JP2004020614A

JP2004020614A - Developing device and image forming apparatus provided therewith, and method for discriminating presence or absence of developer of developing device

Info

Publication number: JP2004020614A
Application number: JP2002171670A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Osada; 長田　努; Atsushi Yamaguchi; 山口　淳; Takahiko Kimura; 木村　登彦
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a developing device which can prevent image formation in the state not fed with a developer even when the developing device in the state not fed with the developer is erroneously set at a printer on the occasion of device maintenance work, such as periodic developer exchange and to provide a method for discriminating presence or absence of a developer of the developing device. <P>SOLUTION: A toner concentration sensor for detecting the toner concentration of the developer consisting of two components; a toner and a magnetic carrier, by detecting a change in the magnetic permeability of the developer by acting a magnetic field to the developer, and a control section for controlling the toner concentration in accordance with the output voltage of the toner concentration sensor are premised. It is decided that the developer is not fed when the change rate of the output value of the toner concentration sensor is below a reference value in accordance with the change rate of the output value of the toner concentration sensor before the change of an agitation speed of the developer and the output value of the toner concentration sensor after the change of the agitation speed of the developer and on the other hand, it is decided that there is feeding of the developer when the above change rate is above the reference value. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真複写機などの画像を描き出す画像形成装置に搭載されて静電潜像の現像化を行う現像装置において、特に二成分現像剤を投入して使用する現像装置における現像剤の有無判定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機やファクシミリ装置などの画像形成装置においては、原稿を光照射して原稿からの反射光により感光体上に静電潜像を形成する。そして、静電潜像を可視像として記録紙にプリントしたり、外部からの画像を表す電気信号を可視像として記録紙にプリントしたりすることが行われている。
【０００３】
この種の画像形成装置には、現像装置が備えられ、現像剤を用いて可視像が形成される。現像剤には、様々な種類のものが存在するが、そのうちトナーおよび磁性キャリアから成るものを二成分系現像剤という。この二成分系現像剤は、一定重量のキャリアに対し一定の割合でトナーが混合され、現像剤中のトナーの割合がトナー濃度とされる。トナーは、現像処理によって消費されるため、トナー濃度は画像の記録が行われるにしたがって減少する。つまり、トナー濃度の減少は形成される画像の濃度の低下につながる。
【０００４】
そこで、現像装置では、常に一定濃度の画像を得るために、トナー濃度を検知し、トナー濃度が減少したときにはトナーを補給して、トナー濃度が適正範囲内に収まるように制御されている。
【０００５】
一般に、二成分系現像剤（以下、現像剤と称する）を用いた画像形成装置は、現像剤を撹拌して摩擦によってトナーを帯電させ、この帯電トナーを感光体上に形成された静電潜像に静電気的に付着させることによって可視像を形成している。このような画像形成装置においてトナー濃度を検知するトナー濃度センサは、磁性体である磁性キャリア（以下、キャリヤと称する）の濃度によって得られる透磁率を測定する透磁率センサが用いられている。従って、トナー濃度センサは、透磁率を検知することによってキャリアの濃度（密度）を検出し、それ以外の構成物の密度をトナー濃度として検出する。即ち、トナー濃度センサは空間に対するキャリアの密度を反映しているものであるため、現像剤に含まれる空気もトナーとして検知することになる。
【０００６】
また、上述したトナー濃度センサは、そのセンサ面上の磁性体（現像剤）の流動状態によりその検出値が異なる。そのため、通常現像器が安定して駆動している状態で、既知のトナー濃度である現像剤がある特定値に検出されるようにトナー濃度センサの初期設定を行い、トナー濃度制御を行う必要がある。
【０００７】
現像器にセットされる新品の現像剤のトナー濃度はあらかじめわかっているので、通常は現像器に新品の現像剤をセットしたときに、既知のトナー濃度の値を用いてトナー濃度センサの初期設定が行われる。この初期設定操作により、トナー濃度センサの出力値と測定対象である現像器内のトナー濃度との関係を示す出力特性が決定される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、現像剤未投入の現像装置を誤って画像形成装置に挿入した場合、現像剤が存在しないにも拘わらず、この現像装置に対してトナー濃度制御を行うための初期設定操作が実施されると、トナー濃度センサはケース内に現像剤が存在しない状態で濃度測定を行い、その測定値が画像形成時の濃度制御の基準値として初期設定される。つまり、トナー濃度センサのセンサ面には空気しか存在しないが、この状態では当然のことながらキャリアの濃度が低いので、現像剤のトナー濃度が高い状態として検知し、これを濃度制御の基準値とみなす。
【０００９】
そして、現像剤を投入した現像装置を挿入した場合と同様に使用準備を完了し、画像形成装置は待機状態（画像形成可能な状態）へと移行することになるが、画像形成動作を実行しても、現像装置へは現像剤が投入されていないので、何等画像が出力されないというトラブルが発生する。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、定期的な現像剤交換等の装置メインテナンス作業の際に、誤って現像剤未投入状態で現像装置を画像形成装置へセットしてしまった場合においても、現像剤未投入状態での画像形成を防止することができる現像装置およびその現像剤有無判定方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、本現像装置は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真方式により画像を形成する画像形成装置に搭載されている。本現像装置は、トナーおよび磁性キャリアという２つの成分からなる現像剤を現像器内に有し、これを用いて画像を形成している。また、本現像装置は、トナー濃度センサおよび制御部を備えているとともに、画像形成に適した状態にするために現像剤が撹拌されるようにしている。現像剤中のトナーの割合を示すトナー濃度は、現像剤の透磁率を検知するトナー濃度センサにより測定される。
【００１２】
すなわち、二成分の現像剤を使用する現像装置では、トナーは現像処理によって消費されてゆく一方、磁性キャリアは現像器内に保持されたままとなる。このため現像処理を繰り返すにつれて、現像剤のトナー濃度は減少する。そこで、このような現像装置では、現像剤のトナー濃度を保つために、適宜トナーを補給するようになっている。
【００１３】
そして、本現像装置では、トナー補給のタイミングを得るために、濃度センサによって、現像剤の透磁率に基づいたトナー濃度測定を行うようになっている。
【００１４】
この場合、現像剤中の透磁率は、現像剤中の磁性キャリアの濃度により決定される。よって、トナー濃度センサは、実際には透磁率を検知することで磁性キャリアの濃度（密度）を取得し、さらに現像剤中の磁性キャリア以外の構成物（トナー）の濃度を取得している。
【００１５】
このトナー濃度センサは、空間に対する磁性キャリアの密度を反映しているため、現像剤に含まれる空気もトナーとして検知することになる。従って、現像剤を撹拌することで空気を抱き込むなどした場合、トナー濃度そのものは変化していないにもかかわらず、トナー濃度センサによって得られる測定値は変化する。また、撹拌速度を変化させた場合についても同様に、トナー濃度センサの測定値は変化する。一方、例えば何らかの作業ミスで現像剤未投入の状態で現像装置を画像形成装置へセットしてしまった場合には、現像器内で撹拌速度を変更させても、現像剤が無いため、トナー濃度センサの測定値は変化しない。
