JP4937573B2 - Electrophotographic image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリそれらの複合機などの電子写真画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアを用いてトナーを帯電させる2成分現像剤を使用し、帯電されたトナーのみを現像ロール上に保持し、トナーを静電潜像に飛翔させることで静電潜像を現像する非接触現像方式に供されるべき電子写真画像形成装置に関する。 The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, or a composite machine using an electrophotographic method, and more particularly, is charged by using a two-component developer that charges toner using a magnetic carrier. The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus to be used in a non-contact developing system that develops an electrostatic latent image by holding only the toner on a developing roll and flying the toner onto the electrostatic latent image.
一般に非接触現像方法と呼ばれる現像方法は、磁性キャリアを用いてトナーを帯電させる2成分現像剤を使用し、帯電されたトナーのみを現像ロール上に保持し、トナーを静電潜像に飛翔させることで静電潜像を現像する方式である。その際、現像ロールの表面にトナーの均一な薄い層を形成し、現像ロールを静電潜像面に近接させ、この間隙に交流電圧を偏倚させて印加することにより、トナーを飛翔振動させながら、所定電位以下の静電潜像部にトナーを選択付着させる。しかし、現像特性は、交流電圧波形だけではなく、トナーの帯電量や粒径のばらつきにも依存するため、交流電圧波形を所定波形に設定して所定の画質の画像形成を行おうとすると、トナーの帯電量や粒径のばらつきを極端に狭い範囲に抑えなければならなかった。 A developing method generally called a non-contact developing method uses a two-component developer that charges a toner using a magnetic carrier, holds only the charged toner on a developing roll, and causes the toner to fly to an electrostatic latent image. In this way, the electrostatic latent image is developed. At that time, a uniform thin layer of toner is formed on the surface of the developing roll, the developing roll is brought close to the electrostatic latent image surface, and an AC voltage is biased and applied to the gap while causing the toner to fly and vibrate. The toner is selectively attached to the electrostatic latent image portion having a predetermined potential or less. However, the development characteristics depend not only on the AC voltage waveform but also on the variation in toner charge amount and particle size. Therefore, if an AC voltage waveform is set to a predetermined waveform and an image is formed with a predetermined image quality, The variation in charge amount and particle size of the toner had to be kept within an extremely narrow range.
そこで、特許文献1に開示された現像装置では、現像ロールに印加する交流電圧の周波数を時間的に変化させる。具体的には、3種類の周波数を周期的に加えることとし、静電潜像が、現像ロールと感光ドラムとの間の現像有効領域を通過する間に少なくとも1回、もしくはより多くの回数繰り返し加える。これにより、現像ムラがなくなり、階調性と緻密性に優れた画像が出力される。
Therefore, in the developing device disclosed in
ところで、所謂ハイブリッド現像方式は、非接触現像方式(1成分ジャンピング現像方式)を取り入れた現像方式であり、直流交流重畳電圧を印加された磁気ロール上にトナー及びキャリアからなる磁気ブラシを形成し、磁気ブラシ中のトナーのみを、別の直流交流重畳電圧が印加された現像ロールに転移させ、現像ロール上のトナー薄層により静電潜像をトナー像として現像する。 By the way, the so-called hybrid development system is a development system that adopts a non-contact development system (one-component jumping development system), and forms a magnetic brush composed of toner and carrier on a magnetic roll to which a DC alternating current superimposed voltage is applied, Only the toner in the magnetic brush is transferred to a developing roll to which another DC / AC superimposed voltage is applied, and the electrostatic latent image is developed as a toner image by a thin toner layer on the developing roll.
しかし、ハイブリッド現像方式では、画像形成装置の小型化に伴って現像ロールや磁気ロールを小径化した場合には、高印字率の静電潜像を現像する際に、コピー用紙などの記録体の一枚の中で、現像ロールが複数回転して現像が実行されるため、現像時間が後半になるに従い、画像濃度が低下する問題が生じる場合がある。これは、特に、用紙面積に対して70%以上の印字率を有した画像データを印刷する際に発生し易い。また、このような画像後半部での濃度低下は、同じ大きさの用紙に画像を形成する場合でも、現像ロールの回転数がより多くなる、搬送方向に用紙の長さが大きい縦給紙に生じ易く、特にA4紙縦方向か、リーガル紙縦方向、或いはこれ以上の用紙長さサイズで発生し易い。 However, in the hybrid development system, when the diameter of the developing roll or the magnetic roll is reduced with the miniaturization of the image forming apparatus, the recording medium such as a copy sheet is developed when developing the electrostatic latent image with a high printing rate. Since the development is performed by rotating the developing roll a plurality of times in one sheet, there may be a problem that the image density is lowered as the development time becomes the second half. This is particularly likely to occur when printing image data having a printing rate of 70% or more with respect to the sheet area. In addition, such a decrease in density in the latter half of the image is caused by the vertical feeding with a large paper length in the transport direction in which the number of rotations of the developing roll is increased even when an image is formed on the same size paper. This is likely to occur, particularly when the paper length size is A4 paper lengthwise, legal paper lengthwise, or larger.
