JP4037156B2

JP4037156B2 - Developing apparatus and electrophotographic apparatus

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Publication number: JP4037156B2
Application number: JP2002119502A
Authority: JP
Inventors: 山口　　淳; 登彦木村; 努長田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2022-04-22
Also published as: JP2003316136A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性キャリアとトナーを混合した現像剤を用いる現像装置および電子写真装置に関し、現像容器内への現像剤投入の有無を短時間で簡単に検出し得るようにする対策に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真法における画像形成には、大別して一成分系現像剤を用いる方式と、二成分系現像剤を用いる方式との二種類があるが、この後者の二成分系現像剤を用いる方式においては、現像条件等の設定が容易で、条件の許容度も大きい反面、画像形成の進行と共にトナーが消費されると、トナー濃度が低下するため、トナー濃度を検出してそれに応じてトナー補給を行ないトナー濃度を所定レベルに維持することが必要とされる。
【０００３】
その場合、二成分系現像剤におけるトナー濃度の検出手法としては、現像剤の透磁率を検出用コイルのインダクタンス変化により検出し、これを周波数変化に変換してから、電圧の変動として取り出すようにすることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなトナー濃度の検出手法では、定期的な現像剤交換等の装置メインテナンス作業の際に、現像剤未投入の現像器を誤って現像装置に挿入し、その現像器に対してトナー濃度制御を行うための初期設定操作を行ってしまうことがある。その場合、トナー濃度検出手段は、現像ケース内に現像剤が存在しないにも拘わらず（トナー濃度検出手段の検知面には空気しか存在しないが、現像剤のトナー濃度が高い状態とみなす。）、この初期設定操作で得られたトナー濃度検出手段の出力をトナー濃度制御を行うための基準値として採用してしまうことになる。そのため、現像剤を投入した現像器を挿入した場合と同様に使用準備を完了し、画像形成装置は待機モードへと移行すると、画像形成動作を実行しても、現像器内には現像剤が投入されていないため、画像が出力されないというトラブルが発生する。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、現像容器内への現像剤投入の有無を短時間で簡単に検出することができる現像装置および電子写真装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、トナーと磁性キャリアとが混合された現像剤を収容する現像容器に音響エネルギ検出素子が配設され、この音響エネルギ検出素子によって現像剤の濃度を検出するようにした現像装置を前提とする。そして、現像装置のアイドリング駆動開始直後およびアイドリング駆動停止直前に現像容器内の現像剤が現像容器内壁または現像容器内構造物への衝突ないし摩擦によって発生する現像剤固有の特定周波数成分の音響的出力の強弱を音響エネルギ検出素子により検出し、これによって、上記現像容器内への現像剤投入の有無および現像剤濃度制御のための基準値を検出するようにしている。
【０００７】
この特定事項により、現像装置のアイドリング駆動開始直後およびアイドリング駆動停止直前に磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数の音響的出力を検出しているので、現像装置による外乱、環境変化、経時変化（トナー、キャリア等の粉粒体の付着に伴う検出精度の低下）等の影響を殆ど受けずに、高精度で信頼性のある現像剤投入の有無判定を行うことが可能となるとともに、応答が速く、検出速度の高速化（検出時間の短縮化）を図ることが可能となる。また、本来トナー濃度制御用として現像装置の容器壁面や容器底面に取り付けられる音響エネルギ検出素子を使用しているので、新規な機能部品、検出手段の追加・増設等を行わずに、制御手段側での簡易な対応（主に制御プログラム内容変更）を伴うだけで、現像装置の設置時または現像剤交換時における現像装置内への現像剤投入の有無（現像剤未投入状態の現像容器を現像装置へ挿入する作業ミス発生の有無）を、現像装置への負担や影響を与えずに容易に判定することが可能となる。
【０００８】
ここで、現像容器内の現像剤に対して非接触となる位置に音響エネルギ検出素子を設けている場合には、音響エネルギ検出素子の検出面に対する現像剤の直接触が回避され、音響エネルギ検出素子の検出面の耐久性の向上を図ることが可能となる。
そして、音響エネルギ検出素子を、現像容器内構造物または現像容器の外面に設けている。
【０００９】
特に、現像装置への現像剤投入の有無判定を行うための具体的方法として、以下の構成が掲げられる。
【００１０】
つまり、現像剤中のトナー濃度と音響的出力との関係を示す検量線を連続的または段階的に予め設定した設定値に基づいて現像容器内への現像剤投入の有無検出を行うようにしている。
【００１１】
また、磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数成分の音響的出力を音響エネルギ検出素子により検出し、この音響的出力によって現像容器内への現像剤投入の有無または現像剤交換作業の成否を判定し、音響的出力が設定値以下に低下したときに現像容器内への現像剤投入無しまたは現像剤交換作業の不成功であると判定する一方、設定値を越えたときに現像容器内への現像剤投入有りまたは現像剤交換作業の成功であると判定するようにしている。
【００１２】
これらの特定事項により、特定周波数における突出したピークが磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の周波数の音響的出力であることから、この出力レベルがトナー濃度の増加につれて減少することになるので、トナー濃度と固有の音響的出力レベルの大きさとの間には１：１の対応があると共に、負の比例関係（逆比例関係）が成立しており、この音響的出力を取り出すことにより、トナー濃度を求めることができることが明らかとなる。このため、現像容器内への現像剤投入無しの場合には、特定周波数の音響的出力が極めて小さいか、または全く発生しないので、現像容器内への現像剤投入の有無判定を円滑に行うことが可能となる。
【００１３】
特に、磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の音響的出力に基づいて現像装置への現像剤投入の有無判定を行うための制御装置の具体例を示すものとして、以下の構成が掲げられる。
【００１４】
つまり、トナーと磁性キャリアとを撹拌する撹拌ローラ、感光体にトナーを施す現像ローラ、およびトナーを補給する補給機構を有する現像容器と、この現像容器の容器壁面または現像容器内構造物に密着して設けられた音響エネルギ検出素子と、この音響エネルギ検出素子からの信号のうち、現像容器内壁または現像容器内構造物への衝突および摩擦によって発生する磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数成分の音響的出力を選択的に取り出す弁別機構と、上記磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数成分の音響的出力を基準値と比較して制御信号を出力する比較器と、上記現像容器内への現像剤投入の有無または現像剤交換作業の成否を報知する報知手段と、上記比較器からの制御信号を受け、上記報知手段を作動させる制御装置とを備えている。
【００１５】
この特定事項により、現像剤投入の有無判定の結果、現像剤未投入が検知されると、画像形成装置本体表示部へのエラーメッセージ表示、アラームランプ点灯あるいは音声発呼等の報知手段を介して現像剤未投入である旨をオペレータに報知するので、この種の作業ミスが発生した場合に、トラブル発生箇源が明らかになるとともに、トラブル解除に迅速に対応することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係わる電子写真装置としてのプリンタの現像装置付近の概略構成図を示している。
【００１８】
このプリンタは、外部から伝達された画像データに応じて、所定の記録用紙に対して画像を形成するものである。そして、図１に示すように、プリンタ１の画像形成部分には、感光体としての感光体ドラム１１が所定方向（図中矢印方向）に回転自在に支持されている。この感光体ドラム１１の周囲には、感光体ドラム１１を帯電する帯電器１２と、感光体ドラム１１の外周面を光像で露光して静電潜像を形成する露光装置１３と、感光体ドラム１１の外周面上に形成された静電潜像を現像剤により可視像に現像する現像装置１４と、感光体ドラムの外周面上に現像された可視像を記録用紙Ｐに転写する転写装置１５と、感光体ドラム１１の外周面上に残留する不要な廃現像剤を除去するクリーニング装置（図示せず）とが感光体ドラム１１の回転方向に沿って順次設けられている。
【００１９】
感光体ドラム１１の表面は、帯電器１２（例えばコロナチャージャや接触ローラ帯電器など）によって所定の帯電量に均一に帯電され、露光装置１３で所定の静電潜像ポテンシャルを形成することによって静電潜像を担持するようになされている。感光体ドラム１１は、金属または樹脂製の導電性基体１１ａと、その表面に形成される下引き層１１ｂと、その上に形成される感光層１１ｃとを含んで構成されている。この感光層１１ｃは、下引き層１ｂ上に形成される比較的薄いキャリア発生層（ＣＧＬ）と、最外層に形成されるポリカーボネイトなどを主成分とする比較的薄いキャリア移動層（ＣＴＬ）とで構成されている。この場合、露光装置１３による露光によってキャリア発生層でキャリアが発生すると、このキャリアによって、感光体ドラム１１に帯電している電荷が相殺されて、上述した所定の静電潜像ポテンシャルが形成されることになる。
【００２０】
