JP2015106110A - Image forming apparatus - Google Patents
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Images
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Abstract
Description
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus using an electrophotographic system.
電子写真方式を用いた画像形成装置としては、例えば、電子写真複写機、或いは、LED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)プリンタ、レーザービームプリンタ等の電子写真プリンタがある。更に、電子写真ファクシミリ装置、及び電子写真ワードプロセッサ等が含まれる。 Examples of the image forming apparatus using the electrophotographic method include an electrophotographic copying machine, an electrophotographic printer such as an LED (Light Emitting Diode) printer, and a laser beam printer. Furthermore, an electrophotographic facsimile apparatus, an electrophotographic word processor, and the like are included.
画像形成装置本体に着脱可能なカートリッジは、像担持体としての電子写真感光体、電子写真感光体を帯電させる帯電手段、電子写真感光体に現像剤を供給する現像手段、電子写真感光体をクリーニングするクリーニング手段のうち少なくとも一つを有する。 The cartridge that can be attached to and detached from the image forming apparatus main body includes an electrophotographic photosensitive member as an image bearing member, a charging unit that charges the electrophotographic photosensitive member, a developing unit that supplies a developer to the electrophotographic photosensitive member, and a cleaning unit for the electrophotographic photosensitive member. At least one of the cleaning means.
プロセスカートリッジは、帯電手段、現像手段及びクリーニング手段のうちの少なくとも一つと、電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。或いは、少なくとも現像手段と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。 In the process cartridge, at least one of a charging unit, a developing unit, and a cleaning unit and an electrophotographic photosensitive member are integrally formed into a cartridge, and the cartridge can be attached to and detached from the image forming apparatus main body. Alternatively, at least the developing means and the electrophotographic photosensitive member are integrally formed into a cartridge, and the cartridge can be attached to and detached from the image forming apparatus main body.
複写機やレーザービームプリンタ等の電子写真画像形成装置は、画像情報に対応した光を像担持体である電子写真感光体(以下、「感光体」という)に照射して静電潜像を形成する。そして、この静電潜像に現像手段によって現像剤を供給してトナー画像として顕像化し、更に、感光体から記録材にトナー画像を転写することで記録材上にトナー画像を形成している。 An electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a laser beam printer forms an electrostatic latent image by irradiating an electrophotographic photosensitive member (hereinafter referred to as a “photosensitive member”) corresponding to image information with light corresponding to image information. To do. Then, a developer is supplied to the electrostatic latent image by developing means to visualize it as a toner image, and further, the toner image is transferred from the photosensitive member to the recording material to form a toner image on the recording material. .
現像装置には、現像剤であるトナーを収容した現像剤容器が設けられ、トナー画像を形成することでトナーは消費されていく。現像装置、感光体、帯電手段等は、それぞれが個々にカートリッジとして画像形成装置に着脱自在に構成されている。或いは、感光体が他のものと一体的に構成されてプロセスカートリッジとして構成されている。 The developing device is provided with a developer container containing toner as a developer, and the toner is consumed by forming a toner image. Each of the developing device, the photosensitive member, the charging unit, and the like is configured to be detachable from the image forming apparatus as a cartridge. Alternatively, the photosensitive member is integrally formed with other components to form a process cartridge.
トナーが無くなった際にユーザはカートリッジ化された現像装置(現像カートリッジ)、または現像装置が設けられたプロセスカートリッジを交換することで、再び記録材にトナー画像を形成することができる。 When the toner runs out, the user can form a toner image on the recording material again by replacing the developing device (developing cartridge) in a cartridge or the process cartridge provided with the developing device.
プロセスカートリッジまたは現像カートリッジ(以下、単に「カートリッジ」という)の現像剤容器内に蓄えられているトナーは画像形成することで消費されていく。そして、予め設定された閾値を下回ったと判断したときに、現像剤容器内に蓄えられているトナーの残量が過少となっていることを検知するトナー残量検知装置が設けられいる。トナー残量検知装置によりトナーの残量が過少となっていることを検知すると操作パネルに設けられた表示部にその旨の表示を行う。 Toner stored in a developer container of a process cartridge or a developing cartridge (hereinafter simply referred to as “cartridge”) is consumed by forming an image. A toner remaining amount detecting device is provided that detects that the remaining amount of toner stored in the developer container is too low when it is determined that the threshold value is below a preset threshold. When it is detected by the toner remaining amount detection device that the remaining amount of toner is too low, a message to that effect is displayed on the display unit provided on the operation panel.
トナー残量検知装置としては、例えば、特許文献1、2に記載されているように、現像剤容器内に電極部材を配置して残トナーの静電容量からトナー残量を検知するものがある。このようなトナー残量検知装置では、例えば、図3に示すように、感光ドラム1に近接して現像装置4の現像剤容器4b内の現像ローラ4aが配置される。現像ローラ4aに対向して導電性を有する外径直径が1mm程度の棒状の電極部材4hが現像剤容器4b内に収容されたトナーtの内部に埋没されるように配置されている。そして、電極部材4hにはトナー残量検知装置53が接続されている。
As a toner remaining amount detecting device, for example, as described in
ここで、電極部材4hにより現像剤容器4b内のトナーtの残量を検知する原理について説明する。例えば、現像装置4の現像剤容器4b内に収容されるトナーtの量によって変化する現像ローラ4aと電極部材4hとの間の静電容量を図4に示す等価コンデンサ57で表わすことが出来る。
Here, the principle of detecting the remaining amount of toner t in the
図3及び図4において、現像ローラ4aには現像バイアス電源7として交流バイアス電源41と、直流バイアス電源42とが直列に接続されている。図4に示すように、交流バイアス電源41には、図3に示す現像ローラ4aと、電極部材4hとにより構成される等価コンデンサ57が接続されている。交流バイアス電源41は、例えば、周波数が2400Hz、ピークトゥピーク電圧Vppが1600Vの矩形波を発生する。
3 and 4, an AC
図3及び図4に示す回路においては、交流バイアス電源41から現像ローラ4aへ印加される交流電圧が静電誘導によって電極部材4hに誘起電圧Viが誘起される。電極部材4hに流れる電流は電極部材4hに接続されているトナー残量検知装置53により検知される。トナー残量検知装置53により検知される電極部材4hに誘起される誘起電圧Viは等価コンデンサ57の静電容量により変化する。
In the circuits shown in FIGS. 3 and 4, an induced voltage Vi is induced in the
即ち、現像ローラ4aと電極部材4hとの間に介在するトナーtの量により変化する現像ローラ4aと電極部材4hとの間の誘電率に伴って変化する。一般的に、トナーtの比誘電率は約3であり、空気の比誘電率は約1である。このため、現像ローラ4aと電極部材4hとの間に介在するトナーtの量が多ければ、電極部材4hに誘起される誘起電圧Viは高くなる。
In other words, it varies with the dielectric constant between the developing