高印字率の画像が連続する場合は、イメージ間での薄層形成の処理等で間隔をあける等の方法を用いることで、用紙の前半部分は常に画像濃度を一定にさせることは可能である。 When images with a high printing rate are continuous, it is possible to keep the image density constant in the first half of the paper by using a method such as a process of forming a thin layer between images. .
しかし、後半部分は現像ロール上のトナー層が減少しやすく、現像条件を可変させてもトナー層の厚さによる現像依存性が大きくなるため画像濃度を安定させることは難しい。 However, in the latter half, the toner layer on the developing roll tends to decrease, and even if the development conditions are varied, the development dependency due to the thickness of the toner layer increases, so it is difficult to stabilize the image density.
そこで、本発明の課題は、用紙などの記録体の後半部(前半部より時間的に後で現像される部分)において画像濃度が低下することを防止することである。 Accordingly, an object of the present invention is to prevent a decrease in image density in the latter half of a recording medium such as paper (the portion developed later in time than the first half).
一般に、ハイブリッド方式の現像ロールのトナー薄層は、トナーとキャリアを有した磁気ブラシを介して磁気ブラシを保持している磁気ローラと現像ローラの電位差により形成される。このトナー薄層は、印刷中において常に一定な状態であることが要求される。これにより、画像の均一性が維持される。トナー薄層形成時には、直流交流重畳電圧を磁気ロールへ印加することで、瞬時にトナーを現像ロールへ転移させることが可能であり、直流交流重畳電圧の直流成分は、薄層の厚さを決定する。また、磁気ロールと現像ロールの直流電圧の電位差は、現像ロールのトナー薄層表面の電位となり、この電位と感光体との潜像部との電位差により現像が実行されるため、この電位差は、画像濃度を決定するパラメータとなる。
本発明では、こうしたハイブリッド現像方式において、感光体潜像部と現像ローラの電位差並びに磁気ロールと現像ロールとの電位差を一定に維持し、トナー薄層の厚さが一定になるように制御すると共に、1枚の用紙に対する画像形成に際して現像ローラの回転に伴って現像ローラ上のトナー薄層が減少してくる後半部分(前半部より時間的に後で現像され部分)のトナー層を、本来の電位差により決定されるトナー層に維持するために磁気ロール及び現像ロールに印加する交流電圧周波数(両周波数は同一)を、画像形成における現像ロール周期回数(1枚の用紙に画像を形成する際の現像ロールの回転周期回数)に応じて変化させたものである。
ここに、トナー薄層の形成は、磁気ロール印加交流電圧周波数により促進し、周波数を通常時より高めるとトナー薄層形成が安定する効果がある。これは、磁気ブラシの振動を高める効果があり、トナーとキャリアがほぐれやすくなり、トナーをキャリアから引き剥がす作用があるからである。また、必要以上に磁気ロール印加交流電圧の周波数を高めると、逆にトナーが振動できなくなり、トナーとキャリアの引き剥がし作用が弱まり、トナー薄層形成が不安定になる。本発明ではこの現象を利用して、用紙後半での画像濃度低下を防止する。なお、この画像濃度低下は、画像の印字率に依存する傾向があるため、印字率検出手段も設けることが望ましい。
In general, a toner thin layer of a hybrid developing roll is formed by a potential difference between a magnetic roller holding a magnetic brush and a developing roller via a magnetic brush having toner and a carrier. This thin toner layer is required to be always in a constant state during printing. Thereby, the uniformity of the image is maintained. When forming a toner thin layer, it is possible to instantaneously transfer the toner to the developing roll by applying a DC / AC superimposed voltage to the magnetic roll, and the DC component of the DC / AC superimposed voltage determines the thickness of the thin layer. To do. Further, the potential difference between the DC voltage of the magnetic roll and the developing roll becomes the potential of the surface of the toner thin layer of the developing roll, and the development is executed by the potential difference between this potential and the latent image portion of the photosensitive member. This is a parameter for determining the image density.
In the present invention, in such a hybrid development system, the potential difference between the photosensitive member latent image portion and the developing roller and the potential difference between the magnetic roll and the developing roll are kept constant, and the thickness of the toner thin layer is controlled to be constant. When an image is formed on one sheet of paper, the toner layer in the latter half (the portion developed later in time than the first half) in which the toner thin layer on the developing roller decreases with the rotation of the developing roller In order to maintain the toner layer determined by the potential difference, the AC voltage frequency applied to the magnetic roll and the developing roll (both frequencies are the same) is set to the number of development roll cycles in image formation (when an image is formed on one sheet of paper). The number of rotations of the developing roll).
Here, the formation of the toner thin layer is accelerated by the magnetic roll applied AC voltage frequency, and when the frequency is increased from the normal time, the toner thin layer formation is stabilized. This is because there is an effect of increasing the vibration of the magnetic brush, the toner and the carrier are easily loosened, and the toner is peeled off from the carrier. On the other hand, if the frequency of the AC voltage applied to the magnetic roll is increased more than necessary, the toner cannot vibrate, the toner and carrier peeling action is weakened, and the toner thin layer formation becomes unstable. In the present invention, this phenomenon is used to prevent a decrease in image density in the latter half of the sheet. Note that since this image density reduction tends to depend on the image printing rate, it is desirable to provide a printing rate detection means.
