JP5796505B2 - Toner concentration detection device, image forming apparatus, and toner concentration detection method - Google Patents

Toner concentration detection device, image forming apparatus, and toner concentration detection method Download PDF

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Description

本発明は、2成分現像剤のトナー濃度を検出する装置および方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and method for detecting the toner concentration of a two-component developer.

電子写真式の画像形成装置において、トナーと磁性キャリアとを混合した2成分現像剤が用いられている。静電潜像の現像に際して、2成分現像剤のうちのトナーのみが像担持体(感光体)に付着し、磁性キャリアは現像ユニット内に残る。現像ユニット内でのトナーと磁性キャリアとの混合比を一定に保つため、現像によって消費された分のトナーが現像ユニットに補給される。磁性キャリアは繰り返し使用される。トナーの補給は、現像ユニット内の2成分現像剤におけるトナー濃度の検出値に基づいて制御される。   In an electrophotographic image forming apparatus, a two-component developer in which toner and a magnetic carrier are mixed is used. When developing the electrostatic latent image, only the toner of the two-component developer adheres to the image carrier (photoconductor), and the magnetic carrier remains in the developing unit. In order to keep the mixing ratio of the toner and the magnetic carrier in the developing unit constant, the toner consumed by the development is supplied to the developing unit. Magnetic carriers are used repeatedly. Replenishment of toner is controlled based on a detected value of toner density in the two-component developer in the developing unit.

一般に、2成分現像剤のトナー濃度はLC発振回路によって検出される。トナー濃度センサーとしてのLC発振回路は、2成分現像剤の混合比に応じた周波数の発振信号を出力する。LC発振回路におけるコイルのインダクタンスが2成分現像剤の混合比で決まる透磁率に依存するので、混合比に応じて発振周波数が変化する。したがって、発振周波数を検出すれば、トナー濃度を算定することができる。   Generally, the toner concentration of the two-component developer is detected by an LC oscillation circuit. The LC oscillation circuit as a toner density sensor outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the mixing ratio of the two-component developer. Since the inductance of the coil in the LC oscillation circuit depends on the magnetic permeability determined by the mixing ratio of the two-component developer, the oscillation frequency changes according to the mixing ratio. Therefore, the toner density can be calculated by detecting the oscillation frequency.

従来、LC発振回路のコイルをプリント配線技術によって形成したトナー濃度センサーが知られている。平板状のコイルを有するこのトナー濃度センサーは、磁性体のコアに導線を巻き付けた立体型のコイルを有するセンサーと比べて、感度に優れかつ小型であるという利点をもつ。   Conventionally, a toner density sensor in which a coil of an LC oscillation circuit is formed by a printed wiring technique is known. This toner concentration sensor having a flat coil has an advantage that it is excellent in sensitivity and small in size as compared with a sensor having a three-dimensional coil in which a conductor is wound around a magnetic core.

トナー濃度センサーの温度特性の影響を低減する次の先行技術がある。特許文献1では、プリントコイルをその抵抗値が所定範囲内に収まるように形成し、それによって環境温度の変化に因る発振周波数の変動量が許容値を超えないようにすることが提案されている。特許文献2では、2成分現像剤の混合比に応じてインダクタンスが変化する位置にコイルを配置した第1の発振回路と、インダクタンスが変化しない位置にコイルを配置した第2の発振回路とを用いてトナー濃度を検出することが開示されている。二つの発振回路の発振周波数の差を求めれば、各発振回路の温度特性が打ち消されたトナー濃度検出値が得られる。   There are the following prior arts that reduce the influence of the temperature characteristics of the toner density sensor. In Patent Document 1, it is proposed that the printed coil is formed so that its resistance value falls within a predetermined range, and thereby the variation amount of the oscillation frequency due to the change of the environmental temperature does not exceed the allowable value. Yes. In Patent Document 2, a first oscillation circuit in which a coil is arranged at a position where the inductance changes according to a mixing ratio of the two-component developer and a second oscillation circuit in which the coil is arranged at a position where the inductance does not change are used. It is disclosed that the toner density is detected. If the difference between the oscillation frequencies of the two oscillation circuits is obtained, a toner density detection value in which the temperature characteristics of the oscillation circuits are canceled can be obtained.

特開平11−223620号公報JP-A-11-223620 特開2010−266761号公報JP 2010-267661 A

上記特許文献1に記載の技術によれば、トナー濃度検出における環境温度の変化の影響を低減することができる。しかし、コイルの抵抗値が所望の範囲内の値であるトナー濃度センサーを量産するには、コイルパターンのサイズ、厚さ、およびパターン幅を均一にする生産技術が必要である。パターンサイズが小さいほど、厚さや幅の均一化が難しい。このため、ある程度以上の大きさのプリント基板を用いかつ製造条件を厳しく管理しなければならないので、トナー濃度センサーの製造コストが高くなってしまう。   According to the technique described in Patent Document 1, it is possible to reduce the influence of changes in environmental temperature in toner concentration detection. However, in order to mass-produce a toner density sensor whose coil resistance value is within a desired range, a production technique for making the size, thickness, and pattern width of the coil pattern uniform is necessary. The smaller the pattern size, the more difficult it is to make the thickness and width uniform. For this reason, it is necessary to use a printed circuit board having a size larger than a certain size and to strictly control the manufacturing conditions, which increases the manufacturing cost of the toner density sensor.

