JP2004117593A - Image forming apparatus and its control method, and process cartridge - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体に静電画像を形成し現像剤により顕像化して記録媒体上に画像を形成する画像形成装置及びその制御方法とプロセスカートリッジに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式を採用する画像形成装置では、像担持体表面に形成した静電潜像に、帯電した現像剤のトナーを吸着させてトナー像を形成し、その像担持体に当接するよう搬送された転写紙にトナー像を転写している。そして、そのトナー像が転写された転写紙に加熱定着処理を行って転写紙上に画像形成を完了している。ここで現像剤には、二成分現像剤としてキャリアと呼ばれる磁性を有する粉末にトナーを混合したものが使用され、この現像剤のトナーを帯電させ、そのトナーだけを像担持体表面の静電潜像に吸着させるようになっている。
【0003】
この二成分現像剤の容量に相当する、キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子の重量の割合(以下、トナー濃度)は、出力画像の品質を安定化させる上で極めて重要な役割を担っている。このため、現像剤濃度制御手段(ATR)を使用して現像剤のトナー濃度を正確に検出し、その検出したトナー濃度の変化に応じてトナーの補給を行い、現像剤中のトナー濃度を常に一定になるように制御して出力画像の品質を安定させている。
【0004】
この現像剤濃度制御手段(ATR)は、一般には、現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検知手段と、該トナー濃度検知手段の出力データを処理してトナー補給量を決定するトナー補給量制御手段と、該トナー補給量制御手段で決定されたトナー補給量に基づいて実際にトナーを補給するトナー補給手段とで構成されており、特にトナー濃度検知手段には様々な方式のものが採用されている。
【0005】
例えば、現像容器内又は現像剤担持体上の現像剤の光反射率がトナー濃度により変化することを利用した光センサによるトナー濃度検知装置、現像剤の透磁率がトナー濃度により変化することを利用して透磁率を電気信号に変換する透磁率センサによるトナー濃度検知装置、潜像担持体上に所定の条件下で形成された所定のパッチ画像の光反射率変化を検知して、間接的に現像剤のトナー濃度を推定する方式等がある。
【0006】
又、レーザスキャナやLEDアレイを用いてデジタル潜像を形成する画像形成装置では、1ページ当たりの画像情報信号における印刷画素数の累計値(ビデオカウント数)から1ページ当たりのトナー消費量が比較的正確に推定できるため、この推定された消費量に対応してトナー補給量を決定する方式の現像剤濃度制御手段(以下、「ビデオカウントATR」と称する)も知られている。このビデオカウントATRは、トナー濃度検知手段を必要としないためコスト面で大きな利点があるが、トナー補給量の誤差が徐々に累積されるという欠点を有している、このため、これを補正する何らかの手段が必要となり、現時点では、このビデオカウントATRだけで使用するには困難を伴う。
【0007】
上述のように現像装置にトナー濃度検知手段を設置する必要があるのと同時に、現像装置の小型化も望まれている。従って、透磁率センサを設置するスペースだけで済み、小型化にも有利な透磁率センサによるトナー濃度検知装置を用いた自動トナー補給制御装置が選択されることが多い。この透磁率センサは、検知部であるコイルを内包したセンサのヘッド部が常に現像剤に触れている状態となるように、現像装置の内部の現像剤搬走路等の一部に設置される。ここで、ヘッド内部のコイルに高周波を印加した際に生じる磁場の強さは、ヘッド周りの透磁率に応じて変化するため、コイル自身の自己インダクタンス(又は別の測定用のコイルの相互インダクタンス)を測定することによって、ヘッド部の周りにある現像剤の透磁率を電気的な値に変換することができる。
【0008】
この現像剤の透磁率は、磁性体であるキャリアと非磁性体であるトナーとの混合比率によって変化する。例えば、現像剤の透磁率が増加したと検知された場合は、一定体積内で現像剤中のキャリアが占める割合が多くなってトナー濃度が低くなったと判断される。従ってこの場合はトナー補給を開始する。逆に透磁率が小さくなった場合は、一定体積内で現像剤中のキャリアが占める割合が少なくなってトナー濃度が高くなったと判断し、トナー補給を停止する、というようにトナー濃度を制御することになる。このインダクタンス検知方式の現像剤濃度検知手段は、前述したように、ビデオカウントATRのように、トナー補給量の誤差が徐々に累積されていく欠点がないため好適である。以下、インダクタンス検知方式の現像剤濃度検知手段をインダクタンス検知方式ATRと呼ぶ。
【0009】
図9は、インダクタンス検知方式ATRを採用した二成分現像装置100の断面図を示す図である。
【0010】
図において、104は現像容器で、現像剤(トナー)116を収容している。105は現像剤担持体である現像スリーブである。この現像スリーブ105は、中空の金属スリーブであり、内部に磁界発生手段であるマグネットローラ106を内包している。この現像スリーブ105の矢印方向の回転に伴って送られてきた現像剤は、この現像剤規制手段である現像剤規制ブレード109により薄層化される。
【0011】
現像容器104内には、現像スリーブ105と略平行にAスクリュー107が配置されており、現像剤を矢印の方向に搬送して攪拌する。また、Aスクリュー107に対して、現像スリーブ105とは反対側に仕切り壁130を挟んで、Bスクリュー108が配置されている。そしてAスクリュー107側からBスクリュー108側への現像剤の受け渡しを行うために、仕切り壁130を長手方向両端部には設けずに長手方向の中間位置に存在させることで、A、Bスクリュー107、108間での現像剤の循環を実現している。Aスクリュー107側に存在して画像形成に用いられた現像剤は、Bスクリュー108側に送られ、Bスクリュー108の現像剤搬送方向の上流側に位置するトナー濃度を検知するインダクタンス検知方式の透磁率センサ125によりトナー濃度が検出される。
【0012】
このトナー濃度の検知方法は以下の方法で行っている。
【0013】
まず、所望のトナー濃度となる場合の透磁率センサ125の出力電圧値を基準値として予め定めておく。もしくは、初期の所定のトナー濃度になっている新しい現像剤に対して、透磁率センサ125の出力電圧値を調べ、その値を基準値とする。この基準値を現像装置に設けてある不揮発性メモリ123に格納しておく。そして、実際の画像形成中に透磁率センサ125の出力値を調べ、この出力電圧値と先の基準値とを比較し、出力電圧値の方が大きいときはトナー濃度が低いと判断し、透磁率センサ125の下流側にあるトナー補給口110を通じて、トナー補給機構から適正量のトナー補給が行われる。逆に出力電圧値が小さい場合はトナー濃度が高いと判断してトナー補給を行わない。これによって、現像剤であるトナーの濃度が一定に保たれる。
【0014】
従来、このインダクタンス検知方式ATRは、環境の変動による現像剤116のかさ密度の変化により、見かけの透磁率に対応した透磁率センサ125の出力電圧値が変化してしまうという課題がある。つまり、低温低湿度の環境条件下では、現像剤に含まれる水分量が減り、その結果としてトナーとキャリアとの接触によるトナー帯電電荷量が増加する。このため、現像剤間の反発が強くなり、現像剤のかさ密度が減少する。逆に高温高湿度の環境下では、現像剤に含まれる水分量が増加してトナーとキャリアとの接触によるトナー帯電電荷量が減少するために、現像剤間の反発が小さくなり、現像剤のかさ密度が増加する。つまり、現像容器104のトナー濃度は一定であるにもかかわらず、環境によって透磁率センサ125の出力電圧値が変動する。
【0015】
そこで、このような環境条件の情報に応じて、透磁率センサ125に入力する電圧を変えて出力値が一定になるように環境補正を行っている。これによって、環境が変動して現像剤のかさ密度が変動しても問題なくトナー濃度検出が行えるようになった。
【0016】
前述の透磁率センサ125によるトナー濃度検知装置を用いた自動トナー補給制御装置で画像形成動作を行うと、当然のことながらトナーが消費され、トナー補給機構内の補給用のトナー残量が少なくなった状態で画像形成動作を続けると、現像剤のトナー濃度は下がり続けていく。こうして現像剤のトナー濃度が低い状態になると、もちろん画像濃度は低くなってしまう。そのため、現像剤のトナー濃度が低くなった状態を検知して、利用者に対して、トナー補給機構の交換を促す必要がある。このような警告表示は一般にトナーエンド表示と称され、この表示がなされると画像形成動作は停止する。
