な画像濃度を得ることができる。一方、トナー濃度が15wt%を超えると画像に地肌カブリ等が生じ、高画質が得られなくなるため好ましくない。
また、画像面積率が高い画像面積が高いとキャリアの回りにトナーが膜を形成し、トナーに対して十分な帯電を行うことができないが、現像剤もしくはキャリアを入れ替えることによって、現像装置内の現像剤あるいはキャリアの劣化が抑制される効果が得られる。さらに、画像面積が極端に低いと、キャリアのコート層が損傷を受けて正常な帯電をトナーに与えることができなくなり、画像に不具合を発生させたり、キャリア付着を引き起こしたりするが、画像面積率が極端に低い場合にキャリアを補給することによって、これらを防止することができる。
2 光書込ユニット
3 給紙カセット
4 給紙カセット
5 レジストローラ対
6 転写ユニット
7 定着ユニット
8 排紙トレイ
9 トナーカートリッジ
10 感光体ユニット
11Y、11M、11C、11K 感光体ドラム
12 ブラシローラ
13 カウンタブレード
14 除電ランプ
15 帯電ローラ
20 現像装置
21 現像ケース
22 現像ローラ
23 第1搬送スクリュー
24 第2搬送スクリュー
25 現像ドクタ
26 トナー濃度センサ(Tセンサ)
27 粉体ポンプ
28 仕切り壁
29 第1供給部
30 第2供給部
40 現像剤カートリッジ
49Y、49M、49C、49K 転写バイアス電源
51 トナー
52 劣化現像剤
53 NEW現像剤(キャリア)
54 現像剤
60 転写搬送ベルト
61 支持ローラ
62 静電吸着ローラ
62a 電源
63 バイアスローラ
63a 電源
65Y、65M、65C、65K 転写バイアス印加部材
66 支持台
67 ソレノイド
68 ソレノイド
69 反射型フォトセンサ
70 反射部材
100 転写紙
101 基準像
150 制御部
150a CPU
150b RAM
A1 トナー補給口
A2 NEW現像剤補給口
B1 現像剤排出口
P(Py、Pm、Pc、Pk) 基準パターン像
Claims (11)
- 画像が画像書込み手段によって潜像として形成される像担持体と、
前記像担持体に形成されている静電潜像に対してトナーとキャリアとを含む二成分系現像剤を利用して可視化処理するための現像装置と、
を具備する画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
前記現像装置内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記現像装置に新規なトナーを補給するトナー補給手段と、
少なくともキャリアが含まれる新規な補給用剤を補給する補給用剤補給手段と、
前記現像装置内のトナーとキャリアの混合物である現像剤を現像装置外部に排出する現像剤排出手段と、
前記現像装置内の現像剤の劣化状態を検知する現像剤劣化検知手段と、
を有し、
前記補給用剤の補給を前記現像装置の駆動時間に基づいて行い、
前記現像剤劣化検知手段が、所定の潜像パターンに対して現像装置で現像したトナー付着量を検知するトナー付着量検知手段を有し、
前記トナー付着量検知手段の検知結果に基づいて、前記補給用剤補給手段により補給する補給用剤の量を補正して補給する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1に記載の画像形成装置において、
前記現像劣化検知手段が、消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均に相当する値を検知し、
前記検知結果に応じて、補給する補給用剤の量を補正して補給する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2に記載の画像形成装置おいて、
前記消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均に相当する値が、画像面積率の履歴平均値であり、
所定の画像面積履歴値より高い場合は、補給用剤の補給量を増やす
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2に記載の画像形成装置において、
前記消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均に相当する値が、画像面積率の履歴平均値であり、
前記画像面積率履歴平均が3%以下の場合は、画像面積率履歴平均5〜10wt%の場合に比較して補給用剤の補給量を増やす
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2乃至4のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
前記消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均に相当する値が、消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均値であり、
所定の消費トナーあるいは補給トナーの履歴平均値が3%以下の場合は非画像部にトナー像を形成し、強制的にトナーを入れ替える
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5に記載の画像形成装置において、
前記現像剤劣化検知手段が、トナー濃度と電位に対するトナー付着量の傾きを示す現像γ特性に基づいて劣化を検知し、
所定のトナー濃度に対して現像γが狙いより高い場合は、補給用剤の補給量を増やし、
現像γが低い場合は、補給用剤の補給量を増やす
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5に記載の画像形成装置において、
前記現像剤劣化検知手段が、トナー濃度と電位に対するトナー付着量の傾きを示す現像γ特性に基づいて劣化を検知し、
所定のトナー濃度に対して現像開始電圧Vkが狙いより低い場合は、補給用剤の補給量を増やし、
現像開始電圧Vkが狙いより高い場合は、補給用剤の補給量を増やす
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項6又は7に記載の画像形成装置において、
前記トナー付着量検知手段の検知結果を、初期剤の時に測定したトナー付着量検知手段の検知結果を基準として比較し、
その比較結果に基づいて補給用剤の補給量を補正する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項6乃至8のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
前記現像装置内の現像剤が初期剤の時のトナー付着量検知手段の検知結果に基づいて、狙いの検知結果になるようにトナー濃度を調整し、
調整されたトナー濃度を基準トナー濃度として一定に維持する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至9のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
現像剤もしくはキャリアの補充容器が、前記現像装置と一体となったカートリッジ形状になっている
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至10のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
前記補給用剤が少なくともトナーとキャリアからなる
ことを特徴とする画像形成装置。
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