また、上記特許文献2の開示のように二つのコイルを形成する場合は、相応のサイズのプリント基板が必要である。加えて、温度特性を打ち消すために二つのコイルのサイズ、厚さ、およびパターン幅を揃える必要がある。したがって、この場合にも、トナー濃度センサーの製造コストが高くなってしまう。   In addition, when two coils are formed as disclosed in Patent Document 2, a printed circuit board having an appropriate size is required. In addition, the sizes, thicknesses, and pattern widths of the two coils must be made uniform in order to cancel the temperature characteristics. Therefore, also in this case, the manufacturing cost of the toner density sensor is increased.

本発明は、このような事情に鑑み、トナー濃度センサーとしての発振回路のコイルの構造上の制約を緩和することを目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION In view of such circumstances, an object of the present invention is to alleviate restrictions on the structure of a coil of an oscillation circuit as a toner concentration sensor.

上記目的を達成する装置は、2成分現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置であって、前記2成分現像剤の透磁率に応じた周波数で発振する発振回路と、前記発振回路の発振周波数を検出する周波数検出部と、前記発振回路の発振開始電圧を検出する電圧検出部と、前記発振回路の動作環境温度を検出する温度検出部と、前記発振回路における発振開始電圧と発振周波数の温度特性との関係を示す情報を用いて、前記温度検出部によって検出された動作環境温度および前記電圧検出部によって検出された発振開始電圧に基づいて、前記周波数検出部によって検出された発振周波数を補正する補正部と、を備え、前記補正部によって補正された発振周波数をトナー濃度情報として出力する。   An apparatus that achieves the above object is a toner concentration detection device that detects the toner concentration of a two-component developer, an oscillation circuit that oscillates at a frequency corresponding to the magnetic permeability of the two-component developer, and oscillation of the oscillation circuit A frequency detection unit for detecting a frequency, a voltage detection unit for detecting an oscillation start voltage of the oscillation circuit, a temperature detection unit for detecting an operating environment temperature of the oscillation circuit, and an oscillation start voltage and an oscillation frequency of the oscillation circuit Based on the operating environment temperature detected by the temperature detection unit and the oscillation start voltage detected by the voltage detection unit, the oscillation frequency detected by the frequency detection unit is obtained using information indicating the relationship with the temperature characteristics. A correction unit that corrects the oscillation frequency, and outputs the oscillation frequency corrected by the correction unit as toner density information.

本発明によれば、トナー濃度センサーとしての発振回路のコイルの構造上の制約を緩和して発振回路の製造コストを低減することができ、かつ環境温度の変化に応じたトナー濃度検出を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the manufacturing cost of the oscillation circuit by relaxing the structural restrictions of the coil of the oscillation circuit as the toner concentration sensor, and to realize the toner concentration detection according to the change of the environmental temperature. be able to.

本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. トナー濃度センサーの配置例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of arrangement of toner density sensors. トナー濃度センサーの構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a toner density sensor. トナー濃度センサーを含むトナー濃度検出装置の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a toner concentration detection device including a toner concentration sensor. トナー濃度センサーの電源電圧と出力信号との関係を模式的に示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram schematically illustrating a relationship between a power supply voltage and an output signal of a toner density sensor. トナー濃度センサーのコイルの抵抗値と発振開始電圧との関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a resistance value of a coil of a toner concentration sensor and an oscillation start voltage. トナー濃度センサーのコイルの抵抗値と発振開始電圧との関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a resistance value of a coil of a toner concentration sensor and an oscillation start voltage. トナー濃度センサーのコイルの抵抗値と環境温度変化に伴う発振周波数の変化との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the resistance value of the coil of a toner concentration sensor, and the change of the oscillation frequency accompanying environmental temperature change. トナー濃度センサーの発振周波数の温度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature characteristic of the oscillation frequency of a toner concentration sensor. 画像形成装置におけるトナー濃度制御のフローチャートである。5 is a flowchart of toner density control in the image forming apparatus.

図1に例示される画像形成装置1はイメージスキャナー5を備えている。この種の装置としては、複写機、MFP(Multi-functional Peripheral)、ファクシミリ装置などがある。画像形成装置1には、電子写真法によってモノクロ画像を形成するプリンターエンジン10が組み付けられている。プリンターエンジン10は、筒状の感光体11、帯電チャージャー12、レーザー走査ユニット13、現像ユニット14、転写チャージャー15、分離レーザージャー16、クリーナー17、イレーサーランプ18、および定着器19を有している。これら作像エレメントを用いる電子写真プロセスは広く知られているので、各作像エレメントの機能およびプロセスの詳しい説明を省略する。コントローラー30によって制御される画像形成動作の概略は次のとおりである。   An image forming apparatus 1 illustrated in FIG. 1 includes an image scanner 5. Examples of this type of apparatus include a copying machine, an MFP (Multi-functional Peripheral), and a facsimile machine. The image forming apparatus 1 is assembled with a printer engine 10 that forms a monochrome image by electrophotography. The printer engine 10 includes a cylindrical photosensitive member 11, a charging charger 12, a laser scanning unit 13, a developing unit 14, a transfer charger 15, a separation laser jar 16, a cleaner 17, an eraser lamp 18, and a fixing device 19. . Since the electrophotographic process using these image forming elements is widely known, detailed description of the function and process of each image forming element is omitted. The outline of the image forming operation controlled by the controller 30 is as follows.