【００１６】
従って、本現像装置は、撹拌部材の撹拌速度を、例えば高速から低速というように多段階に変更させた際に、トナー濃度センサの測定値の変化量を検出する制御部を備え、現像剤の有無の判定を行うことが可能となる。つまり、制御部では現像器内の撹拌速度を変更し、変更前と変更後とでトナー濃度センサの測定値の変化量（差）を得ることができる。そして、制御部は、この変化量と予め設定されている基準値（閾値）との大小関係を比較し、変化量が基準値以上であれば現像剤有りと判定し、基準値より小さければ現像剤無しと判定される。
【００１７】
これにより、本発明の現像装置では、新規な機能部品、検出装置の追加・増設を行わずに、簡単に現像剤の有無を判定することが可能となる。また、本現像装置では、撹拌速度の変更前後のトナー濃度センサの出力値の差によって現像装置への現像剤の有無を判定しているため、個々のトナー濃度センサの出力特性が異なっていても、現像剤の投入有無の判定結果にバラツキが発生せず、安定した現像剤の投入有無判定を行うことが可能となる。
【００１８】
ここで、制御部によって現像剤の撹拌速度を少なくとも二種類の異なる速度に変更している場合には、少なくとも二種類の撹拌速度で撹拌を行い、変更前と変更後のトナー濃度センサの変化量を得、この得られた変化量と基準値（閾値）を比較することによって、現像剤の有無を判定することが可能となる。
【００１９】
また、制御部によって現像剤の撹拌速度を高速側から低速側へ変更している場合には、現像剤を撹拌すれば、トナー濃度センサの測定値が一定になるまでにある程度の時間を要することになるが、現像剤を高速で撹拌するほど、トナー濃度センサの測定値は早く一定値に収束するため、現像剤の有無の判定を短時間で完了することが可能となる。
【００２０】
そして、トナー濃度センサの初期設定を行う際に現像剤を撹拌するアイドリング期間中に現像剤の有無の判定を実行している場合には、現像剤を撹拌するとトナー濃度センサの出力値が一定値に落ち着くのにある程度の時間を要するために、現像剤を一定時間撹拌してアイドリング回転させてからトナー濃度センサ出力（測定値）が一定値に収束したときに行われる初期設定のあと、つまり画像形成動作に入る前に、現像剤の有無を判定することが可能となる。また、誤った状態（現像剤が入っていない状態）で初期設定がされて誤ったトナー濃度制御が行われることも防止される。
【００２１】
また、制御部によって、現像剤の撹拌速度変更前のトナー濃度センサの出力値と、現像剤の撹拌速度変更後のトナー濃度センサの出力値との変化量に基づいて、現像剤の有無の判定を行い、トナー濃度センサの出力値の変化量が基準値未満の場合に現像剤未投入と判定する一方、基準値以上の場合に現像剤投入有りと判定している場合には、現像装置の撹拌速度の変更前後のトナー濃度センサの出力値の差によって現像装置への現像剤投入の有無が判定され、個々のトナー濃度センサの出力特性が異なっていても、現像剤の投入有無の判定結果にバラツキが発生することはない。
【００２２】
更に、現像装置の現像剤有無判定方法として、以下の構成が掲げられる。
【００２３】
つまり、トナー濃度センサの初期設定操作を行う際に現像剤を撹拌するアイドリング回転の期間中に、制御部により現像剤の撹拌速度を多段階に変更し、その撹拌速度の変化に対するトナー濃度センサによる濃度測定値の変化量を検出し、この検出結果と、トナー濃度センサに対して予め設定されている基準出力電圧との比較結果に基づいて、現像剤の有無を判定するようにしている。
【００２４】
この特定事項により、アイドリング回転の期間中に現像剤の有無の判定を行って、初期設定前に現像剤の有無が判定される。これにより、現像装置中に現像剤が無い状態で初期設定工程に入ってしまうことを防ぐことが可能となり、正常な初期設定が実施される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態にかかる画像形成装置としてのプリンタの全体の構成を示す概略図である。
【００２７】
図１において、プリンタ１は、周知の電子写真方式により画像を形成するものであって、露光走査部１０と画像形成部２０と制御部３０とに大きく分けられる。
【００２８】
このプリンタ１は、図示しない外部ホストコンピュータなどと接続されている。
【００２９】
制御部３０は、上記外部ホストコンピュータから送られてくる画像信号を受信すると、これに必要な処理を加えて画像データを生成し、露光走査部１０に駆動信号を出力する。
【００３０】
露光走査部１０は、制御部３０より出力された画像データをレーザ光として感光体ドラム２１に照射する。露光走査部１０は、レーザダイオード１１、コリメートレンズ１２、ポリゴンモータ１３、ポリゴンミラー１４、ｆθレンズ１５、折り返しミラー１６を備えている。
【００３１】
レーザダイオード１１は、制御部３０から出力された駆動信号を受けて、レーザ光を発光する。コリメートレンズ１２は、上記レーザ光を通過させ平行光にする。ポリゴンモータ１３は、上記ポリゴンミラー１４を定速で回転駆動させる。ポリゴンミラー１４は、ミラー面を備え、このミラー面でレーザ光を反射して偏向させており、この偏向されたレーザ光はｆθレンズ１５を通過する。折り返しミラー１６は、ｆθレンズ１５を通過したレーザ光を反射し、感光体ドラム２１の表面を露光走査する。
【００３２】
画像形成部２０は、感光体ドラム２１、クリーナ２２、イレーサランプ２３、帯電チャージャ２４、現像装置２５、トナー容器２８、搬送ベルト２９、転写チャージャ３１、定着装置３２、排出ローラ対３３，３３、および排紙トレイ３４を備えている。
【００３３】
感光体ドラム２１の表面には、感光体が設けられている。クリーナ２２は、上記露光走査前に感光体表面の残留トナーを除去する。イレーサランプ２３は、感光体ドラム２１に光を照射し感光体表面を除電する。帯電チャージャ２４は、感光体表面を一様に帯電させる。そして、感光体ドラム２１は、その感光体表面が帯電チャージャ２４により一様に帯電された状態で露光走査部１０による露光を受けると、表面の感光体に静電潜像が形成される。
【００３４】
この感光体表面の静電潜像は、現像装置２５により現像され、感光体ドラム２１表面にトナー像が形成される。現像装置２５は、現像ローラや図示しない撹拌装置を備えた現像器と、当該現像器の上部にセットされ、現像器内に適宜トナーを補給するためのトナーカートリッジ２８とからなる。トナーカートリッジ２８は、ユーザでも容易に交換できるように取り外し可能となっている。現像装置２５の詳細な構成は、後述の通りである。
【００３５】
この感光体ドラム２１の回転動作と同期して用紙カセットＣＳから転写紙（図示せず）が搬送される。この転写紙は、給紙ローラ３５ａ、タイミングローラ対３５ｂ，３５ｂおよび搬送ベルト２９によって感光体ドラム２１の下方の転写位置まで給紙される。この転写位置において、転写チャージャ３１は、搬送ベルト２９の裏面側に設置されており、電荷により感光体ドラム２１表面に形成されたトナー像を転写紙上に転写させる。
【００３６】
そして、転写紙に転写されたトナー像は、すぐに剥がれる不安定な状態であるので、搬送ベルト２９により定着装置３２まで搬送される。定着装置３２は、転写紙を高温で加圧し、トナーを定着させる。その後、排出ローラ対３３，３３により排紙トレイ３４上に転写紙が排出される。
【００３７】
また、露光走査部１０は、蝶番を支点にして上方に開く構造（クラムシェル構造）となっており、トナーカートリッジ２８の交換やプリンタ内部で発生した紙詰まりの処理などを行えるようになっている。
【００３８】
図２は、現像装置２５の構成を示す概略図である。この現像装置は、トナーとキャリアとを混合した現像剤を使用する乾式２成分磁気ブラシ現像方式の現像装置である。現像装置２５は、感光体ドラム２１に形成された静電潜像を現像して可視像とするものである。
【００３９】
図２に示すように、現像装置２５は、トナーを収容するトナー容器であるトナーカートリッジ２８と、トナーおよびキャリアからなる現像剤が充填された現像器４６とを備えている。さらに、現像装置２５には、トナー濃度制御のために働くトナー濃度制御系６０を備えている。現像器４６内には、トナー濃度センサ４１、現像ローラ４４および撹拌ローラ４５，４５が設けられている。
【００４０】
トナーカートリッジ２８にはトナーが収納されており、必要に応じて現像器４６内の現像剤に補給される。トナー補給ローラ４７は、トナーカートリッジ２８内のトナーを下方の現像器４６に補給するために備えられている。２本の撹拌ローラ４５，４５は、現像器４６内の現像剤（キャリアとトナー）を撹拌してトナーとキャリアを摩擦帯電させる。現像ローラ４４は、混合撹拌された現像剤を感光体ドラム２１に供給する。この現像ローラ４４は、アルミニウム合金、黄銅、ＳＵＳ３０４ステンレス等非磁性金属製の中空円筒状の現像スリーブに、磁界を発生するための複数本の磁石体を固定したマグネットローラを内挿している。この現像ローラ４４は、現像スリーブのみを回転させながら、表面に現像剤を磁気的に吸着して感光体ドラム２１と接する現像部へ搬送・供給するものが使用されている。
【００４１】
現像ローラ４４および各撹拌ローラ４５は、制御ＣＰＵ６１の指示を受けて、図示しない駆動装置により回転駆動される。
【００４２】
トナー濃度制御系６０は、トナー濃度センサ（透磁率センサ）４１、基準電圧発生部６２、比較器６３、トナー補給ローラ駆動部６４、トナー補給モータ６５、トナー補給モータ６５、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および制御ＣＰＵ６１で構成されている。
【００４３】
トナー濃度センサ４１は、現像装置２５の現像器（混合撹拌室）４６の右下方に設置されており、現像器４６の現像剤のトナー濃度を検知面４１ａが検知し、電圧（濃度検知電圧）として検出する。
【００４４】
基準電圧発生部６２は、濃度検知電圧と比較されるべき基準電圧を発生する。この基準電圧は、現像器４６内の現像剤の基準濃度を表すものである。比較器６３は、濃度検知電圧と基準電圧とを比較し、現像器内のトナー濃度が低ければ、トナー補給ローラ駆動部６４に対して、駆動信号を出力する。
【００４５】
トナー補給ローラ駆動部６４は、駆動信号を受けている間、トナー補給ローラ４７の回転駆動源であるトナー補給モータ６５を駆動する。