【0017】
従来、トナーエンド検知を行うのに、トナー補給機構にトナーエンド検知を持たせているものや、現像装置に備えられた透磁率センサ125からの出力電圧値が所定の値になったときにトナーエンド検知を行うものがあった。このように、センサの出力電圧値が所定値になることによって、トナー補給機構の交換を促すような警告表示を行うようにしている。しかしながら、このようにトナー補給機構でトナーエンドを検知しようとすると、トナー補給機構自体にトナーエンドを検知するための構造を設けなければならず、トナー補給機構のコストアップを招くことになる。一方、透磁率センサ125の検出電圧値でトナーエンドの検知を行うことにより、現像装置のみでトナーエンド検知することが可能になり、トナー補給機構の低コスト化が可能になる。例えば、予めトナーエンド検知をする電圧値を定める方式のものがある。このトナーエンド検知方法について以下説明する。
【0018】
透磁率センサ125の出力特性は、図10に示すように、トナー濃度が低くなると、その出力電圧値は徐々に大きくなり、更にトナー濃度が低くなるに従って透磁率センサ125の出力電圧値は大きくなって飽和する。反対に、トナー濃度が高くなると、透磁率センサ125の出力電圧値は徐々に小さくなり、更に、トナー濃度が高くなると出力電圧値は小さい値で飽和する。このような透磁率センサ125の出力特性を利用してトナーエンドを検知する。具体的には、トナー濃度が指標値8%であるとき、透磁率センサ125の出力電圧値が2.5Vになるように調整されている。電圧値が2.5V近傍において、出力電圧値はトナー濃度に対してほぼ直線的に変化する。
【0019】
図11は、透磁率センサ125の出力電圧値が2.0Vから3.0Vの範囲での現像剤のトナー濃度と透磁率センサ125の出力電圧値との関係(線形)を示す図である。
【0020】
この透磁率センサ125の出力電圧値2.0Vに対してトナー濃度は10%になり、3.0Vに対してトナー濃度が6%になる。トナーエンドの検知を行う場合が、トナー濃度が6%である場合を想定すると、透磁率センサ125で検出している電圧値が3.0Vになったときにトナーエンド検知を行う。
【0021】
次に、通常の画像形成動作時からトナーエンド検知を迎える間の現像剤のトナー濃度の推移を図103に基づいて詳細に説明する。
【0022】
図12は、トナーエンドを検知するまでの透磁率センサ125の出力電圧値がどのように変化するかを示した図である。
【0023】
図において、Vaは透磁率センサ125の基準電圧値であり、Vbはトナーエンドであると判定する時の出力電圧値である。通常の画像形成動作時においては、透磁率センサ125の出力電圧は、2.5V近傍になっている。そして、トナー補給機構内のトナー量が少なくなった状態で繰り返し画像形成動作を行っていると、トナー補給機構内のトナーが無くなった時点(A)よりトナー補給が行われなくなるため、次第に現像剤のトナー濃度が低くなっていく。このような状態で画像形成動作を続けていると、あまりにもトナー濃度が低くなり、画像濃度が低くなり過ぎてしまう。
【0024】
そこで、画像濃度が低くならないように、トナー濃度が低くなった状態を検知する、つまり、トナーエンドを検知することが必要である。トナーエンドは、前述したように、透磁率センサ125の出力電圧値によって検知される。例えば、トナー濃度が8%である場合には、透磁率センサ125の出力電圧(Va)は2.5Vで検出されているが、現像剤のトナー濃度が6%になるときの透磁率センサ125の出力電圧(Ve)が3.0Vになったときにトナーエンドであると判断する。このとき、Vm=Ve−Va=0.5[V]を、初期の基準電圧値からトナーエンドであると検知するまでのマージンとして、Vmをリミットマージン電圧値として定義する。
【0025】
以上述べたように、トナーエンド検知は、初期に設定した基準電圧値にリミットマージン電圧値を加算した値をトナーエンド検知電圧値Veとして定めている。このトナーエンド検知電圧値Veを数式で表わすと次のようになる。
【0026】
Ve=Va+Vm
以上説明した方法により、的確にトナーエンドを検知して、ユーザーに対してトナー補給機構中のトナーがなくなったことを知らせ、新しいトナー補給機構に交換を促すことが現在までに提案されている。
【0027】
更に、上記の従来の透磁率センサ125を用いた現像装置の長寿命を狙った場合に、初期のトナー濃度に対してトナー濃度を低くするために、基準電圧を変えてあげるようにしている。例えば、初期2.5Vの基準電圧を8%として、耐久後半では3.0Vの基準電圧で6%としている。なぜなら、現像剤の寿命後半になると現像剤の劣化が進んでトナーの帯電電荷量が低くなり、トナーの現像性が高くなり濃度が出過ぎたり、かぶりが発生する場合があったためである。
【0028】
そこで、初期はトナー濃度8%とし、耐久後半では、トナー濃度6%となるように基準電圧値を補正している。具体的には、初期は2.5Vとし、耐久後半で3.0Vが基準電圧となるように補正している。このようにすることで初期から耐久後半にいたってトナー濃度の最適制御を行うことができ良好な画像提供できた。
【0029】
このように、前述した透磁率センサ125の出力電圧値でトナーエンドを検知することにより、トナーエンドを検知し、ユーザーに対してトナー補給機構中のトナーがなくなったことを知らせ、新しいトナー補給機構に交換を促すことが現在までに提案されている。
【0030】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような基準電圧を耐久で補正する場合において、前述したトナーエンド検知電圧値(Ve)を設定した場合に、以下のような問題が生じた。即ち、耐久後半において基準電圧の補正量が大きいときにトナーエンドを迎えた際の出力画像の濃度が顕著に低くなっていた。
【0031】
この現象について、トナー濃度と透磁率センサの出力電圧値の関係を調べてみた。その結果を図13に示す。この結果から、耐久後半で透磁率センサの基準電圧値を高くするように補正した場合では、透磁率センサの出力電圧値と現像剤のトナー濃度の関係が線形の関係が、基準電圧値を上げれば上げるほど非線型の関係になる。そのため、現像剤のトナー濃度の変動に対して、透磁率センサの出力電圧値の変動が鈍くなってくることが分かった。
【0032】
透磁率センサの基準電圧を2.5Vに設定している場合は、トナーエンドを検知する場合には、通常のトナー濃度が8%から6%に低下してトナーエンド検知が行われる。しかし、寿命後半で透磁率センサの基準電圧を3.0Vに設定した場合は、トナーエンドがトナー濃度が6%から2%になって初めて検知されるため、著しい濃度低下を招くことが判明した。
【0033】
この問題を防止するために、例えば耐久後半におけるトナーエンド検知時の濃度低下を防止するために、マージン電圧値を最初から小さく設定することが考えられるが、この方法では、初期にまだトナーが十分にあるにも拘らず、トナー濃度がちょっと変動するだけで、トナーエンドであると誤検知されてしまうという問題生じてしまい好ましくなかった。従って、基準電圧値を耐久で補正する場合に、マージン電圧値を固定値にしてしまうと、耐久全般を通じて、トナーエンドの誤検知を防ぎながら、トナーエンド時の画像濃度の大きな変動を防ぐことができなかった。
【0034】
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、現像剤の残量が少なくなったと検知した場合に、形成される画像の濃度が低下して画像品位が低下するのを防止した画像形成装置及びその制御方法とプロセスカートリッジを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、
像担持体に静電画像を形成し現像剤により顕像化して記録媒体上に画像を形成する画像形成装置であって、
前記現像剤の量を検知する検知手段と、
前記検知手段による検知結果と基準値とを比較して前記現像剤の残量が許容残量以下になったかどうかを判別する判別手段と、
画像形成に係る情報に基づいて前記基準値を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする。
【0035】
上記目的を達成するために本発明の画像形成装置の制御方法は以下のような工程を備える。即ち、
像担持体に静電画像を形成し現像剤により顕像化して記録媒体上に画像を形成する画像形成装置における制御方法であって、
前記現像剤は磁性を有するキャリア粒子にトナー粒子を混合して構成されて容器内に収容されており、前記容器内の現像剤の量を検知する検知工程と、
前記検知工程での検知結果と基準値とを比較して前記現像剤の残量が許容残量以下になったかどうかを判別する判別工程と、
画像形成に係る情報に基づいて前記基準値を補正する補正工程と、