トナー残量検知装置53によって得られたトナー残量検知信号は、図示しない印字記録エンジン部に設けられるCPU(Central Processing Unit;中央演算装置)54に受信される。CPU54によって画像形成工程の許可や禁止等が制御される。即ち、トナーtが少なくなったことによる画像の白抜け等を防ぐためにトナー残量検知装置53によって検知されたトナー残量が予め設定された閾値を下回ったと判断されたときには、トナーtの残量が過少となっている旨が図示しない操作表示部に表示される。
A toner remaining amount detection signal obtained by the toner remaining
図5に現像剤容器4b内のトナー残量と、電極部材4hに誘起される誘起電圧Viとの関係を示す。現像剤容器4b内のトナーtが満タン時では現像剤容器4b内のトナー残量は例えば400gであり、このときの誘起電圧Viは1.80Vである。画像形成によるトナーtの消費によりトナー残量が少なくなってくると、電極部材4hに誘起される誘起電圧Viが低下する。画像の白抜けが発生するトナー残量は75gで,そのときの誘起電圧Viは1.45Vである。
FIG. 5 shows the relationship between the remaining amount of toner in the
このため画像の白抜けに対して十分なラチチュード (latitude;画像を満足させることができる領域。許容範囲。)を保有したトナー残量は110gである。このときの電極部材4hに誘起される誘起電圧Viがトナー量下限の閾値として1.60Vになったときに画像形成禁止の通知を行う。
For this reason, the remaining amount of toner having a latitude (latitude; an area where the image can be satisfied. An allowable range) is 110 g with respect to white spots in the image. When the induced voltage Vi induced in the
図3及び図4に示すように、トナー残量検知装置53において、電極部材4hに誘起される誘起電圧Viは現像ローラ4aと電極部材4hとの間の静電容量により決定される。即ち、現像ローラ4aと電極部材4hとの間のトナー量によって変動する誘電率に依存している。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the toner remaining
現像装置4が設置された湿度環境が変化すると、同じトナーtの量であっても誘起電圧Viが変動する。トナーtのような微少な粉体を用いた場合、粉体間に水分を含有し、トナーtの静電容量を大きく変化させてしまう。
When the humidity environment in which the developing
例えば、吸湿したトナーtの場合、適正環境(温度23℃、湿度50%)のトナーtの誘電率よりも増加し、乾燥したトナーtの場合、適正環境のトナーtの誘電率よりも減少してしまう。この吸湿、乾燥による静電容量の変化をトナー量の変化として検知してしまう。その結果として画像の不具合やユーザへ間違った情報を提示してしまう場合がある。高温高湿環境の場合、現像剤容器4b内のトナー残量が少なくなってしまい、画像の白抜けが発生する場合が有る。一方、低温低湿環境の場合、現像剤容器4b内のトナー残量が多くなってしまい、ランニングコストが増加してしまう。
For example, in the case of the absorbed toner t, the dielectric constant of the toner t in the proper environment (temperature 23 ° C.,
図6に高温高湿環境(温度30℃、湿度80%)と、低温低湿環境(温度15℃、湿度10%)における現像剤容器4b内のトナー残量と、電極部材4hに誘起される誘起電圧Viとの関係を示す。図6に示すように、高温高湿環境における誘起電圧Vihがトナー量下限の閾値となる1.60Vに達するときの現像剤容器4b内のトナー残量は80gである。一方、低温低湿環境における誘起電圧Vilがトナー量下限の閾値となる1.60Vに達するときの現像剤容器4b内のトナー残量は140gである。このように温湿環境差によるトナーtの誘電率の変動から現像剤容器4b内のトナー残量と、誘起電圧Viとの関係は大きな差が発生してしまう。
FIG. 6 shows the remaining amount of toner in the
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、トナーの吸湿による誘電率の変化の影響に左右されずに現像剤容器内のトナー残量を正確に検知することが出来る画像形成装置を提供するものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to accurately detect the remaining amount of toner in a developer container without being influenced by the influence of change in dielectric constant due to moisture absorption of toner. An image forming apparatus is provided.
前記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体にトナーを供給する現像手段と、を有し、前記現像手段は、トナーを収容する現像剤容器と、前記現像剤容器内のトナーを担持搬送して前記像担持体の静電潜像に供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に交流電圧を印加する現像バイアス電源と、前記現像剤容器内で前記現像剤担持体に離間して設けられた電極部材と、前記現像バイアス電源により前記現像剤担持体に交流電圧が印加された際に前記現像剤担持体と前記電極部材との間の静電容量に応じて前記電極部材に誘起される誘起電圧に基づいて前記現像剤容器内のトナー残量を検知するトナー残量検知手段と、を有し、前記トナー残量検知手段は、所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値xと、前記誘起電圧の変化量Δyとから前記現像剤容器内のトナー残量を検知することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a typical configuration of an image forming apparatus according to the present invention includes an image carrier on which an electrostatic latent image is formed, and developing means for supplying toner to the image carrier. The developing means includes a developer container that contains toner, a developer carrier that carries and transports the toner in the developer container and supplies the toner to the electrostatic latent image of the image carrier, and the developer carrier. An AC voltage is applied to the developer carrier by the developer bias power source, an electrode member spaced apart from the developer carrier within the developer container, and the developer bias power source. A toner remaining amount detecting means for detecting the remaining amount of toner in the developer container based on an induced voltage induced in the electrode member in accordance with a capacitance between the developer carrying member and the electrode member And the toner remaining amount detecting means has a predetermined period. In, and detecting the integrated value x of the image information signals to be used for image formation, the toner remaining amount of the developer container from the variation Δy of the induced voltage.
上記構成によれば、画像全体の現像ドット数をカウントして積算するビデオカウント方式による所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値を計算する。この所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値の計測期間中の現像剤担持体と電極部材との間の静電容量変化によって得られる誘起電圧を検知する。 According to the above configuration, the integrated value of the image information signal used for image formation is calculated in a predetermined period by the video count method of counting and integrating the number of development dots of the entire image. In this predetermined period, an induced voltage obtained by a change in capacitance between the developer carrier and the electrode member during the measurement period of the integrated value of the image information signal used for image formation is detected.
そして、誘起電圧の変化量が所定値以下であるときに現像剤容器内のトナーが少なくなったことを検知する。即ち、トナーの消費量に対して誘起電圧の変化量が殆ど無かった場合に現像剤容器内のトナーが少なくなったことを検知するため温湿環境変化による誤差を防止することが出来る。これによりトナーの吸湿による誘電率の変化の影響に左右されずにトナー残量を正確に検知することが可能となる。 When the amount of change in the induced voltage is equal to or less than a predetermined value, it is detected that the toner in the developer container has decreased. That is, when there is almost no change in the induced voltage with respect to the toner consumption, it is detected that the amount of toner in the developer container has decreased, so that errors due to changes in the temperature and humidity environment can be prevented. As a result, the remaining amount of toner can be accurately detected without being influenced by the change in the dielectric constant due to the moisture absorption of the toner.