現像装置１４は、トナーＴとキャリアとからなる２成分現像剤Ｇを収容する現像容器１６と、トナーホッパ１６ａを介して現像容器１６内にトナーＴを供給するトナー供給装置１７とを備えている。上記現像容器１６内には、感光体ドラム１１と対向する開口部１６ｂに臨んで設けられ、現像状態にあるときに感光体ドラム１１上の静電潜像を現像する現像ローラ１８（磁気ブラシローラ）と、現像容器１６内の現像剤Ｇを撹拌する撹拌ローラ１６ｄと、現像ローラ１６ｃの表面に付着形成される現像剤層Ｇａの層厚を規制する現像容器内構造物としてのドクタブレード１６ｅと、現像剤Ｇの流れを規制する案内板１６ｆとを備えている。一方、トナー供給装置１７は、現像容器１６内にトナーホッパ１６ａを介してトナーＴを補給するトナー補給ローラ１７ａを備えている。この補給ローラ１７ａは、トナー供給モータ３０（図５参照）により回転される。
【００２１】
現像ローラ１８は、非磁性材料よりなる中空円筒形状の現像スリーブ１８ａと、この現像スリーブ１８ａ内に固定的に設けられ、複数の磁極（Ｓ極およびＮ極）を有するマグネット１８ｂとからなる。
【００２２】
現像容器１６内の現像剤Ｇは、撹拌ローラ１６ｄにより十分に撹拌混合された後、現像ローラ１８表面上に現像剤Ｇの磁気ブラシを形成し、ドクタブレード１６ｅにより一定穂長に切揃えられて現像ローラ１８により感光ドラム１１の表面と接触するよう搬送されて感光体ドラム１１表面の上の静電潜像をトナーで現像し、トナー像を形成する。
【００２３】
そして、本発明の特徴部分として、現像容器１６内には、その現像容器１６内の現像剤Ｇのトナー濃度を検知する音響エネルギ検出素子２１が設けられている。この音響エネルギ検出素子２１は、ドクタブレード１６ｅの外表面に密着させて取り付けられている。この場合、音響エネルギ検出素子２１を設ける位置は特に限定されないが、感度と精度の点でドクタブレード１６ｅに設けることが好ましい。また、撹拌ローラ１６ｄに近接した現像容器１６の外面（容器底面または容器背面等）に設けてもよい。
【００２４】
ドクタブレード１６ｅに音響エネルギ検出素子２１が設けられていると、検出される音響的信号は、磁性キャリア粒子の摩擦に基づくものと考えられるが、撹拌ローラ１６ｄに近接する現像容器１６の外面（容器底面または容器背面等）に設けられていると、磁性キャリア粒子の衝突による音響的出力が検出されることもあり、その場合には特性周波数も当然異なり、更に高い周波数帯域となる。要は、レベル的に最大の音響的出力が得られるように検出周波数を設定するのがよい。
【００２５】
ここで、音響エネルギ検出素子２１により検出される音響的出力について説明する。
【００２６】
固体の変形および破壊に伴って解放されるエネルギが、音響パルスとなり伝播する現象をＡＥ（ＡｃｏｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ）、音響的放射と呼ぶ。ＡＥ信号は、通常数ＫＨｚ〜数ＭＨｚの微弱な超音波であるため、人間の可聴帯域からは外れている。ＡＥは、材料の欠陥自身が放出するエネルギを直接かつリアルタイムで観測する方法であるので、塑性変形や破壊の過程を動的に観測することができ、様々な分野で利用されている。二成分系現像剤Ｇの磁性キャリア粒子や、トナー粒子が現像容器１６の壁面や現像ローラ１８や撹拌ローラ１６ｄなどと摩擦あるいは衝突する場合にもキャリア粒子固有の周波数のＡＥ信号やトナー粒子固有の周波数のＡＥ信号が発生しているので、この固有周波数の音響的出力の高低に基づいてトナー濃度制御が行われているが、本発明では現像容器１６内への現像剤Ｇ投入の有無判定にも利用される。
【００２７】
つまり、トナーＴと磁性キャリアとを混合して用いるプリンタ１の画像形成部分に音響エネルギ検出素子２１を配設することによって、磁性キャリア固有の周波数の音響的出力、あるいはトナー固有の周波数の音響的出力を抽出することができ、これによって、現像容器１６内への現像剤Ｇ投入の有無を判定することができるようになっている。
【００２８】
図２の（ａ）〜（ｄ）は、トナーＴおよび磁性キャリアからなる二成分系現像剤Ｇを収容する現像容器１６のドクタブレード１６ｅに音響エネルギ検出素子２１（ＡＥセンサ）を取付けてプリンタ１を運転した場合に、音響エネルギ検出素子２１からのＡＥ信号（パルス信号）を周波数解析したときの周波数とＡＥカウントとの関係を示すものであり、図２の（ａ）はトナー濃度０％、（ｂ）はトナー濃度１％、（ｃ）はトナー濃度３％、および（ｄ）はトナー濃度５％の結果を示している。
【００２９】
図２の（ａ）〜（ｄ）において、１５３．８ＫＨｚのピークは磁性キャリア固有の周波数の音響的出力であり、この出力はトナー濃度の増加につれて減少している。すなわち、キャリア粒子固有の特定周波数の信号レベルは、二成分系現像剤Ｇ中のトナー濃度と密接に関係する。図３は、二成分系現像剤中のトナー濃度を変化させた場合の、トナー濃度と周波数１５３．８ＫＨｚでのＡＥパワー値（ｄｂ）とをプロットした結果を示したものである。この結果によると、トナー濃度が高くなると、上記信号の出力も減少しており、トナー濃度固有の音響的出力のレベルとキャリア粒子固有の音響的出力のレベルとの間には１：１の対応があるとともに、負の比例関係（逆比例関係）が成立しており、この音響的出力を抽出することにより、トナー濃度を求めることができることが明らかである。
【００３０】
要するに、上記キャリア粒子固有の特定周波数の信号のみを検出し、その出力レベルと図３に示す検量線とから、トナー濃度を求めることができる。この場合、キャリア粒子の音響的出力が設定上限値よりも増加したときにトナー供給装置１７を作動させ、キャリア粒子の音響的出力が設定下限値よりも減少したときにトナー供給装置１７を停止させるようにしている。このとき、キャリア粒子固有の特定周波数の信号の検出は感度が高く、精度および再現性に優れているが、トナー固有の特定周波数のＡＥ信号を検出し、その音響的出力から直接的にトナー濃度を求めることも可能である。この後者の場合、トナー固有の特定周波数の音響的出力が設定下限値よりも減少したときにトナー供給装置１７を作動させ、トナー固有の特定周波数の音響的出力が設定上限値よりも増加したときにトナー供給装置１７を停止させることになる。
【００３１】
上記音響エネルギ検出素子２１としては、磁性キャリア粒子固有の特定周波数成分のＡＥまたはトナー固有の特定周波数のＡＥに感度を有するもの、一般に１００〜４００ｋＨｚ、特に１４０〜１８０ｋＨｚの周波数（超音波振動）に感度を有するものが適用され、好適な圧電素子はペロブスカイト型圧電素子、特にチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電素子であり、素子からの電気信号を増幅するプリアンプが一体的または別体として設けられていてもよい。
【００３２】
上記音響エネルギ検出素子２１は、現像容器１６内のドクタブレード１６ｅに取り付けられているが、現像容器１６から音響エネルギ検出素子２１への超音波振動の伝達が有効に行われる箇所であればよく、現像容器１６内のドクタブレード１６ｅに対し接着により取り付けられている。なかでも、シリコーングリースにより音響エネルギ検出素子２１を接着するのが望ましいが、接着には、エポキシ樹脂系或いはイソシアネート系の接着剤を使用してもよい。なお、両面接着テープにより音響エネルギ検出素子を接着することも可能であるが、音響エネルギを吸収、減衰させる緩衝効果があるので、必ずしも好ましくない。
【００３３】
また、図４に示すように、上記音響エネルギ検出素子２１からの電気的音響出力に基づいてトナー濃度を検出および制御（現像容器１６内への現像剤Ｇ投入の有無判定を含め）する上で、制御装置としての検出制御機構３１が設けられている。この検出制御機構３１は、図４のブロック・ダイアグラムに示すとおり、音響エネルギ検出素子２１の電気的音響出力から磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数の音響的出力を取り出すための弁別機構３２と、この弁別機構３２からの出力と基準値とを比較して制御信号を出力する演算器３３と、この演算器３３からの制御信号に基づいてトナー供給モータ３０を回転・停止の駆動制御をする制御機構３４とを備えている。また、音響エネルギ検出素子２１と弁別機構３２との間には、音響エネルギ検出素子１６からの電気的音響出力を所望のレベルに増幅するための増幅器３５が設けられている。更に、弁別機構３２と演算器３３との間には、弁別機構３２からの出力、即ち振幅を積分する積分回路３６が設けられている。
【００３４】
そして、アンプによる増幅度は、濃度の検出が精度よく行われるものであればよく、一般に１０〜８０ｄＢ、特に２０〜４０ｄＢ程度が適当である。一定の増幅度を得る上で、低歪みのオペアンプを用いるのがよい。また、必要により増幅された音響エネルギ検出素子２１からの出力から、トナー固有の特定周波数成分の音響的出力または磁性キャリア固有の特定周波数の音響的出力を抽出するための弁別機構３２としては、特定周波数の出力値を積算する周波数解析装置を使用することができるが、装置の簡便性の点で、フィルタ、特に中心周波数がキャリア粒子固有の特定周波数またはトナー固有の特定周波数にあるバンドパスフィルタを使用することが望ましい。例えば、キャリア用バンドパスフィルタとしては、この磁性キャリア粒子やドクタブレード１６ｅまたは現像容器１６の材質によっても相違するが、一般に４０〜２００ｋＨｚ、特に１４０〜１６０ｋＨｚのものが適当である。一方、トナー用バンドパスフィルタとしては、トナー材質によっても相違するが、一般に１００〜２００ｋＨｚ、特に１７０〜１９０ｋＨｚのものが適当である。磁性粒子固有の特定周波数を扱う場合、トナー固有の特定周波数を扱う場合の何れにしても、バンドパスフィルタを通過した電気信号が減衰している場合には、勿論増幅することも可能である。
【００３５】
演算器３３としては、一般にコンパレータが使用され、トナー濃度検出値とトナー濃度設定値とを比較して、制御信号を発生する。一般に、トナー濃度設定値には、設定下限値と設定上限値とがあり、トナー濃度検出値が設定下限値以下になるとトナー補給信号を発生し、設定上限値以上になると、トナー補給停止信号が発生される。これらの信号に基づいて、制御機構３４がトナー供給ローラ１７ａをＯＮ−ＯＦＦ制御する。設定下限値は実際のトナー濃度許容下限値より若干高めに設定し、一方、設定上限値は実際のトナー濃度許容上限値より若干低めに設定することがトナー濃度の実際のばらつき幅を小さくする点で好ましい。
【００３６】
弁別機構３２として周波数解析装置が使用される場合には、特定周波数の出力を直接演算器３３に入力させることができるが、弁別機構３２としてバンドパスフィルタが使用される場合には、バンドパスフィルタからの出力を、半波整流回路または全波整流回路に供給して直流成分とするか、或いは積分回路３６に供給して一定時間ごとに積分し、パルスとして演算器３３に供給することが可能である。
【００３７】
次に、検出制御機構３１による現像容器１６への現像剤Ｇ投入の有無判定を行う制御を図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００３８】