【００４６】
また、ＲＡＭは、読み取ったトナー濃度センサ４１の出力電圧などを一時記憶する。ＲＯＭには、トナー濃度制御等のプログラムが記憶されている。
【００４７】
次に、本発明の現像装置に用いられるトナー濃度センサについて説明する。
【００４８】
本発明の現像装置２５においては、二成分系現像剤を用い、現像剤を撹拌して摩擦によってトナーを帯電させ、この帯電トナーを感光体ドラム２１上に形成された静電潜像に静電気的に付着させ可視像を形成している。この種の現像装置２１ではトナー濃度を測定するためのトナー濃度センサとして透磁率センサを使用するが、本現像装置においては差動トランス方式のトナー濃度センサ４１を用いている。
【００４９】
図３は差動トランス方式のトナー濃度センサ４１の回路構成を示す概要図である。トナー濃度センサ４１は、一次コイル５１、基準コイル５２、検知コイル５３、交流電源５４、ねじコア５５、現像剤５６、位相比較回路５７、平滑回路５８および５個の入出力端子７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ、および５個の引き出し線７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ，７５ｅにより構成されている。図５に示すように、差動トランスの一次コイル５１には、交流電源５４が供給される。その二次側には、ほぼ同じ巻き数で逆極性の２個のコイルが直列に巻かれていて、その一方のコイルが基準コイル５２、もう一方のコイルが検知コイル５３となる。
【００５０】
一次コイル５１と基準コイル５２の近くには高透磁率のねじコア５５が磁心として働くように挿入されており、ねじコア５５の位置を調整して一次コイル５１と基準コイル５２の間のインダクタンスを調整することができるようになっている。そして、一次コイル５１と検知コイル５３の近くに測定されるべき現像剤５６あるいは磁性体（キャリア）が流れると、その現像剤５６あるいは磁性体（キャリア）が磁心として働いて、一次コイル５１と検知コイル５３の間のインダクタンスを変化させる。このインダクタンスの大きさは、磁心として働いている現像剤５６あるいは磁性トナーの磁粉量によって決まるので、検知コイル５３の出力電圧によって磁粉量、即ちキャリア濃度を測定することができる。
【００５１】
基準コイル５２と検知コイル５３はほぼ同じ巻き数で逆極性のものが直列に結ばれているので、両コイルの差が出力として取り出せる。また、一次コイル５１へ供給される交流電圧と二次側のコイルである基準コイル５２および検知コイル５３の出力とは位相比較回路５７で排他的論理和を取った上で、その出力信号を平滑回路５８で平滑化して直流電圧として取り出すことにより、トナー濃度を測定する。
【００５２】
上記の方法でトナー濃度を測定する透磁率センサは、透磁率によって磁性体である磁性キャリア濃度を検知するものである。従って、図４に示すように、トナー濃度が低いときにはトナー濃度センサ４１の出力値ＶＴは高くなり、トナー濃度が高いときにはトナー濃度センサ４１の出力値ＶＴは低くなる。つまり、図４において、トナー濃度がＴ０からＴ１に減少すると、それぞれに対応する透磁率センサ出力値は、ＶＴ０からＶＴ１に増加する。従って、トナー濃度センサ４１は空間に対するキャリヤの密度を反映しているものであるため、現像剤に含まれる空気もトナーとして検知することになる。
【００５３】
次に、現像剤の状態の変化およびトナー濃度センサ４１の関係を図５ないし図７を用いて説明する。
【００５４】
現像剤は撹拌されると状態が変化する。そのため、現像剤が安定した状態になり、トナー濃度センサ４１によるトナーの測定値が一定値に落ち着くまでには、ある程度の時間を要する。図５は、現像剤を撹拌させたときの、撹拌時間とトナー濃度センサ４１の測定値（出力電圧）との関係を示すグラフである。同図に示すように、撹拌開始後、徐々に出力電圧は低下し、一定時間経過後に一定値に落ち着く。例えば、撹拌開始時に３．２Ｖの出力電圧が２．５Ｖで一定になるまでには、約５分を要する。
【００５５】
ところで、現像装置２５のトナー濃度制御に必要な初期設定時には、現像剤のトナー濃度は適切に測定されなければならない。そのため、初期設定前には、現像剤をある程度撹拌し、トナー濃度センサ４１の測定値をほぼ一定にする必要がある。上記ような初期設定前に行われる撹拌操作をアイドリング回転という。
【００５６】
また、本発明においてトナー濃度センサ４１として用いられる透磁率センサは、現像剤の嵩（密度）に対する依存性を顕著に示す。現像剤の嵩密度の高低変化に伴う、トナー濃度とトナー濃度センサ出力との関係は図６に示すようになる。図中Ａは、嵩密度が高い場合のトナー濃度センサ（透磁率センサ）の出力を示す曲線であり、図中Ｂは嵩密度が低い場合のトナー濃度センサの出力を示す曲線である。
【００５７】
例えば、現像剤交換直後の未使用の現像剤は嵩が低く（密度が高い状態、即ち図６中Ａの状態）、現像器内で十分に撹拌された状態の現像剤は嵩が高い（密度が低い状態、即ち図６中Ｂの状態）。これは、現像剤の特性として撹拌混合を行うと、現像剤が摩擦帯電によって静電的に反撥したり、また撹拌混合により現像剤が空気を抱き込むために、見掛け上の嵩が増加するからである。このような現像剤に対して付与する撹拌混合の有無と嵩密度変化の関係は、現像剤に対して付与する撹拌混合の速度、強度についても同様の関係が得られる。すなわち、現像器の撹拌混合の速度（強度）が低ければ、現像剤の嵩は低く（密度が高い状態）、逆に撹拌混合の速度（強度）が高ければ、遠心力等が働くため、現像剤の嵩は高い（密度が低い状態）。
【００５８】
従って、現像剤のトナー濃度が同じであっても現像剤の嵩が高くなるとともに（密度が低くなるとともに）、出力値が小さくなってくるという特性を示す。一方、透磁率センサの出力値が同じＶＴ（Ｖ）であっても、実際のトナー濃度は異なる。即ち、現像剤の嵩が低い場合のトナー濃度ＴＡ（％）の方が現像剤の嵩が高い場合のトナー濃度ＴＢ（％）より高い。また、この透磁率センサの出力値は、トナー濃度が高くなるに従って小さくなる。従って、透磁率センサの出力値は、現像剤の嵩およびトナー濃度の少なくとも一方が高くなることにより小さくなる。
【００５９】
次に、現像剤の撹拌速度とトナー濃度との関係を説明する。
【００６０】
図７は、現像剤の撹拌速度となる現像ローラ４４の回転数とトナー濃度センサ４１の出力との関係を示したグラフである。図７に示すように、撹拌混合の速度（現像装置２５の駆動速度）が低速の場合、すなわち現像ローラ４４の回転数が低い場合、現像剤の嵩は低く（密度は高く）、トナー濃度センサ４１の出力電圧は高くなる。また、撹拌混合の速度（現像装置２５の駆動速度）が高速の場合、現像剤の嵩は高く（密度は低く）、トナー濃度センサ４１の出力電圧は低くなる。なお、図７中で、回転数Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は時間当たりの回転数（すなわち、現像ローラ４４の回転速度）を示す。例えば、現像ローラ４４の回転数が低速（Ｎ１）、中速（Ｎ２）、高速（Ｎ３）のそれぞれの場合の出力電圧は、トナー濃度が同じであれば、Ｎ３、Ｎ２、Ｎ１の順に高くなる。
（本発明では、撹拌速度の変更は、現像ローラ４４の回転速度を変更するという内容で扱っている。なぜならば、通常の現像装置２５の駆動力伝達は、現像ローラ軸が駆動力の入力軸となっており、現像剤の混合・撹拌等を行う撹拌ローラ軸、アジテタ軸、パドル軸等は、現像ローラ軸から歯車列で駆動力を伝達されて回転する従動軸となっている。したがって、撹拌速度の変更は、入力軸である現像ローラ軸の回転数変更で対応することになる。なお、現像ローラ４４と撹拌ローラ４５を別系統の駆動源で独立的に駆動し、現像ローラ４４の回転数を固定し、撹拌ローラ４５の回転数のみを変更することにより、撹拌速度を変更することも可能である。）
この種の差動トランス方式の透磁率センサをトナー濃度センサ４１として用いた場合、測定対象となる現像剤のトナー濃度が同一であっても、嵩密度が変化した後の現像剤ではトナー濃度が実際のトナー濃度と異なって検出され、トナー濃度の誤検知を起こしてしまうおそれがある。例えば、感光体上に形成される画像の画素密度を切り替えるために感光体ドラムの回転速度変更に伴って現像装置の駆動速度（現像ローラの回転速度）も変更するプリンタがある。このプリンタは、現像器内の現像剤の流れ（流速や流量等）が変化してしまうため、現像剤の嵩密度が変化する。その結果、トナー濃度センサ４１によりトナー濃度が正しく検知されず、現像器内のトナー濃度が不適正になり、画像濃度の安定した画像を出力できなくなる。
【００６１】
このように、現像装置２５の回転速度変化（撹拌速度変化）による現像剤の嵩密度変化は、通常使用時には好ましくない現象である。しかしながら、本発明においては、この現象を逆に利用することで、現像装置２５内への現像剤の投入有無の判定に用いる。
【００６２】
すなわち、現像装置２５へ現像剤が投入されている場合には、現像装置２５の駆動速度を変更すると、何等かの嵩密度変化が内部の現像剤に発生するため、駆動速度の変更前後でトナー濃度センサ４１の出力値が変化する。一方、現像剤が未投入の場合には、現像装置２５の駆動速度を変更しても、嵩密度変化は発生せず、駆動速度変更前後でもトナー濃度センサ４１の出力値はほとんど変化しない。
【００６３】
本発明における現像装置２５は、以上の現象を利用したものである。つまり、本発明では、現像装置２５の撹拌速度（現像ローラ４４の回転速度）を例えば、高速側から低速側に、あるいは低速側から高速側に変更することにより発生するトナー濃度センサ４１の出力値の変化量を検出する。そして、上記変化量を現像剤の有無判定の基準値（閾値）と比較することで、現像剤の有無を判定する。なお、上記現像剤の有無の判定は、現像剤の交換時に行うことが好ましい。そのため、上記現像剤の有無の判定は、プリンタ１に現像装置２５を装着した後に行われるトナー濃度制御のための初期設定前のアイドリング回転期間中に実施されることが好ましい。
【００６４】
次に、本現像装置２５の制御部が現像剤の投入の有無を判定する工程を、図８のフローチャートを用いて説明する。
【００６５】
まず、ステップＳ１において、プリンタ１の所定位置に現像装置２５を装着した後、ステップＳ２で、高速側の回転数ＮＨ（ｒｐｍ）によりアイドリング回転を開始する。その後、ステップＳ３において、出力電圧が一定値に収束した時点で、トナー濃度センサ４１により出力電圧ＶＨ（Ｖ）を検出する。
