JP2006276630A - Toner concentration controller - Google Patents
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本発明は、電子写真方式の画像形成装置の現像器に取り付けられ、制御端子に印加される制御電圧に基づいて感度勾配を変えずに出力電圧を調整する信号処理部を備えたインダクタンス検知型のトナー濃度センサと、前記現像器にトナーを補給するトナー補給機構と、前記トナー濃度センサによる検出トナー濃度に基づいて前記トナー補給機構を制御するトナー濃度制御部を備えたトナー濃度制御装置に関する。 The present invention is an inductance detection type equipped with a signal processing unit which is attached to a developing device of an electrophotographic image forming apparatus and adjusts an output voltage without changing a sensitivity gradient based on a control voltage applied to a control terminal. The present invention relates to a toner density control device including a toner density sensor, a toner supply mechanism that supplies toner to the developing device, and a toner density control unit that controls the toner supply mechanism based on a toner density detected by the toner density sensor.
従来の画像形成装置は、トナー濃度センサが現像器に設けられ、前記制御電圧を調整する可変抵抗器が搭載された中継基板を介してその検出信号がトナー濃度制御部に入力されるように実装され、現像器に取り付けたトナー濃度センサの感度ばらつきや機差による感度ばらつきを吸収して、目標制御濃度の前後で最も感度特性が良くなるように中継基板に設けられた可変抵抗器を調整する校正作業が行なわれていた。 A conventional image forming apparatus is mounted such that a toner density sensor is provided in a developing unit, and a detection signal is input to a toner density control unit via a relay substrate on which a variable resistor for adjusting the control voltage is mounted. The variable resistor provided on the relay board is adjusted so that the sensitivity characteristic is improved before and after the target control density by absorbing the sensitivity variation of the toner density sensor attached to the developing device and the sensitivity variation due to machine difference. Calibration work was underway.
上述の可変抵抗器による調整電圧はトナー濃度制御部に入力され、その電圧入力値に対応する所定の制御電圧がトナー濃度制御部から信号処理部に設定入力されるように構成されており、上述の校正作業は通常は製造時に行なわれるもので、出荷された後には保守技術者によるメンテナンス時に調整される程度であった。 The adjustment voltage by the variable resistor described above is input to the toner density control unit, and a predetermined control voltage corresponding to the voltage input value is set and input from the toner density control unit to the signal processing unit. The calibration work is normally performed at the time of manufacture, and after shipping, it is adjusted to the degree of maintenance by a maintenance engineer.
一方、磁性粒子による帯電部材を該像担持体に当接させ、帯電バイアスを該帯電部材へ印加することで該像担持体の帯電を行う帯電装置と、トナー粒子と該帯電部材に使用した磁性粒子と透磁率の異なる磁性キャリア粒子から成る二成分現像剤を使用する画像形成装置においては、透磁率の異なる磁性粒子の影響で同一のトナー濃度であっても異なる値が出力される虞のあるときにトナー濃度を適正に維持するために上述の制御電圧を調整する技術が提案されている。
しかし、上述した従来のトナー濃度制御装置によれば、一定に調整された制御電圧の下であっても画像形成装置の使用状況や使用環境によってトナーの帯電量が変化し、それに応じてトナー濃度センサの出力値が変動するため、当該制御電圧で調整された感度特性の飽和領域にずれて正確な検出が困難になるという問題があった。例えば、トナーの帯電量が低下するとキャリアの嵩密度が増して出力電圧が高い側の飽和領域に近づき、逆にトナーの帯電量が上昇するとキャリアの嵩密度が低下して出力電圧が低い側の飽和領域に近づくのである。また、トナー濃度が低下した場合にもキャリアの嵩密度が増して出力電圧が高い側の飽和領域に近づくのである。 However, according to the above-described conventional toner concentration control device, the toner charge amount varies depending on the use state and use environment of the image forming apparatus even under a constant control voltage, and the toner concentration is accordingly changed. Since the output value of the sensor fluctuates, there is a problem that accurate detection is difficult due to a shift to the saturation region of the sensitivity characteristic adjusted by the control voltage. For example, when the toner charge amount decreases, the carrier bulk density increases and approaches the saturation region where the output voltage is high, and conversely when the toner charge amount increases, the carrier bulk density decreases and the output voltage is low. It approaches the saturation region. Further, even when the toner concentration is lowered, the bulk density of the carrier is increased and approaches the saturation region on the higher output voltage side.