この場合、現像容器１６がプリンタ１（現像装置１４）にセットされた直後であるものとする。そして、現像容器１６内への現像剤Ｇ投入の有無判定は、プリンタ１の設置時、または定期的な現像剤交換等に伴って、トナー濃度制御のための初期設定操作（イニシャライズ）を実行する際に並行して行われる。
【００３９】
先ず、図５のフローチャートのステップＳ１において、プリンタ１に現像容器１６をセットした後、プリンタ本体の電源をＯＮする。次いで、ステップＳ２で、プリンタ１へセット後の初期設定操作（現像剤Ｇのイニシャライズ）のためのアイドリング駆動を開始、つまり現像装置１４のアイドリング駆動を開始する。それから、ステップＳ３において、特定周波数の音響的出力を音響エネルギ検出素子２１により検出する。
【００４０】
その後、ステップＳ４で、現像容器１６内への現像剤Ｇ投入の有無判定を行う。このステップＳ４では、特定周波数の音響的出力、つまり現像装置１４のアイドリング駆動開始直後に明確に出現（出力レベルが高レベル）する磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力のピーク値またはトナー固有の特定周波数の音響的出力のピーク値と閾値とを比較し、このピーク値が閾値以上となるＹＥＳの場合には、現像容器１６内への現像剤Ｇの投入有り、または現像剤Ｇ交換作業の成功とみなし、ステップＳ５で、上記ステップＳ４の判定結果を受けて、アイドリング駆動を継続する。そして、ステップＳ６において、アイドリング駆動を維持した状態で、アイドリング駆動を開始してから所定時間経過後の現像容器１６内のトナー濃度（飽和時トナー濃度）として、アイドリング駆動停止直前の特定周波数の音響的出力を音響エネルギ検出素子２１により検出し、トナー濃度制御のための基準値として記憶する。
【００４１】
それから、ステップＳ７において、アイドリング駆動を停止した後、ステップＳ８で、アイドリング駆動停止直前の音響的出力の検出値をトナー濃度制御のための基準値として記憶する。
【００４２】
しかる後、ステップＳ９において、プリンタ１の待機モードへ移行し、使用準備を完了する。
【００４３】
一方、上記ステップＳ４の判定が、特定周波数の音響的出力が閾値未満、つまり現像装置１４のアイドリング駆動開始直後における磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力のピーク値またはトナー固有の特定周波数の音響的出力のピーク値が明確に出現しない（出力レベルが低レベル）か、または全く出現しないＮＯの場合には、ステップＳ１０において、現像容器１６内への現像剤Ｇ未投入、または現像剤交換作業の不成功とみなし、図示しないプリンタ本体表示部へのエラーメッセージ表示、アラームランプ点灯または音声発呼等の報知手段（図示せず）を介して現像剤未投入、または現像剤交換作業の不成功である旨をオペレータに報知する。
【００４４】
したがって、本実施形態では、現像容器１６内に現像剤Ｇが投入されている場合は、プリンタ１へセット後の初期設定操作（現像剤Ｇのイニシャライズ）のためのアイドリング駆動を開始すると、磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力のピーク値またはトナー固有の特定周波数の音響的出力のピーク値が明確に出現する（出力レベルが高レベル）のに対し、現像容器１６内に現像剤Ｇが未投入の場合は、このピークが明確に出現しない（出力レベルが低レベル）か、または全く出現しない。また、音響エネルギ検出素子２１からの電気的音響出力によって、磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力のレベルまたはトナー固有の周波数の音響的出力のレベルが検出される。このように、本実施形態のトナー濃度の検出方法では、磁性キャリア粒子固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数の音響的出力を検出しているため、現像装置１４による外乱や環境変化や経時変化の影響を殆ど受けず、高精度で信頼性のあるトナー濃度検出を行える上、応答が早く、検知動作を著しく高速化してトナー濃度の制御も迅速に行えることになる。従って、現像容器１６内への現像剤Ｇ投入の有無判定、または現像剤交換作業の成否判定についても、検出時間の短縮化が可能となり、現像剤Ｇ未投入または現像剤交換作業不成功の場合には、初期設定操作（イニシャライズ）のための現像装置１４のアイドリング駆動開始と殆ど同時に検出可能である。これにより、流動状態によるキャリア密度変化の影響を受けやすい透磁率センサを使用して現像剤Ｇ投入の有無判定を行う場合のように、現像剤Ｇの流動状態が安定化するまで所定時間のアイドリング駆動を継続しておく必要がなく、現像装置１４のアイドリング駆動開始と殆ど同時に現像容器１６内への現像剤Ｇの投入有無、または現像剤Ｇ交換作業の成否を判定することができる。
【００４５】
また、音響エネルギ検出素子２１を現像容器１６のドクタブレード１６ｅに取り付けるのみでよいので、検出機構がコンパクトに保たれ、更に検出機構を容器外に置くことも可能となり、トナーＴによって汚染されることもなく、また現像工程に対しても悪影響をもたらさない。しかも、音響エネルギ検出素子２１が現像容器１６内の現像剤Ｇに対して非接触となるので、音響エネルギ検出素子２１の検出面に対する現像剤Ｇの直接触が回避され、音響エネルギ検出素子２１の検出面の耐久性の向上を図ることができる。
【００４６】
そして、プリンタ１へ現像容器１６セット後の初期設定操作（現像剤Ｇのイニシャライズ）のための現像装置１４のアイドリング駆動開始後に特定周波数の音響的出力を音響エネルギ検出素子２１により検出し、現像装置１４のアイドリング駆動開始直後に明確に出現する磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力のピーク値またはトナー固有の特定周波数の音響的出力のピーク値が閾値以上となるときに現像容器１６内への現像剤Ｇの投入有りまたは現像剤交換作業の成功とみなされる一方、現像装置１４のアイドリング駆動開始直後における磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力のピーク値またはトナー固有の特定周波数の音響的出力のピーク値が明確に出現しないか、または全く出現しないときに現像容器１６内への現像剤Ｇ未投入または現像剤交換作業の不成功とみなされるので、現像容器１６内への現像剤Ｇ投入の有無判定、または現像剤交換作業の成否判定を円滑に行うことができる。
【００４７】
しかも、トナー濃度制御のための音響エネルギ検出素子２１を利用して、現像容器１６内への現像剤Ｇ投入の有無判定、または現像剤交換作業の成否判定を行うことにより、新規な機能部品、検出手段の追加・増設等を行わずに、制御機構側での簡易な対応（主に制御プログラム内容変更）を伴うだけで、現像装置１４の設置時または現像剤Ｇ交換時における現像容器１６内への現像剤Ｇ投入の有無（現像剤Ｇ未投入状態の現像容器１６を現像装置１４へ挿入するといった作業ミス発生の有無）を、現像装置１４への負担や影響を与えずに容易に判定することができる。
【００４８】
更に、現像剤Ｇ投入の有無判定、または現像剤交換作業の成否判定の結果、現像剤Ｇの未投入または現像剤交換作業の不成功が検知されると、プリンタ本体表示部へのエラーメッセージ表示、アラームランプ点灯あるいは音声発呼等の報知手段を介して現像剤Ｇ未投入である旨をオペレータに報知するので、この種の作業ミスが発生した場合に、トラブル発生箇源が明らかになるとともに、トラブル解除に迅速に対応することができる。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、現像装置１４のアイドリング駆動開始直後に出現する磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力のピーク値またはトナー固有の特定周波数の音響的出力のピーク値と閾値との関係に基づいて現像容器１６内への現像剤Ｇ投入の有無判定を行うようにしたが、音響エネルギ検出素子からの信号のうちの磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数の音響的出力を選択的に取り出し、或いは更に音響エネルギ検出素子からの信号のうちの磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の周波数の音響的出力を選択的に取り出す弁別機構からの磁性キャリアの音響的出力を基準値（図３の検量線）と比較して、基準値よりも高い場合に制御信号を出力し、この制御信号によりトナー供給装置１７を作動させて現像容器１６内のトナー濃度を設定レベルに維持するようにしたトナー濃度検知方法において、現像剤中のトナー濃度と音響的出力との関係を示す検量線を連続的または段階的に予め設定された設定値に基づいて現像容器内への現像剤投入の有無検出を行うようにしてもよいのはもちろんである。
【００５０】
また、上記実施形態では、音響エネルギ検出素子２１として、磁性キャリア固有の周波数の音響的出力が１５３．８ＫＨｚのピーク値となるものを適用したが、磁性キャリア固有の１００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの周波数帯域に感度を有する音響エネルギ検出素子が適用されていてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、現像装置のアイドリング駆動開始直後およびアイドリング駆動停止直前に磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数の音響的出力を音響エネルギ検出素子により検出することで、現像装置による外乱、環境変化、経時変化等の影響を殆ど受けずに、高精度で信頼性のある現像剤投入の有無判定を行うことができるとともに、応答が速く、検出速度の高速化を図ることができる。また、トナー濃度制御用の音響エネルギ検出素子を流用することで、新規な機能部品、検出手段の追加・増設等を行わず、現像装置への負担や影響を与えることなく容易に判定することができる。
【００５２】
また、現像容器内の現像剤に対して非接触となる位置に音響エネルギ検出素子を設けることで、音響エネルギ検出素子の検出面に対する現像剤の直接触を回避し、音響エネルギ検出素子の検出面の耐久性の向上を図ることができる。
【００５３】
そして、現像剤中のトナー濃度と音響的出力との関係を示す検量線を連続的または段階的に設定した設定値に基づいて現像容器内への現像剤投入の有無検出を行ったり、磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数成分の音響的出力によって現像容器内への現像剤投入の有無または現像剤交換作業の成否を判定することで、現像容器内への現像剤投入無しの場合に特定周波数の音響的出力が極めて小さいか、または全く発生しないため、現像容器内への現像剤投入の有無判定を円滑に行うことができる。