このような作用に基づいて、上述した課題を解決するための第1の手段は、直流交流重畳電圧を印加された磁気ロール上にトナー及び磁性キャリアからなる磁気ブラシを形成し、前記磁気ブラシ中のトナーを、別の直流交流重畳電圧が印加された現像ロールに転移し、前記現像ロール上のトナー薄層により静電潜像をトナー像として現像し、非現像時に前記現像ロール上に残存したトナーを剥ぎ取ってトナー薄層を再形成するハイブリッド現像器を有し、前記トナー像を記録体に転写し定着して画像形成を行う電子写真画像形成装置において、前記磁気ロールに印加する当該交流電圧周波数は、前記現像ロールに印加する前記交流電圧周波数に等しく、前記画像形成を行うとき、前記交流電圧周波数を、予め当該画像形成を行う現像ロール周期回数に応じて設定された周波数になるように、変化させることである。 Based on such an action, the first means for solving the above-mentioned problem is to form a magnetic brush composed of toner and magnetic carrier on a magnetic roll to which a DC / AC superimposed voltage is applied, and in the magnetic brush The toner was transferred to a developing roll to which another DC / AC superimposed voltage was applied, and the electrostatic latent image was developed as a toner image by the toner thin layer on the developing roll, and remained on the developing roll when not developed. The alternating current applied to the magnetic roll in an electrophotographic image forming apparatus having a hybrid developing device that peels off toner and re-forms a thin toner layer, and transfers and fixes the toner image to a recording medium to form an image. voltage frequency is equal to the AC voltage frequency applied to the developing roll, when performing the image formation, the developing roller surface to the AC voltage frequency, performs advance the image forming So that the frequency set according to the number of times is to change.
これにより、コピー用紙などの記録体の後半部に対応する現像ローラ上のトナー薄層の厚さを一定に制御し、後半部の画像濃度低下を防止することができる。 Thereby, the thickness of the toner thin layer on the developing roller corresponding to the latter half of the recording medium such as copy paper can be controlled to be constant, and the lowering of the image density in the latter half can be prevented.
第2手段は、第1手段において、交流電圧周波数を、当該画像形成回数が所定回数を超えたときから、画像形成回数の増加とともに増加させることである。 The second means is that in the first means, the AC voltage frequency is increased with an increase in the number of image formations since the number of image formations exceeds a predetermined number.
これにより、多数回の画像形成が行われ、トナー薄層のトナーが消費されても、コピー用紙などの記録体の後半部に対応する現像ローラ上のトナー薄層の厚さを一定に制御し、後半部の画像濃度低下を防止することができる。 As a result, even if image formation is performed many times and the toner of the toner thin layer is consumed, the thickness of the toner thin layer on the developing roller corresponding to the latter half of the recording medium such as copy paper is controlled to be constant. Therefore, it is possible to prevent the image density from decreasing in the latter half.
第3手段は、第1手段において、交流電圧周波数を、形成すべき当該画像の印字率の増加とともに増加させることである。 The third means is to increase the AC voltage frequency in the first means as the printing rate of the image to be formed increases.
これにより、多数回の画像形成が行われ、トナー薄層のトナーが消費されても、印字率に応じて、コピー用紙などの記録体の後半部に対応する現像ローラ上のトナー薄層の厚さを一定に制御し、後半部の画像濃度低下を防止することができる。 As a result, even if image formation is performed many times and the toner of the toner thin layer is consumed, the thickness of the toner thin layer on the developing roller corresponding to the second half of the recording medium such as a copy sheet, depending on the printing rate. The thickness can be controlled to be constant, and a decrease in image density in the latter half can be prevented.
第4手段は、第3手段において、印字率を検出する印字率検出部を備えることである。 The fourth means is that the third means is provided with a printing rate detection unit for detecting the printing rate.
これにより、印字率に応じたトナー薄層制御を自動的に行うことができる。 Thereby, the toner thin layer control according to the printing rate can be automatically performed.
本発明によれば、用紙などの記録体の後半部(前半部より時間的に後で現像され部分)において画像濃度が低下することを防止することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the image density from being lowered in the second half of the recording material such as paper (the portion developed later in time than the first half).
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等について特定的な記載があっても、本発明をそれに限定する趣旨ではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, even if there is a specific description about the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment, the present invention is not intended to be limited thereto.
[本実施形態の構成] [Configuration of this embodiment]
図1には、電子写真画像形成装置の一例として、ハイブリッド現像器を有するカラー複写機(タンデム機)の一例の正面図を示す。なお、本発明は、単色の画像形成装置にも当然利用できる。タンデム機の本体1の中には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(順不同)各色ごとに、画像形成ユニット(感光体30の周りに帯電器70、露光ユニット20、現像器40、転写手段90、クリーニング装置80を有する。また、用紙を搬送する転写ベルト50、定着装置120を有する。
FIG. 1 shows a front view of an example of a color copying machine (tandem machine) having a hybrid developing device as an example of an electrophotographic image forming apparatus. Note that the present invention can also be applied to a monochrome image forming apparatus. In the
図示しない記録体(用紙など)は、図中右から転写ベルト50上に供給され、用紙は感光体30に接触し転写手段9により感光体上のトナー像が用紙上に転写される。各色のトナー像が転写された後、定着器120によってトナー像が用紙に定着され、その用紙は本体11外にコピーとして排出される。タンデム型プリンタではこれらをコンパクトに設計することが重要である。
A recording body (paper or the like) (not shown) is supplied onto the
図2は、ハイブリッド現像器の概念図である。3は静電潜像担持体(感光体)、2は現像ロール、1は磁気ロール、5はトナー、4は磁性キャリアであり、感光体3と現像ロール2との間にはバイアスが印加される。電源7a、7bは現像ロール2に印加される直流バイアス電圧Vdc2と交流電圧をそれぞれ出力する。電源8a、8bは磁気ロール1に印加される直流バイアス電圧Vdc1、交流電圧をそれぞれ出力する。6は現像ロール2上のトナー薄層、10は磁気ブラシ、9は磁気ブラシの厚さを制御する規制ブレードである。
FIG. 2 is a conceptual diagram of the hybrid developer. 3 is an electrostatic latent image carrier (photoconductor), 2 is a developing roll, 1 is a magnetic roll, 5 is toner, 4 is a magnetic carrier, and a bias is applied between the photosensitive body 3 and the developing
静電潜像担時体3を露光する露光光の光源(図示しない)には、半導体レーザーもしくはLEDなども用いることができる。露光光の波長は、正帯電有機感光材(正OPC)に対しては770nm付近の波長が有効であり、a−Si感光体では685nm付近の波長が有効である。以下、正のOPC用いた場合の例を示す。図示しない帯電器によって静電潜像担持体である正OPC3を400Vに帯電する。その後、770nmの波長のLEDによって露光を行うと露光後電位は70Vとなる。正OPC感光体は現像ロール2に対し、約250μmの空間をもって配置される。この空間にはワイヤー電極等は用いない。感光体3に感光材料として、正OPCを用いた場合、オゾンなどの発生が少なく帯電が安定しており、特に単層構造の正OPCは長期にわたって使用し膜厚が変化した場合においても、感光特性に変化が少なく画質も安定するため、長寿命のシステムには最適である。この他にa−Si感光体を用いることも同様に可能である。長寿命のシステムを用いる場合、正OPCの膜厚を20μmから40μm程度に設定する。20μm以下の場合、膜が減少し10μmに達すると絶縁破壊によって黒点の発生が目だってくる。また、40μm以上に膜厚が厚いと感度が低下し画質低下の要因となる。
For the exposure light source (not shown) for exposing the electrostatic latent image carrier 3, a semiconductor laser or LED can also be used. As for the wavelength of the exposure light, a wavelength around 770 nm is effective for a positively charged organic photosensitive material (positive OPC), and a wavelength around 685 nm is effective for an a-Si photosensitive member. Hereinafter, an example in the case of using positive OPC will be described. The positive OPC 3 that is the electrostatic latent image carrier is charged to 400 V by a charger (not shown). Thereafter, when exposure is performed with an LED having a wavelength of 770 nm, the post-exposure potential becomes 70V. The positive OPC photosensitive member is disposed with a space of about 250 μm with respect to the developing
次に、ハイブリッド現像器の動作について説明する。まず、磁気ロール1の表面に保持されたトナー5と磁性キャリア4からなる現像剤を保持させ、攪拌しながら、トナー5を適正なレベルに帯電させる。現像剤は規制ブレード9を通過し一定の層厚で現像ロール2に接触する。規制ブレード9と磁気ロール2とのギャップは例えば0.3mm〜1.5mm、磁気ロール1と現像ロール2間のギャップは例えば0.3mm〜0.5mmで、好ましくは0.2mm〜0.4mm程度である。現像ロール2上のトナーの薄層6は、例えば20μm〜100μm、好ましくは30μm〜70μmの厚さに設定される。この厚さはトナー5の平均粒径を7μmとした場合にトナー5の5層から10層程度に相当する値である。現像ロール2と静電潜像担持体3との間のギャップは例えば150μm〜400μm、好ましくは200μm〜300μmである。150μmより狭いとカブリの要因になり、400μmより広いとトナー5を感光体3に飛翔させることが困難になり、十分な画像濃度得ることが出来ない。また、選択現像を発生させる要因にもなる。ここで選択現像というのは、現像性の高いトナー(比較的粒子径が大きく帯電量が低いトナー)が選択的に静電潜像担持体3に現像されやすく、連続印刷を行うと帯電量の高いトナー(比較的粒子径が小さいトナー)が現像ロール2上に堆積して残るという現象であり、この帯電量の大きな比較的粒子径の小さいトナーが現像ロール2上に堆積してくると、これらのトナーは現像されないため、現像を行っても充分な画像濃度が得られず好ましくない現象である。
そして、電源7b、8bにて交流電圧を導電性の現像ロール2及び磁気ロール1に印加することにより、感光体3への現像が正確に出来、磁気ロール1への現像残トナーの回収が容易となる。現像ロール2の表面は導電性のアルミニウムからなる回転体(導電性スリーブ)である。導電性スリーブの材質としては均一な導電体であれば良く、SUS、導電樹脂被覆、などが適用できる。電源7a、7bからの直流電圧、交流電圧は現像ロール2のシャフトを介して導電性スリーブに伝達される。直流電源7aの出力は、100V、交流電源7bが出力する交流電圧の周波数は2.7kHz、Duty27%であり、Vppが1.6kVである。また、磁気ロール回転体は電源8a,8bからの直流電圧、交流電圧を磁気ロール1のシャフトに受けて磁気ロール回転体に伝達する。電源8aの出力は350〜500v(キャリブレーションにより可変)、電源8bはVppが300V、周波数2.7kHz、Duty73% である。交流成分の波形は矩形波が好ましい。これらの重畳されたバイアスを現像ロール及び磁気ロールに印加することで、静電潜像担持体3の静電潜像に対し良好な現像性とともに、磁気ロール1に対してのトナー薄層6の回収性が高まり、連続印字の安定性が改善される。連続印字での画像濃度を安定させるためには、印刷データによって定期的に現像ロール2からトナーを剥ぎ取り、現像ロール2をリフレッシュする必要がある。現像終了時毎に現像ロール2からトナーを剥ぎ取ればトナー薄層は常にリフレッシュされるが、再度安定なトナー層を形成するのに時間を要し,十分な印刷速度を達成できない。用紙間隔を大きくせず、静電潜像担持体3上の潜像に十分なトナーを供給するためには静電潜像担持体3に対し、現像ロール2の周速を1.5倍以上に設定すると、短時間にトナーの出し入れが可能になる。また、磁気ロール1を現像ロール2に対し1〜2倍の速度に設定するとトナーの入れ替えが促進される。この時、磁気ロールの回転方向が現像ロールに対し逆方向である方が好ましい。現像ロール2上のトナー薄層6を入れ替えるには、現像終了時に交流を印加された状態で、直流電圧を変化させて現像スリーブのトナー薄層6を磁気ブラシ10に回収する。
Next, the operation of the hybrid developer will be described. First, the developer composed of the toner 5 and the magnetic carrier 4 held on the surface of the
Then, by applying an AC voltage to the conductive developing
トナー薄層6の飽和トナー量は、磁気ロール1に印加される電源8aのVdc1と現像ロールに印加される電源7aのVdc2の差によって決定される。Vdc2を150V、Vdc1の値を400Vに設定すると、現像ロール2周目で約1.0mg/cm2のトナー層が得られる。トナー層の調整は基本的には(Vdc2−Vdc1)の電位差によって得られるが、トナーの帯電量や磁気ロールの磁極の強さなどの要因も寄与する場合がある。
The saturated toner amount of the toner thin layer 6 is determined by the difference between Vdc1 of the
トナー層厚を制御するため、実際に得られる画像に基づいてVdc2を制御すると、目標とする濃度で、均一な、良好な画像を得ることができる。高濃度印刷を連続して行う場合には、(Vdc2−Vdc1)の値を少し大きめに設定すると磁気ロール1から現像ロール2へ移行するトナー量が増加するため有利である。トナー層が0.5mg/cm2以下と薄すぎると高濃度画像が連続した場合の濃度の追随性が低下し、画像ムラが発生しやすくなる。また、トナー層が1.5mg/cm2を超えて厚すぎると現像ゴーストが目立ち、トナー飛散が目立つ傾向がある。トナー層厚はトナーの帯電量によっても左右され、トナー帯電量が10μC/g以下、特に5μC/g以下と低いとトナー層厚が厚くなり、飛散が増大する。また、現像ゴーストも顕著になる。一方、トナー帯電量が20μC/g以上になるとトナー層厚が薄くなり、帯電が上昇しトナーの現像性が低下する。
If Vdc2 is controlled based on an actually obtained image in order to control the toner layer thickness, a uniform and good image can be obtained at a target density. When continuously performing high density printing, it is advantageous to set the value of (Vdc2−Vdc1) slightly larger because the amount of toner transferred from the
現像ロール2のトナー薄層6は、磁気ロール1に保持された磁気ブラシ10によって回収され、新たな現像剤が規制ブレード9を通って現像ロール2に運ばれる。
The toner thin layer 6 of the developing
トナー5は、前述したような選択現像性を回避するためには例えば5.0μmから10.0μmの範囲に粒子径を調整し、この範囲より小さい微粉やこの範囲よりも大きな粗粉を除くように粒度分布を規定することが有効である。一般的にトナーの粒度分布はコールカウンターで測定され、粒度分布の広がりはその体積分布平均径と個数分布平均径の比でもって表現される。選択現像を防止するためにはその比率を小さくすることが重要である。分布が広いと、連続印刷において現像ロール2に比較的粒度の小さなトナーが堆積し現像性を低下させる。
To avoid the selective developability as described above, the toner 5 is adjusted to have a particle diameter of, for example, 5.0 μm to 10.0 μm, and fine powder smaller than this range or coarse powder larger than this range should be removed. It is effective to define the particle size distribution. Generally, the particle size distribution of the toner is measured by a coal counter, and the spread of the particle size distribution is expressed by the ratio of the volume distribution average diameter to the number distribution average diameter. In order to prevent selective development, it is important to reduce the ratio. When the distribution is wide, toner having a relatively small particle size is deposited on the developing
2成分現像剤は磁気ロール1上にトナー5とキャリア4からなる磁気ブラシ10を形成し、トナー5は攪拌によって帯電される。磁気ロール1上の磁気ブラシ10は規制ブレード9によって層規制され、磁気ロール1と現像ロール2間の電位差によって現像ロール2にトナーのみの薄層6を形成する。
The two-component developer forms a
キャリア4としては、体積固有抵抗が108Ωcmのフェライトにシリコーン樹脂被覆をし、飽和磁化が40emu/g、平均粒径35μmのフェライトキャリアを用いてもよい。平均粒度が50μmを超えるとキャリアのストレスが増大すると共に、現像剤中のトナー濃度を上げられず現像ロール2へのトナー供給量が減少する。キャリアとしては、マグネタイトキャリア、Mn系フェライト、Mn−Mg系フェライトなどを用いることができる。これらのキャリアをそのまま用いても良いが、適正な抵抗範囲で表面処理して用いることも可能である。トナーの混合割合は、キャリアおよびトナーの合計量に対しトナー5〜20重量%、好ましくは5〜15重量%である。トナーの混合割合が5重量%未満であると、トナー帯電量が高くなって、十分な画像濃度が得られなくなり、20重量%を超えると十分な帯電量が得られなくなるため、トナーが現像器から飛散し画像形成装置内を汚染したり、画像上にトナーカブリが生じる。
As the carrier 4, a ferrite carrier having a volume resistivity of 10 8 Ωcm coated with a silicone resin, a saturation magnetization of 40 emu / g, and an average particle diameter of 35 μm may be used. When the average particle size exceeds 50 μm, the carrier stress increases, and the toner concentration in the developer cannot be increased, and the amount of toner supplied to the developing
図3は、現像ロール2と磁気ロール1の紙間(イメージ間)でのバイアスを示している。静電潜像を現像した後、現像ロール2のDC電圧Vdc2をゼロとし、現像ロールが1回転する間にトナー薄層を引き剥がし、次に静電潜像の現像を開始するまでの間にトナー薄層を再形成する。現像ロール2のオフセット電圧(DC)は、磁気ロール1のオフセット電圧(DC)より高く、その電位差は50〜200vに設定することが好ましい。50V以下では、剥ぎ取りが不十分である一方、200V以上になると逆に剥ぎ取りが強まりすぎて、連続する印字時に次の薄層形成が困難となり、2枚目の画像が薄くなる等の問題が生じる。また、剥ぎ取り時はduty比を50%以上にすることで、磁気ロール表面へのトナー固着を防止する効果もあり、より効果的に現像ロール表面のトナーの付着性を低減させることが出来る。
FIG. 3 shows the bias between the developing
図4は、画像形成時の現像ロール2に印加する交流電圧の周波数を制御する制御部のブロック図である。印字率検知部51は、原稿の印字率を認識する。そのため、例えば、CCDなどを用いて得られるデジタル画像信号中の画像部の信号を有効印字面積で除算する。えられた印字率はCPU53に入力され、CPU53は印字率に対応する周波数変化を後述する周波数変化ルックアップテーブル54から引き出す。さらに、CPU53には、画像形成回数カウンタ52から、画像形成回数を入力し、印字率と画像形成回数に基づいて、周波数コントローラ55を介して、磁気ロール1と現像ロール2に印加する交流電圧の周波数(磁気ロール1と現像ロール2では周波数は同一)を制御する。
FIG. 4 is a block diagram of a control unit that controls the frequency of the AC voltage applied to the developing
交流電圧周波数は、後述する周波数変化ルックアップテーブルに基づいて、画像形成回数が所定回数を超えたときから、画像形成回数の増加とともに増加させる。また、周波数変化ルックアップテーブルに基づいて、交流電圧周波数を、形成すべき当該画像の印字率の増加とともに増加させる。これにより、多数回の画像形成が行われ、トナー薄層のトナーが消費されても、印字率に応じて、コピー用紙などの記録体の後半部に対応する現像ローラ上のトナー薄層の厚さを一定に自動制御し、後半部の画像濃度低下を防止することができる。但し、本実施形態では、用紙全面にわたって印字率が一定であることを前提としている。 The AC voltage frequency is increased with an increase in the number of image formations from the time when the number of image formations exceeds a predetermined number based on a frequency change lookup table described later. Further, based on the frequency change lookup table, the AC voltage frequency is increased as the printing rate of the image to be formed increases. As a result, even if image formation is performed many times and the toner of the toner thin layer is consumed, the thickness of the toner thin layer on the developing roller corresponding to the second half of the recording medium such as a copy sheet, depending on the printing rate. The thickness can be automatically controlled to be constant, and a decrease in image density in the latter half can be prevented. However, in the present embodiment, it is assumed that the printing rate is constant over the entire surface of the paper.
[比較例及び実施例]表1に、実験条件を示す。実験では、A4縦方向長さ(約297mm)ベタ黒画像(印字率100%)、ハーフトーン印字(印字率75%、50%、25%)のベタ画像を印字した。使用した現像装置における現像ローラの直径がφ16mm(ただし感光体の周速に対して現像ローラの周速を1.3倍に設定)であったので、周波数は、用紙の後半部分の5周目以降(A4縦方向に対して約8周で現像が完了する)から可変することにした。
この周波数は、プリンタの制御系で、現像ロール上のトナー薄層が用紙の後半部に対応するよう、自動にタイミングを取って変化させるように設定した。比較例は、周波数を可変させない場合(比較例1)、及び、必要以上に周波数を上げた場合(比較例2)とした。以上の条件で、用紙一枚の画像濃度を現像ロール周期毎に(現像ロールの1回転ごとに)、画像の後半部の現像ロール2の周方向の5点で測定して平均を取った値を、印字率100%、75%、50%、25%について、それぞれ、表2から表5に示した。
This frequency was set by the printer control system so that the toner thin layer on the developing roll was automatically changed in timing so as to correspond to the latter half of the paper. In the comparative example, the frequency was not changed (Comparative Example 1) and the frequency was increased more than necessary (Comparative Example 2). Under the above conditions, the image density of one sheet was measured at five points in the circumferential direction of the developing
[比較例1]比較例1では、特に用紙の後半部分で画像濃度(画像濃度の測定は分光光度計SPM50グレタグマクベス社製を使用)が低下していることが分かる。これは、トナー薄層の状態が前半より変化しているためである。特に、トナー量が低下していると考えられる。比較例2では、後半部分で0.3KHzだけアップさせているが用紙の最後端部での画像濃度の低下が見受けられた。
[比較例2]比較例2では、必要以上の周波数の設定にしたため、最後端部で現像性が著しく低下していることが分かる。
[Comparative Example 1] In Comparative Example 1, it can be seen that the image density (uses a spectrophotometer SPM50 manufactured by Gretag Macbeth Co., Ltd.) is lowered particularly in the latter half of the paper. This is because the state of the toner thin layer has changed from the first half. In particular, it is considered that the toner amount is decreasing. In Comparative Example 2, the image density was increased by 0.3 KHz in the latter half, but a decrease in image density at the end of the paper was observed.
[Comparative Example 2] In Comparative Example 2, since the frequency was set higher than necessary, it can be seen that the developability is remarkably lowered at the rear end.
[実施例1]実施例1では、現像ロール回転回数が4回までは周波数2を3KHzとし、5回以降は3.3KHzとした。結果として、印字率100%のとき、初期画像濃度1.39に対して、現像ロールの8回転後1.28となり、濃度が低下した。印字率75%のとき、初期画像濃度0.99に対して、現像ロールの8回転後は0.82であり、濃度が低下した。印字率50%のとき、初期画像濃度0.70に対して、現像ロールの8回転後0.65となり、濃度低下が低下した。
[Example 1] In Example 1, the
なお、印字率25%のとき、初期画像濃度0.44に対して、現像ロールの8回転以降0.45となり、濃度が高くなる、なお、後述する実施例2、3、4では、印字率25%も含め、印字率50%、75%、100%の全ての場合において、印字濃度の低下が抑制された。 Note that when the printing rate is 25%, the initial image density becomes 0.44 after the eight rotations of the developing roll with respect to the initial image density of 0.44, and the density becomes higher. In Examples 2, 3, and 4 to be described later, the printing rate In all cases where the printing rate was 50%, 75% and 100%, including 25%, the decrease in printing density was suppressed.
[実施例2]実施例2では、0.1KHzステップで周波数をアップさせた。結果として、印字率100%のとき、初期画像濃度1.39に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)1.32となり、濃度低下が抑制された。また、印字率75%のとき、初期画像濃度0.99に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)0.83となり、濃度低下が抑制された。
また、印字率50%のとき、初期画像濃度0.70に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)0.70となり、濃度低下が抑制された。また、印字率25%のとき、初期画像濃度0.45に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)0.45となり、濃度低下が抑制された
[Example 2] In Example 2, the frequency was increased in steps of 0.1 KHz. As a result, when the printing rate was 100%, the initial image density 1.39 was 1.32 after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll, and the density reduction was suppressed. When the printing rate was 75%, the initial image density was 0.99, and after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll, the density was reduced to 0.83.
Further, when the printing rate was 50%, the initial image density was 0.70, and after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll, the density was reduced to 0.70. Further, when the printing rate was 25%, the initial image density was 0.45, and after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll, the density was reduced to 0.45.
[実施例3]実施例3では、0.3KHzステップで周波数をアップさせた。結果として、印字率100%のとき、初期画像濃度1.39に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)1.34となり、濃度低下が抑制された。また、印字率75%のとき、初期画像濃度0.99に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)0.86となり、濃度低下が抑制された。また、印字率50%のとき、初期画像濃度0.70に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)0.72となり、画像濃度が高くなった。また、印字率25%のとき、初期画像濃度0.45に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)0.49となり、画像濃度が高くなった。 [Example 3] In Example 3, the frequency was increased in steps of 0.3 KHz. As a result, when the printing rate was 100%, the initial image density 1.39 was 1.34 after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll, and density reduction was suppressed. Further, when the printing rate was 75%, the initial image density was 0.99, and after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll, the density was reduced to 0.86. When the printing rate was 50%, the initial image density was 0.70, and after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll, the image density became 0.72. Further, when the printing rate was 25%, the image density increased to 0.49 after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll with respect to the initial image density of 0.45.
[実施例4]実施例4では、0.4KHzステップで周波数をアップさせた。結果として、印字率100%のとき、初期画像濃度1.39に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)1.36となり、濃度低下が抑制された。また、印字率75%のとき、初期画像濃度0.99に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)0.87となり、濃度低下が抑制された。また、印字率50%のとき、初期画像濃度0.70に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)0.74となり、画像濃度が高くなった。また、印字率25%のとき、初期画像濃度0.45に対して、現像ロールの8周期後(8回転後)0.53となり、画像濃度が高くなった。 [Example 4] In Example 4, the frequency was increased in steps of 0.4 KHz. As a result, when the printing rate was 100%, the initial image density 1.39 was 1.36 after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll, and density reduction was suppressed. When the printing rate was 75%, the initial image density was 0.99, and after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll, the density was 0.87. When the printing rate was 50%, the initial image density was 0.70, and after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll, the image density was 0.74. Further, at a printing rate of 25%, the initial image density was 0.45, and after 8 cycles (after 8 rotations) of the developing roll, it was 0.53, and the image density was high.
図5は、印字率と周波数の関係を示すグラフである。周波数は現像ローラ2の1周期目から4周期目までは変化させないが、5周期目から8周期目までは上述したとおり、実施例1から4に従って、変化させた。図5は、5周目から8周目まで平均周波数変化を直線にプロットしたものである。この直線プロットを、周波数変化ルックアップテーブルとしてメモリに格納し、CPU53がこれを読み出す。トナー薄層の厚さ以上のように、印字率に応じて現像器に印加する直流交流重畳電圧の周波数を可変することで画像濃度をコントロールすることを確認でき、条件によっては適正値があり、用紙一枚の画像濃度を安定的に維持することが出来ることがわかった。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the printing rate and the frequency. The frequency was not changed from the first cycle to the fourth cycle of the developing
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリそれらの複合機などの画像形成装置に利用することができ、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる2成分現像剤を使用し、帯電されたトナーのみを現像ロール上に均一に薄層形成し、現像ロールの交流重畳直流電圧により現像ロール上のトナーを静電潜像に飛翔させることで該潜像を現像するハイブリッド現像器を有する画像形成装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in image forming apparatuses such as copying machines, printers, facsimiles, and complex machines using electrophotography, and in particular, a two-component developer that charges non-magnetic toner using a magnetic carrier. And developing a latent image by forming a uniform thin layer of only the charged toner on the developing roll and causing the toner on the developing roll to fly to the electrostatic latent image by the AC superimposed DC voltage of the developing roll. The present invention can be used for an image forming apparatus having a hybrid developing device.
1 磁気ロール
2 現像ロール
3 静電潜像担持体(感光体)
4 キャリア
5 トナー
6 トナー薄層
9 規制ブレード
10 磁気ブラシ
11 タンデム型カラー画像形成装置の本体
20 露光ユニット
30 感光体
40 現像器
50 転写ベルト
60 濃度センサー
70 帯電器
80 クリーニング装置
90 転写手段
120 定着装置
51 印字率検知部
52 画像形成回数カウンタ
53 CPU
54 周波数変化ルックアップテーブル
55 周波数コントローラ
DESCRIPTION OF
4 Carrier 5 Toner 6 Toner thin layer 9
54 Frequency change look-up table 55 Frequency controller
Claims (4)
前記磁気ロールに印加する当該交流電圧周波数は、前記現像ロールに印加する前記交流電圧周波数に等しく、
前記画像形成を行うとき、前記交流電圧周波数を、予め当該画像形成を行う現像ロール周期回数に応じて設定された周波数になるように、変化させることを特徴とする電子写真画像形成装置。 A magnetic brush composed of toner and a magnetic carrier is formed on a magnetic roll to which a DC / AC superimposed voltage is applied, the toner in the magnetic brush is transferred to a developing roll to which another DC / AC superimposed voltage is applied, and the development A hybrid developing device that develops an electrostatic latent image as a toner image with a thin toner layer on a roll, and peels off the toner remaining on the developing roll during non-development to re-form the thin toner layer; In an electrophotographic image forming apparatus in which an image is formed by transferring and fixing to a recording material,
The AC voltage frequency applied to the magnetic roll is equal to the AC voltage frequency applied to the developing roll,
An electrophotographic image forming apparatus, wherein when the image is formed, the AC voltage frequency is changed so as to be a frequency set in advance according to the number of developing roll cycles in which the image is formed.
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