<画像形成装置>
図により本発明に係る画像形成装置8の一実施形態を具体的に説明する。図1に示す画像形成装置8は複写機である。図1に示すように、画像形成装置8は、画像形成動作を実行する印字記録エンジン部10と、該印字記録エンジン部10における各種動作を制御する制御手段となるコントローラ部9とを有して構成されている。コントローラ部9に設けられた制御処理部91からの各種制御信号が印字記録エンジン部10に送出される。
<Image forming apparatus>
An embodiment of the image forming apparatus 8 according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. An image forming apparatus 8 shown in FIG. 1 is a copying machine. As shown in FIG. 1, the image forming apparatus 8 includes a print
先ず、画像形成装置8の印字記録エンジン部10は、例えば、図1に示されているように画像形成装置8本体に着脱自在なプロセスカートリッジ11として構成される。プロセスカートリッジ11としての印字記録エンジン部10は、静電潜像が形成される像担持体となる感光ドラム1を有する。更に、感光ドラム1にトナーtを供給する現像手段となる現像装置4を有する。更に、クリーニング手段となるクリーニングブレード6aを有するクリーニング装置6を有する。更に、感光ドラム1の表面を帯電させる帯電手段となる帯電ローラ2を有している。
First, the print
感光ドラム1は、回転ドラム型の電子写真感光体からなる。本実施形態の感光ドラム1は、アルミニウム製のドラム基体1bの外周面に感光体層1aとして有機光導電体(OPC;Organic Photoconductor)層が形成されている。感光ドラム1は30mm程度の外径直径を有している。感光ドラム1は、図1の矢印A方向に所定のプロセススピード(本実施形態では94.5mm/秒)で回転駆動される。
The
図1の矢印A方向に回転する感光ドラム1に対して帯電ローラ2により帯電バイアス電圧を印加する。これにより感光ドラム1の表面が所定の電位に帯電処理される。帯電処理された感光ドラム1の表面には露光手段となるレーザスキャナ3から出射される画像情報に応じたレーザ光3aが照射される。
A charging bias voltage is applied by the charging roller 2 to the
レーザスキャナ3から放射されたレーザ光3aは回転多面鏡3bによって掃引され、fθレンズ等のレンズ3c及びレーザ光3aを感光ドラム1方向に指向させるミラー3dによって感光ドラム1の表面上にスポット結像される。尚、fθレンズはレーザ光3aが角度θで入ってくると、該fθレンズの焦点距離fを掛け合わせた大きさ(f×θ)の像を結ぶようなレンズ特性(fθ特性)を有する。このようにしてレーザ光3aは感光ドラム1の回転軸とほぼ平行な方向(主走査方向)に感光ドラム1の表面を走査し、静電潜像を形成する。
感光ドラム1の表面に形成された静電潜像は、現像装置4から供給されるトナーtによって現像される。図示しない記録材給送部から適切なタイミングで感光ドラム1と、該感光ドラム1に当接された転写手段となる転写ローラ5との間の転写部へ記録材Pが搬送される。そして、感光ドラム1の表面に現像により形成されたトナー像は転写部で転写バイアス電圧が印加されて記録材Pに対して転写されていく。
The electrostatic latent image formed on the surface of the
転写部を通ってトナー像が転写された記録材Pは、感光ドラム1の表面から分離されてプロセスカートリッジ11外に設けられた図示しない定着部へ搬送され、トナー像の記録材Pへの定着が行なわれる。また、転写後において感光ドラム1の表面上に残存するトナーtは感光ドラム1の表面上に圧接するように配置されたクリーニングブレード6aの摺接力により掻き落とすようにして分離される。クリーニングブレード6aにより掻き落とされたトナーtはクリーニングブレード6aを保持しているクリーニング装置6に設けられた回収トナー収容部6b内に収容される。
The recording material P onto which the toner image has been transferred through the transfer section is separated from the surface of the
<現像装置>
次に、図2を用いて感光ドラム1の表面上に形成された静電潜像を現像剤となるトナーtにより可視像化する現像装置4の構成について説明する。図2に示すように、現像手段としての現像装置4はトナーtを収容する現像剤容器4bを有する。更に、現像剤容器4b内(現像剤容器内)のトナーtを担持搬送して感光ドラム1の表面に形成された静電潜像に供給する現像剤担持体となる現像ローラ4aを有している。更に、図4に示すように、現像ローラ4aに交流電圧を含む現像バイアス電圧を印加する現像バイアス電源7を有する。現像バイアス電源7から現像ローラ4aに現像バイアス電圧が印加されて感光ドラム1の表面にトナーtを供給する。
<Developing device>
Next, the configuration of the developing
現像装置4の現像剤収容部となる現像剤容器4bは、図2に示すように、現像室4cとトナー室4dとを有する。現像室4cには該現像室4c内のトナーtを均一に撹拌する撹拌部材4eが設けられる。トナー室4dには該トナー室4d内のトナーtを均一に撹拌し、現像室4cへトナーtを搬送するための撹拌部材4fが設けられている。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態の現像ローラ4aは、複数の固定磁極の外周に回転可能なスリーブを配置した現像剤担持体である。現像ローラ4aの表面に担持されたトナーtは、トナー層厚規制手段となる現像ブレード4gにより均一に層厚が規制された後、感光ドラム1が対向する現像領域に搬送される。そして、現像ローラ4aに印加される現像バイアス電圧により、感光ドラム1に接触、或いは、非接触で該感光ドラム1の表面に形成された静電潜像を現像する。現像装置4の駆動は現像ローラ4a、撹拌部材4e,4fが連動して行なわれる。
The developing
現像バイアス電源7から現像ローラ4aに印加される現像バイアス電圧は、交流バイアス電源41から出力される交流電圧、及び、直流バイアス電源42から出力される直流電圧から成る。感光ドラム1の表面の静電潜像部と、現像バイアス電源7により現像ローラ4aに印加された現像バイアス電圧との電位差により現像ローラ4aの表面上のトナーtを感光ドラム1の表面の静電潜像に供給して現像する。尚、交流バイアス電源41は、例えば、周波数が2400Hz、ピークトゥピーク電圧Vppが1600Vの矩形波を発生し、直流バイアス電源42は、例えば、−440Vの直流電圧を発生する。
The developing bias voltage applied to the developing
また、現像室4c内(現像剤容器内)で現像ローラ4aの近傍に平行に対向離間して棒状の電極部材4hが設けられている。電極部材4hは現像室4c内で撹拌部材4eの回転軌跡上に位置しないように配置される。更に、図11(b)に示すように、電極部材4hの外径上部頂点4h1は現像ローラ4aの外径上部頂点4a1を含む水平面hよりも下方側に設置されている。
In addition, a rod-shaped
本実施形態の電極部材4hは、導電性を有する直径4mmの金属棒で形成されている。例えば、本実施形態では電極部材4hのサビ防止のためにステンレス鋼(SUS)を使用している。図1に示すように、電極部材4hには誘起電圧検知部91dが接続されている。電極部材4hは現像剤容器4b内にトナーtが十分に入っているときにはトナーtの内部に埋没されるように配置されている。
The
<トナー残量検知手段>
本実施形態における電極部材4hを用いたトナー残量検知について説明する。本実施形態では、現像ローラ4aと電極部材4hとをそれぞれ電極とした等価コンデンサ57と見なし、現像ローラ4aと電極部材4hとの間に介在するトナー量に応じて変動する静電容量を検知する。交流バイアス電源41から交流電圧を現像ローラ4aへ印加する。
<Toner remaining amount detecting means>
The toner remaining amount detection using the
すると、交流電圧からなる誘起電圧Viが静電誘導によって現像ローラ4aに近接して配置された電極部材4hに誘起される。電極部材4hに流れる電流は電極部材4hに接続されている誘起電圧検知部91dにより誘起電圧Viとして検知される。そして、制御手段となるCPU(Central Processing Unit;中央演算装置)91aにより誘起電圧Viが信号化されて演算される。
Then, an induced voltage Vi composed of an alternating voltage is induced by the
誘起電圧Viは等価コンデンサ57の静電容量の変化に伴って変化する。即ち、現像ローラ4aと電極部材4hとの間に介在するトナーtの量により変化する電極間の誘電率に伴って変化する。一般的に、トナーtの比誘電率は約3であり、空気の比誘電率は約1である。このため現像ローラ4aと電極部材4hとの間に介在するトナーtの量が多ければ電極部材4hに誘起される誘起電圧Viは大きくなる。
The induced voltage Vi changes as the capacitance of the
本実施形態におけるトナー残量検知の原理について説明する。トナー残量検知手段となる制御処理部91は以下の制御を行う。現像バイアス電源7の交流バイアス電源41により現像ローラ4aに交流電圧が印加された際に現像ローラ4aと電極部材4hとの間の静電容量に応じて電極部材4hに誘起される誘起電圧Viを誘起電圧検知部91dにより検知する。そして、誘起電圧検知部91dにより検知した誘起電圧Viに基づいて現像剤容器4b内のトナー残量を検知する。
The principle of toner remaining amount detection in this embodiment will be described. A
本実施形態では、図4に示すように、現像ローラ4aと電極部材4hとを電極と見なして等価コンデンサ57を想定する。現像ローラ4aに印加した現像バイアス電圧により現像ローラ4aと電極部材4hとの間の静電容量に対応して電極部材4hに誘起電圧Viが誘起される。この誘起電圧Viを誘起電圧検知部91dにより検知する。即ち、現像剤容器4b内で現像ローラ4aと電極部材4hとの間に介在するトナーtの量から電極部材4hに誘起される誘起電圧Viを検知する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, an
トナーtの消費により現像ローラ4aと電極部材4hとの間の静電容量は減少する。このため電極部材4hに誘起される誘起電圧Viは減少していく。しかし、図7に示すように、トナーtの消費に対して誘起電圧Viの減少が見られない領域bがある。これは、図11(b)に示すように、現像剤容器4b内のトナー層と空気層との境界面t1が電極部材4hに接触しているときである。
The electrostatic capacity between the developing
トナーtは空気と同様に誘電体である。トナーtの比誘電率は約3であり、空気の比誘電率は約1である。トナーtの成分中には僅かに導電性物質が含まれており、微量の電流を流してしまう。特に、図12に示すように、トナーta,tbの表面抵抗Rcは、トナーta,tbの内部抵抗Ra,Rbよりも低い。 The toner t is a dielectric like air. The relative dielectric constant of the toner t is about 3, and the relative dielectric constant of air is about 1. The component of toner t contains a slight amount of a conductive material, and a very small amount of current flows. In particular, as shown in FIG. 12, the surface resistances Rc of the toners ta and tb are lower than the internal resistances Ra and Rb of the toners ta and tb.
