(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアとトナーからなる現像剤が収納された現像容器と、
該現像容器内のトナー濃度情報を磁気的に検知するトナー濃度検知手段と、
該トナー濃度検知手段の検知面上に存在する現像剤を周期的に掻き出す機械的手段により前記トナー濃度検知手段からの出力値を低下させた波形を形成する波形形成手段と、
該波形形成手段により形成された振動波形の出力値によりトナー濃度制御を行う現像装置において、
前記振動波形を一定の間隔でサンプリングするサンプリング手段と、
前記振動波形の所定周期内におけるサンプリング回数を設定したサンプリング回数設定手段と、
前記サンプリング手段によりサンプリングした値が基準値Ｔ／Ｃｒｅｆより所定値Ｖａだけ低い領域かを判断し、該低い領域でのみ低下する所定の出力値を検知する最小値出力検知手段と、を具備し、
前記サンプリング回数設定手段により設定された回数をサンプリングしても前記最小値出力検知手段で低下する出力値を検知しない場合に誤作動として判断することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記最小値出力検知手段において、前記サンプリング手段により低下した出力値の最小値又はその近傍を検知するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記最小値出力検知手段により検知した値が最小値かを判定する判定手段を具備し、該判定手段は前記出力値検知手段により検知した値と前回の最小値と判定した値とを比較して最小値判定を行うようにしたことを特徴とする請求項２記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ，ＦＡＸ等の電子写真方式における、２成分現像方式を用いた現像装置に関し、特にトナー濃度センサを用いたトナー濃度制御を改良することで現像容器の未装着，トナー濃度センサの故障を検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、異なる４種類のトナーが入った異なる複数の現像容器を用いてカラー画像を形成するカラー画像形成装置は知られおり、４種類の現像容器については、保守・点検を行いやすくするために各現像容器毎に取り外して点検するような構造に設計されている。
【０００３】
このような現像容器は複数あるため保守点検等で装着もれを起こしやすい。かかる問題点を解決するために特開平６−５１６２５に開示されているように、トナー濃度センサからの検出信号をパルス信号に整形し、所定ゲート期間内におけるパルス信号の発生数に基づいて濃度検知を行う装置を利用し、ゲート期間内にパルス信号が発生されない場合に未装着と判断するようにして装着の有無を検知している技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる技術はゲート期間内にパルス信号が発生したか否かのみを検知するだけであり、例えば、現像容器の攪拌部材が現像剤等のストレスを受けて故障しても、電気的にパルス信号を整形させているので、現像剤の検知によりパルス信号が発生してしまい攪拌不良となってしまったり、トナーセンサが故障しても未装着と判断する場合があり、正確な検知が行えない。
【０００５】
また、近年、ａ−Ｓｉ感光体を利用して長寿命の画像形成装置が開発されているが、かかる技術の濃度検知のような構成にすると、長期的な使用においてトナー濃度検知センサの検知面近辺にこの現像剤の滞留や、トナー濃度検知センサの検知面にトナーが付着したりしてトナー濃度の検知誤差が発生する場合もあり長期に安定して濃度検知も行えない。
