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JP3960980B2 - Developing device, image forming apparatus, and developing device control method - Google Patents

Developing device, image forming apparatus, and developing device control method Download PDF

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JP3960980B2 JP2004047243A JP2004047243A JP3960980B2 JP 3960980 B2 JP3960980 B2 JP 3960980B2 JP 2004047243 A JP2004047243 A JP 2004047243A JP 2004047243 A JP2004047243 A JP 2004047243A JP 3960980 B2 JP3960980 B2 JP 3960980B2
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Description

本発明は,トナー収容容器内で回転する撹拌部材によりトナーを撹拌する機構を備えた現像装置及びそれを具備する画像形成装置,並びにその現像装置の制御方法に関するものである。   The present invention relates to a developing device having a mechanism for stirring toner by a stirring member that rotates in a toner container, an image forming apparatus including the developing device, and a control method for the developing device.

電子写真方式の画像形成装置(プリンタ,複写機,ファクシミリ装置等)は,感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像装置を備える。また,現像装置には,トナー補給槽から現像槽へトナーを補給するトナー補給手段を備えたものもある。
このような現像装置は,トナーを収容する現像槽と,その現像槽内のトナー残量の検出手段(例えば,2成分現像剤を用いる場合は,現像剤の透磁率検出に基づくトナー濃度検出手段)とを備え,前記トナー補給手段は,前記現像槽に補給されるトナーを収容するトナー補給槽と,表層がスポンジ等の弾性部材で形成されたトナー補給ローラとを備える。そして,現像槽内のトナー残量が所定残量を下回った場合に前記トナー補給ローラが回転することにより,トナー補給槽から現像槽へトナーが補給される。
さらに,補給用のトナーが収容されるトナー補給槽(トナー収容容器の一例)の内部には,回転することによってトナーを撹拌する撹拌部材が設けられる。これは,トナーがトナー補給槽内に長時間貯留された場合等に凝集し,これが現像槽へのトナー補給の弊害となることがあるため,トナーをほぐすために設けられるものである。通常,トナー補給ローラと撹拌部材とは,連動して駆動される。即ち,トナー補給中に撹拌部材は回転し,トナー補給停止とともに撹拌部材の回転も停止する。この撹拌部材には,トナーを効率的に撹拌するための撹拌羽根が形成されている。
ここで,トナーが凝集している場合には,トナーの抵抗が大きく,撹拌部材を回転駆動するモータに大きな負荷がかかることになる。また,モータがステッピングモータ等,駆動信号の周波数調節によって回転速度制御が行われるモータ(以下,周波数制御モータという)である場合に,撹拌部材にかかる負荷(抵抗)が大きい状態で高速に回転させようとすると,脱調が生じて正常なモータ制御が行えなくなるという問題が生じる。一般に,周波数制御モータでは,駆動周波数を低周波数として低速回転させる場合,大きな出力トルクが得られ,また,脱調が生じにくいが,高周波数で駆動して高速回転させる場合には,比較的小さな出力トルクしか得られず,脱調も生じやすくなる。さらに,駆動周波数を急激に高周波数に上昇させても脱調が生じやすくなる。
また,駆動電圧や駆動電流,或いはPWMのデューティーにより制御されるモータでは,駆動信号のレベル(電圧や電流,PWMのデューティー)を上げるほど,負荷(撹拌部材にかかる抵抗)に応じて大きな出力トルクが得られるが,高負荷状態が長時間継続すると,モータが異常高温となるまで発熱するという問題が生じる。特に,出力トルクより大きな負荷がかかってモータがロック状態となると,モータの発熱がより顕著となる。このような発熱は,モータ故障の原因となる。
従来,特許文献1には,アジテータ(撹拌部材に相当)とその回転軸との間にトルクリミッタを設け,モータに過大な負荷がかからないようにするものが示されている。これにより,トナー凝集によってモータに高い負荷がかかっても,モータの脱調や発熱を防止できる。
また,特許文献2には,トナー補給タイミングの際に,撹拌部材を駆動する周波数制御モータをまず低周波数で駆動させ,それによってトナー補給が完了しなければ段階的に周波数を上げていくものが示されている。これにより,駆動周波数の急激な上昇による脱調を防止できる。
一方,特許文献3には,トナー濃度(トナー残量)に応じて,トナー補給用モータの駆動速度を制御するもの(トナー濃度=低→モータ速度を速く,トナー濃度=高→モータ速度を遅く)が示されている。
特開平4−323678号公報 特開平4−471号公報 特開平5−107916号公報
An electrophotographic image forming apparatus (printer, copying machine, facsimile machine, etc.) includes a developing device that develops an electrostatic latent image formed on a photoreceptor as a toner image. Some developing devices include a toner replenishing means for replenishing toner from the toner replenishing tank to the developing tank.
Such a developing device includes a developing tank that contains toner and a means for detecting the remaining amount of toner in the developing tank (for example, when a two-component developer is used, a toner concentration detecting means based on detecting the permeability of the developer. The toner replenishing means includes a toner replenishing tank for storing toner to be replenished to the developing tank, and a toner replenishing roller having a surface layer formed of an elastic member such as a sponge. When the toner remaining amount in the developing tank falls below a predetermined remaining amount, the toner replenishing roller rotates to replenish toner from the toner replenishing tank to the developing tank.
Furthermore, an agitating member for agitating the toner by rotating is provided inside a toner replenishing tank (an example of a toner accommodating container) in which toner for replenishment is accommodated. This is provided to loosen the toner because the toner aggregates when it is stored in the toner replenishing tank for a long time, which may be a detrimental effect of toner replenishment to the developing tank. Usually, the toner supply roller and the stirring member are driven in conjunction with each other. In other words, the stirring member rotates during toner supply, and the rotation of the stirring member also stops when toner supply is stopped. The stirring member is formed with stirring blades for efficiently stirring the toner.
Here, when the toner is agglomerated, the resistance of the toner is large, and a large load is applied to the motor that rotationally drives the stirring member. In addition, when the motor is a motor whose rotational speed is controlled by adjusting the frequency of the drive signal (hereinafter referred to as a frequency control motor) such as a stepping motor, the motor is rotated at a high speed with a large load (resistance) applied to the stirring member. Attempting to do so causes a problem that step-out occurs and normal motor control cannot be performed. In general, with a frequency control motor, a large output torque is obtained when rotating at low speed with a low driving frequency, and step-out is unlikely to occur, but it is relatively small when driven at high frequency and rotated at high speed. Only output torque can be obtained, and step out is likely to occur. Further, even if the drive frequency is rapidly increased to a high frequency, the step-out is likely to occur.
Also, in a motor controlled by drive voltage, drive current, or PWM duty, the higher the drive signal level (voltage, current, PWM duty), the greater the output torque depending on the load (resistance on the stirring member) However, if the high load state continues for a long time, the problem arises that the motor generates heat until it reaches an abnormally high temperature. In particular, when a load greater than the output torque is applied and the motor is locked, heat generation of the motor becomes more prominent. Such heat generation causes a motor failure.
Conventionally, Patent Document 1 discloses a configuration in which a torque limiter is provided between an agitator (corresponding to a stirring member) and its rotating shaft so that an excessive load is not applied to the motor. Thus, even if a high load is applied to the motor due to toner aggregation, it is possible to prevent the motor from stepping out or generating heat.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-228688 discloses that at the time of toner replenishment, a frequency control motor that drives the stirring member is first driven at a low frequency, and if the toner replenishment is not completed, the frequency is increased stepwise. It is shown. As a result, it is possible to prevent a step-out due to a sudden increase in the driving frequency.
On the other hand, in Patent Document 3, the driving speed of the toner replenishing motor is controlled according to the toner density (toner remaining amount) (toner density = low → motor speed is increased, toner density = high → motor speed is decreased). )It is shown.
JP-A-4-323678 JP-A-4-471 JP-A-5-107916