画像形成装置1の操作パネル40において例えば複写の開始を指示する操作が行なわれると、イメージスキャナー5によって原稿画像が読み取られ、レーザー走査ユニット13によって原稿画像に応じた露光走査(印字とも呼ばれる)が行なわれる。露光走査によって感光体11上に静電潜像が形成され、現像ユニット14によって静電潜像がトナー像に現像される。露光走査は、用紙面上の画像形成範囲の先端が転写位置p1に到着するときに、回転する感光体11上のトナー像がちょうど転写位置p1に到着するように開始される。露光走査と並行して用紙スタッカー21からピックアップローラー22によって用紙Pが取り出され、転写位置p1に到着した用紙Pにトナー像が転写される。その後、定着器19による加熱および加圧を経た用紙Pが排紙トレイ28に送り出される。   When, for example, an operation for instructing the start of copying is performed on the operation panel 40 of the image forming apparatus 1, an original image is read by the image scanner 5, and exposure scanning (also referred to as printing) corresponding to the original image is performed by the laser scanning unit 13. Done. An electrostatic latent image is formed on the photoconductor 11 by exposure scanning, and the electrostatic latent image is developed into a toner image by the developing unit 14. The exposure scanning is started so that the toner image on the rotating photoconductor 11 just arrives at the transfer position p1 when the leading end of the image forming range on the paper surface arrives at the transfer position p1. In parallel with exposure scanning, the paper P is taken out from the paper stacker 21 by the pickup roller 22, and the toner image is transferred to the paper P that has arrived at the transfer position p1. Thereafter, the paper P that has been heated and pressurized by the fixing device 19 is sent to the paper discharge tray 28.

例示の画像形成装置1において、現像ユニット14には図1では図示しない2成分現像剤が収容されており、2成分現像剤のうちのトナーが磁性粒子であるキャリアから離れて感光体11に静電吸着することによって静電潜像が現像される。2成分現像剤のトナー濃度を一定に保つように、トナー濃度センサー50の出力に基づいてトナーボトル42から現像ユニット14へ適時にトナーが補給される。   In the exemplary image forming apparatus 1, a two-component developer (not shown in FIG. 1) is accommodated in the developing unit 14, and the toner in the two-component developer is separated from the carrier, which is a magnetic particle, on the photoreceptor 11. The electrostatic latent image is developed by electroadsorption. Toner is replenished from the toner bottle 42 to the developing unit 14 at an appropriate time based on the output of the toner concentration sensor 50 so as to keep the toner concentration of the two-component developer constant.

図2では現像ユニット14の一部が模式的に描かれている。図2のように、現像ユニット14は、感光体11と平行に配置される搬送スクリュー142を有している。現像ユニット14の内部の2成分現像剤60は、搬送スクリュー142の回転によって攪拌されながら図中の矢印M1の方向へ送られる。このとき、送り方向上流側の端部の上面に設けられたトナー補給口14Eから現像ユニット14の内部にトナーが補給される。そして、送り方向下流側の端部において、攪拌によってトナーとキャリアとが一様に混ざり合った状態の2成分現像剤60の混合比(すなわちトナー濃度)がトナー濃度センサー50によって検出される。トナー濃度センサー50は、多層プリント配線基板上に形成された平板状のコイル56を有しており、このコイル56が現像ユニット14の内側の下部に滞留する2成分現像剤と近接するように、現像ユニット14の外側に配置されている。   In FIG. 2, a part of the developing unit 14 is schematically drawn. As shown in FIG. 2, the developing unit 14 has a conveying screw 142 that is arranged in parallel with the photoreceptor 11. The two-component developer 60 inside the developing unit 14 is fed in the direction of the arrow M1 in the drawing while being stirred by the rotation of the conveying screw 142. At this time, toner is replenished into the developing unit 14 from a toner replenishing port 14E provided on the upper surface of the upstream end in the feed direction. Then, the toner density sensor 50 detects the mixing ratio (that is, toner density) of the two-component developer 60 in a state where the toner and the carrier are uniformly mixed by stirring at the downstream end in the feeding direction. The toner density sensor 50 has a flat coil 56 formed on the multilayer printed wiring board, and the coil 56 is close to the two-component developer staying in the lower part inside the developing unit 14. Arranged outside the developing unit 14.

図3(A)はトナー濃度センサー50の回路構成の例を示し、図3(B)はコイル56の平面視形状(コイルパターン)の例を示している。図3(A)のようにトナー濃度センサー50はコイル56を含むLC発振回路であり、電源回路から動作電力の供給を受けて例えば900kHz前後の周波数の発振信号を出力する。現像ユニットのハウジングを介してコイル56と近接する2成分現像剤の透磁率の変化に伴ってコイル56のインダクタンスが変化し、それによって発振周波数が変化する。このようなトナー濃度センサー50の発振周波数が、トナー濃度の適正値に対応する周波数となるように、トナーの補給量が制御される。   3A shows an example of the circuit configuration of the toner density sensor 50, and FIG. 3B shows an example of a planar view shape (coil pattern) of the coil 56. FIG. As shown in FIG. 3A, the toner density sensor 50 is an LC oscillation circuit including a coil 56, and receives an operating power supply from a power supply circuit and outputs an oscillation signal having a frequency of about 900 kHz, for example. The inductance of the coil 56 changes as the magnetic permeability of the two-component developer adjacent to the coil 56 passes through the housing of the developing unit, thereby changing the oscillation frequency. The toner replenishment amount is controlled so that the oscillation frequency of the toner density sensor 50 becomes a frequency corresponding to an appropriate value of the toner density.