【００６６】
次に、ステップＳ４において、アイドリング回転の回転数を高速側のＮＨ（ｒｐｍ）から低速側のＮＬ（ｒｐｍ）に変更し、ステップＳ５で、低速側の回転数ＮＬ（ｒｐｍ）によりアイドリング回転を行う。その後、ステップＳ６において、出力電圧が一定値に収束した時点で、トナー濃度センサ４１により出力電圧ＶＬ（Ｖ）を検出する。しかる後、ステップＳ７において、出力電圧ＶＬ（Ｖ）検出を終えた時点で、アイドリング回転を停止する。
【００６７】
その後、ステップＳ８において、高速側の出力電圧ＶＨ（Ｖ）と低速側の出力電圧ＶＬ（Ｖ）との変化量（センサ出力変化量：ＶＬ−ＶＨ）を算出する。
【００６８】
ここで、現像剤が現像装置２５に投入されていた場合、高速側から低速側に現像ローラ４４の回転数を変更すると、ＶＨ（Ｖ）とＶＬ（Ｖ）とは異なる値を示す。従って、閾値以上の変化量が得られる。しかし、現像剤が未投入の場合は、現像ローラ４４の回転数を変更しても、変化量は微量であり、閾値よりも小さい。
【００６９】
そこで、ステップＳ９において、上記ステップＳ８で算出したセンサ出力変化量を、閾値（センサ出力の変化量の基準値）と比較する。このとき、閾値は、現像剤の有無を判定するための基準値であり、予め設定されている数値である。
【００７０】
図８のステップＳ８における閾値（出力電圧の変化量の基準値）については、実験的に求めることになる。例えば、適用の対象となる現像装置の標準機を決め、その機種で通常的に使用を予定されるトナー濃度の現像剤を投入し、高速側と低速側で現像剤の撹拌を行ない、センサ出力を収束させる場合のセンサ出力変化をモニタリングし、それぞれの場合について得られた収束値の差分を取ることで求められる。ただし、製品バラツキ等を考慮し、製造ロットの異なる現像剤やトナー濃度センサを組み合わせることによって、サンプリング数を稼ぐ必要がある。なお、現像剤が未投入の場合は、センサ出力電圧の変化は、殆ど発生せず、０．０５Ｖにも満たないレベルである。
【００７１】
そして、ステップＳ９において、上記ステップＳ８のセンサ出力変化量が閾値以上であるか否かを判定し、この判定が、上記センサ出力変化量が閾値以上であるＹＥＳの場合には、現像装置２５中に適正に現像剤が投入されているものとみなし、ステップＳ１０で、初期設定操作を行う。すなわち、出力電圧ＶＬ（Ｖ）がトナー濃度制御のための基準値として設定される。その後、ステップＳ１１において、プリンタ１を待機状態（画像形成を行える状態）へ移行させる。
【００７２】
一方、上記ステップＳ９の判定が、センサ出力変化量が閾値未満であるＮＯの場合には、現像装置２５中に何等かの異常が発生している（現像剤が未投入。）とみなし、ステップＳ１２において、異常発生の旨を表示し、現像装置２５の交換を促す。
【００７３】
上記のような現像剤の有無の判定は、例えば、トナー濃度制御と現像剤の有無判定とをＣＰＵ６１が行うようになっていれば、新規な機能部品、検出手段の追加・増設を行わずに、制御プログラムの変更などの現像装置の既存の機能を活用することにより実施できる。これにより、簡単で安価に現像剤の有無の判定を行うことができる。
【００７４】
なお、図９は、現像ローラ４４の回転速度を高速から低速に変更した場合のセンサ出力（出力電圧）の変化の一例を示している。アイドリング回転開始時の回転数は高速側のＮＨ（ｒｐｍ）であり、撹拌時間ｔ１において低速側の回転数ＮＬ（ｒｐｍ）に変更する。各出力電圧は、各回転数で回転開始後、一定時間経過後に一定の値に収束する。回転数ＮＨ（ｒｐｍ）の場合に収束する出力電圧はＶＨ（Ｖ）であり、回転数ＮＬの場合に収束する出力電圧はＶＬ（Ｖ）である。図９に示すように、回転数を高速側から低速側へ変更することにより出力電圧は上昇し、一定時間経過後に一定値に収束する。ここで、もし現像剤が投入されていた場合には、ＶＬ（Ｖ）とＶＨ（Ｖ）との間には閾値以上の差が見られる。一方、現像剤が未投入も場合には、ＶＬ（Ｖ）とＶＨ（Ｖ）との差は閾値未満である。この場合、収束に要する時間は、現像剤の特性などの諸条件により異なるが、アイドリング回転開始時からは約５分で収束し、回転数変更後からは約３０秒で収束する。
【００７５】
なお、上記回転速度の変更は、高速側から低速側、および低速側から高速側のどちらを選択することも可能であるが、高速側から低速側へ変更させるほうが好ましい。これにより、初期設定全体にかかる時間を短くすることができる。また、使用する現像剤の特性に応じて、最適な嵩密度となる回転数を上記低速側の回転数とし、それよりも高い回転数を上記高速側の回転数として用いれば、初期設定時に最適な嵩密度を有する現像剤を得ることができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上要するに、本発明によれば、現像剤を撹拌する撹拌速度を多段階に変更するとともに、その撹拌速度変化に対するトナー濃度センサの出力電圧の変化量を検出し、この検出結果と、上記トナー濃度センサに対して予め設定されている基準出力電圧との比較結果に基づいて現像剤の有無を判定することで、新規な機能部品、検出装置の追加・増設を行わずに、簡単に現像剤の有無を判定することができる。また、個々のトナー濃度センサの出力特性が異なっていても、現像剤の投入有無の判定結果にバラツキを発生させることがなく、安定した現像剤の投入有無判定を行うことができる。
【００７７】
ここで、現像剤の撹拌速度を少なくとも二種類の異なる速度に変更することで、変更前と変更後のトナー濃度センサの変化量と基準値とを比較して、現像剤の有無を判定することができる。
【００７８】
また、現像剤の撹拌速度を高速側から低速側へ変更することで、現像剤を高速で撹拌するほどトナー濃度センサの測定値を早く一定値に収束できることから、現像剤の有無の判定を短時間で完了することができる。
【００７９】
そして、トナー濃度センサの初期設定を行う際に現像剤を撹拌するアイドリング期間中に現像剤の有無の判定を実行することで、画像形成動作に入る前に、現像剤の有無を判定することができる。しかも、誤った状態での初期設定による誤ったトナー濃度制御を防止することができる。
【００８０】
更に、現像剤の撹拌速度変更前のトナー濃度センサの出力値と、現像剤の撹拌速度変更後のトナー濃度センサの出力値との変化量に基づき、トナー濃度センサの出力値の変化量が基準値未満の場合に現像剤未投入と判定する一方、基準値以上の場合に現像剤投入有りと判定することで、現像装置の撹拌速度の変更前後のトナー濃度センサの出力値の差によって現像装置への現像剤投入の有無を判定でき、個々のトナー濃度センサの異なる出力特性に左右されることなく現像剤の投入有無の判定結果を正確に行うことができる。
【００８１】
そして、現像装置の現像剤有無判定方法として、トナー濃度センサの初期設定操作を行う際に現像剤を撹拌するアイドリング回転の期間中に、多段階に変更した現像剤の撹拌速度の変化に対するトナー濃度センサによる濃度測定値の変化量を検出結果と、上記トナー濃度センサに対して予め設定されている基準出力電圧との比較結果に基づいて、現像剤の有無を判定することで、アイドリング回転の期間中に現像剤の有無の判定を行って初期設定前に現像剤の有無を判定し、現像装置中に現像剤が無い状態で初期設定工程に入ってしまうことを防止して、正常な初期設定を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる現像装置を備えたプリンタの全体の内部構成を示す概略図である。
【図２】現像装置の内部構成を示す概略図である。
【図３】差動トランス方式のトナー濃度センサの回路構成を示す概要図である。
【図４】トナー濃度に対する透磁率センサ出力値の特性を示す特性図である。
【図５】現像剤の撹拌時間に対するトナー濃度センサの出力電圧の特性を示す特性図である。
【図６】現像剤の嵩密度の高低変化に伴う、トナー濃度と透磁率センサ出力値との関係を示す特性図である。
【図７】現像ローラの回転数の高低変化に伴う、トナー濃度とトナー濃度センサの出力電圧との関係を示す特性図である。
【図８】現像装置の制御部による現像剤投入の有無を判定する工程の流れを示すフローチャート図である。
【図９】現像ローラの回転速度を高速から低速に変更した場合の現像剤の撹拌時間に対するトナー濃度センサの出力電圧の特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　プリンタ（画像形成装置）
２５　　　　　　　　　　現像装置
３０　　　　　制御部
４１　　　　　トナー濃度センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing device for developing an electrostatic latent image mounted on an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine that draws an image, and particularly to the presence or absence of a developer in a developing device in which a two-component developer is charged and used. It relates to the determination.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or a facsimile machine, an original is irradiated with light and an electrostatic latent image is formed on a photoconductor by light reflected from the original. An electrostatic latent image is printed on a recording sheet as a visible image, and an electric signal representing an external image is printed on a recording sheet as a visible image.