【００５４】
更に、音響エネルギ検出素子からの信号のうち、現像容器内壁または現像容器内構造物への衝突および摩擦によって発生する磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数成分の音響的出力を選択的に取り出す弁別機構と、磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数成分の音響的出力を基準値と比較して制御信号を出力する比較器と、現像容器内への現像剤投入の有無または現像剤交換作業の成否を報知する報知手段と、比較器からの制御信号を受けて報知手段を作動させる制御装置とを備えることで、現像剤未投入の検知時に、画像形成装置本体表示部へのエラーメッセージ表示、アラームランプ点灯あるいは音声発呼等の報知手段を介して現像剤未投入である旨をオペレータに報知し、この種の作業ミスが発生した場合のトラブル発生箇源を明らかにすることができるとともに、トラブル解除に迅速に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わるプリンタを正面側から見た現像装置付近の概略構成図である。
【図２】（ａ）は音響エネルギ検出素子からのＡＥ信号を周波数解析したときのトナー濃度０％での周波数とＡＥカウントとの関係を示す図である。
（ｂ）は音響エネルギ検出素子からのＡＥ信号を周波数解析したときのトナー濃度１％での周波数とＡＥカウントとの関係を示す図である。
（ｃ）は音響エネルギ検出素子からのＡＥ信号を周波数解析したときのトナー濃度３％での周波数とＡＥカウントとの関係を示す図である。
（ｄ）は音響エネルギ検出素子からのＡＥ信号を周波数解析したときのトナー濃度５％での周波数とＡＥカウントとの関係を示す図である。
【図３】二成分系現像剤中のトナー濃度を変化させた場合のトナー濃度と周波数１５３．８ＫＨｚでのＡＥパワー値とをプロットした結果を示す図である。
【図４】検出制御機構のブロック・ダイアグラムを示す図である。
【図５】検出制御機構による現像容器への現像剤投入の有無判定を行う場合の制御の流れを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１プリンタ（電子写真装置）
１１感光体ドラム（感光体）
１４現像装置
１６現像容器
１６ｄ撹拌ローラ
１６ｅドクタブレード（現像容器内構造物）
１８現像ローラ
２１音響エネルギ検出素子
３１検出制御機構（制御装置）
３２弁別機構
Ｇ現像剤
Ｔトナー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing apparatus and an electrophotographic apparatus that use a developer in which a magnetic carrier and a toner are mixed, and relates to a measure that makes it possible to easily detect the presence or absence of the developer in the developing container in a short time.
[0002]
[Prior art]
In general, image formation in electrophotography is roughly divided into two types: a method using a one-component developer and a method using a two-component developer. The method using the latter two-component developer. However, the development conditions are easy to set, and the tolerance of the conditions is large. However, when the toner is consumed as the image is formed, the toner density decreases. Therefore, the toner density is detected and the toner is replenished accordingly. To maintain the toner density at a predetermined level.
[0003]
In this case, as a method for detecting the toner concentration in the two-component developer, the magnetic permeability of the developer is detected by a change in inductance of the detection coil, converted into a change in frequency, and then extracted as a change in voltage. To be done.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a toner concentration detection method, a developer that has not been supplied with a developer is erroneously inserted into the developing device during periodic maintenance of the device such as replacement of the developer, and the toner is inserted into the developing device. An initial setting operation for performing density control may be performed. In that case, the toner concentration detection means is regarded as a state in which the developer has a high toner density although there is no developer in the developing case (although only air exists on the detection surface of the toner concentration detection means). Therefore, the output of the toner density detecting means obtained by the initial setting operation is adopted as a reference value for performing toner density control. For this reason, the preparation for use is completed in the same manner as when the developing device into which the developer has been introduced is inserted, and when the image forming apparatus shifts to the standby mode, even if the image forming operation is executed, the developer remains in the developing device. Since it is not inserted, a trouble that an image is not output occurs.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a developing device and an electrophotographic apparatus that can easily detect in a short time whether or not a developer is charged into the developing container. It is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, in the present invention, an acoustic energy detection element is disposed in a developer container containing a developer in which toner and a magnetic carrier are mixed, and the density of the developer is detected by the acoustic energy detection element. A developing device as described above is assumed. AndImmediately after starting the idling drive of the developing device and immediately before stopping the idling driveThe intensity of the acoustic output of a specific frequency component specific to the developer generated by the collision or friction of the developer in the developer container with the inner wall of the developer container or the structure inside the developer container is detected by an acoustic energy detection element, thereby Whether or not developer is charged into the developer containerAnd reference values for developer concentration controlTo detect.