また、通常は感度特性のよい領域に設定されたある閾値よりも出力電圧が高くなるとトナー濃度制御部によりトナー補給機構が作動制御されてトナーが現像器に補給され、所定時間トナー補給機構が作動してもトナー濃度センサの値が低下しない場合にはトナー補給機構のトナーカートリッジにトナーが無いトナーエンプティと判断されるのであるが、出力電圧が高い側の飽和領域に近づいている場合にトナー補給機構を作動させてもトナー濃度センサの値が容易に低下せず、トナーエンプティと誤検出される虞があるという問題もあった。 Also, when the output voltage becomes higher than a certain threshold that is normally set in a region with good sensitivity characteristics, the toner replenishment mechanism is controlled by the toner density control unit to replenish the toner to the developer, and the toner replenishment mechanism is activated for a predetermined time. If the value of the toner density sensor does not decrease, it is determined that the toner cartridge of the toner replenishment mechanism has no toner, but toner replenishment is performed when the output voltage approaches the high saturation region. Even if the mechanism is operated, the value of the toner density sensor does not easily decrease, and there is a problem that it may be erroneously detected as toner empty.
そこで、制御電圧を制御することも考えられるが、制御電圧を変更すると同一のトナー濃度であっても出力電圧が異なるために適正に制御できなくなるという問題があった。 Therefore, it is conceivable to control the control voltage. However, if the control voltage is changed, there is a problem in that the output voltage is different even if the toner density is the same, so that the control cannot be properly performed.
本発明は、上述の従来欠点に鑑み、画像形成装置の使用状況や使用環境にかかわらず正確にトナー濃度を検出でき、またトナーエンプティの誤検出を回避できるトナー濃度制御装置を提供する点にある。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described conventional drawbacks, the present invention is to provide a toner concentration control device that can accurately detect the toner concentration regardless of the use state and use environment of the image forming apparatus and can avoid erroneous detection of toner empty. .
上述の目的を達成するため、本発明によるトナー濃度制御装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項1に記載した通り、電子写真方式の画像形成装置の現像器に取り付けられ、制御端子に印加される制御電圧に基づいて感度勾配を変えずに出力電圧を調整する信号処理部を備えたインダクタンス検知型のトナー濃度センサと、前記現像器にトナーを補給するトナー補給機構と、前記トナー濃度センサによる検出トナー濃度に基づいて前記トナー補給機構を制御するトナー濃度制御部を備えたトナー濃度制御装置であって、前記制御電圧の切り替えの前後における出力電圧の相関関係に基づいて前記出力電圧を補正する補正処理部が設けられている点に有る。 In order to achieve the above object, a first characteristic configuration of a toner concentration control device according to the present invention is attached to a developing unit of an electrophotographic image forming apparatus as described in claim 1 of the claims. And an inductance detection type toner density sensor having a signal processing unit for adjusting an output voltage without changing a sensitivity gradient based on a control voltage applied to a control terminal, and a toner supply mechanism for supplying toner to the developer And a toner concentration control device comprising a toner concentration control unit that controls the toner replenishment mechanism based on the toner concentration detected by the toner concentration sensor, based on a correlation between output voltages before and after switching of the control voltage. Thus, a correction processing unit for correcting the output voltage is provided.
上述の構成によれば、制御電圧を変更しても補正処理部によりその前後における出力電圧の相関関係に基づいて出力電圧が補正されるので、検出電圧の連続性が確保され、トナー濃度の変動を正確に把握できるようになるのである。従って、トナー濃度センサの出力電圧が飽和領域に近づいたときに制御電圧を調整することにより常に感度特性のよい領域でトナー濃度をモニターできるようになる。 According to the above-described configuration, even if the control voltage is changed, the output voltage is corrected based on the correlation between the output voltages before and after the correction processing unit, so that the continuity of the detected voltage is ensured and the toner density varies. Can be accurately grasped. Therefore, by adjusting the control voltage when the output voltage of the toner concentration sensor approaches the saturation region, the toner concentration can always be monitored in a region with good sensitivity characteristics.
同第二の特徴構成は、同請求項2に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記制御電圧が湿度に基づいて切り替えられる点にあり、これにより周辺環境が変化する場合であっても正確にトナー濃度を検出できるようになる。 As described in claim 2, the second feature configuration is that, in addition to the first feature configuration described above, the control voltage is switched based on humidity, whereby the surrounding environment changes. Even if it exists, the toner density can be accurately detected.