を有することを特徴とする。
【0036】
上記目的を達成するために本発明のプロセスカートリッジは以下のような構成を備える。即ち、
磁性を有するキャリア粒子にトナー粒子を混合した現像剤と、前記現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器内の現像剤の量を透磁率の変化として検知する透磁率センサと、前記現像剤の使用量に関する情報を記憶する記憶手段と有することを特徴とする。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0038】
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一形態である電子写真プリンタ(レーザビームプリンタ)の断面構成を示す図である。
【0039】
図において、矢印A方向に回転する像担持体である電子写真感光ドラム1を具備し、この感光ドラム1の周りには、帯電器2、現像器4、転写帯電器11、クリーニングユニット17及び感光ドラム1の上方に配設されたレーザビームスキャナ等を備える画像形成ユニットが配設されている。尚、この感光ドラム1は、外径が30mmで矢印A方向に周速100[mm/s]で回転する。
【0040】
この現像器4は、非磁性トナーとキャリアを含有する2成分現像剤を用いて静電潜像を現像するものであり、帯電されたトナーを感光ドラム1上の静電潜像に供給してこれを可視化するものである。22は透磁率センサで、現像器4に設置されている。23は記憶部で、この現像器4に設置され、本実施の形態では、読み書き可能なEEPROMを使用している。現像器4をこのプリンタの本体にセットすることによって、記憶部23はエンジンコントローラ24と電気的に接続され、現像器4の画像形成処理情報をプリンタ側から読み書きできるものである。
【0041】
図1において、画像信号により変調されたレーザ光3が感光ドラム1上を走査して、そのドラム1上に静電潜像が形成される。この静電潜像に現像器4の現像スリーブ5を介してトナーが転写され、その静電潜像が可視化サれる。この像形成に同期して、ピックアップローラ19の回転により給紙カセット18からピックアップされた記録シート20は搬送路を経由して感光ドラム1の位置まで搬送され、転写帯電器11と感光ドラム1とに挟持されて、その可視化された静電潜像が記録シート20に転写される。このようにして転写された記録シート20は、定着器14で定着された後、排紙ローラ対21の回転により装置外に排出される。
【0042】
図2は、現像器4を上方から見た断面図である。この現像器4について更に図2に基づいて説明する。
【0043】
図2に示すように、現像室201と攪拌室202との間で現像剤(トナー)の受け渡しを行うために、仕切り壁4aは長手方向の両端部4b,4cが開放されている。またA及びBスクリュー7,8は、それぞれ時計回り方向に回転することにより、現像室201と攪拌室202との間をトナーが図2の矢印で示すように循環する。本実施の形態では、AおよびBスクリュー7,8として直径14mmのものを用いている。
【0044】
また、この現像器4の感光ドラム1に近接対向する部位には開口部が設けられ、この開口部に、アルミニウムや非磁性ステンレス鋼などの非磁性のトナー担持体である現像スリーブ5が設けられている。この現像スリーブ5は、内部に磁界発生手段であるマグネットローラを内包している。この現像スリーブ5は回転によりトナーを感光ドラム1に搬送する。現像スリーブ5の上方に設けられたトナー規制ブレード9で規制されて形成されたトナー薄層は、回転する感光ドラム1に磁気ブラシとなって接触し、感光ドラム1上の静電潜像が、このトナーにより現像される。
【0045】
攪拌室202の上方には、トナー補給機構が設けられ、そのトナー補給機構の内部には補給用のトナーが充填されている。攪拌室202の側面で、かつBスクリュー8のトナー搬送方向の上流側に、透磁率センサ22が設けられている。画像形成に用いられた現像室201側のトナーは攪拌室202に送られ、このトナー濃度が透磁率センサ22により検出される。
【0046】
そして、この透磁率センサ22によるトナー濃度検出結果に基づいて、攪拌室202の上方で透磁率センサ22の下流側に設けられたトナー補給口46を通じて、トナー補給機構から適正量のトナーが補給される。これによって、現像器4のトナー濃度が常に一定に保たれる。
【0047】
現像剤であるトナーとしては、例えばバインダ樹脂に着色剤や帯電制御剤などを添加した公知のものが使用でき、本実施の形態では、体積平均粒径5〜15[μm]のものを使用している。一方、トナーの磁性キャリアとしては、例えばフェライトなどの磁性粒子などの他に、磁性体粒子の表面に極めて薄い樹脂コーティングを施したもの等が好適に使用され、平均粒径5〜70[μm]の大きさのものが好ましい。
【0048】
本実施の形態に係るトナーは、初期において現像器4に収容させるトナーとして、キャリアからトナーへのトリボ付与の点で好ましいトナー濃度(キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合、以下、T/Dと記す)であるT/D比8%のものを使用している。
【0049】
次に本実施の形態に係る透磁率センサ22の詳細について説明する。
【0050】
本実施の形態では、静電潜像の現像により現像器4内の現像剤濃度が変化するために、攪拌室202の側壁に透磁率センサ22を設置し、エンジンコントローラ24は、この透磁率センサ22からの検出信号によってトナー濃度を検知している。そして、この検知したトナー濃度と、予め設定した基準値との比較結果に基づいてトナーの補給を制御するというインダクタンス検知方式の自動トナー補給制御方法(ATR)を採用している。
【0051】
前述したように、2成分現像剤のトナーは、磁性キャリアと非磁性トナーを主成分としており、現像剤のT/D比が変化すると磁性キャリアと非磁性トナーの混合比率による見かけの透磁率が変化する。この見かけの透磁率を透磁率センサ22であるインダクタンスセンサによって検知して電気信号に変換する。
【0052】
図3は、透磁率センサ22の入力電圧と出力電圧との関係を示すグラフ図で、ここでは、環境(23℃、60%RH)におけるT/D比8%の現像剤に対する入力電圧(以後、制御電圧と称する)と出力電圧(出力電圧)の関係を示している。
【0053】
図に示すように、制御電圧12.5V付近が最も出力電圧の変化率が大きいため、本実施の形態では、標準環境下の制御電圧として12.5Vを、標準出力電圧として2.5Vを採用している。尚、T/D比と、インダクタンスセンサ(透磁率センサ22)の出力電圧の関係は、T/D比に応じてほぼ直線に変化している。
【0054】
基本的なトナー濃度の制御は、エンジンコントローラ24により以下のように行われる。
【0055】
画像形成動作を行う際に、まず透磁率センサ22からの出力電圧を検出する。この出力電圧は、現像器4の2成分現像剤であるトナー濃度に対応している。この透磁率センサ22からの出力電圧と、所定のトナー濃度における見かけの透磁率に対応する基準電圧とが比較され、この比較に基づいて、トナーの補給時間が補正されて制御される。例えば、透磁率センサ22によって検出されたトナー濃度が既定値(予め設定されたトナー濃度)よりも小である場合、つまり、トナー量が不足している場合には、エンジンコントローラ24は制御信号を出力して不足分のトナーを現像器4に補給するようにトナー補給機構を作動させる。トナー補給機構は、図2に示すように、その内部にトナー搬送用のスクリュー7,8を有しており、エンジンコントローラ24からの制御信号に応じて決定されたトナー量を落下させる時間だけスクリューを回転させる。
【0056】
また、透磁率センサ22によって検出されたトナー濃度が上記規定値よりも大きい、即ち、トナーが過剰補給である場合には、その後の画像形成に際しては、その過剰であるトナー量が消費されるまでトナーを補給せずに画像を形成する。即ち、トナー無補給で画像を形成して過剰トナー量を消費させ、過剰トナーが消費された後、トナー補給動作を上述のとおり行うなどの制御を行う。
【0057】
次に、現像剤のトナー濃度と透磁率センサ22の出力との関係について詳細に説明する。
【0058】
図4は、本実施の形態に係る透磁率センサ22の出力電圧の一例を示すグラフ図である。
【0059】
本実施の形態では、図4に示すように、トナー濃度が指標値8%であるとき、透磁率センサ22の出力電圧値が2.5Vになるように調整されている。出力電圧値が2.5V近傍では、出力電圧はトナー濃度に対してほぼ直線的に変化する(線形)。実際には、透磁率センサ22の出力電圧が1.96Vから3.04Vの範囲では、トナー濃度と透磁率センサ22の出力電圧値の関係がほぼ線形の関係にある。ここで透磁率センサ22の出力電圧1.96Vの場合はトナー濃度は10%になり、透磁率センサ22の出力電圧3.04Vの場合にはトナー濃度は6%になっている。