[0007]
  With this particular matter,Immediately after starting the idling drive of the developing device and immediately before stopping the idling driveBecause it detects the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier or the acoustic output of the specific frequency specific to the toner, it causes disturbance by the developing device, environmental changes, changes over time (for adhesion of powder particles such as toner and carrier) It is possible to determine the presence or absence of developer input with high accuracy and reliability without being affected by the influence of a decrease in the detection accuracy that accompanies the detection, and the response is quick and the detection speed is increased. (Shortening) can be achieved. In addition, since the acoustic energy detecting element attached to the container wall surface or the container bottom surface of the developing device is originally used for controlling the toner density, the controller means side without adding new functional parts and detecting means. Whether or not the developer is charged into the developing device when the developing device is installed or when the developer is replaced (develop the developer container that is not yet loaded with developer). It is possible to easily determine whether or not an operation error to be inserted into the apparatus has occurred) without affecting or affecting the developing apparatus.
[0008]
  Here, when the acoustic energy detection element is provided at a position that does not contact the developer in the developer container, direct contact of the developer with the detection surface of the acoustic energy detection element is avoided, and acoustic energy detection is performed. It is possible to improve the durability of the detection surface of the element.
  The acoustic energy detection element is provided on the inner structure of the developing container or the outer surface of the developing container.
[0009]
In particular, the following configuration is listed as a specific method for determining whether or not the developer is charged into the developing device.
[0010]
In other words, a calibration curve indicating the relationship between the toner concentration in the developer and the acoustic output is detected continuously or stepwise based on a preset set value to detect the presence or absence of the developer into the developer container. Yes.
[0011]
Further, an acoustic output of a specific frequency component specific to the magnetic carrier or an acoustic output of a specific frequency component specific to the toner is detected by an acoustic energy detection element. Judgment of success or failure of the agent replacement work. When the acoustic output drops below the set value, it is determined that the developer is not charged into the developer container or the developer exchange work is unsuccessful, while the set value is exceeded. Sometimes, it is determined that there is a developer in the developer container or that the developer exchange operation is successful.
[0012]
Because of these specific matters, since the prominent peak at the specific frequency is the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier or the acoustic output of the toner specific frequency, this output level decreases as the toner concentration increases. Therefore, there is a 1: 1 correspondence between the toner density and the inherent acoustic output level, and a negative proportional relationship (inverse proportional relationship) is established, and this acoustic output is taken out. This makes it clear that the toner concentration can be obtained. For this reason, when there is no developer input into the developer container, the acoustic output at a specific frequency is very small or does not occur at all. Therefore, it is possible to smoothly determine whether or not the developer is charged into the developer container. Is possible.
[0013]
In particular, the following configuration is shown as a specific example of a control device for determining whether or not a developer is charged into the developing device based on an acoustic output of a specific frequency component specific to a magnetic carrier or an acoustic output specific to a toner. Are listed.
[0014]
That is, the developer roller having a stirring roller that stirs the toner and the magnetic carrier, a developing roller that applies toner to the photosensitive member, and a replenishment mechanism that replenishes the toner, and the container wall surface of the developer container or the structure inside the developer container are in close contact with each other. Among the signals from the acoustic energy detection element provided and the acoustic energy detection element, an acoustic output of a specific frequency component specific to the magnetic carrier generated by collision and friction with the inner wall of the developing container or the structure inside the developing container, or A discriminating mechanism that selectively extracts the acoustic output of the specific frequency component specific to the toner, and controls the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier or the acoustic output of the specific frequency component specific to the toner by comparing with a reference value. A comparator for outputting a signal, and an informing means for informing whether or not the developer has been charged into the developer container or the success or failure of the developer replacement operation Receives a control signal from the comparator, and a controller for actuating the alarm means.
[0015]
As a result of determining whether or not the developer has been introduced, if the developer has not been introduced as a result of this specific matter, an error message is displayed on the display unit of the image forming apparatus, an alarm lamp is turned on, or a notification is made such as a voice call. Since the operator is informed that the developer has not been charged, when this type of work error occurs, the source of the trouble is clarified and the trouble can be quickly resolved.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the vicinity of a developing device of a printer as an electrophotographic apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0018]
This printer forms an image on a predetermined recording sheet in accordance with image data transmitted from the outside. As shown in FIG. 1, a photosensitive drum 11 as a photosensitive member is supported on the image forming portion of the printer 1 so as to be rotatable in a predetermined direction (arrow direction in the figure). Around the photosensitive drum 11, a charger 12 for charging the photosensitive drum 11, an exposure device 13 for forming an electrostatic latent image by exposing the outer peripheral surface of the photosensitive drum 11 with an optical image, and a photosensitive member The developing device 14 that develops the electrostatic latent image formed on the outer peripheral surface of the drum 11 into a visible image with a developer, and the visible image developed on the outer peripheral surface of the photosensitive drum is transferred to the recording paper P. A transfer device 15 and a cleaning device (not shown) for removing unnecessary waste developer remaining on the outer peripheral surface of the photosensitive drum 11 are sequentially provided along the rotation direction of the photosensitive drum 11.
[0019]
The surface of the photosensitive drum 11 is uniformly charged to a predetermined charge amount by a charger 12 (for example, a corona charger or a contact roller charger), and a static latent image potential is formed by forming a predetermined electrostatic latent image potential by the exposure device 13. An electrostatic latent image is carried. The photosensitive drum 11 includes a conductive base 11a made of metal or resin, an undercoat layer 11b formed on the surface thereof, and a photosensitive layer 11c formed thereon. The photosensitive layer 11c is composed of a relatively thin carrier generation layer (CGL) formed on the undercoat layer 1b and a relatively thin carrier transfer layer (CTL) mainly composed of polycarbonate or the like formed in the outermost layer. It is configured. In this case, when carriers are generated in the carrier generation layer by exposure by the exposure device 13, the charges charged on the photosensitive drum 11 are canceled by the carriers, and the above-described predetermined electrostatic latent image potential is formed. It will be.
[0020]
The developing device 14 includes a developing container 16 that contains a two-component developer G composed of toner T and a carrier, and a toner supply device 17 that supplies the toner T into the developing container 16 via a toner hopper 16a. A developing roller 18 (magnetic brush roller) is provided in the developing container 16 so as to face the opening 16b facing the photosensitive drum 11, and develops the electrostatic latent image on the photosensitive drum 11 when in the developing state. ), A stirring roller 16d that stirs the developer G in the developing container 16, and a doctor blade 16e as a developing container internal structure that regulates the layer thickness of the developer layer Ga formed on the surface of the developing roller 16c. And a guide plate 16f for regulating the flow of the developer G. On the other hand, the toner supply device 17 includes a toner supply roller 17a that supplies toner T to the developer container 16 via a toner hopper 16a. The supply roller 17a is rotated by a toner supply motor 30 (see FIG. 5).
[0021]
The developing roller 18 includes a hollow cylindrical developing sleeve 18a made of a nonmagnetic material, and a magnet 18b that is fixedly provided in the developing sleeve 18a and has a plurality of magnetic poles (S pole and N pole).
[0022]
The developer G in the developer container 16 is sufficiently stirred and mixed by the stirring roller 16d, and then a magnetic brush of the developer G is formed on the surface of the developing roller 18, and the developer blade 16e is trimmed to a certain spike length. The electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum 11 is transported by the developing roller 18 so as to come into contact with the surface of the photosensitive drum 11 and the toner is developed with toner.