【０００６】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で現像容器の装着状態や現像装置内の不具合を詳細に発見することが可能で、かつ、長期的な使用ができ、安定したトナー濃度制御が可能となる現像装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、キャリアとトナーからなる現像剤が収納された現像容器と、該現像容器内のトナー濃度情報を磁気的に検知するトナー濃度検知手段と、該トナー濃度検知手段の検知面上に存在する現像剤を周期的に掻き出す機械的手段により前記トナー濃度検知手段からの出力値を低下させた波形を形成する波形形成手段と、該波形形成手段により形成された振動波形の出力値によりトナー濃度制御を行う現像装置において、前記振動波形を一定の間隔でサンプリングするサンプリング手段と、前記振動波形の所定周期内におけるサンプリング回数を設定したサンプリング回数設定手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングした値が基準値Ｔ／Ｃｒｅｆより所定値Ｖａだけ低い領域かを判断し、該低い領域でのみ低下する所定の出力値を検知する最小値出力検知手段と、を具備し、前記サンプリング回数設定手段により設定された回数をサンプリングしても前記最小値出力検知手段で低下する出力値を検知しない場合に誤作動として判断することを特徴とする。
このような構成とする事により、検知面上の現像剤に機械的手段により周期的に掻き出すため、滞留したトナーが付着することなく長期に利用でき、実際に機械的手段が攪拌することにより一定の周期で出力値が低下するため、この低下する出力値が検知できないのは、未装着か、機械的手段の故障か、トナー濃度センサの故障であることが簡単に理解が可能である。
【０００８】
また、前記最小値出力検知手段において、前記サンプリング手段により低下した出力値の最小値又はその近傍を検知するよう構成しても良い。このように現像濃度の最小値又はその近傍を検知することで、確実に出力値が低下していることを検知でき、精度を向上させることが可能である。
【０００９】
さらに、前記最小値又はその近傍の検知は、前記低下する出力値において予め定められた検知領域を設け、該検知領域内における出力値より前記最小値又はその近傍を検知するように構成しても良い。このように検知領域を設けて検知するようにしているため、ノイズに対して強くなり誤作動しなくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
図１は本発明のカラー画像形成装置の概略を説明する図である。１はカラー画像形成装置本体である。２は感光体ドラムであり、ＯＰＣ又はａ−Ｓｉ感光体が用いられる。３は帯電ローラであり、不図示の電源から感光体ドラム２表面に所定のバイアスの電圧を印加可能に構成されている。４は露光手段であり、感光体ドラム１に帯電された表面側に外部端末からの画像情報がレーザ光で照射され潜像を形成する。この場合、ＬＥＤ光を用いても良い。
【００１１】
５は形成された潜像にカラートナーを現像する現像器であり、感光体２の回転方向上流側からイエローを現像する現像器５ａ、マゼンタを現像する現像器５ｂ、シアンを現像する現像器５ｃ、ブラックを現像する現像器５ｄを配列する。また、各現像器５にはイエロートナーが収納されたトナー容器５０ａと、補給ローラ５２ａにより補給したトナーを現像する現像容器５１ａが、また、マゼンタトナーが収納されたトナー容器５０ｂと補給ローラ５２ｂにより補給したトナーを現像する現像容器５１ｂが、また、シアントナーが収納されたトナー容器５０ｃと補給ローラ５２ｃにより補給したトナーを現像する現像容器５１ｃが、さらにブラックトナーが収納されたトナー容器５０ｄと補給ローラ５２ｄにより補給したトナーを現像する現像容器５１ｄがカラー画像形成装置上方部に配置されている。本発明の各色のトナーは非磁性トナーが用いられる。なお、３１はクリーニング手段であり、次に説明する中間転写ドラム６で未転写となったトナーを感光体ドラム２上から除去する。
【００１２】
６は中間転写ドラムであり、所定のバイアスを印加することで感光体ドラム２に現像させたトナーを一次的に転写させる作業を順次各トナーについて繰り返すことで色重ねを行う。６ａは二次転写ローラ，６ｂはクリーニングファーブラシである。なお、この色重ねに際して、不図示であるが、二次転写ローラ６ａ，クリーニングファーブラシ６ｂは各色が完全に重ねられるまで中間転写ドラム６から退避される退避機構を設けている。