しかしながら,特許文献1に示される技術では,トルクリミッタのリミットトルクを,撹拌部材駆動用モータ(周波数制御モータ)の定常撹拌時の回転速度で回転させたときに脱調が生じない比較的低いトルクとする必要があり,トナーの凝集によってモータの空回りが頻発するという問題点があった。
また,特許文献2に示される技術では,トナーが凝集している場合,撹拌部材が全撹拌領域を略通過しないうちに周波数制御モータの駆動周波数を上げると脱調が生じやすく,逆に,周波数を上げるタイミングが遅いとトナー補給速度が遅くなるという問題点があった。
さらに,特許文献3に示される技術では,撹拌停止によってトナーが凝集した状態となりがちなトナー補給開始時(即ち,トナー撹拌開始時)に,最もモータ駆動速度が速くなる。このため,周波数制御モータを用いた場合には,トナーが凝集した状態で最も低トルクかつ脱調が生じやすい駆動条件によりモータ(周波数駆動モータ)が駆動されるため,脱調が生じやすいという問題点があった。一方,電圧や電流等により制御するモータを用いた場合には,トナー濃度が上昇するまで高出力状態が継続されるので,モータが発熱するという問題点があった。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,トナー収容容器内の撹拌部材を駆動するモータが,トナー凝集によって高負荷となりがちな運転(撹拌)開始時に脱調や発熱が生じることを防止しつつ,極力早期に定常状態(定常出力)での運転を可能とする現像装置及びそれを具備する画像形成装置,並びにその現像装置の制御方法を提供することにある。
However, in the technique disclosed in Patent Document 1, a relatively low torque that does not cause a step-out when the limit torque of the torque limiter is rotated at the rotational speed at the time of steady stirring of the stirring member driving motor (frequency control motor). There is a problem that the motor is idling frequently due to toner aggregation.
Further, in the technique disclosed in Patent Document 2, when toner is agglomerated, if the driving frequency of the frequency control motor is increased before the stirring member substantially passes through the entire stirring region, step-out easily occurs. If the timing for increasing the toner is late, the toner replenishment speed becomes slow.
Furthermore, in the technique disclosed in Patent Document 3, the motor driving speed becomes the fastest at the start of toner replenishment (that is, at the start of toner stirring), which tends to cause the toner to agglomerate when stirring is stopped. For this reason, when a frequency control motor is used, the motor (frequency drive motor) is driven under the driving condition that causes the lowest torque and the out-of-step when toner is agglomerated. There was a point. On the other hand, when a motor controlled by voltage, current, etc. is used, the high output state is continued until the toner concentration increases, so that the motor generates heat.
Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a motor that drives the stirring member in the toner container at the start of operation (stirring) that tends to be a high load due to toner aggregation. To provide a developing device capable of operating in a steady state (steady output) as early as possible while preventing occurrence of step-out and heat generation, an image forming apparatus including the developing device, and a control method for the developing device. It is in.