[0023]
  As a characteristic part of the present invention, an acoustic energy detection element 21 for detecting the toner concentration of the developer G in the developing container 16 is provided in the developing container 16. The acoustic energy detection element 21 is attached in close contact with the outer surface of the doctor blade 16e. In this case, the position where the acoustic energy detection element 21 is provided is not particularly limited, but it is provided on the doctor blade 16e in terms of sensitivity and accuracy.PreferGood. Further, it may be provided on the outer surface (the bottom surface of the container or the back surface of the container) of the developing container 16 adjacent to the stirring roller 16d.
[0024]
When the acoustic energy detecting element 21 is provided on the doctor blade 16e, the detected acoustic signal is considered to be based on the friction of the magnetic carrier particles, but the outer surface (container of the developer container 16 adjacent to the stirring roller 16d). If it is provided on the bottom surface or the back surface of the container, the acoustic output due to the collision of the magnetic carrier particles may be detected. In this case, the characteristic frequency is naturally different and the frequency band is further increased. In short, it is preferable to set the detection frequency so as to obtain the maximum acoustic output in terms of level.
[0025]
Here, the acoustic output detected by the acoustic energy detection element 21 will be described.
[0026]
A phenomenon in which energy released as a result of deformation and destruction of a solid becomes an acoustic pulse and propagates is called AE (Acoustic Emission) or acoustic radiation. Since the AE signal is usually a weak ultrasonic wave of several KHz to several MHz, it is out of the human audible band. AE is a method for directly and in real time observing the energy released by a material defect itself, so that the process of plastic deformation and fracture can be dynamically observed, and is used in various fields. Even when the magnetic carrier particles of the two-component developer G or the toner particles are rubbed or collide with the wall surface of the developing container 16, the developing roller 18, the agitating roller 16 d, etc. Since the frequency AE signal is generated, the toner concentration control is performed based on the level of the acoustic output of the natural frequency. In the present invention, it is determined whether or not the developer G is put into the developer container 16. Is also used.
[0027]
That is, by providing the acoustic energy detecting element 21 in the image forming portion of the printer 1 that uses a mixture of the toner T and the magnetic carrier, the acoustic output of the frequency unique to the magnetic carrier or the acoustic frequency of the toner intrinsic frequency is obtained. The output can be extracted, and by this, it can be determined whether or not the developer G is put into the developing container 16.
[0028]
2A to 2D show a printer 1 in which an acoustic energy detection element 21 (AE sensor) is attached to a doctor blade 16e of a developing container 16 that contains a two-component developer G composed of toner T and a magnetic carrier. 2 shows the relationship between the frequency and the AE count when the frequency analysis of the AE signal (pulse signal) from the acoustic energy detection element 21 is performed. FIG. (B) shows the toner concentration of 1%, (c) shows the toner concentration of 3%, and (d) shows the toner concentration of 5%.
[0029]
In FIGS. 2A to 2D, the peak of 153.8 KHz is an acoustic output having a frequency unique to the magnetic carrier, and this output decreases as the toner concentration increases. That is, the signal level of the specific frequency specific to the carrier particles is closely related to the toner concentration in the two-component developer G. FIG. 3 shows a result of plotting the toner concentration and the AE power value (db) at a frequency of 153.8 KHz when the toner concentration in the two-component developer is changed. According to this result, as the toner concentration increases, the output of the signal also decreases, and there is a 1: 1 correspondence between the acoustic output level specific to the toner concentration and the acoustic output level specific to the carrier particles. In addition, there is a negative proportional relationship (inverse proportional relationship), and it is clear that the toner density can be obtained by extracting this acoustic output.
[0030]
In short, only the signal having a specific frequency specific to the carrier particles is detected, and the toner concentration can be obtained from the output level and the calibration curve shown in FIG. In this case, the toner supply device 17 is activated when the acoustic output of the carrier particles increases above the set upper limit value, and the toner supply device 17 is stopped when the acoustic output of the carrier particles decreases below the set lower limit value. I am doing so. At this time, detection of a signal having a specific frequency specific to carrier particles is highly sensitive and excellent in accuracy and reproducibility. However, an AE signal having a specific frequency specific to toner is detected, and the toner concentration is directly detected from the acoustic output. Is also possible. In this latter case, the toner supply device 17 is activated when the acoustic output of the specific frequency specific to the toner decreases below the set lower limit value, and the acoustic output of the specific frequency specific to the toner increases above the set upper limit value. The toner supply device 17 is stopped.
[0031]
The acoustic energy detecting element 21 has sensitivity to an AE having a specific frequency component specific to magnetic carrier particles or an AE having a specific frequency specific to toner, and generally has a frequency (ultrasonic vibration) of 100 to 400 kHz, particularly 140 to 180 kHz. Those having sensitivity are applied, and a suitable piezoelectric element is a perovskite type piezoelectric element, particularly a lead zirconate titanate piezoelectric element, and a preamplifier for amplifying an electrical signal from the element is provided integrally or separately. May be.
[0032]
The acoustic energy detection element 21 is attached to a doctor blade 16e in the developing container 16, but may be any place where transmission of ultrasonic vibration from the developing container 16 to the acoustic energy detection element 21 is effectively performed. It is attached to the doctor blade 16e in the developing container 16 by adhesion. In particular, it is desirable to adhere the acoustic energy detection element 21 with silicone grease, but an epoxy resin-based or isocyanate-based adhesive may be used for bonding. Note that the acoustic energy detection element can be bonded with a double-sided adhesive tape, but it is not always preferable because it has a buffering effect to absorb and attenuate the acoustic energy.
[0033]
In addition, as shown in FIG. 4, the toner density is detected and controlled based on the electrical acoustic output from the acoustic energy detecting element 21 (including the determination of whether or not the developer G is put into the developing container 16). A detection control mechanism 31 as a control device is provided. As shown in the block diagram of FIG. 4, the detection control mechanism 31 generates an acoustic output of a specific frequency component specific to the magnetic carrier or an acoustic output of a specific frequency specific to the toner from the electrical acoustic output of the acoustic energy detection element 21. A discriminating mechanism 32 for taking out, an arithmetic unit 33 that compares the output from the discriminating mechanism 32 with a reference value and outputs a control signal, and rotates the toner supply motor 30 based on the control signal from the arithmetic unit 33 -It has the control mechanism 34 which performs drive control of a stop. In addition, an amplifier 35 is provided between the acoustic energy detection element 21 and the discrimination mechanism 32 to amplify the electrical acoustic output from the acoustic energy detection element 16 to a desired level. Further, an integrating circuit 36 for integrating the output from the discriminating mechanism 32, that is, the amplitude, is provided between the discriminating mechanism 32 and the calculator 33.
[0034]
The amplification degree by the amplifier is not particularly limited as long as the concentration can be accurately detected, and is generally about 10 to 80 dB, particularly about 20 to 40 dB. In order to obtain a constant amplification degree, it is preferable to use a low distortion operational amplifier. In addition, the discrimination mechanism 32 for extracting the acoustic output of the specific frequency component specific to the toner or the acoustic output of the specific frequency specific to the magnetic carrier from the output from the acoustic energy detection element 21 amplified as necessary is specified as Although a frequency analyzer that integrates the output value of the frequency can be used, a filter, particularly a bandpass filter whose center frequency is at a specific frequency specific to carrier particles or a specific frequency specific to toner is used in terms of simplicity of the apparatus. It is desirable to use it. For example, the carrier band-pass filter is generally 40 to 200 kHz, particularly 140 to 160 kHz, although it varies depending on the magnetic carrier particles and the material of the doctor blade 16e or the developing container 16. On the other hand, as the band-pass filter for toner, although it varies depending on the toner material, generally a filter of 100 to 200 kHz, particularly 170 to 190 kHz is suitable. In either case of handling the specific frequency specific to the magnetic particles or the specific frequency specific to the toner, if the electric signal that has passed through the band-pass filter is attenuated, it is of course possible to amplify it.
[0035]
As the calculator 33, a comparator is generally used, and a control signal is generated by comparing the toner density detection value with the toner density setting value. Generally, the toner density setting value has a setting lower limit value and a setting upper limit value. When the toner density detection value falls below the setting lower limit value, a toner replenishment signal is generated. Generated. Based on these signals, the control mechanism 34 controls the toner supply roller 17a on and off. The setting lower limit value is set slightly higher than the actual toner density allowable lower limit value, while setting the upper limit value slightly lower than the actual toner density allowable upper limit value reduces the actual variation range of toner density. Is preferable.
[0036]
When a frequency analyzer is used as the discriminating mechanism 32, an output of a specific frequency can be directly input to the computing unit 33. When a band-pass filter is used as the discriminating mechanism 32, a band-pass filter is used. Can be supplied to a half-wave rectifier circuit or a full-wave rectifier circuit as a direct current component, or can be supplied to an integration circuit 36 to be integrated at regular intervals and supplied to the computing unit 33 as a pulse. It is.