【0060】
次に、通常の画像形成動作時においてトナーエンド(トナー残量不足)を検知する方法について以下に説明する。トナーエンドを検知するまでのトナー濃度の推移を図5に基づいて説明する。
【0061】
図5は、トナーエンドを検知するまでの透磁率センサ22の出力電圧がどのように変化するかを示した図で、縦軸にこの出力電圧、横軸に印刷枚数が設定されている。
【0062】
図において、Vaは透磁率センサ22の基準電圧値、Veはトナーエンドであると検知する時の出力電圧値である。通常の画像形成動作時には、透磁率センサ22の出力電圧は2.5V近傍になっている。その後、トナー補給機構内のトナー残量が少なくなった状態で繰り返し画像形成動作を行っていると、トナーが消費されるにつれてトナー濃度が低くなっていく。即ち、キャリア粒子とトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子の重量の割合が低下する。このような状態で更に画像形成動作を続けていると、更にトナー濃度が低下して、形成される画像濃度が一定の濃度に達しない状態となってしまう。
【0063】
ここでトナーエンドの検知は、前述したように、透磁率センサ22の出力電圧値によって検知される。例えば、トナー濃度が8%である場合には、透磁率センサ22の出力電圧(Va)は2.50V(基準電圧)となっており、トナー濃度が6%になるときの透磁率センサ22の出力電圧(Ve)が3.04Vになったときに、トナーエンドであると検知している。このとき、Vm=Ve−Va=0.54Vを初期の基準電圧値からトナーエンドであると検知するまでのマージンとして、リミットマージン電圧値Vmを定義する。
【0064】
以上述べたように、トナーエンドとなったことの検知は、初期設定した基準電圧値Vaにリミットマージン電圧値Vmを足しあわせた値を、トナーエンド検知電圧値Veとして定めている。このトナーエンドであると検知する時の電圧値を数式で表わすと次のようになる。
【0065】
Ve=Va+Vm
尚、このトナーエンドであると検知する電圧値は、前述のトナー濃度における透磁率センサ22の出力電圧値でなくても、形成される画像の濃度があまり低下しない時点で検知できるものであれば、特に上述した数式や基準電圧等に限るものではない。
【0066】
トナーの寿命が初期段階では、トナー濃度の指標値である8%で、画像形成動作を行なうことが可能になる。しかしながら、トナー寿命の後半では、初期設定した指標値である8%を基準にすると、必ずしも正常な画像形成ができなくなる虞がある。そこで、トナーの寿命に応じて、その基準電圧値を増減させて最適なトナー濃度にする必要がある。
【0067】
以下に、前述したトナー寿命に応じて、透磁率センサ22の基準値を変更させてトナーエンドを検知する、本実施の形態に係る方法について具体的に説明する。
【0068】
トナー寿命の後半(耐久後半)になってくると、トナーの現像性が高くなっていく。そのため耐久後半において、初期に設定したトナー濃度8%での基準電圧値でトナー濃度を制御すると画像濃度は上がる方向になり、更に、トナーの現像性の上昇により白地部に発生するカブリが生じてしまうという問題が発生する。そこでこのような問題を解消するために、現像器4の記憶部23に格納されている画像形成処理情報に応じて、トナーの現像性が上昇した分トナー濃度を下げるように、透磁率センサ22の基準値を補正している。但し、この画像形成処理情報としては、耐久枚数(印刷枚数)、現像スリーブ5の回転数、現像動作時間など、トナー寿命を反映する情報であれば何でもよいが、本実施の形態では、画像形成処理情報を耐久枚数としている。
【0069】
記憶部23は図14に示されているように、画像形成処理情報を記憶する記憶部であり、本実施の形態では、現像ローラの回転数に関する情報、現像動作時間に関する情報、印刷枚数に関する情報、そして、後述する透磁率センサの基準電圧値の補正量に関する情報、トナー寿命(トナー量)に関する情報を記憶する領域231〜235が設けられている。この記憶部は不揮発性のメモリであればよく、例えばEEPROMやFeRAM(強誘電体メモリ)などのメモリが適している。また、画像形成装置との接続に関しては、信号線を記憶部に電気的に接続して通信する方式でもよいし、電波を利用して無線で通信する方式でもよい。
【0070】
そして予め現像器4に透磁率センサ22の基準電圧値の補正量をトナー寿命に応じた情報として格納しておく。但し、画像形成処理情報に関する情報を格納する場所は、必ずしも現像器4でなくても構わない。
【0071】
本実施の形態においては、トナー寿命が印刷枚数で5万枚であるときに、その印刷枚数によって基準電圧値の補正量を図6に示すように定めた。
【0072】
図6に示すように、印刷枚数が1000枚以下では補正量は「0」であるのに対し、1000枚からトナー濃度を下げるように基準電圧値を決定している。
【0073】
このように本実施の形態では、トナーエンドを検知する場合に、リミットマージン電圧値Vmを減らしている。これは前述したように、耐久後半で透磁率センサ22の基準電圧値を高くするように補正した場合では、透磁率センサ22の出力電圧値とトナー濃度の関係が、基準電圧値を上げれば上げるほど非線形になり、トナー濃度の変動に対して透磁率センサ22の出力電圧値の変動が鈍くなってくるからである。
【0074】
以下に、具体的なトナーエンドの検知方法について説明する。
【0075】
透磁率センサ22の出力電圧値がトナーエンドの検知電圧値(Ve’)を3回連続して越えたときにトナーエンドであると検知するように設定する。
【0076】
耐久枚数に応じて補正した透磁率センサ22の基準電圧値(Vx)とし、初期設定した透磁率センサ22の基準電圧値を(Va)、リミットマージン電圧値を(Vm)とし、基準電圧値の補正量(Vx−Va)によってリミットマージン電圧値を減ずるため定数をαとした時、トナーエンドの検知電圧値(Ve’)を、
Ve’=Vx+Vm−α×(Vx−Va) …式(1)
と定義する。
【0077】
この式(1)において、定数αを「0.5」に設定した。従って、α×(Vx−Va)は、透磁率センサ22の基準値を補正している場合(図6の例では、印刷枚数が1000枚以上)、リミットマージン電圧値を減らすように作用している。尚、この定数αの値は、これに限定されるものでなく、トナー寿命に亙ってトナーの現像性が確保できて充分な画像濃度を満足できるものであれば構わない。また、基準電圧値を補正する場合に、トナーの帯電性、現像性を考慮して、この定数αを基準電圧値の補正量に応じて決まる定数にしてもよい。
【0078】
図7は、本実施の形態に係るエンジンコントローラ24の構成を示すブロック図である。
【0079】
図において、240はマイクロプロセッサ等のCPUで、ROM241に記憶されている制御プログラムに従って、このエンジンコントローラ24全体の動作を制御している。ROM241はまた、前述の図6に示すテーブルデータも記憶している。242はRAMで、CPU240による制御処理の実行時にワークエリアとして使用され、各種データや変数を一時的に記憶するのに使用される。243は入力ポートで、透磁率センサ22の出力電圧を入力して、デジタル信号に変換してバス246に出力している。これによりCPU240は、透磁率センサ22から出力される電圧値を取得することができる。244は入出力ポートで、前述の記憶部23(EEPROM)を接続し、そのEPROMの内容を読み書きできる。この記憶部23には、印刷した枚数や現像スリーブ5の回転数、現像動作時間等といった、トナー寿命(トナー量)に関連する情報が更新されて記憶されている。245は出力ポートを示し、この出力ポート245を介して現像器4へのトナーの補給及び現像処理を制御することができる。
【0080】
図7は本実施の形態に係るエンジンコントローラ24によるトナーエンドの検知方法を説明するフローチャートで、この処理を実行するプログラムはROM241に記憶されている。
【0081】
まずステップS101で、記憶部23に記憶されている耐久枚数(印刷枚数)を読み取る。次にステップS102に進み、この読み取った耐久枚数に基づいて、ROM242に記憶されている図6のテーブルを参照して、透磁率センサ22の基準電圧値の補正量を求める。そしてステップS103に進み、前述の式(1)に従って、トナーエンド検知電圧(Ve’)を算出する。
【0082】
次にステップS104に進み、入力ポート243を介して透磁率センサ22の出力電圧値を入力し、その電圧値が、ステップS103で求めたVe’を越えているかどうかを判断する。越えていればステップS104に進み、本実施の形態では、透磁率センサ22の出力電圧値がVe’を3回連続して越えたときトナーエンドであると判断しているので、3回連続して越えているかどうかをみる。3回連続していなければステップS103に戻って、前述の処理を実行する。