ところで、トナー濃度センサー50の発振周波数はトナー濃度センサー50の動作環境温度に依存する。そして、発振周波数の温度特性にはコイル56の抵抗値が大きく影響する。導体の成膜およびエッチングを含むプリント配線プロセスによって作製されるコイル56にはパターン幅や厚さのばらつきがあるので、コイル56の抵抗値にも所定範囲のばらつきがある。したがって、トナー濃度を適正値に保つには、トナー濃度センサー50による検出値(発振周波数)を動作環境温度およびコイル56の抵抗値に応じて補正し、補正後の検出値に基づいてトナー補給を制御する必要がある。   By the way, the oscillation frequency of the toner density sensor 50 depends on the operating environment temperature of the toner density sensor 50. The resistance value of the coil 56 greatly affects the temperature characteristics of the oscillation frequency. Since the coil 56 produced by the printed wiring process including conductor film formation and etching has variations in pattern width and thickness, the resistance value of the coil 56 also has variations in a predetermined range. Therefore, in order to keep the toner density at an appropriate value, the detection value (oscillation frequency) by the toner density sensor 50 is corrected according to the operating environment temperature and the resistance value of the coil 56, and toner replenishment is performed based on the corrected detection value. Need to control.

本実施形態の画像形成装置100では、「コイル56の抵抗値とトナー濃度センサー50の“発振開始電圧”との間に一定の相関関係がある」との知見が応用されている。すなわち、コイル56の抵抗値を測定する代わりに発振開始電圧が検出され、発振開始電圧の検出値と動作環境温度の検出値とに基づいて発振周波数の補正が行なわれる。このような補正を行うトナー濃度検出装置の構成が図4に示されている。   In the image forming apparatus 100 of the present embodiment, the knowledge that “there is a certain correlation between the resistance value of the coil 56 and the“ oscillation start voltage ”of the toner density sensor 50” is applied. That is, instead of measuring the resistance value of the coil 56, the oscillation start voltage is detected, and the oscillation frequency is corrected based on the detected value of the oscillation start voltage and the detected value of the operating environment temperature. FIG. 4 shows the configuration of a toner concentration detection device that performs such correction.

図4のように、トナー濃度検出装置1は、トナー濃度センサー50、温度センサー70、CPU(central processing unit)31によって実現される複数の要素(301〜304)、および発振開始電圧と発振周波数の温度特性との関係を示す情報400を備えている。トナー濃度検出装置1は、トナー濃度センサー50の発振周波数Fを情報400に基づいて補正し、補正後の発振周波数Frevを補給制御部305に伝える。この補正後の発振周波数Frevに応じて、図示しないトナー補給機構および搬送スクリュー142を回転駆動するモーター85が補給制御部305によって制御される。   As shown in FIG. 4, the toner concentration detection device 1 includes a toner concentration sensor 50, a temperature sensor 70, a plurality of elements (301 to 304) realized by a CPU (central processing unit) 31, and an oscillation start voltage and an oscillation frequency. Information 400 indicating the relationship with temperature characteristics is provided. The toner density detection device 1 corrects the oscillation frequency F of the toner density sensor 50 based on the information 400, and transmits the corrected oscillation frequency Frev to the replenishment control unit 305. In accordance with the corrected oscillation frequency Frev, the toner supply mechanism (not shown) and the motor 85 that rotationally drives the conveying screw 142 are controlled by the supply control unit 305.

温度センサー70は画像形成装置100の内部に配置されている。温度センサー70の出力はトナー濃度センサー50の動作環境温度を示す信号としてCPU31に取り込まれる。トナー濃度センサー50の近傍に温度センサー70を配置することにより、トナー濃度センサー50に対する温度補正をより正確に行うことができる。   The temperature sensor 70 is disposed inside the image forming apparatus 100. The output of the temperature sensor 70 is taken into the CPU 31 as a signal indicating the operating environment temperature of the toner concentration sensor 50. By arranging the temperature sensor 70 in the vicinity of the toner concentration sensor 50, the temperature correction for the toner concentration sensor 50 can be performed more accurately.

CPU31は、制御プログラムを実行することによって、発振開始電圧検出部301、温度検出部302、周波数検出部303、補正部304、および上述の補給制御部305として動作する。CPU31によって実現されるこれら五つの機能要素のうち、補給制御部305を除く四つの機能要素がトナー濃度検出装置1を構成する要素である。CPU31は、画像形成装置100の全体制御を担うコントローラー30(図1参照)に含まれてもよいし、コントローラー30と連携するサブコントローラーに含まれてもよい。   The CPU 31 operates as the oscillation start voltage detection unit 301, the temperature detection unit 302, the frequency detection unit 303, the correction unit 304, and the above-described supply control unit 305 by executing the control program. Of these five functional elements realized by the CPU 31, four functional elements excluding the replenishment control unit 305 are elements constituting the toner density detection device 1. The CPU 31 may be included in the controller 30 (see FIG. 1) that performs overall control of the image forming apparatus 100, or may be included in a sub-controller that cooperates with the controller 30.

情報400は、第1関係情報410と第2関係情報420とで構成される。第1関係情報410は、コイル56の抵抗値と発振開始電圧との関係を示す。第2関係情報420は、コイル56の抵抗値と発振周波数の温度特性との関係を示す。情報400は図示しない不揮発性メモリによって記憶されている。   The information 400 includes first relation information 410 and second relation information 420. The first relationship information 410 indicates the relationship between the resistance value of the coil 56 and the oscillation start voltage. The second relationship information 420 indicates the relationship between the resistance value of the coil 56 and the temperature characteristic of the oscillation frequency. Information 400 is stored in a non-volatile memory (not shown).