そのため現像剤容器4b内のトナー層と空気層との境界面t1が電極部材4hに接触している状態では等価コンデンサ57としての振る舞いを見せない。現像ローラ4aに印加された現像バイアス電圧により現像剤容器4b内のトナー層と空気層との境界面t1を介して電極部材4hに電流を流してしまう。これにより現像ローラ4aと電極部材4hとを電極と見なした等価コンデンサ57は静電容量の変動が見られず、現像剤容器4b内のトナーtの重量変化に対して電極部材4hに誘起される誘起電圧Viの変動が見られない。
Therefore, when the boundary surface t1 between the toner layer and the air layer in the
本実施形態では、このような原理を応用して現像剤容器4b内のトナー量が少なくなったことを検知している。電極部材4hは現像ローラ4aの近傍に配置されている。このため図11(b)に示すように、現像剤容器4b内のトナー残量が少なくなったときにトナー層の内部に埋没していた電極部材4hがトナー層と空気層との境界面t1から露出する。
In the present embodiment, such a principle is applied to detect that the amount of toner in the
これにより図7に示すように、現像剤容器4b内のトナーtの消費に対して電極部材4hに誘起される誘起電圧Viの変化が殆ど無くなった領域bに達する。そのときは、図11(b)に示すように、現像剤容器4b内のトナーtが少なくなってトナー層と空気層との境界面t1が電極部材4hに接触しているときとなる。
As a result, as shown in FIG. 7, a region b where the change in the induced voltage Vi induced in the
トナー残留検知手段となる制御処理部91は以下の制御を行う。所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値xの計測期間中の電極部材4hと現像ローラ4aとの間の静電容量変化によって得られる電極部材4hに誘起される誘起電圧Viを誘起電圧検知部91dにより検知する。そして、誘起電圧Viの変化量(誘起電圧の変化量)をΔy、定数をzとしたときに以下の数1式となったときに、現像剤容器4b内のトナー残量が所定量の下限値を下回ったことを検知する。
A
[数1]
Δy/x≦z
[Equation 1]
Δy / x ≦ z
そして、トナー残留検知手段となる制御処理部91により以下のタイミングで制御を行う。即ち、前記数1式に示す所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値xと、誘起電圧の変化量Δyとから現像剤容器4b内のトナー残量の検知を行うタイミングは以下の通りである。即ち、電極部材4hに誘起される誘起電圧Viが所定値以下になったときに実施する。
Then, control is performed at the following timing by a
トナーtの消費量は所定期間における、画像情報信号の画像全体の画像情報量数をカウントして積算するビデオカウント方式を用いてビデオカウント計数値から算出することができる。 The consumption amount of the toner t can be calculated from the video count count value by using a video count method in which the number of image information amounts of the entire image of the image information signal in a predetermined period is counted and integrated.
電極部材4hに誘起される誘起電圧Viを用いた現像剤容器4b内のトナー残量検知制御は画像形成動作(プリント動作)中は常時行われる。即ち、図1において、画像形成動作中にトナー残量検知制御動作により電極部材4hから誘起電圧検知部91dに出力されるアナログ検知信号は制御手段となるCPU91aにより例えば4msec程度の微小間隔で常時サンプリングされる。そして、それらのサンプリング信号値の100個分、つまり0.4secが1ブロック区間として取り扱われる。そして、その1ブロック区間におけるサンプリング信号の平均値kが算出される。
The toner remaining amount detection control in the
現像剤容器4b内のトナー残量に対応する静電容量に基づく平均トナー残量値としての平均誘起電圧信号を現像剤容器4b内のトナー残量との関係で大局的に見てみる。すると、例えば、図7に示す誘起電圧Viの曲線で表わされる。図7の横軸は現像剤容器4b内のトナー残量となるトナー重量であり、縦軸は電極部材4hに誘起される誘起電圧Viである。図7に示すように、現像剤容器4b内のトナーtが満タン時では現像剤容器4b内のトナー残量は400gである。そして、トナーtの消費によりトナー残量の静電容量に基づく平均トナー残量値となる誘起電圧Viも下降し始める。
An average induced voltage signal as an average toner remaining amount value based on an electrostatic capacity corresponding to the remaining amount of toner in the
<コントローラ部>
次に、図1を用いてコントローラ部9の構成について説明する。図1に示すように、コントローラ部9の内部に設けられたトナー残量検知手段となる制御処理部91のCPU91aには、誘起電圧検知部91d、ビデオカウンタ検知部91iが接続されている。更に、その他各種の制御プログラムが格納されたROM(Read Only Memory;リードオンリメモリ)91bが接続されている。更に、制御プログラム実行中の各種データ等を一時的に格納するRAM(Randam AccessMemory;ランダムアクセスメモリ)91cがそれぞれ接続されている。
<Controller section>
Next, the configuration of the
制御処理部91には、コピー(複写)機能に用いられるスキャナ部となる原稿読取装置92、外部機器からプリント出力する画像データを受信するプリンタインターフェース93が接続されている。更に、電話回線網からの画像データを受信するファクシミリ装置等のモデム94が接続されている。これら3種類の画像データ取込部としての原稿読取装置92、プリンタインターフェース93、モデム94の各々を通して複数種類の画像データが制御処理部91内の画像信号処理部91eに取り込まれる。
The
次に、画像信号処理からレーザスキャナ3による露光までの制御動作について説明する。図1に示すコピー機能に用いられるスキャナ部となる原稿読取装置92、外部機器からのプリント出力する画像データを受信するプリンタインターフェース93からプリント出力するデータが電気信号として画像信号処理部91eに送られる。更に、電話回線網からの画像データを受信するファクシミリ装置等のモデム94からプリント出力するデータが電気信号として画像信号処理部91eに送られる。
Next, control operations from image signal processing to exposure by the
画像信号処理部91eでは、これ等のデータを1走査ライン毎のビデオ信号に変換し、パルス幅変調部91fにおいて、そのレベルに対応した幅(時間長)のレーザ駆動パルスE,I,Wを形成して出力する。即ち、図8(a)に示すように、高濃度の画素画像信号に対しては、より幅の広いレーザ駆動パルスWを形成する。また、低濃度のビデオ信号に対しては、より幅の狭いレーザ駆動パルスEを形成する。そして、中濃度のビデオ信号に対しては中間の幅のレーザ駆動パルスIをそれぞれ形成する。
The image
図1において、パルス幅変調部91fから出力されたレーザ駆動パルスE,I,Wはレーザスキャナ3に供給され、レーザスキャナ3はそのパルス幅に対応する時間だけレーザ光3aを発光させる。従って、レーザスキャナ3は高濃度画素に対しては、より長い時間駆動され、低濃度画素に対してはより短い時間駆動される。そのため感光ドラム1は、レーザスキャナ3、回転多面鏡3b、レンズ3c、ミラー3d等からなる光学系によって高濃度画素に対しては主走査方向により長い範囲が露光され、低濃度画素に対しては主走査方向により短い範囲が露光される。
In FIG. 1, laser drive pulses E, I, and W output from a pulse
つまり、画素の濃度に対応して静電潜像の大きさ(面積)が異なる。従って、高濃度画素に対するトナー消費量は低濃度画素に対するトナー消費量よりも大である。図8(d)は左から低濃度画素の静電潜像L、中濃度画素の静電潜像M、高濃度画素の静電潜像Hを示す。 That is, the size (area) of the electrostatic latent image varies depending on the pixel density. Therefore, the toner consumption amount for the high density pixel is larger than the toner consumption amount for the low density pixel. FIG. 8D shows an electrostatic latent image L of low density pixels, an electrostatic latent image M of medium density pixels, and an electrostatic latent image H of high density pixels from the left.