【0083】
こうして3回連続して透磁率センサ22の出力電圧値がVe’を越えたときはステップS106に進み、トナーエンドであると判断する。そしてステップS107に進み、トナーエンドであることをユーザに知らせるために警告表示を行う。
【0084】
本実施の形態1を適用した場合、例えば、印刷枚数が30000枚のとき、以上の制御を行った場合のトナーエンドを検知した時の電圧値Ve’は3.31Vであった。このトナーエンドの検知電圧値Ve’=3.31Vに基づいてトナーエンドの検知を行うと、そのトナーエンドであると検知した時のトナー濃度は4%であった。これに対して従来のトナーエンドの検知方法では、印刷枚数30000で、Ve=3.5Vとなり、トナーエンドであると検知した時のトナー濃度は2%まで低下していた。
【0085】
このように本実施の形態1によれば、トナーエンドを検知した時の印刷画像濃度の低下を防止することができた。
【0086】
以上説明したように、印刷枚数が所定量以上となって基準電圧値の補正量が多くなった場合であっても、印刷枚数が所定量以下の場合と同様にトナー濃度に基づいてトナーエンドを検知することができる。そして、このトナーエンドを検知した際のトナー濃度が低くなりすぎるのを防止してトナーエンドの検知を精度良く行うことが可能になった。
【0087】
<実施の形態2>
更に、本発明の実施の形態2について説明する。
【0088】
本発明の実施の形態2のトナー粒子は球形重合トナーであり、その球形重合トナーの製法は、重合法のモノマーに着色剤および荷電制御剤を添加したモノマー組成物を水系の媒体中で混ぜ合わせ重合させるもので、これにより球形状のトナー粒子を得ることができる。この生成法は、球形状のトナーを作製するのに好適である。尚、このような球形トナーの生成方法はこの手法に限定されるものではない。球形状のトナーが作成できれば、例えば、乳化重合法等で作製してもかまわず、また他の添加物が入っていても構わない。
【0089】
この製法により得られる球形重合トナーの形状係数は、SF−1が100〜140、SF−2が100〜120である。このSF−1,SF−2には、日立制作所FE−SEM(S−800)を用い、トナーを100個無作為にサンプリングし、その画像情報をインターフェースを介してニコレ社画像解析装置(Lusex3)に導入して解析し、以下の式により算出された値を本実施の形態で、形状係数SF−1、SF−2と定義した。
【0090】
SF−1=(MXLNG)2/AREA×(π/4)×100
SF−2=(PERI)2/AREA×(π/4)×100
ここでAREAはトナー投影面積、MXLNGは絶対最大長、そしてPERIは周長をそれぞれ示している。
【0091】
上記SF−1は球形度合いを示し、より大きいと球形から徐々に不定形となる。SF−2は凹凸度合いを示し、より大きいと表面積の凹凸が顕著になる。上記球形状の形状係数に対し、従来の粉砕トナーの形状係数はSF−1が180〜220、SF−2が180〜200である。このことから、従来の粉砕トナーに比べて球形重合トナーはほとんど形状が真円に近いことがわかる。元々、真円に近い球形重合トナーは、粉砕トナーに対して形状変化する要因が少ないため、形状変化が少ない。また粉砕トナーは、トナー粒子の形状のばらつきが大きいため、空隙率、かさ密度の変化も大きい。これに対し球形重合トナーでは上記の通りトナー粒子の形状変化が少ないため、かさ密度変化も少なく、トナーを放置した場合のインダクタンス検知方式ATRの検出信号誤差も少ないものとなる。
【0092】
従って本実施の形態2では、このような球形重合トナーを使用することにより、放置した後の印刷処理の再開直後の透磁率センサの出力電圧の誤差を抑えることができる。これにより粉砕トナーと比較して、より誤差の少ないT/D比制御可能となる。
【0093】
また、キャリアとして球形のものを用い、1×1010〜1×1014[Ω・cm]と抵抗の高いものを用いると良い。キャリを球形にすることにより、上記かさ密度の変化が小さくなる。また高抵抗なため、一度にキャリアに蓄積された電荷が逃げにくく、トナーを放置したときのキャリア内の電荷の変動が少なくなる。このため、この高抵抗の球形キャリアは、インダクタンス方式のATRに適しているといえる。従って、この高抵抗の球形キャリアを用いたトナーと、上述の実施の形態1に係るトナーエンドの検知方法と組み合わせることにより、より精度良く、トナーエンドを検知することが可能になる。
【0094】
なお、本実施の形態は、バインダ樹脂と、磁性金属酸化物および非磁性金属酸化物とからなる樹脂磁性キャリアを重合法により作製したが、他の製法により抵抗を調整することができるのならば、そのキャリアを使用してもかまわない。
【0095】
尚、球形重合トナーは特に重合とトナーで作成される必要はなく、他の方法で球形トナーが作製できるのであれば他の方法で形成されても構わない。
【0096】
以上説明した実施の形態2において、前述の実施の形態1で説明した制御と同様の制御を行えば、基準電圧値の補正量が多くなった場合であっても基準電圧値を補正しない場合と同様のトナー濃度でトナーエンドを検知することができ、トナーエンドを検知した時の現像剤のトナー濃度が低くなりすぎず、トナーエンド検知の誤検知を防ぐことが可能になる。
【0097】
[その他の実施の形態]
なお本発明は、複数の機器(例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど)から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置(例えば、複写機、ファクシミリ装置など)に適用しても良い。
【0098】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUまたはMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成されることは言うまでもない。
【0099】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【0100】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどを用いることが出来る。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【0101】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。
【0102】
以上説明したように本実施の形態によれば、トナーエンドであると検知した時の画像濃度の低下を抑えて、トナー寿命の全般に亙りトナーエンドの誤検知を防止できる。
【0103】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、現像剤の残量が少なくなったと検知した場合に、形成される画像の濃度が低下して画像品位が低下するのを防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一形態である電子写真プリンタ(レーザビームプリンタ)の断面構成を示す図である。
【図2】本実施の形態に係る現像器を上方から見た断面図である。
【図3】本実施の形態に係る透磁率センサの出力特性を示す図である。
【図4】本実施の形態に係る透磁率センサの出力電圧とトナー濃度との関係を説明する図である。
【図5】本実施の形態において、トナーエンドを検知するまでの透磁率センサの出力電圧値がどのように変化するかを示した図である。
【図6】本実施の形態に係る印刷枚数と補正量との関係を示す図である。
【図7】本実施の形態に係るエンジンコントローラの構成を説明するブロック図である。
【図8】本実施の形態に係るエンジンコントローラによるトナーエンドの検知処理を説明するフローチャートである。
【図9】本実施の形態に係る現像器の断面図である。
【図10】透磁率センサの出力特性を説明する図である。
【図11】透磁率センサの出力特性を示す図である。
【図12】従来のトナーエンドの検知方法を説明する図である。
【図13】従来の透磁率センサの出力特性を示す図である。
【図14】本実施の形態に係る記憶部のデータ構成を説明する図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus for forming an electrostatic image on an image carrier and visualizing the image with a developer to form an image on a recording medium, a control method thereof, and a process cartridge.