【００１３】
７は給紙手段であり、カラー画像形成装置１の下側に配置した大容量の用紙が積載され、最上段の用紙を給紙ローラ７０によって搬送する給紙ユニット７ａと、一枚づつ用紙を搬送する手差しユニットとから成る。給紙手段７から送り込まれた用紙はレジストローラ６０に搬送され、先端揃え及びタイミングを取った後に、中間転写ドラム６で色重ねされたトナーのタイミングにより二次転写ローラ６ａに送り込まれる。そして転写された後に搬送ベルト８によって出口側に向かって用紙を搬送させる。９は定着手段であり、出口側近傍に配置し二次転写されたトナーを熱と圧力によって用紙に定着させる。
【００１４】
１０は排紙手段であり、定着手段９により熱定着された用紙を印字面を上にして排紙するフェイスアップトレイ１０ａと印字面を下にして排紙するフェイスダウントレイ１０ｂが配置されている。
【００１５】
ここで、本発明の現像器の構成について説明する。図２は現像器の内部機構を説明する図である。図に示すように不図示のトナー補給容器５０ａ〜５０ｄから各色のトナーが各現像容器５１ａ〜５１ｄに補給されるように構成され、各現像容器５１ａ〜５１ｄ内に混入された磁性キャリアが各色のトナーと混合できる機構に構成されている。なお、説明を簡潔にするために、現像容器５ａの機構についてのみ説明し、他の同じ現像器は同じ機能を有しており省略する。
【００１６】
５３は現像ローラであり、不図示であるが、内部に磁石が配置されており、この磁力により現像容器５１ａ内に混合されたトナーとキャリアが混合された現像剤を周囲に担持させて回転可能に構成されている。５４は現像剤規制部材であり、内部に磁石を配置して磁気シールドを形成し、現像するときのみ感光体ドラム２側に対面した位置に現像剤を移行させるように構成されている。５５は第一のミキサであり、撹拌能力を上げるため外側ミキサ５６とスクリユータイプの内側ミキサ５７で構成されている。外側ミキサ５６には本発明の特徴であるスクレーパ５６ａを設置している。
スクレーパ５６ａはゴム部材にウレタン発泡部材を張り合わせて構成している。これはウレタン発泡部材だけでは現像剤の圧力により変形してしまい、トナー濃度センサ表面を十分掻き出すことが出来ないため下層部に変形の少ないゴム部材を配置し、その上にウレタン発泡部材を張り合わせるよう構成する。
５８はトナー濃度センサ（検知手段）であり、透磁率センサが用いられる。このトナー濃度センサは検知面５８ａ上に搬送され、かつ、滞留した現像剤のトナー濃度（体積）の変化を磁気的に検知するように構成されている。検知面５８a 上に滞留したトナーは弾性部材５６ａによって周期的に滞留する現像剤を掻き出すように構成されている。なお、５９は第二ミキサであり、現像剤を攪拌しつつ、現像ローラ５３側に現像剤を移行させるように構成している。
以上のような構成にすることで、第一ミキサ５５の回転に伴ってスクレーパ５６ａが回転することにより現像剤を一定周期で撹拌することができ、この状態をトナー濃度センサ５８で検知すると一定周期の振動を検知することができる。
【００１７】
このような構成でトナー濃度センサ５８から得られる出力特性を図３に示す。図３はトナー濃度が４％、５％、６％時の出力電圧を示しており、図に示すように、トナーとキャリアの混合比によりその出力特性は混合比（濃度）が高くなると出力電圧は低下する。このような状況下でトナー濃度基準値Ｔ/Cref を基準としてトナーを補給等をして濃度を一定に保つ構成となっている。ここで領域Αが一定周期で電圧低下が発生するは、スクレーパ５６ａによりトナー濃度検知センサの検知面に滞留する現像剤が掻き取られるためであり、スクレーパ５６ａの周期的な回転により通常の出力値に意図的な振動波形成分を重畳さてトナー濃度センサ５８から出る出力値が低下する。この領域Αは意図的に出力値を低下させるものであるために、この領域でのトナー濃度検知は真のトナー濃度を検知できない。従って、本発明ではこのような領域Αではトナー濃度の検知は行なわず、本来の現像剤から得られる出力値である安定した領域ＢでＴ／Ｃ検知データＸｉを検知するよう構成されている。