また、制御処理部91には、画像形成装置8の動作状態や操作メッセージ等の表示を行う表示部96が接続されている。更に、操作指令信号を出力するキー入力部97が接続されている。そして、操作指令や受信内容に基づいて適宜に出力された画像データが、その画像データに基づくビデオ信号が各種制御信号と共に図1の上段に示す印字記録エンジン部10側に送出される。これにより、適宜の画像形成動作(プリント動作)が実行される。その画像形成動作(プリント動作)中には、トナー残量検知手段となる制御処理部91によりトナー残量検知動作が実行される。
The
本実施形態では、3種類の画像データ取込部となる原稿読取装置92、プリンタインターフェース93、モデム94が設けられる。そして、これらを介して取り込まれた画像データから得られるビデオ信号はビデオカウンタ検知部となる画像信号処理部91eにより画素毎に計数される。これによりトナー消費量を計数する。そして、CPU91aによりトナー消費量計数結果と、トナー残量検知結果とに基づいてトナー残量が演算処理される。
In the present embodiment, a
先ず、トナー消費量検知手段となるビデオカウンタ検知部91iによるビデオカウント計数方法について説明する。ビデオカウント計数方法は静電潜像を形成するための感光ドラム1への露光において、露光量(時間)から現像装置4のトナー消費量を予測する。
First, a video count counting method by the video counter detection unit 91i serving as a toner consumption amount detection unit will be described. In the video count counting method, the toner consumption amount of the developing
パルス幅変調部91fにて変換された出力信号はANDゲート91hの一方の入力端子に供給され、このANDゲート91hの他方の入力端子にはクロックパルス発振器91gから出力される図8(b)に示すクロックパルスが供給される。これによりANDゲート91hからは図8(c)に示すように、図8(a)に示すレーザ駆動パルスE,I,Wの各々のパルス幅に対応したクロックパルス数、即ち、各画素の濃度に対応したクロックパルス数が出力される。
The output signal converted by the
図8(c)に示すクロックパルス数はビデオカウンタ検知部91iによって積算される。ビデオカウンタ検知部91iにより積算されたパルス積算信号となる積算クロックパルス数は、トナー像の画素を1つ(ドットを1つ)を形成するために現像剤容器4b内から消費されるトナー量に概ね対応している。
The number of clock pulses shown in FIG. 8C is integrated by the video counter detector 91i. The accumulated clock pulse number that becomes the pulse accumulated signal accumulated by the video counter detection unit 91i is the amount of toner consumed from the
電極部材4hを用いたトナー残量検知と、ビデオカウント方式によるトナー消費量検知について説明する。トナー消費量検知手段となるビデオカウンタ検知部91iは、記録材Pの1ページを複数の領域に分割し、各領域でドット数の多少によって各領域の画像をベタ画像か線画像かを区別する。そして、それぞれの領域の画像の種類に応じたドットの1個あたりのトナー消費量を定めておく。それにドット数を乗じて各領域内でのトナー消費量を求める。そして、各領域のトナー消費量を加算することによりトナー消費量を求める。
The toner remaining amount detection using the
本実施形態の画像形成装置8は、600dpi(ドット/インチ)の複写機である。例えば、レターサイズ(216mm×279mm)の記録材Pの画像形成可能領域は204mm×269mmである。これをドットに換算すると、4819ドット×6354ドットである。そこで本実施形態では1ページを40×60=2400個の領域に分けた。1つの領域は、およそ4.7mm×4.2mm(120ドット×106ドット)の大きさになる。 The image forming apparatus 8 of the present embodiment is a 600 dpi (dot / inch) copying machine. For example, the image formable area of the recording material P of letter size (216 mm × 279 mm) is 204 mm × 269 mm. When this is converted into dots, it is 4819 dots × 6354 dots. Therefore, in this embodiment, one page is divided into 40 × 60 = 2400 areas. One area has a size of approximately 4.7 mm × 4.2 mm (120 dots × 106 dots).
パルス幅変調部91fからビデオ信号がレーザ光3aを発光させる信号となってレーザスキャナ3へ送られるときには水平同期信号(BD信号)が走査ラインの先頭に来る。そして、水平同期信号(BD信号)から一定時間後にビデオ信号が来る。このためビデオ信号の開始位置は水平同期信号(BD信号)を検知することにより分かる。各領域内のドットの計数は、一定時間毎に再びゼロから計数し始める。計数結果はメモリに送られて計数した領域毎に記憶される。このようにして、各領域でのレーザ光3aの走査方向の画素ドット数を計数できる。また、水平同期信号(BD信号)を計数すれば走査ラインの数が分かる。
When a video signal is sent from the pulse
本実施形態では、水平同期信号(BD信号)の106回までは前走査ラインの計数した領域と同じ位置の計数結果は、同じ領域として前回の計数結果に加算する。そして水平同期信号(BD信号)の106回毎に同じ位置の走査方向の計数結果を新しい領域に記憶する。こうして、各領域毎に0から12720(120ドット×106回)の数字が画素数として記憶される。 In the present embodiment, the count result at the same position as the counted area of the previous scanning line is added to the previous counted result as the same area up to 106 times of the horizontal synchronization signal (BD signal). The count result in the scanning direction at the same position is stored in a new area every 106 times of the horizontal synchronizing signal (BD signal). Thus, a number from 0 to 12720 (120 dots × 106 times) is stored as the number of pixels for each area.
このとき、特に走査ライン方向の計数では、所定時間毎に行なうといっても少しは誤差が生じることもある。各領域が必ずしも常に走査方向が120ドットにはならずに、多少の増減はある。しかし、本実施形態では、3000ドット毎にドットあたりのトナー消費量を定めた。これにより走査方向の分割誤差に大きな影響はない。こうして各領域毎のドット数が計数されて、記憶手段となるRAM91cに記憶される。
At this time, in particular, in counting in the scanning line direction, a slight error may occur even if it is performed every predetermined time. Each region does not always have a scanning direction of 120 dots, and there is some increase or decrease. However, in this embodiment, the toner consumption per dot is determined for every 3000 dots. This has no significant effect on the division error in the scanning direction. In this way, the number of dots for each region is counted and stored in the
次に、各領域内のドット数が、図9に示すトナー消費量換算表の値と乗算手段となるCPU91aにより乗算することによりトナー消費量に換算されて、RAM91cに領域毎のトナー消費量として記憶される。
Next, the number of dots in each region is converted into a toner consumption amount by multiplying the value of the toner consumption conversion table shown in FIG. 9 by the
各領域内でドット数が少なければ線画像とみなす。また、各領域内でドット数が多ければベタ画像とみなす。先に求めた領域内の画素ドット数に図9に示すトナー消費量換算表の値を乗算して、各領域毎にトナー消費量を計算する。図9に示すトナー消費量換算表の値は、画像形成装置8の固有の値である。予めその画像形成装置8で試験を行なって図9に示すトナー消費量換算表の数値を定める必要がある。本実施形態では、図9に示すトナー消費量換算表の区分D1〜D4を領域内のドット数に応じて4種類のトナー消費量に分けた。図9に示すトナー消費量換算表の区分Dは2区分以上であれば何区分でも構わず、メモリ容量や計算スピード能力等に応じて適宜設定することが出来る。 If the number of dots is small in each area, it is regarded as a line image. If there are a large number of dots in each area, it is regarded as a solid image. The number of pixel dots in the previously obtained area is multiplied by the value in the toner consumption conversion table shown in FIG. 9 to calculate the toner consumption for each area. The values in the toner consumption conversion table shown in FIG. 9 are values unique to the image forming apparatus 8. It is necessary to perform a test in advance with the image forming apparatus 8 to determine the numerical value of the toner consumption conversion table shown in FIG. In this embodiment, the sections D1 to D4 of the toner consumption conversion table shown in FIG. 9 are divided into four types of toner consumption according to the number of dots in the area. The section D of the toner consumption conversion table shown in FIG. 9 may be any section as long as it is two or more sections, and can be set as appropriate according to the memory capacity, calculation speed capability, and the like.