CPU31の動作は次のとおりである。   The operation of the CPU 31 is as follows.

トナー補給処理を受け持つ補給制御部305は、適時に電源回路80を制御してモーター85に駆動電力を供給する。モーター85を回転させるのは、長時間の放置によって滞留中の2成分現像剤に混合の偏りが生じている場合があるので、混合を一様化するために攪拌を行う必要があるからである。モーター85が回転すると、駆動ギアを介して連結された搬送スクリュー142が回転して2成分現像剤が攪拌される。   A replenishment control unit 305 responsible for toner replenishment processing controls the power supply circuit 80 to supply driving power to the motor 85 at an appropriate time. The reason why the motor 85 is rotated is that mixing may occur in the staying two-component developer due to being left for a long time, so that it is necessary to perform stirring to make the mixing uniform. . When the motor 85 rotates, the conveying screw 142 connected via the drive gear rotates to stir the two-component developer.

2成分現像剤を攪拌した後、電源回路80内の低圧電源82がオン状態とされ、トナー濃度センサー50に電源電圧Vinが印加される。トナー濃度センサー50において、図5に示されるように、電源電圧Vinが0ボルトから定常電圧(例えば3.3ボルト)へ遷移する立ち上がりの途中で発振が始まる。発振開始後、トナー濃度センサー50の出力信号S50の振幅は次第に大きくなって一定になる。より詳しくは、図5に模式的に示されるように、電源電圧Vinが上昇するにつれてトナー濃度センサー50の出力信号S50の振幅が次第に大きくなり、電源電圧Vinが定常電圧となる頃に出力信号S50が振幅のほぼ一定した発振信号となる。低圧電源82およびトナー濃度センサー50は電源電圧Vinの立ち上がりの途中で発振が始まるように構成されている。   After stirring the two-component developer, the low-voltage power supply 82 in the power supply circuit 80 is turned on, and the power supply voltage Vin is applied to the toner density sensor 50. In the toner concentration sensor 50, as shown in FIG. 5, the oscillation starts in the middle of the rise when the power supply voltage Vin changes from 0 volts to a steady voltage (for example, 3.3 volts). After the start of oscillation, the amplitude of the output signal S50 of the toner density sensor 50 gradually increases and becomes constant. More specifically, as schematically shown in FIG. 5, the amplitude of the output signal S50 of the toner density sensor 50 gradually increases as the power supply voltage Vin rises, and the output signal S50 is reached when the power supply voltage Vin becomes a steady voltage. Becomes an oscillation signal with substantially constant amplitude. The low-voltage power supply 82 and the toner concentration sensor 50 are configured so that oscillation starts in the middle of the rise of the power supply voltage Vin.

発振開始電圧検出部301は、トナー濃度センサー50に印加される電源電圧Vinと、トナー濃度センサー50の出力信号S50とを監視する。すなわち、電源の立ち上がり過渡期間よりも十分に短い周期で電源電圧Vinと出力信号S50とをサンプリングする。そして、発振開始電圧検出部301は、時系列のサンプリング値を比較し、例えば出力信号S50の振幅が急激に変化したときの電源電圧Vinを発振開始電圧Vsとして検出する。検出された発振開始電圧Vsは補正部304に伝えられる。   The oscillation start voltage detector 301 monitors the power supply voltage Vin applied to the toner concentration sensor 50 and the output signal S50 of the toner concentration sensor 50. That is, the power supply voltage Vin and the output signal S50 are sampled at a period sufficiently shorter than the power supply rising transition period. Then, the oscillation start voltage detector 301 compares the time-series sampling values, and detects, for example, the power supply voltage Vin when the amplitude of the output signal S50 changes abruptly as the oscillation start voltage Vs. The detected oscillation start voltage Vs is transmitted to the correction unit 304.

発振開始電圧Vsの検出と並行して、温度センサー70の出力信号S70によって温度検出部302がトナー濃度センサー50の動作環境温度Tcを検出し、トナー濃度センサー50の出力信号S50によって周波数検出部303が発振周波数Fを検出する。動作環境温度Tcおよび発振周波数Fも補正部304に伝えられる。   In parallel with the detection of the oscillation start voltage Vs, the temperature detection unit 302 detects the operating environment temperature Tc of the toner concentration sensor 50 by the output signal S70 of the temperature sensor 70, and the frequency detection unit 303 by the output signal S50 of the toner concentration sensor 50. Detects the oscillation frequency F. The operating environment temperature Tc and the oscillation frequency F are also transmitted to the correction unit 304.

補正部304は、情報400を用いて、動作環境温度Tcおよび発振開始電圧Vsに基づいて、発振周波数Fを補正する。補正後の発振周波数Frevに基づいて、上述のとおり補給制御部305によってトナーの補給が制御される。   The correction unit 304 uses the information 400 to correct the oscillation frequency F based on the operating environment temperature Tc and the oscillation start voltage Vs. Based on the corrected oscillation frequency Frev, the replenishment control unit 305 controls the replenishment of toner as described above.

以下、図6〜図9のグラフを参照して、補正部304の動作についてさらに詳しく説明する。   Hereinafter, the operation of the correction unit 304 will be described in more detail with reference to the graphs of FIGS.