【００１８】
この安定領域Ｂはスクレーパ５６ａの取付た位置が常に固定でかつ出力電圧の変動もほとんど無いような構成であるため、簡単に安定領域Ｂがわかる。また、安定領域Ｂで検知することはスクレーパ５６ａがトナー濃度センサ５８より十分離れた位置のトナー濃度を検知することができ、機械的変動に左右されず、より安定したトナー濃度を得ることが出来る。この場合、スクレーパ５６ａの周期Ｔｃ以内に１度検知しているがこれに限定するものではない。
【００１９】
トナー濃度検知を行なわない時間をトナー濃度センサ５８の出力値が低下した所定の時間から開始される。この場合の所定の時間とは特に限定するものではなく、トナー濃度センサの出力値が低下した不安定領域のいずれの点から開始しても良い。図４のように出力値をサンプリングしてミニマムポイントを測定することで、その点からタイマーにより予め求められた安定領域Ｂに入る時間を計測してＴｄ時間トナー制御を遅延させても良い。この場合、ミニマムポイント検知領域を設け、基準値Ｔ／Ｃref よりVaだけ低い領域でのみミニマムポイント検知を行う構成にすると、ノイズに影響されず安定してミニマムポイントを検知できる。
このような濃度検知を行なうと、トナー濃度の基準値Ｔ／Ｃref を変更する大きな設計変更の場合でもVaだけを変化させるだけで済み、ミニマムポイントを検知する方法に大きく影響がない。
この時のトナー濃度サンプリング周期Ｔｓはスクレーパ周期Ｔｃに対して十分短くしないと最小値検知が確実にできないため、スクレーパ領域の検知波形に依存するがスクレーパ周期Ｔｃに対してサンプリング周期Ｔｓは1/10以下、好ましくは1/20以下とすることが望ましい。また、スクレーパーは周期的な出力であるため、その周期を測定することにより、本発明の特徴である現像器の取り付けがなされているかの有無や、トナー濃度センサのセンサ不具合や、スクレーパの故障等を判定できる。
【００２０】
次に本発明の制御ブロックを図５に示す。制御構成としてはＲＡＭ５１５、タイマー５１６、ＡＤ変換器５１７等を内蔵したＣＰＵ５１４とトナーを補給するためのＤＣモータとそれを駆動するためのドライバー５１３より構成される。タイマー５１６は一定周期Ｔｓで割込をかけ、この割込でトナー濃度センサ５８からの出力をＡＤ変換器５１７にてデジタル化する。デジタル化されたトナー濃度値をソフトウェア処理してＤＣモータ５１２のＯＮ時間演算を行いポート出力にてＯＮ、ＯＦＦコントロールする。このＯＮ，ＯＦＦ出力をドライバー５１３にて実際にＤＣモータ５１２を駆動してトナーの補給を行う。このＤＣモータ５１２はガバナモータ等の速度制御されたモータを使用したほうがトナーの補給量を一定に保てるためより望ましい。なお、このＣＰＵ５１４はＲＡＭ５１５、タイマー５１６、ＡＤ変換器５１７等を内臓する必要はなく外部にて構成しても良い。
【００２１】
次に本発明の制御の流れについて図６、図７を用いて説明する。図６は本発明のトナー濃度の全体制御を示すフローチャートであり、図７は本発明のトナー濃度を測定するフローチャートである。
電源投入後、ＣＰＵ５１４はＲＡＭ５１５のクリアや変数初期値セット、タイマー５１６設定等の初期化を行い（Ｓ１）、割り込みを許可（Ｓ２）し、この後印刷要求を待って待機する（Ｓ３）。印刷要求が発生するとＲＡＭ５１５の変数を初期化してスキャナー、メイン，現像モータ等をＯＮして回転させ、トナー濃度制御を許可する（Ｓ４〜Ｓ６）。次いで印刷処理を行い（Ｓ７）、モータをＯＦＦしてトナー濃度制御を禁止して印刷要求待機する（Ｓ９）。
【００２２】
次に割り込み処理内のフローチャートを図７に基づいて説明する。なお、本発明のトナー濃度制御遅延手段としてミニマムポイントを測定して制御するもの（図４の制御）についてのみ説明する。