[0002]
[Prior art]
In an image forming apparatus employing an electrophotographic method, a toner of a charged developer is adsorbed on an electrostatic latent image formed on the surface of an image carrier to form a toner image, and the toner is conveyed so as to contact the image carrier. Transfer the toner image to the transfer paper. Then, a heat fixing process is performed on the transfer paper on which the toner image has been transferred, thereby completing the image formation on the transfer paper. The developer used here is a two-component developer obtained by mixing toner with magnetic powder called a carrier. The toner of this developer is charged, and only the toner is charged on the surface of the image carrier by electrostatic latent. It is designed to be adsorbed on the image.
[0003]
The ratio of the weight of the toner particles to the total weight of the carrier particles and the toner particles (hereinafter, toner concentration), which corresponds to the capacity of the two-component developer, plays a very important role in stabilizing the quality of the output image. ing. Therefore, the toner concentration of the developer is accurately detected by using the developer concentration control means (ATR), and the toner is replenished in accordance with the detected change in the toner concentration. The quality of the output image is stabilized by controlling it to be constant.
[0004]
The developer concentration control means (ATR) generally includes a toner concentration detection means for detecting a toner concentration of the developer, and a toner supply amount control means for processing output data of the toner concentration detection means to determine a toner supply amount. And toner supply means for actually supplying toner based on the toner supply amount determined by the toner supply amount control means. In particular, various types of toner concentration detection means are employed. ing.
[0005]
For example, a toner concentration detection device using an optical sensor that utilizes the fact that the light reflectance of the developer in the developing container or on the developer carrying member varies with the toner concentration, and utilizes the fact that the magnetic permeability of the developer varies with the toner concentration A toner density detecting device using a magnetic permeability sensor that converts magnetic permeability into an electric signal, and indirectly detects a change in light reflectivity of a predetermined patch image formed on the latent image carrier under predetermined conditions. There is a method of estimating the toner concentration of the developer.
[0006]
In an image forming apparatus that forms a digital latent image using a laser scanner or an LED array, the amount of toner consumed per page is compared based on the total number of print pixels (video count) in the image information signal per page. There is also known a developer density control means (hereinafter, referred to as a "video count ATR") which determines the toner replenishment amount in accordance with the estimated consumption amount because it can be accurately estimated. This video count ATR has a great advantage in terms of cost because it does not require a toner density detecting means, but has a drawback that errors in the toner replenishment amount are gradually accumulated. Some means is required, and at present it is difficult to use this video count ATR alone.
[0007]
As described above, it is necessary to install the toner concentration detecting means in the developing device, and at the same time, it is also desired to reduce the size of the developing device. Accordingly, an automatic toner replenishment control device using a toner density detection device using a magnetic permeability sensor, which is advantageous only in the space for installing the magnetic permeability sensor and is advantageous for miniaturization, is often selected. The magnetic permeability sensor is installed in a part of a developer carrying path or the like inside the developing device so that a head part of a sensor including a coil serving as a detection unit is always in a state of being in contact with the developer. . Here, since the strength of the magnetic field generated when a high frequency is applied to the coil inside the head changes according to the magnetic permeability around the head, the self-inductance of the coil itself (or the mutual inductance of another measurement coil) is obtained. Is measured, the magnetic permeability of the developer around the head portion can be converted into an electrical value.
[0008]
The magnetic permeability of the developer changes depending on the mixing ratio of the magnetic carrier and the nonmagnetic toner. For example, when it is detected that the magnetic permeability of the developer has increased, it is determined that the ratio of the carrier in the developer in a certain volume has increased and the toner concentration has decreased. Therefore, in this case, toner supply is started. Conversely, when the magnetic permeability decreases, it is determined that the ratio of the carrier in the developer in a certain volume has decreased and the toner concentration has increased, and the toner concentration is controlled such that toner replenishment is stopped. Will be. This inductance detecting type developer concentration detecting means is suitable because there is no disadvantage that the error of the toner supply amount is gradually accumulated as in the video count ATR as described above. Hereinafter, the developer concentration detecting means of the inductance detecting method is referred to as an inductance detecting method ATR.
[0009]
FIG. 9 is a cross-sectional view of a two-
[0010]
In the figure,
[0011]
An
[0012]
The toner density is detected by the following method.
[0013]
First, an output voltage value of the
[0014]
Conventionally, this inductance detection method ATR has a problem that the output voltage value of the
[0015]
Therefore, the environment correction is performed so that the output value is constant by changing the voltage input to the
[0016]
When the image forming operation is performed by the automatic toner replenishment control device using the toner density detecting device based on the
[0017]
Conventionally, the toner replenishment mechanism is provided with toner end detection to perform toner end detection, or when the output voltage value from the
[0018]
As shown in FIG. 10, the output characteristic of the
[0019]
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship (linear) between the toner concentration of the developer and the output voltage value of the
[0020]
The toner density becomes 10% with respect to the output voltage value of 2.0 V of the
[0021]
Next, a change in the toner concentration of the developer from the time of the normal image forming operation to the time when the toner end is detected will be described in detail with reference to FIG.
[0022]
FIG. 12 is a diagram showing how the output voltage value of the
[0023]
In the figure, Va is a reference voltage value of the
[0024]
Therefore, it is necessary to detect a state in which the toner density has decreased, that is, to detect a toner end so that the image density does not decrease. The toner end is detected based on the output voltage value of the
[0025]
As described above, in the toner end detection, a value obtained by adding the limit margin voltage value to the initially set reference voltage value is determined as the toner end detection voltage value Ve. When this toner end detection voltage value Ve is expressed by a mathematical expression, it is as follows.
[0026]
Ve = Va + Vm
It has been proposed until now that the toner end is accurately detected by the method described above, the user is notified that the toner in the toner supply mechanism has run out, and replacement with a new toner supply mechanism is urged.
[0027]
Further, when a long life of the developing device using the above-described conventional
[0028]
Therefore, the reference voltage value is corrected so that the toner concentration is 8% in the initial stage and the toner concentration is 6% in the latter half of the endurance. Specifically, the initial voltage is set to 2.5 V, and the correction is performed so that 3.0 V becomes the reference voltage in the latter half of the durability. In this way, the optimum control of the toner density can be performed from the initial stage to the latter half of the endurance, and a good image can be provided.
[0029]
In this manner, the toner end is detected by detecting the toner end based on the output voltage value of the
[0030]
[Problems to be solved by the invention]
However, when such a reference voltage is corrected for durability, the following problem occurs when the toner end detection voltage value (Ve) is set. That is, in the latter half of the endurance, when the correction amount of the reference voltage is large, the density of the output image when the toner end is reached is remarkably low.