[0037]
Next, control for determining whether or not the developer G has been charged into the developer container 16 by the detection control mechanism 31 will be described based on the flowchart of FIG.
[0038]
In this case, it is assumed that the developing container 16 is immediately after being set in the printer 1 (developing device 14). Whether or not the developer G is put into the developing container 16 is determined by performing an initial setting operation (initialization) for controlling the toner density when the printer 1 is installed or when the developer is regularly replaced. Sometimes done in parallel.
[0039]
First, in step S1 of the flowchart of FIG. 5, after setting the developing container 16 in the printer 1, the printer main body is turned on. Next, in step S2, idling driving for initial setting operation (initializing the developer G) after setting in the printer 1 is started, that is, idling driving of the developing device 14 is started. Then, in step S <b> 3, an acoustic output of a specific frequency is detected by the acoustic energy detection element 21.
[0040]
Thereafter, in step S4, it is determined whether or not the developer G is put into the developing container 16. In this step S4, the acoustic output of a specific frequency, that is, the peak value of the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier that clearly appears (the output level is high) immediately after the start of the idling drive of the developing device 14 or the toner specific The peak value of the acoustic output of the specific frequency is compared with a threshold value, and if this peak value is equal to or greater than the threshold value, the developer G is put into the developer container 16 or the developer G is replaced. In step S5, in response to the determination result in step S4, the idling drive is continued. Then, in step S6, with the idling driving maintained, the acoustic density of the specific frequency immediately before the idling driving is stopped is set as the toner density (saturated toner density) in the developing container 16 after a lapse of a predetermined time from the start of the idling driving. The acoustic output is detected by the acoustic energy detecting element 21 and stored as a reference value for toner density control.
[0041]
Then, after idling driving is stopped in step S7, the detected value of the acoustic output immediately before stopping idling driving is stored as a reference value for toner density control in step S8.
[0042]
Thereafter, in step S9, the printer 1 is shifted to the standby mode and the preparation for use is completed.
[0043]
On the other hand, the determination in step S4 is that the acoustic output of the specific frequency is less than the threshold, that is, the peak value of the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier immediately after the start of idling driving of the developing device 14 or the specific frequency specific to the toner. In the case of NO where the peak value of the acoustic output does not appear clearly (output level is low) or does not appear at all, in step S10, the developer G is not charged into the developer container 16 or the developer is replaced. It is regarded as unsuccessful work, no error message is displayed on the printer main body display (not shown), alarm lamp is lit or a voice call is made (not shown), etc. The operator is informed that it is successful.
[0044]
Therefore, in this embodiment, when the developer G is put in the developer container 16, when the idling drive for the initial setting operation (initialization of the developer G) after setting in the printer 1 is started, the magnetic carrier The peak value of the acoustic output of the specific specific frequency component or the peak value of the acoustic output of the specific frequency specific to the toner clearly appears (the output level is high), whereas the developer G is present in the developing container 16. When not input, this peak does not appear clearly (the output level is low) or does not appear at all. Further, the level of the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier or the level of the acoustic output of the frequency specific to the toner is detected by the electrical acoustic output from the acoustic energy detection element 21. As described above, in the toner concentration detection method of the present embodiment, the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier particles or the acoustic output of the specific frequency specific to the toner is detected. In addition to being hardly affected by environmental changes and changes with time, highly accurate and reliable toner concentration detection can be performed, the response is quick, the detection operation is remarkably speeded up, and toner concentration can be controlled quickly. Accordingly, it is possible to shorten the detection time for determining whether or not the developer G is put into the developer container 16 or determining whether or not the developer replacement operation is successful. Can be detected almost simultaneously with the start of idling drive of the developing device 14 for initial setting operation (initialization). Thus, idling is performed for a predetermined time until the flow state of the developer G is stabilized as in the case where the presence / absence of the developer G is determined using a magnetic permeability sensor that is easily affected by the change in carrier density due to the flow state. It is not necessary to continue driving, and it is possible to determine whether or not the developer G is put into the developer container 16 or whether or not the developer G replacement operation is successful almost simultaneously with the start of idling driving of the developing device 14.
[0045]
Further, since the acoustic energy detection element 21 only needs to be attached to the doctor blade 16e of the developing container 16, the detection mechanism can be kept compact, and the detection mechanism can be placed outside the container and is contaminated by the toner T. And does not adversely affect the development process. Moreover, since the acoustic energy detection element 21 is not in contact with the developer G in the developer container 16, direct contact of the developer G with the detection surface of the acoustic energy detection element 21 is avoided, and the acoustic energy detection element 21 The durability of the detection surface can be improved.
[0046]
Then, after the idling drive of the developing device 14 for initial setting operation (initialization of the developer G) after setting the developing container 16 to the printer 1 is started, an acoustic output of a specific frequency is detected by the acoustic energy detecting element 21, and the developing device is detected. When the peak value of the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier or the peak value of the acoustic output of the specific frequency specific to the toner that appears clearly immediately after the start of the idling drive of 14 becomes equal to or greater than the threshold value, the developer container 16 is entered. On the other hand, it is considered that the developer G is charged or the developer replacement operation is successful, while the peak value of the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier immediately after the start of the idling drive of the developing device 14 or the acoustic of the specific frequency specific to the toner When the peak value of the target output does not appear clearly or does not appear at all, Since the considered unsuccessful image agent G Not on or developer replacement operation can be performed whether the determination of the developer G on of the developer container 16, or the success or failure judgment of the developer replacement operation smoothly.
[0047]
In addition, by using the acoustic energy detection element 21 for toner density control, whether or not the developer G is put into the developer container 16 or the success or failure of the developer replacement operation is determined, a new functional component, Without adding or adding detection means, etc., only with a simple response on the control mechanism side (mainly changing the contents of the control program), the inside of the developer container 16 when the developing device 14 is installed or when the developer G is replaced. Whether or not developer G is loaded into the developing device (whether or not an operation error occurs such as inserting the developing container 16 in a state where the developer G has not been loaded into the developing device 14) is easily determined without affecting or affecting the developing device 14 can do.
[0048]
Further, when it is determined whether or not the developer G has been added or the developer replacement operation has been successful, an error message is displayed on the printer main body display when the developer G has not been input or the developer replacement operation has failed. Since the operator is informed that the developer G has not been supplied through a notification means such as an alarm lamp lighting or a voice call, the source of the trouble is clarified when this type of work error occurs. It is possible to respond promptly to trouble cancellation.
[0049]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, The other various modifications are included. For example, in the above-described embodiment, the relationship between the peak value of the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier that appears immediately after the start of the idling drive of the developing device 14 or the peak value of the acoustic output of the specific frequency specific to the toner and the threshold value. Based on the above, it is determined whether or not the developer G has been put into the developer container 16, but the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier or the specific frequency specific to the toner in the signal from the acoustic energy detection element From a discriminating mechanism that selectively takes out an acoustic output of a specific frequency component specific to a magnetic carrier or an acoustic output of a frequency specific to a toner from a signal from an acoustic energy detection element. Compare the acoustic output of the magnetic carrier with the reference value (calibration curve in Fig. 3) and output a control signal if it is higher than the reference value. In the toner concentration detection method in which the toner supply device 17 is operated by a control signal to maintain the toner concentration in the developing container 16 at a set level, a calibration curve showing the relationship between the toner concentration in the developer and the acoustic output. Of course, the presence / absence of the developer into the developing container may be detected based on a preset value set in advance continuously or stepwise.
[0050]
Moreover, in the said embodiment, although the acoustic output of the frequency specific to a magnetic carrier applied the acoustic energy detection element 21 as a peak value of 153.8 KHz, it is sensitive to the frequency band of 100 kHz to 400 kHz specific to a magnetic carrier. An acoustic energy detection element having the following may be applied.
[0051]
【The invention's effect】
  As described above, in the present invention,Immediately after starting the idling drive of the developing device and immediately before stopping the idling driveBy detecting the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier or the acoustic output of the specific frequency specific to the toner by the acoustic energy detection element, it is hardly affected by disturbances caused by the developing device, environmental changes, changes with time, etc. In addition, it is possible to determine the presence / absence of developer input with high accuracy and reliability, fast response, and high detection speed. In addition, by utilizing the acoustic energy detection element for toner density control, it is possible to easily make a determination without adding or adding new functional parts and detection means without affecting or affecting the developing device. it can.