トナー濃度制御割り込み処理は制御が許可されているか否かをチェックし（Ｓ２１）、許可されていない場合トナーモータをＯＦＦして終了する。許可されている場合はＡＤ変換器５１７にてトナー濃度センサ出力をデジタル化する（Ｓ２２）。
【００２３】
次に、現在はＴ／Ｃ検知遅延時間Ｔｄ内か否か、すなわちトナー濃度読み取りタイミングかを調べる（Ｓ２３）。読み取りタイミングでない場合、最小値チェック領域かを基準値Ｔ／Ｃref よりデジタル化された値Ｘj を引いて固有値Vaと比較して判断する（Ｓ２４）。最小値チェック領域でない場合はスキップし、最小値チェックエリアの場合は最小値かを前回値Ｘj-1 と比較して最小値判定する（Ｓ２５）。最小値でない場合はスキップし、最小値の場合は、前回に書き込んだＲＡＭ５１５内の遅延カウンタをクリアする（Ｓ２６）。
【００２４】
Ｓ２３に戻って、Ｔ／Ｃ検知遅延時間Ｔｄ外でトナー濃度を読みとるタイミングの場合には、Ｓ２３１に移り、まず基準値T/Crefと読みとり値の偏差を求めこれにフィードバックゲインＫａを乗算してフィードバック量ｙを求める。次に、このフィードバック量ｙをモータＯＮ時間に変換し上限、下限リミットをかけてモータＯＮ時間Ｙを算出する（Ｓ２３２）。
【００２５】
それぞれの処理が終了した後ＲＡＭ５１５内の遅延カウンタをインクリメントする（Ｓ２７）。ついでトナー濃度センサのチェックを遅延カウンタ値によりチェックする。
遅延カウンタは最小値が見つからない場合、次々とカウンタ値を大きくしていくので、サンプリング周期Ｔｓによるサンプリング数ｎの回数がスクレーパ周期Ｔｃを越えたかで現像器の有無又はセンサエラーを判定できる（Ｓ２８）。この場合、ＲＡＭ５１６内に予め１周期のサンプリング数ｎが設定されており、その設定数と実際のサンプリング回数とを比較する。エラーと判定された場合、すなわち設定回数を越えている場合にはトナー補給モータをＯＦＦ、停止してエラー処理ルーチンを実行する（Ｓ２８１）。これにより、トナー濃度センサ５８の故障か、スクレーパ５６ａが故障して振動波形が得られないのか、現像器が未装着かを判断する。
【００２６】
トナー濃度センサのチェックにてエラーが無い場合はトナー補給モータのＯＮ時間の判定を行う（Ｓ２９）。トナー補給モータはＯＮ時間Ｙがゼロ以上か否かで判定する。Ｙがゼロ以上の場合はトナー補給モータをＯＮし（Ｓ３０）、ついでＲＡＭ５１５内のＹ値をデクリメントして終了する（Ｓ３１）。Ｙがゼロ以下の場合はトナー補給モータをＯＦＦして終了する（Ｓ２９１）。このトナー補給モータＯＮ時間Ｙはサンプリング周期Ｔｓの間隔でトナー補給モータのＯＮ時間を設定できる。
【００２７】
【発明の効果】
上述の構成により本発明は、簡単な構成により現像容器の装着状態や現像装置内の不具合を詳細に発見することが可能で、かつ、長期的な使用ができ、安定したトナー濃度制御が可能となる等の顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラー画像形成装置の概略を説明する図
【図２】本発明の現像器の内部機構を説明する図
【図３】トナー濃度センサから得られる出力特性
【図４】トナー濃度センサから得られる出力特性
【図５】本発明の制御ブロック図
【図６】本発明の現像装置の全体制御を示すフローチャート
【図７】本発明のトナー濃度を測定するフローチャート
【符号の説明】
１：カラー画像形成装置本体
２：感光体ドラム
３：帯電ローラ
４：露光手段
５：現像器
３１：クリーニング手段
６：中間転写ドラム
６ａ：二次転写ローラ
６ｂ：クリーニングファーブラシ
７：給紙手段
８：搬送ベルト
９：定着手段
１０：排紙手段
【図１】
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【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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【図７】
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