例えば、図9に示すトナー消費量換算表を用いてレターサイズの一枚の記録材Pの画像形成動作におけるトナー消費量を求める場合、1ページあたりの領域の数は2400個である。ビデオカウント計数結果がドット数が0の領域が600個、ドット数が2000の領域(区分D1)が1000個とする。更に、ドット数が5000の領域(区分D2)が500個、ドット数が8000の領域(区分D3)が200個、ドット数が10000の領域(区分D4)が100個とする。すると、図9に示すトナー消費量換算表の各区分D1〜D4毎の1ドットあたりのトナー消費量(×10−9g)の各数値を用いてトナー消費量(g)は以下の数2式により求めることができる。 For example, when the toner consumption amount in the image forming operation of the letter-size recording material P is obtained using the toner consumption amount conversion table shown in FIG. 9, the number of areas per page is 2,400. Assume that the video count count result is 600 areas where the number of dots is 0, and 1000 areas (section D1) where the number of dots is 2000. Further, it is assumed that the region with 5000 dots (section D2) is 500, the region with 8000 dots (section D3) is 200, and the region with 10,000 dots (section D4) is 100. Then, using each numerical value of toner consumption per dot (× 10 −9 g) for each section D1 to D4 of the toner consumption conversion table shown in FIG. It can be obtained by an expression.
[数2]
{0×600}+{2000×43×10−9×1000}+{5000×36×10−9×500}+{8000×31×10−9×200}+{10000×26×10−9×100}=0.2516(g)
[Equation 2]
{0 × 600} + {2000 × 43 × 10 −9 × 1000} + {5000 × 36 × 10 −9 × 500} + {8000 × 31 × 10 −9 × 200} + {10000 × 26 × 10 −9 × 100} = 0.2516 (g)
前記数2式により算出された各領域毎のトナー消費量を加算手段となるCPU91aにより全て足し合わせると、その記録材Pの1ページ分のトナー消費量が求められる。その結果をRAM91cに記憶する。
When the
従来のトナー残量検知では、誘起電圧Viが一定の閾値以下になったときにトナー残量が下限値に到達したことをユーザに通知している。しかしながら、図10に示すように、現像装置4が設置された温湿度環境が変化すると、トナーtの吸湿、乾燥による誘電率の変化の影響から現像剤容器4b内のトナー量が同じ量であっても電極部材4hに誘起される誘起電圧Viが変動する。
In the conventional toner remaining amount detection, the user is notified that the remaining amount of toner has reached the lower limit value when the induced voltage Vi becomes a certain threshold value or less. However, as shown in FIG. 10, when the temperature and humidity environment in which the developing
その結果、トナー量が下限値に到達したことをユーザに通知するときの現像剤容器4b内のトナー残量がバラついてしまう。図10は高温高湿環境(温度30℃/湿度80%)と、低温低湿環境(温度15℃/湿度10%)と、適正環境(温度23℃/湿度50%)における現像剤容器4b内のトナー残量と誘起電圧Viとの関係を示す。
As a result, the remaining amount of toner in the
例えば、従来のトナー残量検知において誘起電圧Viが1.60Vに到達した場合をトナー残量の下限値として設定された場合がある。この場合では、図10の適正環境(温度23℃/湿度50%)における誘起電圧Virの曲線から誘起電圧Virが1.60Vに到達したときの現像剤容器4b内のトナー残量は110gである。
For example, in the conventional toner remaining amount detection, the case where the induced voltage Vi reaches 1.60 V may be set as the lower limit value of the remaining amount of toner. In this case, the remaining amount of toner in the
一方、図10の高温高湿環境(温度30℃/湿度80%)における誘起電圧Vihの曲線から誘起電圧Vihが1.60Vに到達したときの現像剤容器4b内のトナー残量は75gである。また、図10の低温低湿環境(温度15℃/湿度10%)における誘起電圧Vilの曲線から誘起電圧Vilが1.60Vに到達したときの現像剤容器4b内のトナー残量は145gである。このように、電極部材4hに誘起される誘起電圧Viを検知して現像剤容器4b内のトナー残量を検知しようとしても温湿度環境によって実際のトナー残量が異なる。
On the other hand, when the induced voltage Vih reaches 1.60 V from the curve of the induced voltage Vih in the high temperature and high humidity environment (temperature 30 ° C./
本実施形態では、電極部材4hに誘起される誘起電圧Viを誘起電圧検知部91dにより検知するトナー残量検知方式と、ビデオカウンタ検知部91iにより画像全体の現像ドット数をカウントして積算検知するトナー消費量検知方式とを用いる。これにより現像剤容器4b内のトナーtが少なくなったことを温湿度環境の変動の影響を受けずに好適に検知する。
In the present embodiment, the toner remaining amount detection method in which the induced voltage Vi induced in the
図11(a)〜(c)は図7に示す誘起電圧Viの曲線上の各領域a〜cにおける現像剤容器4b内のトナー残量の状態を示す。図7に示すように誘起電圧Viの曲線は、領域bにおいて誘起電圧Viの変動が殆ど無いことが分かる。この領域bでは現像剤容器4b内のトナーtの重量変化が誘起電圧Viでは検知できない。つまり、領域bではトナーtの消費に対して誘起電圧Viの変動が殆ど無い。
FIGS. 11A to 11C show the state of the remaining amount of toner in the
更に、図7に示す誘起電圧Viの曲線と、図11(a)〜(c)に示す現像剤容器4b内のトナーtの状態とを照らし合わせる。すると、トナーtの消費に対して誘起電圧Viの減少が見られない領域bは、図11(b)に示すように、現像剤容器4b内のトナー層の表面と空気層との境界面t1が電極部材4hに接触しているときである。
Further, the curve of the induced voltage Vi shown in FIG. 7 is compared with the state of the toner t in the
本実施形態では、この現象を応用して現像剤容器4b内のトナーtが少なくなったことを検知する。現像剤容器4b内のトナーtの消費により電極部材4hと現像ローラ4aとの間の静電容量が減少する。これにより図7に示すように電極部材4hに誘起される誘起電圧Viは減少していく。しかし、図7に示す誘起電圧Viの曲線上の領域bではトナーtの消費に対して誘起電圧Viの減少が見られない。
In this embodiment, this phenomenon is applied to detect that the toner t in the
これは図11(b)に示すように、現像剤容器4b内のトナー層の表面と空気層との境界面t1が電極部材4hに接触しているときである。トナーtは空気と同様に誘電体である。トナーtの比誘電率は約3であり、空気の比誘電率は約1である。トナーtの成分中には僅かに導電性物質が含まれており、微量の電流を流してしまう。
This is when the boundary surface t1 between the surface of the toner layer and the air layer in the
図12は二つのトナー粒子間の電気伝導を説明する模式図である。図12において、トナーta内に電流を流したときの電気抵抗(内部抵抗)をRa、トナーtb内に電流を流したときの電気抵抗(内部抵抗)をRbとする。更に、トナーta,tbの表面に電流を流したときの電気抵抗(表面抵抗)をRcとすると、以下の数3式で示す関係が成り立つ。
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining electrical conduction between two toner particles. In FIG. 12, it is assumed that the electrical resistance (internal resistance) when a current flows through the toner ta is Ra, and the electrical resistance (internal resistance) when a current flows through the toner tb is Rb. Furthermore, when the electric resistance (surface resistance) when current is passed through the surfaces of the toners ta and tb is Rc, the relationship expressed by the following
[数3]
Ra+Rb≧Rc
[Equation 3]
Ra + Rb ≧ Rc
前記数3式の関係を図11に示す現像剤容器4b内のトナーtで考えると、現像剤容器4b内のトナー層の表面と空気層との境界面t1の電気抵抗は、トナーt内部の電気抵抗よりも低い。このため図11(b)に示すように、現像剤容器4b内のトナー層の表面と空気層との境界面t1が電極部材4hに接触している状態がある。その状態では現像ローラ4aと電極部材4hとの間は導電体として振る舞うトナーtの境界面t1を介して短絡状態となり等価コンデンサ57としての振る舞いを見せない。