[0003]
This type of image forming apparatus includes a developing device, and forms a visible image using a developer. There are various kinds of developers, and among them, a developer composed of a toner and a magnetic carrier is called a two-component developer. In this two-component developer, toner is mixed at a fixed ratio with respect to a carrier having a fixed weight, and the ratio of the toner in the developer is defined as the toner concentration. Since the toner is consumed by the developing process, the toner density decreases as the image is recorded. That is, a decrease in the toner density leads to a decrease in the density of the formed image.
[0004]
Therefore, in order to always obtain an image having a constant density, the developing device controls the toner density so as to detect the toner density, supply the toner when the toner density decreases, and keep the toner density within an appropriate range.
[0005]
2. Description of the Related Art Generally, an image forming apparatus using a two-component developer (hereinafter, referred to as a developer) stirs a developer to charge a toner by friction, and then transfers the charged toner to an electrostatic latent formed on a photoconductor. A visible image is formed by electrostatically attaching the image. In such an image forming apparatus, as a toner density sensor for detecting a toner density, a magnetic permeability sensor for measuring a magnetic permeability obtained by a density of a magnetic carrier (hereinafter, referred to as a carrier) as a magnetic material is used. Therefore, the toner density sensor detects the density (density) of the carrier by detecting the magnetic permeability, and detects the density of the other components as the toner density. That is, since the toner density sensor reflects the density of the carrier with respect to the space, the air contained in the developer is also detected as the toner.
[0006]
The detected value of the above-described toner concentration sensor differs depending on the flow state of the magnetic material (developer) on the sensor surface. Therefore, it is necessary to perform the initial setting of the toner density sensor so that the developer having a known toner density is detected at a certain value, and perform the toner density control while the developing device is normally driven stably. is there.
[0007]
Since the toner concentration of a new developer set in the developing device is known in advance, normally, when a new developer is set in the developing device, the initial setting of the toner concentration sensor is performed using a known toner concentration value. Is performed. By this initial setting operation, an output characteristic indicating the relationship between the output value of the toner density sensor and the toner density in the developing device to be measured is determined.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a developing device into which a developer has not been charged is erroneously inserted into the image forming apparatus, an initial setting operation for controlling the toner density is performed on the developing device even though the developer does not exist. Then, the toner density sensor performs density measurement in a state where no developer is present in the case, and the measured value is initially set as a reference value for density control during image formation. That is, although only air exists on the sensor surface of the toner concentration sensor, the carrier concentration is naturally low in this state. Therefore, the toner concentration of the developer is detected as being high, and this is detected as a reference value for density control. I reckon.
[0009]
Then, preparation for use is completed in the same manner as when the developing device into which the developer has been inserted is inserted, and the image forming apparatus shifts to a standby state (a state in which an image can be formed). However, since no developer is supplied to the developing device, a trouble that no image is output occurs.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to perform image formation of a developing device by mistake when a developer is not supplied during a device maintenance work such as a periodic developer replacement. An object of the present invention is to provide a developing device and a method for determining the presence or absence of a developer that can prevent image formation in a state where the developer is not supplied even when the device is set in the device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, the developing device is mounted on an image forming apparatus that forms an image by an electrophotographic method, such as a copying machine, a facsimile, and a printer. The developing device has a developer including two components, a toner and a magnetic carrier, in a developing device, and forms an image using the developer. Further, the present developing device includes a toner concentration sensor and a control unit, and is configured to agitate the developer to make the state suitable for image formation. The toner concentration indicating the ratio of the toner in the developer is measured by a toner concentration sensor that detects the magnetic permeability of the developer.
[0012]
That is, in the developing device using the two-component developer, the toner is consumed by the developing process, while the magnetic carrier is kept in the developing device. Therefore, as the development process is repeated, the toner concentration of the developer decreases. Therefore, in such a developing device, toner is appropriately supplied in order to maintain the toner concentration of the developer.
[0013]
In this developing device, in order to obtain toner replenishment timing, the density sensor measures toner concentration based on the magnetic permeability of the developer.
[0014]
In this case, the magnetic permeability in the developer is determined by the concentration of the magnetic carrier in the developer. Therefore, the toner density sensor actually obtains the density (density) of the magnetic carrier by detecting the magnetic permeability, and further obtains the density of a component (toner) other than the magnetic carrier in the developer.
[0015]
Since this toner concentration sensor reflects the density of the magnetic carrier with respect to the space, the air contained in the developer is also detected as toner. Therefore, when the developer is agitated and air is entrapped, the measured value obtained by the toner density sensor changes even though the toner density itself does not change. Similarly, when the stirring speed is changed, the measurement value of the toner density sensor also changes. On the other hand, for example, when the developing device is set in the image forming apparatus in a state where the developer is not charged due to some operation mistake, even if the stirring speed is changed in the developing device, there is no developer. The sensor reading does not change.
[0016]
Therefore, the present developing device includes a control unit that detects the amount of change in the measured value of the toner density sensor when the stirring speed of the stirring member is changed in multiple stages, for example, from high speed to low speed, and It is possible to determine the presence or absence. That is, the controller changes the stirring speed in the developing device, and obtains the amount of change (difference) in the measured value of the toner density sensor before and after the change. Then, the control unit compares the magnitude of the change with a preset reference value (threshold). If the variation is equal to or greater than the reference value, it is determined that the developer is present. It is determined that there is no drug.
[0017]
As a result, in the developing device of the present invention, it is possible to easily determine the presence or absence of the developer without adding or adding a new functional component or a detecting device. Further, in the present developing device, the presence / absence of the developer in the developing device is determined based on the difference between the output values of the toner density sensor before and after the change of the stirring speed. Therefore, even if the output characteristics of the individual toner density sensors are different. In addition, there is no variation in the determination result of the presence or absence of the developer, and the stable determination of the presence or absence of the developer can be performed.
[0018]
Here, when the stirring speed of the developer is changed to at least two different speeds by the control unit, the stirring is performed at at least two types of stirring speed, and the change amount of the toner density sensor before and after the change is changed. By comparing the obtained change amount with a reference value (threshold value), it is possible to determine the presence or absence of the developer.
[0019]
In addition, when the stirring speed of the developer is changed from the high-speed side to the low-speed side by the control unit, it takes a certain time for the measured value of the toner concentration sensor to become constant if the developer is stirred. However, as the developer is stirred at a higher speed, the measured value of the toner density sensor converges to a constant value earlier, so that the determination of the presence or absence of the developer can be completed in a shorter time.
[0020]
When the determination of the presence or absence of the developer is performed during the idling period in which the developer is agitated when the initial setting of the toner density sensor is performed, the output value of the toner density sensor becomes a constant value when the developer is agitated. Since it takes a certain amount of time to settle down, the developer is agitated for a certain period of time and idling is rotated. Before starting the forming operation, it is possible to determine the presence or absence of the developer. Further, it is possible to prevent the initial setting in an erroneous state (a state in which the developer is not contained) and erroneous toner density control from being performed.