図6は、トナー濃度センサー50と同じ構成の複数のLC発振回路におけるコイルの端子間の抵抗値と発振開始電圧との関係を示している。図6において、コイルの抵抗値が大きくなるにつれて発振開始電圧は大きくなっている。特に、抵抗値が約6.5Ωから約9Ωまでの範囲において抵抗値と発振開始電圧とがほぼ比例することが見て取れる。図7は、LC発振回路に近接する2成分現像剤の透磁率が異なる三つの場合のそれぞれにおける、コイルの抵抗値と発振開始電圧との関係を示している。図7のグラフが示すように、抵抗値と発振開始電圧との相関関係は、2成分現像剤の透磁率にほとんど影響されない。したがって、トナー濃度センサー50における発振開始電圧Vsを検出すれば、コイル56の抵抗値を求めることができる。製造上のばらつきのある抵抗値が発振開始電圧とこの抵抗値とが比例する範囲内の値であれば、発振開始電圧Vsは抵抗値をRとして(1)式で表わされる。
Vs=α×R+β …(1)
ただし、式中のα,βは発振回路固有の定数である。
(1)式を変形すると、抵抗値(R)を表わす(1B)式が得られる。
R=(Vs−β)/α …(1B)
上述の第1関係情報410は、この(1B)式を表すデータである。
FIG. 6 shows the relationship between the resistance value between the terminals of the coil and the oscillation start voltage in a plurality of LC oscillation circuits having the same configuration as the toner density sensor 50. In FIG. 6, the oscillation start voltage increases as the resistance value of the coil increases. In particular, it can be seen that the resistance value and the oscillation start voltage are substantially proportional in the range of the resistance value from about 6.5Ω to about 9Ω. FIG. 7 shows the relationship between the resistance value of the coil and the oscillation start voltage in each of the three cases where the magnetic permeability of the two-component developer adjacent to the LC oscillation circuit is different. As shown in the graph of FIG. 7, the correlation between the resistance value and the oscillation start voltage is hardly affected by the magnetic permeability of the two-component developer. Therefore, if the oscillation start voltage Vs in the toner density sensor 50 is detected, the resistance value of the coil 56 can be obtained. If the resistance value with manufacturing variation is a value within a range in which the oscillation start voltage and the resistance value are proportional to each other, the oscillation start voltage Vs is expressed by the equation (1), where R is the resistance value.
Vs = α × R + β (1)
However, α and β in the equation are constants specific to the oscillation circuit.
When the equation (1) is modified, the equation (1B) representing the resistance value (R) is obtained.
R = (Vs−β) / α (1B)
The above-mentioned first relation information 410 is data representing this equation (1B).

図8は、トナー濃度センサー50と同じ構成の複数のLC発振回路を用いて測定された、
コイルの抵抗値と環境温度変化に伴う発振周波数の変化との関係を示している。図8のグラフの縦軸の値は、0℃における発振周波数F[0]と50℃に発振周波数F[50]との差(F[50]−F[0])である。発振周波数の温度特性は線形特性とみなすことができる。これを踏まえて図8を見ると、抵抗値が6.5Ω付近の値である場合は、環境温度が0℃から50℃までの範囲内で変化するときに、発振周波数Fが250Hz程度の変動幅で変化することが分かる。また、抵抗値が7.5Ω付近の値である場合には、発振周波数Fがおおよそ600Hzの変動幅で変化することが分かる。
FIG. 8 is measured using a plurality of LC oscillation circuits having the same configuration as the toner density sensor 50.
The relationship between the resistance value of a coil and the change of the oscillation frequency accompanying environmental temperature change is shown. The value on the vertical axis of the graph of FIG. 8 is the difference between the oscillation frequency F [0] at 0 ° C. and the oscillation frequency F [50] at 50 ° C. (F [50] −F [0]). The temperature characteristic of the oscillation frequency can be regarded as a linear characteristic. Based on this, when looking at FIG. 8, when the resistance value is around 6.5Ω, the fluctuation of the oscillation frequency F is about 250 Hz when the environmental temperature changes within the range from 0 ° C. to 50 ° C. It turns out that it changes with width. It can also be seen that when the resistance value is around 7.5Ω, the oscillation frequency F changes with a fluctuation width of approximately 600 Hz.

図9は、コイルの抵抗値をパラメータとした発振周波数の温度特性を示している。図9のグラフの縦軸の値は、標準環境温度(25℃)での発振周波数を基準とした発振周波数の変動量ΔFである。温度特性を線形特性とみなすと、ある温度での発振周波数の変動量(すなわち基準の発振周波数との差)ΔFは、動作環境温度をTcとして(2)式で表わされる。
ΔF=aR×Tc+bR …(2)
ただし、式中のaR,bRはコイルの抵抗値に応じた定数である。
上述の第2関係情報420は、この(2)式およびコイルの抵抗値として取り得る複数の値のそれぞれに応じた定数aR,bRの値である。
FIG. 9 shows the temperature characteristics of the oscillation frequency with the resistance value of the coil as a parameter. The value on the vertical axis of the graph of FIG. 9 is the fluctuation amount ΔF of the oscillation frequency based on the oscillation frequency at the standard environmental temperature (25 ° C.). When the temperature characteristic is regarded as a linear characteristic, the fluctuation amount of the oscillation frequency at a certain temperature (that is, the difference from the reference oscillation frequency) ΔF is expressed by the equation (2), where the operating environment temperature is Tc.
ΔF = a R × Tc + b R (2)
However, a R and b R in the formula are constants corresponding to the resistance value of the coil.
The second relation information 420 described above is the values of constants a R and b R corresponding to the equation (2) and each of a plurality of values that can be taken as the resistance value of the coil.