Considering the relationship of the
そのため現像バイアス電源7から現像ローラ4aに印加された現像バイアス電圧によりトナーtの境界面t1を介して電極部材4hに電流を流してしまう。よって、図11(b)に示すように、現像剤容器4b内のトナーtの境界面t1が電極部材4hと接触している図7に示す誘起電圧Viの曲線上の領域bでは現像ローラ4aと電極部材4hとの間の静電容量の変動が見られない。これによりトナーtの重量変化に対して電極部材4hに誘起される誘起電圧Viの変動が見られない。
Therefore, a current flows through the
図11に示すように、電極部材4hは現像ローラ4aの近傍に配置されている。このため現像剤容器4b内のトナー残量が少なくなったときにトナーtの内部に埋没していた電極部材4hがトナー層の表面と空気層との境界面t1から露出する。これにより図7に示す誘起電圧Viの曲線上の領域bで示すようにトナーtの消費に対して誘起電圧Viの変化が殆ど無くなったときを現像剤容器4b内のトナーtが少なくなったときとして設定することが出来る。
As shown in FIG. 11, the
本実施形態では、トナーtの消費量を示すビデオカウンタ検知部91iにより検知されるビデオカウント計数値を検知する。更に、誘起電圧検知部91dにより検知される電極部材4hに誘起される誘起電圧Viを検知する。これらを組み合わせてトナー消費量に対して誘起電圧Viの変動値が少ないときに現像剤容器4b内のトナーtが少なくなったことを検知する。
In this embodiment, the video count count value detected by the video counter detection unit 91i indicating the consumption amount of the toner t is detected. Furthermore, the induced voltage Vi induced in the
図13は本実施形態のトナー残量検知制御を行うフローチャートを示す。図13のステップS1において、ビデオカウンタ検知部91iによりトナー消費量となる所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値xを算出する。次にステップS2において、このトナー消費量を計測期間中の誘起電圧検知部91dにより誘起電圧Viの変化量Δyを検知する。
FIG. 13 is a flowchart for performing toner remaining amount detection control according to this embodiment. In step S1 in FIG. 13, the video counter detection unit 91i calculates an integrated value x of image information signals used for image formation in a predetermined period corresponding to toner consumption. Next, in step S2, the amount of change Δy in the induced voltage Vi is detected by the induced
そして、ステップS3において、トナー消費量となる所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値x、このトナー消費量を計測期間中の誘起電圧Viの変化量Δy、zを定数としたとき、以下の数4式で示す関係が成り立つか否かを判断する。
Then, in step S3, the integrated value x of the image information signal used for image formation in a predetermined period as the toner consumption amount, and the toner consumption amount using the changes Δy, z of the induced voltage Vi during the measurement period as constants. At this time, it is determined whether or not the relationship expressed by the
[数4]
Δy/x≦z
[Equation 4]
Δy / x ≦ z
前記ステップS3において、前記数4式で示す関係が成り立つ場合には、ステップS4に進んでトナー量が下限値に到達したことをユーザに通知する。また、前記ステップS3において、前記数4式で示す関係が成り立たない場合には、ステップS5に進んでトナー量が未だ下限値に到達しておらず異常無しと判断して画像形成動作を継続する。
In step S3, if the relationship expressed by the
本実施形態では、ビデオカウンタ検知部91iによりトナー消費量となる所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値x(トナー消費量に換算した値)が20gのときがある。そのときに誘起電圧検知部91dにより検知した誘起電圧Viの変化量Δyに基づいてトナー量が下限値に到達したか否かの判断を行う。また、トナー量が下限値に到達したか否かの判断を行う際の定数(閾値)zとして誘起電圧Viの変化量Δyを0.03Vとする。
In the present embodiment, the integrated value x (value converted to toner consumption) of the image information signal used for image formation in a predetermined period corresponding to the toner consumption by the video counter detection unit 91i may be 20 g. At that time, it is determined whether or not the toner amount has reached the lower limit value based on the change amount Δy of the induced voltage Vi detected by the induced
このときのビデオカウンタ検知部91iによりトナー消費量となる所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値xと、誘起電圧検知部91dにより検知した誘起電圧Viの変化量ΔyはRAM91cに随時格納されていく。誘起電圧Viは、現時点における最新の誘起電圧Viからトナー消費量で20g分だけ過去に遡った範囲の誘起電圧ViのみがRAM91cに記憶される。最新の誘起電圧Viが記憶されると同時に最新の状態からトナー消費量で20g分だけ過去に遡った誘起電圧Viは消去される。
At this time, the integrated value x of the image information signal used for image formation and the change amount Δy of the induced voltage Vi detected by the induced
図13に示す制御により、図7に示す誘起電圧Viの曲線に基づいてトナー消費量が20gあたりの誘起電圧Viを検知していくと、現像剤容器4b内のトナー量が100g程度となる領域bでトナー量が下限値に到達したことを検知することができる。また、図10に示す温湿環境の変動に伴う誘起電圧Viの変動の影響を考慮しても、それぞれ、適正環境での誘起電圧Virの曲線では現像剤容器4b内のトナー量が100g程度となる領域bでトナー量が下限値に到達したことを検知することができる。
When the induced voltage Vi per 20 g of toner consumption is detected based on the curve of the induced voltage Vi shown in FIG. 7 by the control shown in FIG. 13, the toner amount in the
また、高温高湿環境での誘起電圧Vihの曲線では現像剤容器4b内のトナー量が95g程度となる領域bでトナー量が下限値に到達したことを検知することができる。また、低温低湿環境での誘起電圧Vilの曲線では現像剤容器4b内のトナー量が105g程度となる領域bでトナー量が下限値に到達したことを検知することができる。従って、誘起電圧Viのみを検知してトナー残量を検知する従来のトナー残量検知方法に比べて非常に小さい誤差でトナー量が下限値に到達したか否かを検知することが可能となる。
Further, in the curve of the induced voltage Vih in a high temperature and high humidity environment, it can be detected that the toner amount has reached the lower limit in the region b where the toner amount in the
一方、図7に示す誘起電圧Viの曲線の領域aよりも左側に示すように、現像剤容器4b内のトナー量が多いとき、つまり、図7のトナー重量が250g〜400g付近でも、トナー消費に対する誘起電圧Viの変動は無い。この場合の誤検知を防止するために誘起電圧Viが図7に示す誘起電圧Viの曲線の領域aにおける閾値電圧Va以下のときにトナー残量検知制御を実施する。
On the other hand, as shown on the left side of the curve a of the induced voltage Vi shown in FIG. 7, the toner consumption is increased even when the amount of toner in the
図14は図13に示すトナー残量検知制御を行うフローチャートに誘起電圧Viが図7に示す誘起電圧Viの曲線の領域aにおける閾値電圧Va以下のときにトナー残量検知制御を実施するステップを加えたフローチャートである。図7に示すように、現像剤容器4b内のトナー量が多いときは、誘起電圧Viも高くなる。このため誘起電圧Viが高いときは、トナー消費に伴う誘起電圧Viの変化量Δyによるトナー量が下限値に到達したか否かの検知は行わないようにする。