[0052]
Further, by providing the acoustic energy detection element at a position that is not in contact with the developer in the developer container, direct contact of the developer with the detection surface of the acoustic energy detection element is avoided, and the detection surface of the acoustic energy detection element is detected. It is possible to improve the durability.
[0053]
Then, based on a set value in which a calibration curve indicating the relationship between the toner concentration in the developer and the acoustic output is set continuously or stepwise, the presence / absence of the developer into the developer container is detected, or the magnetic carrier Development in the developer container is determined by determining whether the developer has been put into the developer container or the success of the developer replacement operation based on the acoustic output of the specific frequency component specific to the toner or the acoustic output of the specific frequency component specific to the toner. When no developer is charged, the acoustic output at a specific frequency is very small or does not occur at all. Therefore, it is possible to smoothly determine whether or not the developer is charged into the developer container.
[0054]
Further, among the signals from the acoustic energy detection element, the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier or the specific frequency component specific to the toner generated by the collision and friction with the inner wall of the developing container or the structure within the developing container. A discriminating mechanism for selectively taking out the output, a comparator that compares the acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier or the acoustic output of the specific frequency component specific to the toner with a reference value, and outputs a control signal; Informing means for notifying the presence or absence of the developer into the inside or the success or failure of the developer replacement work, and a control device for operating the notifying means in response to a control signal from the comparator, thereby detecting that the developer has not been introduced. Occasionally, an error message is displayed on the display unit of the image forming apparatus, an alarm lamp is turned on, or a notification means such as a voice call is made to indicate that the developer has not been supplied And notifying the rater, it is possible to clarify the trouble 箇源 when generated this kind of operational error, it is possible to respond quickly to trouble releasing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram in the vicinity of a developing device when a printer according to an embodiment of the present invention is viewed from the front side.
FIG. 2A is a diagram showing a relationship between a frequency at a toner concentration of 0% and an AE count when an AE signal from an acoustic energy detection element is subjected to frequency analysis.
(B) is a diagram showing the relationship between the frequency at a toner concentration of 1% and the AE count when the AE signal from the acoustic energy detection element is subjected to frequency analysis.
(C) is a diagram showing the relationship between the frequency at a toner concentration of 3% and the AE count when the AE signal from the acoustic energy detection element is subjected to frequency analysis.
(D) is a diagram showing the relationship between the frequency at a toner concentration of 5% and the AE count when the AE signal from the acoustic energy detection element is subjected to frequency analysis.
FIG. 3 is a diagram illustrating a result of plotting a toner concentration and an AE power value at a frequency of 153.8 KHz when the toner concentration in the two-component developer is changed.
FIG. 4 is a block diagram of a detection control mechanism.
FIG. 5 is a flowchart showing a control flow when a detection control mechanism determines whether or not a developer has been charged into a developer container.
[Explanation of symbols]
1 Printer (Electrophotographic device)
11 Photosensitive drum (photosensitive member)
14 Development device
16 Developer container
16d stirring roller
16e Doctor blade (developer container internal structure)
18 Development roller
21 Acoustic energy detector
31 Detection control mechanism (control device)
32 Discrimination mechanism
G Developer
T Toner

Claims

トナーと磁性キャリアとが混合された現像剤を収容する現像容器に音響エネルギ検出素子が配設され、この音響エネルギ検出素子によって現像剤の濃度を検出するようにした現像装置において、
上記音響エネルギ検出素子は、現像装置のアイドリング駆動開始直後およびアイドリング駆動停止直前に現像容器内の現像剤が現像容器内壁または現像容器内構造物への衝突ないし摩擦によって発生する現像剤固有の特定周波数成分の音響的出力の強弱を検出し、これによって、上記現像容器内への現像剤投入の有無および現像剤濃度制御のための基準値が検出されるようになっていることを特徴とする現像装置。In a developing device in which an acoustic energy detection element is disposed in a developer container containing a developer in which toner and a magnetic carrier are mixed, and the concentration of the developer is detected by the acoustic energy detection element.
The acoustic energy detection element has a specific frequency specific to a developer generated by collision or friction of the developer in the developer container against the inner wall of the developer container or the structure in the developer container immediately after the idling drive of the developing device is started and immediately before the idling drive is stopped. The development characterized in that the intensity of the acoustic output of the component is detected, thereby detecting the presence or absence of the developer in the developer container and the reference value for controlling the developer concentration. apparatus.

上記請求項１に記載の現像装置において、
音響エネルギ検出素子は、現像容器内の現像剤に対して非接触となる位置に設けられていることを特徴とする現像装置。In the developing device according to claim 1,
The developing device according to claim 1, wherein the acoustic energy detecting element is provided at a position that is not in contact with the developer in the developing container.

上記請求項１または請求項２に記載の現像装置において、
現像容器内への現像剤投入の有無検出は、現像剤中のトナー濃度と音響的出力との関係を示す検量線を連続的に或いは段階的に予め設定した設定値に基づいて行われるようになっていることを特徴とする現像装置。In the developing device according to claim 1 or 2,
The presence / absence detection of the developer into the developer container is detected based on a preset value that is set in advance in a calibration curve indicating the relationship between the toner concentration in the developer and the acoustic output continuously or stepwise. A developing device.

上記請求項１または請求項２に記載の現像装置において、
音響エネルギ検出素子は、磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数成分の音響的出力を検出し、この音響的出力によって現像容器内への現像剤投入の有無または現像剤交換作業の成否を判定し、音響的出力が設定値以下に低下したときに現像容器内への現像剤投入無しまたは現像剤交換作業の不成功であると判定する一方、設定値を越えたときに現像容器内への現像剤投入有りまたは現像剤交換作業の成功であると判定することを特徴とする現像装置。In the developing device according to claim 1 or 2,
The acoustic energy detection element detects an acoustic output of a specific frequency component specific to the magnetic carrier or an acoustic output of a specific frequency component specific to the toner, and whether or not the developer is put into the developing container or the developer by the acoustic output Judgment of success or failure of the replacement work, when the acoustic output falls below the set value, it is determined that the developer is not charged into the developer container or the developer replacement work is unsuccessful, while the set value is exceeded A developing device characterized in that it is determined that the developer is charged into the developer container or that the developer replacement operation is successful.

上記請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の現像装置において、In the developing device according to any one of claims 1 to 4,
音響エネルギ検出素子は、現像容器内構造物または現像容器の外面に設けられていることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1, wherein the acoustic energy detecting element is provided on a structure inside the developing container or an outer surface of the developing container.

トナーと磁性キャリアとを撹拌する撹拌ローラ、感光体にトナーを施す現像ローラ、およびトナーを補給する補給機構を有する現像容器と、A stirring roller that stirs the toner and the magnetic carrier, a developing roller that applies toner to the photoreceptor, and a developing container that includes a replenishment mechanism that replenishes toner
この現像容器の容器壁面または現像容器内構造物に密着して設けられた音響エネルギ検出素子と、An acoustic energy detector provided in close contact with the container wall surface of the developer container or the structure inside the developer container;
この音響エネルギ検出素子からの信号のうち、現像装置のアイドリング駆動開始直後およびアイドリング駆動停止直前に現像容器内壁または現像容器内構造物への衝突および摩擦によって発生する磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数成分の音響的出力を選択的に取り出す弁別機構と、Among the signals from the acoustic energy detection element, the sound of a specific frequency component specific to the magnetic carrier generated by collision and friction with the inner wall of the developing container or the structure within the developing container immediately before the idling driving of the developing device is started and immediately before the idling driving is stopped. A discriminating mechanism for selectively extracting the acoustic output or the acoustic output of a specific frequency component specific to the toner;
上記磁性キャリア固有の特定周波数成分の音響的出力またはトナー固有の特定周波数成分の音響的出力を基準値と比較して制御信号を出力する比較器と、A comparator that outputs a control signal by comparing an acoustic output of the specific frequency component specific to the magnetic carrier or an acoustic output of the specific frequency component specific to the toner with a reference value;
上記現像容器内への現像剤投入の有無または現像剤交換作業の成否を報知する報知手段と、Informing means for informing the presence or absence of the developer into the developer container or the success or failure of the developer replacement work,
上記比較器からの制御信号を受け、上記報知手段を作動させる制御装置とA control device that receives a control signal from the comparator and activates the notification means;
を備えていることを特徴とする電子写真装置。An electrophotographic apparatus comprising: