JP3542361B2 - 現像剤濃度制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、像担持体上に潜像を形成し、この潜像を、トナーとキャリアとを有する２成分現像剤にて可視像（トナー像）とする画像形成技術に関するものであり、特に、像担持体に一定パッチ画像を形成して画像濃度を検知し、それによって現像剤濃度を制御する現像剤濃度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
像担持体上に潜像を形成し、この潜像を、トナーとキャリアとを有する２成分現像剤にてトナー像とする画像形成装置に採用されている、従来の現像剤濃度制御装置を図１５を参照して簡単に説明する。
【０００３】
本例の画像形成装置にて、回転自在に支持されて矢印方向に回転する感光ドラム１は、１次帯電器２により均一に帯電され、次いで、色分解された光像３を照射して、静電潜像を形成する。
【０００４】
次に、感光ドラム１上の静電潜像は、移動台７上に搭載されて感光ドラム１に対して接線方向に搬送される現像ユニット５（５Ｍ、５Ｃ、５Ｙ、５Ｂ）の中の所定の現像ユニットを、現像部、即ち、現像位置４へと移動し、そして現像バイアス電源６により現像バイアスを印加することによって、トナー像とされる。
【０００５】
この感光ドラム１上のトナー像は、転写材カセット２０から転写ドラム８上へと供給された転写材に、転写帯電器９により転写される。
【０００６】
又、転写帯電器９がオフ状態のときに、濃度検知のために、感光ドラム１上に一定濃度のパッチ画像を形成し、そして、図１６に示すように、発光素子５１、光学的透明窓５２、受光素子５３、及び発光素子５１の直接光をモニタする受光素子５４を有するセンサで、前記パッチ画像の濃度を読みとり、ＣＰＵ５５で演算する。その結果、必要に応じて、現像器にトナーを補給し、画像濃度を一定に保つべく制御する。
【０００７】
転写されずに感光ドラム１上に残ったトナー像とパッチ画像をクリーニング装置１０によって感光ドラム１から取り除く。感光ドラム１は、再度次の画像形成に供せられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、濃度検知用のパッチ画像形成時とその他の画像形成時とで同一の現像バイアスを使用しているために、現像剤のトナーとキャリアの混合比の変動による画像濃度変動が少なく、従って、現像剤濃度変動が画像濃度変動として現れにくく、現像剤濃度変動が大きくなり不安定となってしまい、飛散やかぶりの原因となっていた。
【０００９】
従って、本発明の目的は、高精度で現像剤濃度を制御でき、それによって、現像剤濃度変動を減少させ、しかも、画像濃度の更なる安定化、飛散、かぶりを減少させることのできる現像剤濃度制御装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る現像剤濃度制御装置にて達成される。要約すれば、本発明によると、像担持体上に形成された潜像をトナーとキャリアを備えた現像剤にて現像する現像器と、前記現像器により形成された濃度制御用画像の濃度を検知する濃度センサと、前記濃度センサの出力に基づいて前記現像器へトナー補給を行うことにより現像剤濃度を制御する制御手段と、を有する現像剤濃度制御装置において、
濃度制御用画像を形成する場合、現像剤濃度の変動量に対する画像濃度の変動量が通常画像を形成する場合よりも大きくなるように現像バイアスの周波数を大きくしたことを特徴とする現像剤濃度制御装置が提供される。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明に係る現像剤濃度制御装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１３】
参考例１
図１に、本発明の現像剤濃度制御装置を採用することのできる画像形成装置の一参考例を示す。この画像形成装置は、図１５に関連して説明した画像形成装置と同じ構成及び作動を成すものであって、同じ機能及び作動を成す部材には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。
【００１４】
本参考例において、感光ドラム１上に形成された静電潜像は、従来と同様に、現像ユニット５が現像位置４に移動してきた際に、現像バイアス電源６ａにより現像バイアスを印加し、トナー像とする。又、現像剤濃度を制御するためのパッチ画像の潜像が形成された際には、切り換えスイッチＳＷにより現像バイアス電源６ｂに切り換えられて、前記現像バイアスとは異なる現像バイアスを現像ユニットに印加し、前記パッチ画像のための潜像を可視像化する。
【００１５】
可視像化されたパッチ画像は、検知センサー５０にて検知され、ＣＰＵ５５にて演算され、現像剤濃度変動量及びトナー補給量を算出し、トナー補給槽（図示せず）より現像ユニット５にトナーを補給し現像剤濃度を一定に保つ。
【００１６】
ここで、現像バイアス電源６ａは、交流（ＡＣ）成分として２ＫＨｚ、２ＫＶｐｐの矩形波を出力し、現像バイアスとしては、前記ＡＣ成分に直流（ＤＣ）成分を重畳させたものが使用される。斯かる条件下における現像特性を図２及び図３に示す。
【００１７】
図２は、入力画像濃度に対する出力画像濃度を示すグラフであり、図３は、その時の濃度検知センサー５０の出力を示すグラフである。図３のグラフから分かるように、現像剤濃度を検知する感度が、約２００ｍＶ／ｗｔ％である。
【００１８】
現像バイアス電源６ｂは、図１０に示すように、交番電界が断続的に形成されるバイアス波形を出力する。つまり、本参考例で、現像バイアス波形は、
全体周波数 ２．６６ＫＨｚ
矩形部 ８ＫＨｚ
ブランク部 ２５０μＳｅｃ
ピークトウピーク ２ＫＶｐｐ
とされた。
【００１９】
この現像バイアス波形にて、現像効率が増し、低コントラストでの現像が可能となった。即ち、通常の矩形波（２ＫＨｚ、２ＫＶｐｐ）で最大濃度１．５を得るために必要なコントラスト電位より１００Ｖほど低い値で、この最大濃度１．５を得ることができた。
【００２０】
図４は、入力画像濃度に対する出力画像濃度特性であり、図５は、その時の濃度センサー出力である。図２、図３と比較して分かるように、現像剤濃度に対して出力画像濃度の変動が大きい．即ち、現像剤濃度変動１ｗｔ％に対しての画像濃度変動量（感度）が約３００ｍＶ／ｗｔ％と良い。
【００２１】
上記現像バイアス波形を、現像剤濃度制御用のパッチ画像を形成させる現像バイアスとして使用したところ、現像剤濃度変動量が減少し、飛散、かぶりも減少した。
【００２２】
本参考例によれば、上述したように、２つの現像バイアスを用いて画像形成時と現像剤濃度制御用パッチ画像形成時とで現像バイアスを切り換えることによって、現像剤濃度を安定させることができ、画像濃度を更に安定化させ、飛散、かぶりを減少させることができる。
【００２３】
実施例１
実施例１は、参考例１にて使用したと同じ画像形成装置を使用して画像出しを行なった。
【００２４】
本実施例では、現像バイアス電源６ａは、ＡＣ成分として２ＫＨｚ、２ＫＶｐｐの矩形波であり、それにＤＣ成分を重畳させた現像バイアスを出力した。その現像特性を図６及び図８に示す。図６は、入力画像濃度に対する出力画像濃度を示すグラフであり、図８は、その時の濃度検知センサー５０の出力を示すグラフである。又、本実施例でトナーはカーボンを含有しているブラックトナーとした。
【００２５】
図６のような階調再現性の良い現像バイアスを用いての現像では、現像剤濃度１ｗｔ％の出力差に対して、図８のように濃度制御としてのセンサー出力差（感度）が約１４０ｍＶ／ｗｔ％しか得られなかった。
【００２６】
カーボンを含有したトナーは、発光素子による光を吸収するため、画像濃度が高くなると感度がなくなり、画像濃度差や現像剤濃度差を検知できなくなってしまう。
【００２７】
現像バイアス電源６ｂは、ＡＣ電圧とＤＣ電圧を重畳させ、ＡＣ成分が８ＫＨｚ、２ＫＶｐｐの矩形波であり、図７、図９がその特性を示す図である。図７は、入力画像濃度に対する出力画像濃度を示すグラフである。矩形波を高周波化すると階調性を得られなくなってしまうが、濃度検知センサーの出力を見ると、図９のようになり、中間濃度において、現像剤濃度を検知する感度が約２００ｍＶ／ｗｔ％である。このバイアス波形を現像剤濃度制御用のパッチ画像を形成させる現像バイアスとして使用したところ、現像剤濃度変動量が減少し、飛散、かぶりも減少した。
【００２８】
上述したように、２つの現像バイアスを用いて、画像形成時と、現像剤濃度制御用パッチ画像形成時とで画像バイアスを切り換えることによって、現像剤濃度を安定させることができ、画像濃度を更に安定化させ、飛散、かぶりを減少させることができる。
【００２９】
参考例２
現像剤濃度制御用パッチ画像の現像バイアスとして、図１０に示すような交番電界が断続的に発生するような波形、即ち、全体周波数２．６６ＫＨｚ、矩形部８ＫＨｚ、ブランク部２５０μＳｅｃ、波形のピークトウピークは２ＫＶｐｐを用いた。
【００３０】
このように、現像バイアスとして交番電界が断続的に発生するような波形のものを使用すると、現像効率が増し、低コントラストでの現像が可能となり、通常の矩形波（２ＫＨｚ、２ＫＶｐｐ）で最大濃度１．５を得るために必要なコントラスト電位より１００Ｖほど低い値で、この最大濃度を得ることができた。更に、図１１、図１２のような特性を得た。この特性は、トナーとしてカーボン含有のブラックトナーを使用した場合の特性である。
【００３１】