FIG. 14 is a flowchart for performing the remaining toner amount detection control shown in FIG. 13 and includes steps for performing the remaining toner amount detection control when the induced voltage Vi is equal to or lower than the threshold voltage Va in the region a of the induced voltage Vi curve shown in FIG. It is the added flowchart. As shown in FIG. 7, when the amount of toner in the
図14に示すステップS1〜S3は図13に示すステップS1〜S3と同様であるため重複する説明は省略する。図14のステップS3において、前記数4式で示す関係が成り立つ場合には、ステップS6に進んで誘起電圧Viと閾値電圧Vaとを比較する。本実施形態では閾値電圧Vaを1.70Vに設定している。ステップS6において、誘起電圧Viが1.70V(閾値電圧Va)以上である場合はステップS5に進んでトナー消費に伴う誘起電圧Viの変化量Δyによるトナー量が下限値に到達したか否かの検知は行なわず異常無しと判断して画像形成動作を継続する。
Steps S1 to S3 shown in FIG. 14 are the same as steps S1 to S3 shown in FIG. In step S3 of FIG. 14, when the relationship expressed by the
前記ステップS6において、誘起電圧Viが1.70V(閾値電圧Va)よりも小さい場合はステップS4に進んでトナー量が下限値に到達したことをユーザに通知する。また、前記ステップS3において、前記数4式で示す関係が成り立たない場合には、前記ステップS5に進んでトナー量が未だ下限値に到達しておらず異常無しと判断して画像形成動作を継続する。これにより現像剤容器4b内のトナー量が多いときにトナー量が下限値に到達したと誤検知するのを防止することができる。
If the induced voltage Vi is smaller than 1.70 V (threshold voltage Va) in step S6, the process proceeds to step S4 to notify the user that the toner amount has reached the lower limit value. In step S3, if the relationship expressed by equation (4) does not hold, the process proceeds to step S5, where the toner amount has not yet reached the lower limit value and it is determined that there is no abnormality, and the image forming operation is continued. To do. This can prevent erroneous detection that the toner amount has reached the lower limit when the amount of toner in the
図11(b)に示すように、電極部材4hの外径上部頂点4h1は、現像ローラ4aの外径上部頂点4a1を含む水平面hよりも下方側に配置されていると良い。電極部材4hが現像ローラ4aよりも上部にあると、現像剤容器4b内へのトナー補給で電極部材4hがトナーtの内部に埋没され無い場合もあるため本実施形態におけるトナー残量検知制御が適切に行われなくなる可能性がある。
As shown in FIG. 11 (b), the outer diameter upper vertex 4h1 of the
上記構成によれば、ビデオカウンタ検知部91iにより検知したトナーtの消費量と、電極部材4hに誘起される誘起電圧Viの変化量Δyとの関係により現像剤容器4b内のトナーtが少なくなったことを検知する。そして、その制御を誘起電圧Viが所定値以下の場合に行う。これにより現像剤容器4b内のトナー残量が所定量以内のときにトナー残量検知制御を実施する。これにより現像剤容器4b内にトナーtが多量に入っていた場合にトナー消費に対して誘起電圧Viが殆ど変化しない領域における誤検知を防止することができる。
According to the above configuration, the toner t in the
また、電極部材4hの外径上部頂点4h1を現像ローラ4aの外径上部頂点4a1を含む水平面hよりも下方側に配置することで、電極部材4hが現像剤容器4b内のトナーt内に十分に埋没し、適正重量でトナーtが少なくなったことを検知することができる。
In addition, the
本実施形態では、単に現像ローラ4aと電極部材4hとの間の静電容量に対応して電極部材4hに誘起される誘起電圧Viが閾値以下になったときに現像剤容器4b内のトナーtが少なくなったことを検知するのでは無い。ビデオカウンタ検知部91iにより画像全体の現像ドット数をカウントして積算するビデオカウント方式による所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値xを検知する。
In the present embodiment, the toner t in the
そして、この所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値xの計測期間中の現像ローラ4aと電極部材4hとの間の静電容量変化によって得られる誘起電圧Viを検知する。そして、誘起電圧Viの変化量Δyが所定値以下であるときに現像剤容器4b内のトナーtが少なくなったことを検知する。
Then, an induced voltage Vi obtained by a change in capacitance between the developing
即ち、トナーtの消費量に対して誘起電圧Viの変化量Δyが殆ど無かった場合に現像剤容器4b内のトナーtが少なくなったことを検知する。このため温湿環境変化による誤差を防止することが出来る。これによりトナーtの吸湿による誘電率の変化の影響に左右されずにトナー残量を正確に検知することが可能となる。
That is, it is detected that the toner t in the
Vi …誘起電圧
x …積算値(所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値)
Δy …誘起電圧Viの変化量
z …定数
1 …感光ドラム(像担持体)
4a …現像ローラ(現像剤担持体)
4b …現像剤容器
4h …電極部材
91 …制御処理部(トナー残量検知手段)
Vi: induced voltage x: integrated value (integrated value of image information signal used for image formation in a predetermined period)
Δy ... change amount z of induced voltage Vi ... constant 1 ... photosensitive drum (image carrier)
4a: Developing roller (developer carrier)
4b:
91 ... Control processing unit (toner remaining amount detecting means)
Claims (3)
前記像担持体にトナーを供給する現像手段と、
を有し、
前記現像手段は、
トナーを収容する現像剤容器と、
前記現像剤容器内のトナーを担持搬送して前記像担持体の静電潜像に供給する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に交流電圧を印加する現像バイアス電源と、
前記現像剤容器内で前記現像剤担持体に離間して設けられた電極部材と、
前記現像バイアス電源により前記現像剤担持体に交流電圧が印加された際に前記現像剤担持体と前記電極部材との間の静電容量に応じて前記電極部材に誘起される誘起電圧に基づいて前記現像剤容器内のトナー残量を検知するトナー残量検知手段と、
を有し、
前記トナー残量検知手段は、所定期間における、画像形成に使用する画像情報信号の積算値xと、前記誘起電圧の変化量Δyとから前記現像剤容器内のトナー残量を検知することを特徴とする画像形成装置。 An image carrier on which an electrostatic latent image is formed;
Developing means for supplying toner to the image carrier;
Have
The developing means includes
A developer container for containing toner;
A developer carrier for carrying and transporting toner in the developer container and supplying the electrostatic latent image on the image carrier;
A developing bias power source for applying an alternating voltage to the developer carrier;
An electrode member provided apart from the developer carrier in the developer container;
Based on an induced voltage induced in the electrode member in accordance with a capacitance between the developer carrier and the electrode member when an AC voltage is applied to the developer carrier from the development bias power source. Toner remaining amount detecting means for detecting the remaining amount of toner in the developer container;
Have
The toner remaining amount detecting means detects the toner remaining amount in the developer container from an integrated value x of image information signals used for image formation and a change amount Δy of the induced voltage during a predetermined period. An image forming apparatus.
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-
2013
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