同第三の特徴構成は、同請求項3に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記制御電圧が前記現像器の動作時間または画像形成ボリュームに基づいて切り替えられる点にあり、これにより現像器の動作時間によるトナー濃度の変動を正確に検出できるようになる。 In the third feature configuration, in addition to the first or second feature configuration described above, the control voltage is switched based on an operating time of the developing device or an image forming volume. Accordingly, it is possible to accurately detect a change in toner density due to the operation time of the developing device.
同第四の特徴構成は、同請求項4に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記制御電圧がトナー濃度に基づいて切り替えられる点にあり、これにより常にトナー濃度を感度のよい領域で検出できるようになる。 The fourth characteristic configuration is that, in addition to any of the first to third characteristic configurations described above, the control voltage is switched based on toner density. As a result, the toner density can always be detected in a sensitive area.
同第五の特徴構成は、同請求項5に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記トナー濃度センサが取り付けられた現像器が複数設置され、前記制御電圧が現像器毎に独立して切り替えられる点にあり、これにより現像器毎にトナー濃度を正確に検出できるようになるのであり、夫々のトナー濃度を適正に制御できるようになる。
In the fifth feature configuration, as described in
以上説明した通り、本発明によれば、画像形成装置の使用状況や使用環境にかかわらず正確にトナー濃度を検出でき、またトナーエンプティの誤検出を回避できるトナー濃度制御装置を提供することができるようになった。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a toner concentration control device that can accurately detect the toner concentration regardless of the use state and use environment of the image forming apparatus and can avoid erroneous detection of toner empty. It became so.
以下に本発明によるトナー濃度制御装置の実施形態を説明する。図1及び図2に示すように、電子写真方式の現像装置は、補充トナーが充填されたトナーカートリッジ10と、前記トナーカートリッジ10からトナーが供給される現像器20と、それら間を接続するトナー供給路30を備えて構成され、前記トナーカートリッジ10から前記トナー供給路30を介して前記現像器20にトナーが落下供給されるように構成されている。
Embodiments of a toner concentration control apparatus according to the present invention will be described below. As shown in FIGS. 1 and 2, the electrophotographic developing device includes a
前記トナーカートリッジ10の背面側には、画像形成装置の本体背面側に設けられたトナー供給モータ(図示せず)の駆動ギヤと噛み合って駆動される従動ギヤ機構を設けてあり、図2(a)に示すように、当該従動ギヤ機構に連動して軸P周りに互いに逆方向に回転するスクリューコンベア機構8aと、前記軸P1に平行な軸心周りに回転して、前記スクリューコンベア機構8aに向けて内部のトナーを攪拌しながら供給する攪拌機構8b,8cとで前記トナー供給機構8を構成してあり、前記攪拌機構8a,8bは、ローラの周方向に突出した攪拌羽根81,82により内部に充填されたトナーを前記スクリューコンベア機構8aの搬送羽根に向けて供給するように構成してある。
On the back side of the
前記トナーカートリッジ10のケース底部であって、前記スクリューコンベア機構8aによるトナー搬送側端部には、前記垂直供給路2の上部開口に臨むように開閉自在なトナー供給口10aを形成してあり、前記スクリューコンベア機構8aにより搬送されたトナーが前記トナー供給口10aから前記トナー供給路30を経由して前記現像器20に落下供給される。つまり、前記トナーカートリッジ10及びトナー供給モータによりトナー補給機構が構成されている。
A
前記トナーカートリッジ10は、画像形成装置本体側に設けたガイドレール機構11に摺動して挿脱自在に保持され、前記ガイドレール機構11に沿って挿入操作するときに、前記ガイドレール11に設けられた係合部(図示せず)に前記トナー供給口10aの蓋体(図示せず)が係合して開放され、離脱操作するときに前記蓋体が閉塞するように構成してあり、これにより前記トナーカートリッジ10の交換作業または前記トナーカートリッジ10へのトナーの追加作業時に充填されたトナーの当該トナー供給口10aからの零れが防止される。
The