補正部304によって得られる補正後の発振周波数Frevは、(3)式で表される。
Frev=F−ΔF …(3)
補正部304は、検出された発振開始電圧Vsに基づいて、第1関係情報410が示す(1B)式を適用してコイル56の抵抗値(R)を算出する。続いて、補正部304は、第1関係情報420が示す(2)式の定数aR,bRの値として、先に算出した抵抗値(R)に応じた値を選択し、検出された動作環境温度Tcに基づいて、発振周波数の変動量ΔFを算出する。そして、補正部304は、(3)式を適用して温度補正された発振周波数Frevを算出する。
The corrected oscillation frequency Frev obtained by the correction unit 304 is expressed by equation (3).
Frev = F−ΔF (3)
The correction unit 304 calculates the resistance value (R) of the coil 56 by applying the equation (1B) indicated by the first relation information 410 based on the detected oscillation start voltage Vs. Subsequently, the correction unit 304 selects and detects a value corresponding to the previously calculated resistance value (R) as the values of the constants a R and b R in the expression (2) indicated by the first relationship information 420. Based on the operating environment temperature Tc, the fluctuation amount ΔF of the oscillation frequency is calculated. Then, the correction unit 304 calculates the oscillation frequency Frev subjected to temperature correction by applying the equation (3).

図10は画像形成装置100におけるトナー濃度制御のフローチャートである。発振開始電圧検出部301が、トナー濃度センサー50に印加される電源電圧Vinを監視して発振開始電圧Vsを取得する(S10,S20,S30)。補正部304が発振開始電圧Vsに基づいてコイル56の抵抗値(R)を求める(S40)。温度検出部302によってトナー濃度センサー50の動作に関わる環境温度(動作環境温度)Tcが検出されると、補正部304は発振周波数の補正量(ΔF)を算出する(S60)。周波数検出部303がトナー濃度センサー50の発振周波数Fを検出し(S70)、補正部304が発振周波数Fを補正した発振周波数Frevを出力する(S80)。そして、発振周波数Frevを取得した補給制御部305が、発振周波数Frevと標準環境温度での適正混合比に対応する発振周波数との差に応じて、2成分現像剤の混合比が適正値になるように現像ユニット14にトナーを補給する(S90)。   FIG. 10 is a flowchart of toner density control in the image forming apparatus 100. The oscillation start voltage detector 301 monitors the power supply voltage Vin applied to the toner density sensor 50 and acquires the oscillation start voltage Vs (S10, S20, S30). The correction unit 304 obtains the resistance value (R) of the coil 56 based on the oscillation start voltage Vs (S40). When the environmental temperature (operating environmental temperature) Tc related to the operation of the toner density sensor 50 is detected by the temperature detection unit 302, the correction unit 304 calculates a correction amount (ΔF) of the oscillation frequency (S60). The frequency detection unit 303 detects the oscillation frequency F of the toner concentration sensor 50 (S70), and the correction unit 304 outputs the oscillation frequency Frev obtained by correcting the oscillation frequency F (S80). Then, the replenishment control unit 305 that has acquired the oscillation frequency Frev sets the mixing ratio of the two-component developer to an appropriate value according to the difference between the oscillation frequency Frev and the oscillation frequency corresponding to the appropriate mixing ratio at the standard environment temperature. Thus, the toner is supplied to the developing unit 14 (S90).

以上の実施形態において、(1B)式による演算および(2)式による演算に代えて、ルックアップテーブルを用いる手法によって、コイル56の抵抗値(R)および発振周波数の変動量ΔFを求めることができる。その場合、第1関係情報410を、発振開始電圧Vsの取り得る複数の値とそれらに応じた抵抗値Rの値とを対応づけるルックアップテーブルとすればよい。そして、第2関係情報420を、環境温度として取り得る値とコイルの抵抗値として取り得る値との組合せ得る複数の組のそれぞれに応じた発振周波数の変動量ΔFの値を示すルックアップテーブルとすればよい。さらに、これら二つのルックアップテーブルを統合し、発振開始電圧Vsおよび動作環境温度Tcの入力に対して補正後の発振周波数Frevを出力するルックアップテーブルを情報400として記憶しておいてもよい。   In the above embodiment, the resistance value (R) of the coil 56 and the fluctuation amount ΔF of the oscillation frequency are obtained by a technique using a look-up table instead of the calculation by the expression (1B) and the calculation by the expression (2). it can. In this case, the first relationship information 410 may be a lookup table that associates a plurality of possible values of the oscillation start voltage Vs with the resistance value R corresponding to them. The second relationship information 420 includes a look-up table indicating values of oscillation frequency variation ΔF corresponding to each of a plurality of combinations of values that can be taken as environmental temperatures and values that can be taken as coil resistance values. do it. Furthermore, these two look-up tables may be integrated and a look-up table for outputting the corrected oscillation frequency Frev with respect to the input of the oscillation start voltage Vs and the operating environment temperature Tc may be stored as information 400.

画像形成装置100はモノクロ機に限らず、複数の現像器を有するカラー機であってもよい。カラー機では、複数の現像器のそれぞれに対してトナー濃度センサー50を配置し、トナー色の異なる複数種の2成分現像剤のそれぞれのトナー濃度を検出すればよい。画像形成装置100はイメージスキャナーを備えていない電子写真式のプリンターであってもよい。   The image forming apparatus 100 is not limited to a monochrome machine, and may be a color machine having a plurality of developing units. In a color machine, a toner density sensor 50 may be provided for each of a plurality of developing devices, and the respective toner densities of a plurality of types of two-component developers having different toner colors may be detected. The image forming apparatus 100 may be an electrophotographic printer that does not include an image scanner.