[0021]
Further, the control unit determines whether or not the developer is present based on the amount of change between the output value of the toner concentration sensor before the change in the stirring speed of the developer and the output value of the toner concentration sensor after the change in the stirring speed of the developer. When the change amount of the output value of the toner density sensor is less than the reference value, it is determined that the developer is not supplied. When the change amount of the output value of the toner density sensor is equal to or more than the reference value, it is determined that the developer is supplied. Based on the difference between the output values of the toner concentration sensor before and after the change in the stirring speed, the presence / absence of the developer supply to the developing device is determined. Even if the output characteristics of the individual toner concentration sensors are different, the result of the determination whether the developer is supplied is present. There will be no variation.
[0022]
Further, as a method for determining the presence or absence of the developer in the developing device, the following configuration is listed.
[0023]
That is, during the idling rotation for stirring the developer when performing the initial setting operation of the toner concentration sensor, the control unit changes the stirring speed of the developer in multiple stages, and the toner concentration sensor responds to the change in the stirring speed. The amount of change in the measured density value is detected, and the presence or absence of the developer is determined based on the result of comparison between the detected result and a reference output voltage preset for the toner density sensor.
[0024]
According to this specific matter, the presence or absence of the developer is determined during the idling rotation, and the presence or absence of the developer is determined before the initial setting. As a result, it is possible to prevent the initial setting step from being performed when there is no developer in the developing device, and normal initial setting is performed.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
[0026]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a printer as an image forming apparatus according to the present embodiment.
[0027]
In FIG. 1, a printer 1 forms an image by a well-known electrophotographic method, and is broadly divided into an exposure scanning unit 10, an image forming unit 20, and a control unit 30.
[0028]
The printer 1 is connected to an external host computer (not shown).
[0029]
Upon receiving the image signal sent from the external host computer, the control unit 30 performs necessary processing on the image signal to generate image data, and outputs a drive signal to the exposure scanning unit 10.
[0030]
The exposure scanning unit 10 irradiates the photosensitive drum 21 with the image data output from the control unit 30 as laser light. The exposure scanning unit 10 includes a laser diode 11, a collimating lens 12, a polygon motor 13, a polygon mirror 14, an fθ lens 15, and a folding mirror 16.
[0031]
The laser diode 11 receives a drive signal output from the control unit 30 and emits a laser beam. The collimating lens 12 passes the laser light and converts it into parallel light. The polygon motor 13 drives the polygon mirror 14 to rotate at a constant speed. The polygon mirror 14 has a mirror surface, and reflects and deflects the laser light on the mirror surface. The deflected laser light passes through the fθ lens 15. The return mirror 16 reflects the laser beam that has passed through the fθ lens 15 and performs exposure scanning on the surface of the photosensitive drum 21.
[0032]
The image forming section 20 includes a photosensitive drum 21, a cleaner 22, an eraser lamp 23, a charging charger 24, a developing device 25, a toner container 28, a transport belt 29, a transfer charger 31, a fixing device 32, a pair of discharge rollers 33, 33, and A paper output tray 34 is provided.
[0033]
A photoconductor is provided on the surface of the photoconductor drum 21. The cleaner 22 removes residual toner on the surface of the photoconductor before the above-described exposure scanning. The eraser lamp 23 irradiates the photoconductor drum 21 with light to remove electricity from the photoconductor surface. The charging charger 24 uniformly charges the surface of the photoconductor. When the photosensitive drum 21 is exposed to light by the exposure scanning unit 10 in a state where the surface of the photosensitive member is uniformly charged by the charging charger 24, an electrostatic latent image is formed on the photosensitive member on the surface.
[0034]
The electrostatic latent image on the surface of the photoconductor is developed by the developing device 25, and a toner image is formed on the surface of the photoconductor drum 21. The developing device 25 includes a developing device provided with a developing roller and a stirring device (not shown), and a toner cartridge 28 which is set above the developing device and supplies toner to the developing device as appropriate. The toner cartridge 28 is removable so that the user can easily replace it. The detailed configuration of the developing device 25 will be described later.
[0035]
Transfer paper (not shown) is transported from the paper cassette CS in synchronization with the rotation of the photosensitive drum 21. The transfer sheet is fed to a transfer position below the photosensitive drum 21 by a feed roller 35a, a pair of timing rollers 35b and 35b, and the transport belt 29. At this transfer position, the transfer charger 31 is installed on the back side of the transport belt 29, and transfers the toner image formed on the surface of the photosensitive drum 21 to the transfer paper by the electric charge.
[0036]
Then, the toner image transferred to the transfer paper is in an unstable state in which the toner image is immediately peeled off, and is conveyed to the fixing device 32 by the conveyance belt 29. The fixing device 32 presses the transfer paper at a high temperature to fix the toner. Thereafter, the transfer paper is discharged onto the paper discharge tray 34 by the discharge roller pairs 33, 33.
[0037]
The exposure scanning unit 10 has a structure (clamshell structure) that opens upward with a hinge as a fulcrum, and is capable of exchanging the toner cartridge 28 and processing a paper jam generated inside the printer. .
[0038]
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of the developing device 25. This developing device is a dry two-component magnetic brush developing system using a developer in which a toner and a carrier are mixed. The developing device 25 develops the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 21 into a visible image.
[0039]
As shown in FIG. 2, the developing device 25 includes a toner cartridge 28, which is a toner container for storing toner, and a developing device 46 filled with a developer including toner and carrier. Further, the developing device 25 includes a toner density control system 60 that works for controlling the toner density. In the developing device 46, a toner density sensor 41, a developing roller 44, and stirring rollers 45 are provided.
[0040]
The toner is stored in the toner cartridge 28 and is supplied to the developer in the developing device 46 as needed. The toner replenishing roller 47 is provided to replenish the toner in the toner cartridge 28 to the developing device 46 below. The two stirring rollers 45 stir the developer (carrier and toner) in the developing device 46 to frictionally charge the toner and carrier. The developing roller 44 supplies the mixed and stirred developer to the photosensitive drum 21. The developing roller 44 has a hollow cylindrical developing sleeve made of a non-magnetic metal such as aluminum alloy, brass, and SUS304 stainless steel, and a magnet roller in which a plurality of magnets for generating a magnetic field are fixed. As the developing roller 44, a roller that uses a developer to be magnetically adsorbed on the surface thereof while rotating only the developing sleeve and is conveyed and supplied to a developing unit that is in contact with the photosensitive drum 21 is used.
[0041]
The developing roller 44 and each stirring roller 45 are driven to rotate by a driving device (not shown) in response to an instruction from the control CPU 61.
[0042]
The toner density control system 60 includes a toner density sensor (magnetic permeability sensor) 41, a reference voltage generator 62, a comparator 63, a toner supply roller driving unit 64, a toner supply motor 65, a toner supply motor 65, a ROM, a RAM, and a control unit. It is composed of a CPU 61.
[0043]
The toner density sensor 41 is installed at the lower right of the developing device (mixing and stirring chamber) 46 of the developing device 25. The detecting surface 41a detects the toner density of the developer in the developing device 46, and a voltage (density detecting voltage) is used. Detected as
[0044]
The reference voltage generator 62 generates a reference voltage to be compared with the density detection voltage. This reference voltage indicates the reference concentration of the developer in the developing device 46. The comparator 63 compares the density detection voltage with the reference voltage, and outputs a drive signal to the toner supply roller driving unit 64 when the toner density in the developing device is low.
[0045]
While receiving the drive signal, the toner supply roller driving unit 64 drives the toner supply motor 65, which is the rotation drive source of the toner supply roller 47.
[0046]
Further, the RAM temporarily stores the read output voltage of the toner density sensor 41 and the like. The ROM stores programs such as toner density control.
[0047]
Next, the toner concentration sensor used in the developing device of the present invention will be described.
[0048]
In the developing device 25 of the present invention, a two-component developer is used, the developer is stirred and the toner is charged by friction, and the charged toner is electrostatically charged on the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 21. To form a visible image. In this type of developing device 21, a magnetic permeability sensor is used as a toner density sensor for measuring toner density. In this developing device, a differential transformer type toner density sensor 41 is used.
[0049]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a circuit configuration of the toner density sensor 41 of the differential transformer type. The toner density sensor 41 includes a primary coil 51, a reference coil 52, a detection coil 53, an AC power supply 54, a screw core 55, a developer 56, a phase comparison circuit 57, a smoothing circuit 58, and five input / output terminals 74a, 74b, and 74c. , 74d, 74e, and five lead lines 75a, 75b, 75c, 75d, 75e. As shown in FIG. 5, an AC power supply 54 is supplied to the primary coil 51 of the differential transformer. On the secondary side, two coils of substantially the same number of turns and of opposite polarity are wound in series, one of which serves as a reference coil 52 and the other serving as a detection coil 53.
[0050]
A screw core 55 having a high magnetic permeability is inserted near the primary coil 51 and the reference coil 52 so as to function as a magnetic core. The position of the screw core 55 is adjusted to reduce the inductance between the primary coil 51 and the reference coil 52. It can be adjusted. When the developer 56 or the magnetic substance (carrier) to be measured flows near the primary coil 51 and the detection coil 53, the developer 56 or the magnetic substance (carrier) acts as a magnetic core, and the primary coil 51 and the detection coil 53 are detected. The inductance between the coils 53 is changed. Since the magnitude of the inductance is determined by the amount of magnetic powder of the developer 56 or the magnetic toner acting as a magnetic core, the amount of magnetic powder, that is, the carrier concentration can be measured by the output voltage of the detection coil 53.