前記現像器20は、図2(b),(c)に示すように、トナーとキャリアでなる二成分方式の現像剤27が収容された現像容器の長手方向に、N極とS極を交互に着磁した固定マグネットローラ51を内包する回転スリーブ22と、回転スリーブ22の現像位置より回転方向上流側に配置したスリーブ23とを備え、固定マグネットローラ21の磁力を利用して回転スリーブ22上に担持させた現像剤をスリーブ23の周面と接触させて層厚規制した後に現像位置Aに導くように構成され、スリーブ23内に回動可能な1極のマグネット24を配置して構成される。前記現像器20はマグネット24の回動位置をモータなどのアクチュエータにより制御することにより現像の停止または許容を切り替えるように構成され、図2(b)に示すように、マグネット24が固定マグネットローラ21と離間した位置に回動されると、固定マグネットローラ21の磁力により回転スリーブ22上に担持された現像剤25がスリーブ23の周面と接触して層厚規制された後に感光体への現像位置Aに導かれて現像が許容され、図2(c)に示すように、マグネット24が層厚規制位置B近傍まで回動されると、対向する固定マグネットローラ21の磁極であるN極とマグネット24の磁極であるS極により磁気ブリッジが形成されて現像剤25の供給が遮断されて現像が停止される。
As shown in FIGS. 2B and 2C, the developing
図3(b)に示すように、前記現像容器26の底面には、検出部28aが内部に臨むように配置されたトナー濃度センサ28が設けられ、その検出信号が後述のトナー濃度制御部に入力されるように構成されている。
As shown in FIG. 3B, a
前記トナー濃度センサ28は、図3(a)に示すように、駆動コイルL1、検出コイルL3、基準コイルL2が同一コアに設けられ、発振器1からの発振出力が駆動コイル2に印加されたときに、検出コイルL3と基準コイルL2の差動出力によりトナー濃度を検出する差動トランス方式のセンサで、検出コイルL3の出力及び駆動コイルL1の印加電圧が信号処理回路5に入力されトナー濃度信号として出力されるように構成されている。基準コイルL2と検出コイルL3の中点にコンデンサ4と可変容量ダイオード2を直列接続して接続され、可変容量ダイオード2に抵抗3(制御端子7に接続されている)を介して印加される制御電圧により感度勾配を変えずに出力電圧が調整される信号処理部6が設けられている。尚、このようなインダクタンス検知型トナー濃度センサの信号処理部6は、特許第2894754号公報や特開平2−156150号公報等に記載された技術を用いて適宜構成することができる。
As shown in FIG. 3A, the
本発明によるトナー濃度制御装置は、図4に示すように、上述のトナー濃度センサ28と、前記現像器20にトナーを補給するトナー補給機構と、前記トナー濃度センサ28による検出トナー濃度に基づいて前記トナー補給機構を制御するトナー濃度制御部40と、前記制御電圧の切り替えの前後における出力電圧の相関関係に基づいて前記出力電圧を補正する補正処理部43を備えて構成される。
As shown in FIG. 4, the toner density control device according to the present invention is based on the above-described
前記トナー濃度制御部40は、図6に示すように、通常の制御電圧を7Vに設定してトナー濃度センサ28による検出電圧が基準値の2.5V以上に上昇したときにトナー補給モータを作動させることにより前記現像器20内のトナー濃度が所定範囲に収まるように制御されている。
As shown in FIG. 6, the
しかし、湿度が上昇して現像器20内のトナーの帯電量が低下したり、濃度の高い複写動作を足す旨い継続すると相対的にキャリアの嵩密度が増して出力電圧が高い側の飽和領域に近づき、逆に多数枚の複写動作等の要因でトナーの帯電量が上昇するとキャリアの嵩密度が相対的に低下して出力電圧が低い側の飽和領域に近づき、トナー濃度が低下した場合にもキャリアの嵩密度が増して出力電圧が高い側の飽和領域に近づく。このようなときにはトナー濃度の変化に対して検出電圧の変化が僅かとなり正確にトナー濃度を検出できなくなる虞がある。例えば、出力電圧が高い側の飽和領域に近づくとトナー補給機構を作動させても電圧の変化が検出できずにトナーカートリッジ10内のトナーが消費されてしまったと誤検出する場合がある。
However, if the humidity increases and the charge amount of the toner in the developing
そこで、トナー濃度制御部40は出力電圧が高い側の飽和領域に近づくと、制御電圧を例えば6Vに低下させて感度のよい領域でトナー濃度を検出し、出力電圧が低い側の飽和領域に近づくと、制御電圧を例えば8Vに上昇させて感度のよい領域でトナー濃度を検出するように制御電圧を変化させるように制御する。
Therefore, when the toner
このように制御電圧を変化させることにより僅かなトナー濃度の変化も十分に検出できるようになるが、制御電圧が変わると同じトナー濃度であっても出力電圧が異なるため、補正処理部43により制御電圧の切り替えの前後における出力電圧の相関関係に基づいて前記出力電圧を補正するように構成してある。詳述すると、補正処理部43は、予め制御電圧の調整範囲におけるトナー濃度センサ28の出力特性をテーブルデータとして備えてあり、何れの制御電圧であっても正確なトナー濃度に変換できるように構成してあるのである。このように構成することにより制御電圧を変化させても常にトナー濃度を正確に検出できるようになるので、例えば、トナーカートリッジ10内のトナーが消費されてしまったと誤検出するような不都合も解消されるようになる。
By changing the control voltage in this way, even a slight change in toner density can be detected sufficiently. However, if the control voltage changes, the output voltage will be different even at the same toner density. The output voltage is corrected based on the correlation between the output voltages before and after the voltage switching. More specifically, the