[0031]
Regarding this phenomenon, the relationship between the toner concentration and the output voltage value of the magnetic permeability sensor was examined. The result is shown in FIG. From this result, when the reference voltage value of the magnetic permeability sensor is corrected so as to be higher in the latter half of the durability, the linear relationship between the output voltage value of the magnetic permeability sensor and the toner concentration of the developer increases the reference voltage value. The more you raise, the more nonlinear the relationship becomes. Therefore, it has been found that the fluctuation of the output voltage value of the magnetic permeability sensor becomes slow with respect to the fluctuation of the toner concentration of the developer.
[0032]
When the reference voltage of the magnetic permeability sensor is set to 2.5 V, when toner end is detected, the normal toner density is reduced from 8% to 6%, and toner end is detected. However, when the reference voltage of the magnetic permeability sensor is set to 3.0 V in the latter half of the service life, it has been found that the toner end is detected only when the toner concentration is reduced from 6% to 2%, which causes a significant decrease in the concentration. .
[0033]
In order to prevent this problem, for example, it is conceivable to set the margin voltage value to a small value from the beginning in order to prevent a decrease in density at the time of toner end detection in the latter half of the endurance. In spite of the above, a slight change in the toner density causes a problem that a toner end is erroneously detected, and this is not preferable. Therefore, when the reference voltage value is corrected for durability, if the margin voltage value is set to a fixed value, it is possible to prevent a large change in image density at the time of toner end while preventing erroneous detection of toner end during the entire durability. could not.
[0034]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above conventional example, and an image forming apparatus that prevents the density of an image to be formed from being reduced and the image quality from being reduced when it is detected that the remaining amount of a developer is reduced. And a control method thereof and a process cartridge.
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image forming apparatus of the present invention has the following configuration. That is,
An image forming apparatus that forms an electrostatic image on an image carrier, visualizes the image with a developer, and forms an image on a recording medium,
Detecting means for detecting the amount of the developer,
Determining means for comparing the detection result of the detecting means with a reference value to determine whether the remaining amount of the developer has become equal to or less than an allowable remaining amount;
Correction means for correcting the reference value based on information related to image formation,
It is characterized by having.
[0035]
In order to achieve the above object, a method for controlling an image forming apparatus according to the present invention includes the following steps. That is,
A control method in an image forming apparatus for forming an electrostatic image on an image carrier, visualizing the image with a developer, and forming an image on a recording medium,
The developer is configured by mixing toner particles with carrier particles having magnetism, is housed in a container, and a detection step of detecting the amount of the developer in the container,
A determination step of comparing the detection result in the detection step with a reference value to determine whether the remaining amount of the developer is equal to or less than an allowable remaining amount;
A correction step of correcting the reference value based on information related to image formation,
It is characterized by having.
[0036]
In order to achieve the above object, a process cartridge of the present invention has the following configuration. That is,
A developer in which toner particles are mixed with carrier particles having magnetism, a developing container that stores the developer, a magnetic permeability sensor that detects the amount of the developer in the developing container as a change in magnetic permeability, and the developer And storage means for storing information relating to the amount of use of the information.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0038]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of an electrophotographic printer (laser beam printer), which is an embodiment of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0039]
In the figure, an electrophotographic
[0040]
The developing
[0041]
In FIG. 1, a
[0042]
FIG. 2 is a sectional view of the developing
[0043]
As shown in FIG. 2, in order to transfer the developer (toner) between the developing
[0044]
An opening is provided in a portion of the developing
[0045]
Above the stirring
[0046]
Then, based on the toner density detection result by the
[0047]
As the toner as a developer, for example, a known toner in which a colorant or a charge controlling agent is added to a binder resin can be used. In the present embodiment, a toner having a volume average particle diameter of 5 to 15 [μm] is used. ing. On the other hand, as the magnetic carrier of the toner, in addition to magnetic particles such as ferrite, for example, magnetic particles having an extremely thin resin coating on the surface are preferably used, and the average particle diameter is 5 to 70 [μm]. Is preferable.
[0048]
The toner according to the exemplary embodiment has a preferable toner concentration (the ratio of the weight of toner particles to the total weight of carrier particles and toner particles; , T / D) having a T / D ratio of 8%.
[0049]
Next, details of the
[0050]
In the present embodiment, since the developer concentration in the developing
[0051]
As described above, the toner of the two-component developer contains a magnetic carrier and a non-magnetic toner as main components, and when the T / D ratio of the developer changes, the apparent magnetic permeability due to the mixing ratio of the magnetic carrier and the non-magnetic toner is changed. Change. The apparent magnetic permeability is detected by an inductance sensor, which is the
[0052]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the input voltage and the output voltage of the
[0053]
As shown in the figure, since the change rate of the output voltage is the largest near the control voltage of 12.5 V, in this embodiment, 12.5 V is used as the control voltage under the standard environment, and 2.5 V is used as the standard output voltage. are doing. Note that the relationship between the T / D ratio and the output voltage of the inductance sensor (magnetic permeability sensor 22) changes almost linearly according to the T / D ratio.
[0054]
Basic control of the toner density is performed by the
[0055]
When performing the image forming operation, first, the output voltage from the
[0056]
Further, when the toner density detected by the
[0057]
Next, the relationship between the toner concentration of the developer and the output of the
[0058]
FIG. 4 is a graph showing an example of the output voltage of the
[0059]
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, when the toner concentration is the
[0060]
Next, a method of detecting a toner end (insufficient amount of toner) during a normal image forming operation will be described below. The transition of the toner density until the toner end is detected will be described with reference to FIG.
[0061]
FIG. 5 is a diagram showing how the output voltage of the
[0062]
In the figure, Va is a reference voltage value of the
[0063]
Here, the toner end is detected based on the output voltage value of the
[0064]
As described above, the toner end detection is determined by adding the limit margin voltage value Vm to the initially set reference voltage value Va as the toner end detection voltage value Ve. The voltage value at the time when the toner end is detected is expressed by the following equation.
[0065]
Ve = Va + Vm
The voltage value detected as the toner end is not the output voltage value of the
[0066]
When the life of the toner is in the initial stage, the image forming operation can be performed at the toner density index value of 8%. However, in the latter half of the toner life, there is a possibility that normal image formation may not always be performed based on the initially set index value of 8%. Therefore, it is necessary to increase or decrease the reference voltage value according to the life of the toner to obtain an optimum toner density.
[0067]
Hereinafter, a method according to the present embodiment for detecting the toner end by changing the reference value of the
[0068]
In the latter half of the toner life (the latter half of the durability), the developing property of the toner increases. Therefore, in the latter half of the endurance, if the toner density is controlled by the initially set reference voltage value at the toner density of 8%, the image density tends to increase, and further, the fog generated on the white background portion due to the increase in the developing property of the toner occurs. A problem arises. Therefore, in order to solve such a problem, the
[0069]
As shown in FIG. 14, the
[0070]
The correction amount of the reference voltage value of the
[0071]
In the present embodiment, when the toner life is 50,000 in terms of the number of prints, the correction amount of the reference voltage value is determined according to the number of prints as shown in FIG.
[0072]
As shown in FIG. 6, while the correction amount is “0” when the number of printed sheets is 1000 or less, the reference voltage value is determined so that the toner density is reduced from 1000 sheets.
[0073]
As described above, in the present embodiment, when toner end is detected, the limit margin voltage value Vm is reduced. As described above, when the reference voltage value of the
[0074]
Hereinafter, a specific toner end detection method will be described.
[0075]
When the output voltage value of the
[0076]
The reference voltage value (Vx) of the
Ve ′ = Vx + Vm−α × (Vx−Va) Equation (1)
Is defined.
[0077]
In the equation (1), the constant α is set to “0.5”. Therefore, α × (Vx−Va) acts to reduce the limit margin voltage value when the reference value of the
[0078]
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the
[0079]
In the figure, a
[0080]
FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of detecting a toner end by the
[0081]
First, in step S101, the number of durable sheets (the number of printed sheets) stored in the
[0082]
Next, the process proceeds to step S104, where the output voltage value of the
[0083]
When the output voltage value of the
[0084]
When the first embodiment is applied, for example, when the number of prints is 30,000, the voltage value Ve ′ when the toner end is detected when the above control is performed is 3.31 V. When toner end detection is performed based on the toner end detection voltage value Ve ′ = 3.31 V, the toner density at the time when the toner end is detected is 4%. On the other hand, in the conventional toner end detection method, when the number of prints is 30,000, Ve = 3.5 V, and the toner density when the toner end is detected is reduced to 2%.