[0051]
Since the reference coil 52 and the detection coil 53 are connected in series with substantially the same number of turns and opposite polarities, the difference between the two coils can be taken out as an output. Further, the output of the AC voltage supplied to the primary coil 51 and the outputs of the reference coil 52 and the detection coil 53 which are the secondary side coils are exclusive-ORed by the phase comparison circuit 57, and the output signal is smoothed. The toner density is measured by smoothing in a circuit 58 and taking out as a DC voltage.
[0052]
The magnetic permeability sensor that measures the toner concentration by the above method detects the concentration of a magnetic carrier, which is a magnetic material, based on the magnetic permeability. Therefore, as shown in FIG. 4, when the toner density is low, the output value VT of the toner density sensor 41 is high, and when the toner density is high, the output value VT of the toner density sensor 41 is low. That is, in FIG. 4, when the toner density decreases from T0 to T1, the corresponding magnetic permeability sensor output value increases from VT0 to VT1. Therefore, since the toner density sensor 41 reflects the carrier density in the space, the air contained in the developer is also detected as the toner.
[0053]
Next, the relationship between the change in the state of the developer and the toner density sensor 41 will be described with reference to FIGS.
[0054]
The state of the developer changes when it is stirred. Therefore, it takes a certain amount of time for the developer to be in a stable state and for the measured value of the toner by the toner density sensor 41 to reach a constant value. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the stirring time and the measured value (output voltage) of the toner density sensor 41 when the developer is stirred. As shown in the drawing, the output voltage gradually decreases after the start of stirring, and reaches a constant value after a certain time has elapsed. For example, it takes about 5 minutes for the output voltage of 3.2 V to be constant at 2.5 V at the start of stirring.
[0055]
By the way, at the initial setting required for controlling the toner concentration of the developing device 25, the toner concentration of the developer must be appropriately measured. Therefore, before the initial setting, it is necessary to stir the developer to some extent and to make the measured value of the toner density sensor 41 substantially constant. The stirring operation performed before the initial setting is called idling rotation.
[0056]
Further, the magnetic permeability sensor used as the toner concentration sensor 41 in the present invention shows a remarkable dependence on the bulk (density) of the developer. FIG. 6 shows the relationship between the toner density and the output of the toner density sensor according to the change in the bulk density of the developer. A in the figure is a curve showing the output of the toner density sensor (magnetic permeability sensor) when the bulk density is high, and B in the figure is a curve showing the output of the toner density sensor when the bulk density is low.
[0057]
For example, an unused developer immediately after the replacement of the developer has a low bulk (high density, that is, the state of A in FIG. 6), and a developer sufficiently stirred in the developing device has a high bulk (density). Is low, that is, the state of B in FIG. 6). This is because, when stirring and mixing are performed as a property of the developer, the developer is electrostatically repelled by frictional charging, and the developer embraces air due to the stirring and mixing, so that the apparent bulk increases. It is. Regarding the relationship between the presence / absence of the stirring and mixing applied to the developer and the change in the bulk density, the same relationship is obtained for the speed and intensity of the stirring and mixing applied to the developer. That is, if the speed (strength) of the stirring and mixing of the developing device is low, the bulk of the developer is low (high density). Conversely, if the speed (strength) of the stirring and mixing is high, centrifugal force or the like acts, so The bulk of the agent is high (low density).
[0058]
Therefore, even if the toner concentration of the developer is the same, the characteristic that the bulk of the developer increases (as the density decreases) and the output value decreases. On the other hand, even if the output value of the magnetic permeability sensor is the same VT (V), the actual toner density is different. That is, the toner concentration TA (%) when the bulk of the developer is low is higher than the toner concentration TB (%) when the bulk of the developer is high. The output value of the magnetic permeability sensor decreases as the toner density increases. Therefore, the output value of the magnetic permeability sensor decreases as at least one of the bulk of the developer and the toner concentration increases.
[0059]
Next, the relationship between the stirring speed of the developer and the toner concentration will be described.
[0060]
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the rotation speed of the developing roller 44, which is the developer stirring speed, and the output of the toner density sensor 41. As shown in FIG. 7, when the stirring / mixing speed (the driving speed of the developing device 25) is low, that is, when the rotation speed of the developing roller 44 is low, the bulk of the developer is low (the density is high), and the toner density sensor The output voltage of 41 becomes high. When the stirring and mixing speed (the driving speed of the developing device 25) is high, the bulk of the developer is high (the density is low), and the output voltage of the toner density sensor 41 is low. In FIG. 7, the rotation speeds N1, N2, and N3 indicate the rotation speeds per time (that is, the rotation speed of the developing roller 44). For example, when the rotation speed of the developing roller 44 is low (N1), medium (N2), and high (N3), the output voltage increases in the order of N3, N2, and N1 if the toner density is the same. .
(In the present invention, the change of the stirring speed is handled by changing the rotation speed of the developing roller 44. This is because the transmission of the driving force of the normal developing device 25 is such that the developing roller shaft is driven by the input shaft of the driving force. The stirring roller shaft, agitator shaft, paddle shaft, and the like for mixing and stirring the developer are driven shafts that rotate by transmitting driving force from the developing roller shaft by a gear train. The change in the stirring speed can be handled by changing the number of revolutions of the developing roller shaft, which is the input shaft.The developing roller 44 and the stirring roller 45 are independently driven by a separate drive source, and the developing roller 44 It is also possible to change the stirring speed by fixing the rotation speed and changing only the rotation speed of the stirring roller 45.)
When this type of differential transformer type magnetic permeability sensor is used as the toner density sensor 41, even if the developer to be measured has the same toner density, the toner density of the developer after the bulk density has changed is There is a possibility that the toner density is detected differently from the actual toner density, resulting in erroneous detection of the toner density. For example, there is a printer that changes a driving speed of a developing device (a rotating speed of a developing roller) in accordance with a change in a rotating speed of a photosensitive drum in order to switch a pixel density of an image formed on a photosensitive member. In this printer, since the flow (flow velocity, flow rate, etc.) of the developer in the developing device changes, the bulk density of the developer changes. As a result, the toner density is not correctly detected by the toner density sensor 41, the toner density in the developing device becomes inappropriate, and an image having a stable image density cannot be output.
[0061]
As described above, the change in the bulk density of the developer due to the change in the rotation speed (change in the stirring speed) of the developing device 25 is an undesirable phenomenon during normal use. However, in the present invention, by utilizing this phenomenon in reverse, it is used for determining whether or not the developer has been introduced into the developing device 25.
[0062]
That is, when the developer is charged into the developing device 25, if the driving speed of the developing device 25 is changed, some change in the bulk density occurs in the internal developer. The output value of the density sensor 41 changes. On the other hand, when the developer is not supplied, the bulk density does not change even if the driving speed of the developing device 25 is changed, and the output value of the toner density sensor 41 hardly changes before and after the driving speed is changed.
[0063]
The developing device 25 in the present invention utilizes the above phenomenon. That is, in the present invention, the output value of the toner density sensor 41 generated by changing the stirring speed of the developing device 25 (the rotation speed of the developing roller 44) from, for example, a high speed side to a low speed side or from a low speed side to a high speed side. Is detected. Then, the presence / absence of the developer is determined by comparing the change amount with a reference value (threshold) for determining the presence / absence of the developer. The determination of the presence or absence of the developer is preferably performed at the time of replacement of the developer. Therefore, it is preferable that the determination of the presence or absence of the developer is performed during an idling rotation period before an initial setting for toner density control performed after the developing device 25 is mounted on the printer 1.
[0064]
Next, a process in which the control unit of the developing device 25 determines whether or not the developer is supplied will be described with reference to a flowchart of FIG.
[0065]
First, in step S1, the developing device 25 is mounted at a predetermined position of the printer 1, and in step S2, idling rotation is started at the high-speed rotation speed NH (rpm). Thereafter, in step S3, when the output voltage converges to a constant value, the output voltage VH (V) is detected by the toner density sensor 41.
[0066]
Next, in step S4, the number of revolutions of the idling rotation is changed from the high-speed side NH (rpm) to the low-speed side NL (rpm), and in step S5, the idling rotation is performed based on the low-speed side revolution number NL (rpm). . Thereafter, in step S6, when the output voltage converges to a constant value, the output voltage VL (V) is detected by the toner density sensor 41. Thereafter, in step S7, when the detection of the output voltage VL (V) is completed, the idling rotation is stopped.
[0067]
Thereafter, in step S8, a change amount (sensor output change amount: VL-VH) between the high-speed output voltage VH (V) and the low-speed output voltage VL (V) is calculated.