具体的には、画像形成装置内に湿度センサ41を設けて所定湿度より上昇したときに制御電圧を下げ、検出トナー濃度が所定値より低下したときに制御電圧を下げ、複写枚数カウンタ42を設けて所定枚数の連続複写が行なわれたときに制御電圧を上昇させることにより適切に制御電圧を制御できる。画像形成ボリュームを検出する複写枚数カウンタ42としては複写枚数をカウントするもの以外に印字される画素数をカウントするもので代用することも可能である。さらに、とナーの帯電量に影響を与える現像器20の動作時間を検出して連続作動時間が予め設定された所定時間を経過するときに制御電圧を切り替えてもよい。
Specifically, a
さらにカラー画像形成装置であれば、このような制御電圧の切り替え制御を各色に対応した現像器毎に行なうことにより各現像器のトナー濃度制御を正確に行なうことができる。 Further, in the case of a color image forming apparatus, the toner density of each developing device can be accurately controlled by performing such control voltage switching control for each developing device corresponding to each color.
上述のトナー濃度制御部40による制御電圧の切り替えは、通常、画像形成装置を制御するマイクロコンピュータとその制御プログラムの一部で構成することができるが、図5に示すように、ハードウェア回路で構成することもできる。即ち、湿度センサの出力を所定電圧と比較する比較回路CMP1とその結果でオンオフするスイッチングトランジスタTR1、トナーセンサの出力を所定電圧と比較する比較回路CMP2とその結果でオンオフするスイッチングトランジスタTR2、枚数カウンタの値によりオンオフするスイッチングトランジスタTR1とそれらに接続された抵抗値によって制御電圧を調整するオペアンプAMP1等で構成することができる。
Switching of the control voltage by the toner
上述の実施形態は、本発明の一例であり、制御電圧値も例示に過ぎず、これらの値に限定するものではなく、適宜設定することができるものである。また、上述の制御ブロック構成やハードウェア回路も特に限定されるものではなく、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能なものである。 The above-described embodiment is an example of the present invention, and the control voltage value is merely an example, and is not limited to these values, and can be set as appropriate. Further, the above-described control block configuration and hardware circuit are not particularly limited, and can be appropriately changed and designed within a range where the effects of the present invention can be achieved.
28:トナー濃度センサ
40:トナー濃度制御部
41:湿度センサ
42:枚数カウンタ
43:補正処理部
28: Toner density sensor 40: Toner density control unit 41: Humidity sensor 42: Number counter 43: Correction processing unit
Claims (5)
前記制御電圧の切り替えの前後における出力電圧の相関関係に基づいて前記出力電圧を補正する補正処理部が設けられているトナー濃度制御装置。 An inductance detection type toner density sensor equipped with a signal processing unit that is attached to a developing device of an electrophotographic image forming apparatus and that adjusts an output voltage without changing a sensitivity gradient based on a control voltage applied to a control terminal; A toner concentration control device comprising a toner replenishing mechanism for replenishing toner to the developing device, and a toner concentration control unit for controlling the toner replenishing mechanism based on a toner concentration detected by the toner concentration sensor,
A toner concentration control device provided with a correction processing unit that corrects the output voltage based on a correlation between output voltages before and after switching of the control voltage.
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