(57)【要約】  【課題】  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。  【解決手段】  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２８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４０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４３が設けられている。  【選択図】  図４
2006276630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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トナー濃度制御装置。
【請求項２】
前記制御電圧が湿度に基づいて切り替えられる請求項１記載のトナー濃度制御装置。
【請求項３】
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請求項１または２記載のトナー濃度制御装置。
【請求項４】
前記制御電圧がトナー濃度に基づいて切り替えられる請求項１から３の何れかに記載のトナー濃度制御装置。
【請求項５】
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請求項１から４の何れかに記載のトナー濃度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開２００３−２９５５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】現像装置の説明図
【図２】（ａ）はトナーカートリッジの断面図、（ｂ）は現像器の要部説明図
【図３】（ａ）はトナー濃度センサの回路図、（ｂ）はトナー濃度センサの取り付け説明図
【図４】トナー濃度制御装置の機能ブロック構成図
【図５】制御電圧調整のための回路図
【図６】トナー濃度センサの特性図
【符号の説明】
【００３３】
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
【図１】
2006276630.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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