上述の実施形態において、所定の立ち上がり時間で0ボルトから定常電圧まで変化するようにトナー濃度センサー50に対して電源電圧Vinを印加するために、低圧電源82およびその負荷を含めた電源回路の充電に要する立ち上がり遅延を利用してもよく、また、そのような傾斜の立ち上がり電圧発生回路を用いてもよい。   In the above-described embodiment, in order to apply the power supply voltage Vin to the toner concentration sensor 50 so as to change from 0 volt to a steady voltage at a predetermined rise time, charging of the power supply circuit including the low voltage power supply 82 and its load is performed. May be used, or a rising voltage generating circuit having such a slope may be used.

上述の実施形態において、コイル56のパターン、発振回路の形式および回路構成を含め、トナー濃度検出装置1の構成および動作などは本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。   In the above-described embodiment, the configuration and operation of the toner density detection device 1 including the pattern of the coil 56, the type and circuit configuration of the oscillation circuit, and the like can be changed as appropriate within the spirit of the present invention.

1 トナー濃度検出装置
50 トナー濃度センサー(発振回路)
60 2成分現像剤
301 発振開始電圧検出部(電圧検出部)
302 温度検出部
303 周波数検出部
304 補正部
F 発振周波数
Frev 補正された発振周波数
400 情報
410 第1関係情報
420 第2関係情報
56 コイル
100 画像形成装置
1 Toner concentration detector 50 Toner concentration sensor (oscillation circuit)
60 Two-component developer 301 Oscillation start voltage detector (voltage detector)
302 Temperature Detection Unit 303 Frequency Detection Unit 304 Correction Unit F Oscillation Frequency Frev Corrected Oscillation Frequency 400 Information 410 First Relationship Information 420 Second Relationship Information 56 Coil 100 Image Forming Apparatus

Claims (4)

2成分現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置であって、
前記2成分現像剤の透磁率に応じた周波数で発振する発振回路と、
前記発振回路の発振周波数を検出する周波数検出部と、
前記発振回路の発振開始電圧を検出する電圧検出部と、
前記発振回路の動作環境温度を検出する温度検出部と、
前記発振回路における発振開始電圧と発振周波数の温度特性との関係を示す情報を用いて、前記温度検出部によって検出された動作環境温度および前記電圧検出部によって検出された発振開始電圧に基づいて、前記周波数検出部によって検出された発振周波数を補正する補正部と、を備え、
前記補正部によって補正された発振周波数をトナー濃度情報として出力する
ことを特徴とするトナー濃度検出装置。
A toner concentration detection device for detecting the toner concentration of a two-component developer,
An oscillation circuit that oscillates at a frequency corresponding to the magnetic permeability of the two-component developer;
A frequency detector for detecting an oscillation frequency of the oscillation circuit;
A voltage detector for detecting an oscillation start voltage of the oscillation circuit;
A temperature detector for detecting an operating environment temperature of the oscillation circuit;
Using information indicating the relationship between the oscillation start voltage in the oscillation circuit and the temperature characteristic of the oscillation frequency, based on the operating environment temperature detected by the temperature detection unit and the oscillation start voltage detected by the voltage detection unit, A correction unit for correcting the oscillation frequency detected by the frequency detection unit,
A toner concentration detection device that outputs the oscillation frequency corrected by the correction unit as toner concentration information.
前記補正部による補正に適用される前記情報は、前記発振回路に備わるコイルの抵抗値と発振開始電圧との関係を示す第1関係情報、および前記コイルの抵抗値と発振周波数の温度特性との関係を示す第2関係情報である
請求項1記載のトナー濃度検出装置。
The information applied to correction by the correction unit includes first relationship information indicating a relationship between a resistance value of a coil included in the oscillation circuit and an oscillation start voltage, and a temperature characteristic of the resistance value of the coil and an oscillation frequency. The toner concentration detection device according to claim 1, wherein the toner concentration detection device is second relationship information indicating a relationship.
請求項1または2記載のトナー濃度検出装置によって出力されるトナー濃度情報に基づいてトナー濃度が制御される2成分現像剤を用いて静電潜像を現像する、
ことを特徴とする電子写真式の画像形成装置。
An electrostatic latent image is developed using a two-component developer whose toner density is controlled based on toner density information output by the toner density detecting device according to claim 1 or 2.
An electrophotographic image forming apparatus.
2成分現像剤のトナー濃度検出方法であって、
前記2成分現像剤の透磁率に応じた周波数で発振する発振回路の発振周波数および発振開始電圧を測定し、
前記発振回路における発振開始電圧と発振周波数の温度特性との関係を示す情報を用いて、前記発振回路の発振開始電圧と動作環境温度とに応じて、前記発振周波数の測定結果を補正する
ことを特徴とするトナー濃度検出方法。
A toner concentration detection method for a two-component developer,
Measure the oscillation frequency and oscillation start voltage of an oscillation circuit that oscillates at a frequency corresponding to the magnetic permeability of the two-component developer,
The information indicating the relationship between the oscillation start voltage and the temperature characteristic of the oscillation frequency in the oscillation circuit is used to correct the measurement result of the oscillation frequency according to the oscillation start voltage and the operating environment temperature of the oscillation circuit. A toner density detecting method as a feature.
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