[0085]
As described above, according to the first embodiment, it was possible to prevent a decrease in print image density when toner end was detected.
[0086]
As described above, even when the number of prints is equal to or more than the predetermined amount and the correction amount of the reference voltage value is increased, the toner end is determined based on the toner density in the same manner as when the number of prints is equal to or less than the predetermined amount. Can be detected. Then, it is possible to prevent the toner concentration when the toner end is detected from becoming too low, and to accurately detect the toner end.
[0087]
<
Further, a second embodiment of the present invention will be described.
[0088]
The toner particles according to
[0089]
The spherical polymer toner obtained by this method has a shape factor of 100 to 140 for SF-1 and 100 to 120 for SF-2. For the SF-1 and SF-2, FE-SEM (S-800) manufactured by Hitachi, Ltd. was used, and 100 toners were randomly sampled, and the image information was obtained through an interface using an image analysis device (Lusex3,
[0090]
SF-1 = (MXLNG) 2 / AREA × (π / 4) × 100
SF-2 = (PERI) 2 / AREA × (π / 4) × 100
Here, AREA indicates the toner projection area, MXLNG indicates the absolute maximum length, and PERI indicates the circumference.
[0091]
The SF-1 indicates a degree of sphere, and when it is larger, the shape gradually becomes irregular from a sphere. SF-2 indicates the degree of unevenness, and when it is larger, the unevenness of the surface area becomes remarkable. As compared to the spherical shape factor, the shape factor of the conventional pulverized toner is 180 to 220 for SF-1 and 180 to 200 for SF-2. This indicates that the spherical polymerized toner has almost a perfect circular shape compared to the conventional pulverized toner. Originally, spherical polymerized toner having a shape close to a perfect circle has little change in shape with respect to pulverized toner, and thus has little change in shape. Further, the crushed toner has a large variation in the shape of the toner particles, so that the porosity and the bulk density change greatly. On the other hand, since the spherical polymerized toner has a small change in the shape of the toner particles as described above, the bulk density change is small, and the detection signal error of the inductance detection type ATR when the toner is left unattended is small.
[0092]
Therefore, in the second embodiment, by using such a spherical polymerization toner, it is possible to suppress an error in the output voltage of the magnetic permeability sensor immediately after the printing process is resumed after being left. As a result, the T / D ratio can be controlled with less error as compared with the pulverized toner.
[0093]
Further, a spherical carrier is used, and 1 × 10 10 ~ 1 × 10 14 It is preferable to use a material having a high resistance of [Ω · cm]. By making the carrier spherical, the change in the bulk density is reduced. In addition, since the resistance is high, the charge accumulated in the carrier at a time is difficult to escape, and the fluctuation of the charge in the carrier when the toner is left is reduced. For this reason, it can be said that this high-resistance spherical carrier is suitable for an inductance type ATR. Therefore, by combining the toner using the high-resistance spherical carrier with the toner end detecting method according to the first embodiment, the toner end can be detected with higher accuracy.
[0094]
In the present embodiment, a resin magnetic carrier composed of a binder resin and a magnetic metal oxide and a non-magnetic metal oxide is manufactured by a polymerization method, but if the resistance can be adjusted by another manufacturing method. , You can use that carrier.
[0095]
It should be noted that the spherical polymerized toner does not need to be particularly formed by polymerization and toner, and may be formed by another method as long as the spherical toner can be manufactured by another method.
[0096]
In the second embodiment described above, if the same control as the control described in the first embodiment is performed, the case where the reference voltage value is not corrected even when the correction amount of the reference voltage value is increased is increased. The toner end can be detected with the same toner concentration, and the toner concentration of the developer when the toner end is detected does not become too low, so that it is possible to prevent erroneous detection of the toner end detection.
[0097]
[Other embodiments]
Even if the present invention is applied to a system including a plurality of devices (for example, a host computer, an interface device, a reader, and a printer), the present invention can be applied to an apparatus (for example, a copier, a facsimile device, and the like) including one device. May be applied.
[0098]
Further, an object of the present invention is to provide a storage medium storing a program code of software for realizing the functions of the above-described embodiments to a system or an apparatus, and a computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus to store the storage medium. Needless to say, this can also be achieved by reading out and executing the program code stored in the.
[0099]
In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the function of the above-described embodiment, and the storage medium storing the program code constitutes the present invention.
[0100]
As a storage medium for supplying the program code, for example, a floppy (registered trademark) disk, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-ROM, CD-R, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, or the like is used. I can do it.
When the computer executes the readout program code, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also an OS (Operating System) running on the computer based on the instruction of the program code. It goes without saying that a case where a part of the actual processing is performed and the function of the above-described embodiment is realized by the processing is also included.
[0101]
Further, after the program code read from the storage medium is written into a memory provided on a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer, the function expansion is performed based on the instruction of the program code. This includes the case where the CPU or the like provided in the board or the function expansion unit performs part or all of the actual processing, and the processing realizes the functions of the above-described embodiments.
[0102]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in image density when toner end is detected, and to prevent erroneous detection of toner end over the entire toner life.
[0103]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when it is detected that the remaining amount of the developer is small, there is an effect that it is possible to prevent the density of an image to be formed from being lowered and the image quality from being lowered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of an electrophotographic printer (laser beam printer) which is an embodiment of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the developing device according to the exemplary embodiment as viewed from above.
FIG. 3 is a diagram showing output characteristics of the magnetic permeability sensor according to the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the output voltage of the magnetic permeability sensor and the toner density according to the embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing how the output voltage value of the magnetic permeability sensor changes until a toner end is detected in the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the number of prints and a correction amount according to the present embodiment.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of an engine controller according to the present embodiment.
FIG. 8 is a flowchart illustrating toner end detection processing by the engine controller according to the present embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the developing device according to the exemplary embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating output characteristics of a magnetic permeability sensor.
FIG. 11 is a diagram showing output characteristics of a magnetic permeability sensor.
FIG. 12 is a diagram illustrating a conventional toner end detection method.
FIG. 13 is a diagram showing output characteristics of a conventional magnetic permeability sensor.
FIG. 14 is a diagram illustrating a data configuration of a storage unit according to the present embodiment.
Claims (18)
前記現像剤の量を検知する検知手段と、
前記検知手段による検知結果と基準値とを比較して前記現像剤の残量が許容残量以下になったかどうかを判別する判別手段と、
画像形成に係る情報に基づいて前記基準値を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus that forms an electrostatic image on an image carrier, visualizes the image with a developer, and forms an image on a recording medium,
Detecting means for detecting the amount of the developer,
Determining means for comparing the detection result of the detecting means with a reference value to determine whether the remaining amount of the developer has become equal to or less than an allowable remaining amount;
Correction means for correcting the reference value based on information related to image formation,
An image forming apparatus comprising:
前記現像剤は磁性を有するキャリア粒子にトナー粒子を混合して構成されて容器内に収容されており、前記容器内の現像剤の量を検知する検知工程と、
前記検知工程での検知結果と基準値とを比較して前記現像剤の残量が許容残量以下になったかどうかを判別する判別工程と、
画像形成に係る情報に基づいて前記基準値を補正する補正工程と、
を有することを特徴とする制御方法。A control method in an image forming apparatus for forming an electrostatic image on an image carrier, visualizing the image with a developer, and forming an image on a recording medium,
The developer is configured by mixing toner particles with carrier particles having magnetism, is housed in a container, and a detection step of detecting the amount of the developer in the container,
A determination step of comparing the detection result in the detection step with a reference value to determine whether the remaining amount of the developer is equal to or less than an allowable remaining amount;
A correction step of correcting the reference value based on information related to image formation,
A control method comprising:
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