[0068]
Here, when the developer is charged into the developing device 25, when the rotation speed of the developing roller 44 is changed from the high speed side to the low speed side, VH (V) and VL (V) show different values. Therefore, a change amount equal to or larger than the threshold value is obtained. However, when the developer has not been supplied, even if the number of rotations of the developing roller 44 is changed, the amount of change is small and is smaller than the threshold value.
[0069]
Therefore, in step S9, the sensor output change amount calculated in step S8 is compared with a threshold value (a reference value of the sensor output change amount). At this time, the threshold value is a reference value for determining the presence or absence of the developer, and is a preset numerical value.
[0070]
The threshold value (reference value of the change amount of the output voltage) in step S8 in FIG. 8 is experimentally obtained. For example, a standard developing device to be applied is determined, a developer having a toner concentration that is normally expected to be used in the model is supplied, the developer is agitated on the high speed side and the low speed side, and the sensor output is output. Is monitored by monitoring the change in the sensor output when convergence is made, and taking the difference between the convergence values obtained in each case. However, it is necessary to increase the number of samplings by combining a developer and a toner concentration sensor of different production lots in consideration of product variation and the like. When the developer is not supplied, the change in the sensor output voltage hardly occurs and is at a level of less than 0.05V.
[0071]
Then, in step S9, it is determined whether or not the sensor output change amount in step S8 is equal to or greater than a threshold value. If the determination is YES that the sensor output change amount is equal to or greater than the threshold value, It is assumed that the developer has been properly charged in step S10, and an initial setting operation is performed in step S10. That is, the output voltage VL (V) is set as a reference value for toner density control. Thereafter, in step S11, the printer 1 is shifted to a standby state (a state where image formation can be performed).
[0072]
On the other hand, if the determination in step S9 is NO in which the sensor output change amount is less than the threshold value, it is considered that some abnormality has occurred in the developing device 25 (developer has not been supplied), and step S9 is performed. In S12, the fact that an abnormality has occurred is displayed, and replacement of the developing device 25 is prompted.
[0073]
The determination of the presence or absence of the developer as described above can be performed without adding / adding new functional components and detection means, for example, if the CPU 61 performs toner density control and determination of the presence / absence of the developer. The present invention can be implemented by utilizing existing functions of the developing device such as a change in a control program. This makes it possible to easily and inexpensively determine the presence or absence of the developer.
[0074]
FIG. 9 shows an example of a change in sensor output (output voltage) when the rotation speed of the developing roller 44 is changed from high speed to low speed. The rotation speed at the start of idling rotation is NH (rpm) on the high-speed side, and is changed to the rotation speed NL (rpm) on the low-speed side during the stirring time t1. Each output voltage converges to a certain value after a certain time elapses after the start of rotation at each rotation speed. The output voltage that converges at the rotation speed NH (rpm) is VH (V), and the output voltage that converges at the rotation speed NL is VL (V). As shown in FIG. 9, the output voltage rises by changing the rotation speed from the high speed side to the low speed side, and converges to a constant value after a lapse of a certain time. Here, if the developer has been supplied, a difference between the VL (V) and the VH (V) that is equal to or larger than the threshold is observed. On the other hand, when the developer is not yet supplied, the difference between VL (V) and VH (V) is less than the threshold. In this case, the time required for convergence differs depending on various conditions such as the characteristics of the developer, but converges in about 5 minutes from the start of idling rotation, and converges in about 30 seconds after changing the rotation speed.
[0075]
The rotation speed can be changed from either the high-speed side to the low-speed side or the low-speed side to the high-speed side, but it is preferable to change from the high-speed side to the low-speed side. As a result, the time required for the entire initial setting can be reduced. Also, according to the characteristics of the developer to be used, the rotation speed at which the optimum bulk density is obtained is set as the low-speed rotation speed, and the higher rotation speed is used as the high-speed rotation speed. A developer having a high bulk density can be obtained.
[0076]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the stirring speed for stirring the developer is changed in multiple stages, and the amount of change in the output voltage of the toner density sensor with respect to the change in the stirring speed is detected. By judging the presence or absence of the developer based on the comparison result with the reference output voltage set in advance for the sensor, the developer can be easily replaced without adding or adding new functional parts and detecting devices. The presence or absence can be determined. Further, even if the output characteristics of the individual toner density sensors are different, there is no variation in the determination result of the presence or absence of the developer, and the stable presence or absence of the developer can be determined.
[0077]
Here, by changing the stirring speed of the developer to at least two different speeds, the change amount of the toner density sensor before and after the change is compared with a reference value to determine the presence or absence of the developer. Can be.
[0078]
Also, by changing the stirring speed of the developer from the high speed side to the low speed side, the higher the speed of the stirring of the developer, the faster the measured value of the toner density sensor can be converged to a constant value. Can be completed in time.
[0079]
By performing the determination of the presence or absence of the developer during the idling period in which the developer is stirred when performing the initial setting of the toner density sensor, it is possible to determine the presence or absence of the developer before the image forming operation is started. it can. In addition, it is possible to prevent erroneous toner density control due to initial setting in an erroneous state.
[0080]
Further, based on the amount of change between the output value of the toner density sensor before changing the stirring speed of the developer and the output value of the toner concentration sensor after changing the stirring speed of the developer, the amount of change in the output value of the toner concentration sensor is used as a reference. If the value is less than the reference value, it is determined that the developer is not supplied, and if the value is equal to or more than the reference value, it is determined that the developer is supplied. It is possible to determine whether or not the developer is supplied to the toner, and to accurately determine whether or not the developer is supplied without being affected by different output characteristics of the individual toner density sensors.
[0081]
Then, as a method of determining the presence or absence of the developer in the developing device, the toner concentration with respect to the change in the stirring speed of the developer changed in multiple stages during the idling rotation for stirring the developer when performing the initial setting operation of the toner concentration sensor. The presence or absence of the developer is determined based on the comparison result between the detection result of the density measurement value of the sensor and the reference output voltage preset for the toner density sensor, and the idling rotation period is determined. During the initial setting, the presence / absence of the developer is determined, and the presence / absence of the developer is determined before the initial setting. Can be implemented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall internal configuration of a printer including a developing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an internal configuration of a developing device.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a circuit configuration of a differential transformer type toner density sensor.
FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating characteristics of an output value of a magnetic permeability sensor with respect to a toner concentration.
FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating a characteristic of an output voltage of a toner concentration sensor with respect to a stirring time of a developer.
FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a toner density and an output value of a magnetic permeability sensor according to a change in bulk density of a developer.
FIG. 7 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a toner density and an output voltage of a toner density sensor according to a change in the number of revolutions of a developing roller.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a flow of a process of determining whether a developer is supplied by a control unit of the developing device.
FIG. 9 is a characteristic diagram illustrating characteristics of an output voltage of a toner density sensor with respect to a stirring time of a developer when a rotation speed of a developing roller is changed from a high speed to a low speed.
[Explanation of symbols]
1 Printer (image forming device)
25 Developing device
30 control unit
41 Toner density sensor

Claims

A magnetic field is applied to a developer consisting of two components, toner and magnetic carrier, and a change in the magnetic permeability of the developer is detected to detect the toner concentration of the developer. A control unit that controls the toner density based on the
The control unit changes the stirring speed for stirring the developer in multiple stages, detects the amount of change in the output voltage of the toner density sensor with respect to the change in the stirring speed, and determines the detection result and the toner density sensor. A developing device for determining the presence or absence of a developer based on a result of comparison with a preset reference output voltage.

The developing device according to claim 1, wherein
The control device changes the stirring speed of the developer to at least two different speeds.

In the developing device according to claim 1 or 2,
The control device changes the stirring speed of the developer from a high speed side to a low speed side.

The developing device according to any one of claims 1 to 3,
The developing device is characterized in that the control unit performs the determination of the presence or absence of the developer during an idling period in which the developer is agitated when the initial setting of the toner density sensor is performed.

The developing device according to any one of claims 1 to 4,
The control unit determines the presence or absence of the developer based on the amount of change between the output value of the toner density sensor before the change in the stirring speed of the developer and the output value of the toner density sensor after the change in the stirring speed of the developer. When the amount of change in the output value of the toner density sensor is less than the reference value, it is determined that the developer is not supplied, and when the amount of change is greater than the reference value, it is determined that the developer is supplied. Developing device.

An image forming apparatus comprising the developing device according to any one of claims 1 to 5.

Using a toner concentration sensor that detects the magnetic permeability of a developer composed of two components, a toner and a magnetic carrier, and measures the toner concentration of the developer in the developing device, and a control unit that controls the stirring speed of the developer. A method for determining the presence or absence of a developer of a developing device to be performed,
During the idling rotation of stirring the developer when performing the initial setting operation of the toner concentration sensor, the control unit changes the stirring speed of the developer to multiple stages,
Detecting the amount of change in the density measurement value by the toner density sensor with respect to the change in the stirring speed,
The presence or absence of a developer is determined based on a comparison result between the detection result and a reference output voltage preset for the toner concentration sensor. Judgment method.