図１１は、入力画像濃度に対する出力画像濃度特性である。図１１のグラフより、現像剤濃度変化によって出力画像濃度が大きく変化することが分かる。図１２に示す濃度検知センサー出力でも同様であることが分かる。
【００３２】
これから、本参考例によれば、現像剤濃度を検知する感度は約２４０ｍＶ／ｗｔ％ほどであり、図８に示す通常の矩形波（２ＫＨｚ、２ＫＶｐｐ）の約１４０ｍＶ／ｗｔ％に比較して、現像剤濃度制御用のパッチ画像形成の現像バイアスとして、より適していることが分かった。
【００３３】
実験により、通常の矩形波（２ＫＨＺ、２ＫＶｐｐ）での現像剤濃度変動が図１３のようになる時、同様に図１０に示す波形で実験を行うと、図１４のようになり、現像剤濃度変動量が減少するという結果が得られた。
【００３４】
上述のように通常画像形成時は、２ＫＨｚ、２ＫＶｐｐの矩形波を用い、そしてパッチ画像形成時は図１０の波形を用いると言うように、２つの異なる現像バイアスを用いることによって、現像剤濃度を安定させ、飛散、かぶりを減少させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、像担持体上に形成された潜像をトナーとキャリアを備えた現像剤にて現像する現像器と、現像器により形成された濃度制御用画像の濃度を検知する濃度センサと、濃度センサの出力に基づいて現像器へトナー補給を行うことにより現像剤濃度を制御する制御手段と、を有する現像剤濃度制御装置において、濃度制御用画像を形成する場合、現像剤濃度の変動量に対する画像濃度の変動量が通常画像を形成する場合よりも大きくなるように現像バイアスの周波数を大きくした構成とされるので、高精度で現像剤濃度を制御でき、従って、現像剤濃度変動を減少させ、飛散、かぶり等を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る現像剤濃度制御装置を適用することのできる画像形成装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】矩形波（２ＫＨｚ、２ＫＶｐｐ）を現像バイアスとして使用した時の入力画像濃度に対する出力画像濃度特性を示す図である。
【図３】矩形波（２ＫＨｚ、２ＫＶｐｐ）を現像バイアスとして使用した時の入力画像濃度に対する濃度検知センサー出力を示す図である。
【図４】交番電界を断続的に形成する波形を現像バイアスとして使用した時の入力画像濃度に対する出力画像濃度特性を示す図である。
【図５】交番電界を断続的に形成する波形を現像バイアスとして使用した時の入力画像濃度に対する濃度検知センサー出力を示す図である。
【図６】カーボン含有トナーを用い、矩形波（２ＫＨｚ、２ＫＶｐｐ）を現像バイアスとして使用した時の入力画像濃度に対する出力画像濃度特性を示す図である。
【図７】カーボン含有トナーを用い、矩形波（８ＫＨｚ、２ＫＶｐｐ）を現像バイアスとして使用した時の入力画像濃度に対する出力画像濃度特性を示す図である。
【図８】カーボン含有トナーを用い、矩形波（２ＫＨｚ、２ＫＶｐｐ）を現像バイアスとして使用した時の入力画像濃度に対する濃度検知センサー出力を示す図である。
【図９】カーボン含有トナーを用い、矩形波（８ＫＨｚ、２ＫＶｐｐ）を現像バイアスとして使用した時の入力画像濃度に対する濃度検知センサー出力を示す図である。
【図１０】交番電界を断続的に形成する波形を示す図である。
【図１１】カーボン含有トナーで交番電界を断続的に形成する波形現像バイアスとして使用した時の入力画像濃度に対する出力画像濃度特性を示す図である。
【図１２】カーボン含有トナーを用い、交番電界を断続的に形成する波形での入力画像濃度に対する濃度検知センサー出力を示す図である。
【図１３】矩形波（２ＫＨｚ、２ＫＶｐｐ）を現像バイアスとして使用した時の現像剤濃度変動を示す図である。
【図１４】図１０の波形を現像バイアスとして使用した時の現像剤濃度変動を示す図である。
【図１５】従来の画像形成装置の全体構成図である。
【図１６】濃度検知センサの詳細図である。
【符号の説明】
１ 像担持体（感光ドラム）
５ 現像ユニット
６ 現像バイアス電源

Claims (1)

1. 像担持体上に形成された潜像をトナーとキャリアを備えた現像剤にて現像する現像器と、前記現像器により形成された濃度制御用画像の濃度を検知する濃度センサと、前記濃度センサの出力に基づいて前記現像器へトナー補給を行うことにより現像剤濃度を制御する制御手段と、を有する現像剤濃度制御装置において、
   濃度制御用画像を形成する場合、現像剤濃度の変動量に対する画像濃度の変動量が通常画像を形成する場合よりも大きくなるように現像バイアスの周波数を大きくしたことを特徴とする現像剤濃度制御装置。

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