上記目的を達成するために本発明は,トナー収容容器内で回転することによりトナーを撹拌する撹拌部材と,該撹拌部材を回転駆動させるモータと,を具備する現像装置において,前記撹拌部材の回転開始の後に前記撹拌部材に形成された撹拌羽根が該撹拌部材による全撹拌領域を通過したことを検出する全領域通過検出手段と,前記撹拌部材の回転開始時から前記全領域通過検出手段により前記全領域を通過したことが検出されるまでの初動期間における前記モータの出力トルクがそれ以降の定常期間における出力トルクより高いトルクとなるよう前記モータの駆動条件を切り替える第1モータ制御手段と,前記撹拌部材の前回の回転停止時から今回の回転開始時までの経過時間が既定時間より短い場合に,前記第1モータ制御手段による制御に代えて,モータ始動当初から前記定常期間における前記モータの駆動条件を設定する第2モータ制御手段と,を具備してなることを特徴とする現像装置として構成されるものである。ここで,「前記全撹拌領域を通過」の例としては,4枚の前記撹拌羽根が回転方向に均等に形成されている場合,前記撹拌部材を90°回転させれば,前記撹拌羽根が「前記全撹拌領域(360°の全周領域)を通過」したことになる。
ここで,前記第1モータ制御手段が,前記モータの駆動条件として前記モータに対する設定回転速度を切り替えることにより前記モータの出力トルクを切り替えるものが考えられる。これは,前記モータが,駆動信号の周波数調節によって回転速度制御が行われる前記周波数制御モータ(低速(即ち,低周波数)=高トルク)である場合の構成である。
In order to achieve the above object, the present invention provides a developing device comprising a stirring member that stirs toner by rotating in a toner container and a motor that rotationally drives the stirring member. and the total area passage detection means stirring blade formed in said stirring member after the start is detected to be spent through the whole stirred region by the stirring member, by the total area passage detection means from the rotation start of the stirring member a first motor control means for switching the driving condition of the motor so that the output torque of the motor in the initial period until the spent through the entire region is detected becomes high torque than the output torque in the steady period thereafter When the elapsed time from the previous stop of rotation of the stirring member to the start of the current rotation is shorter than a predetermined time, the first motor control means Instead your to and is formed as a developing device and the second motor control means for setting the driving condition of the motor in the constant period from the start motor starting, characterized by being provided with that. Here, as an example of "the over through the entire stirring region", if the four of the stirring blade are uniformly formed in the direction of rotation, it is rotated 90 ° to the stirring member, the stirring blades so that the "the over through the entire stirring region (entire circumference region of 360 °)".
Here, it can be considered that the first motor control means switches the output torque of the motor by switching the set rotational speed for the motor as the driving condition of the motor. This is a configuration in the case where the motor is the frequency control motor (low speed (ie, low frequency) = high torque) in which the rotational speed control is performed by adjusting the frequency of the drive signal.

一方,駆動電圧や駆動電流,或いはPWMのデューティーにより制御されるモータを用いる場合には,前記モータの駆動条件としては,駆動信号の電力レベル(駆動電圧や駆動電流,PWMのデューティー)を前記モータに設定すればよい。
このような構成により,撹拌停止によってトナーが凝集した状態である場合が多いトナー撹拌開始時に,前記撹拌部材が高トルクで駆動されるので,効果的にトナーをほぐすことができる。ここで,高トルクでの駆動期間は,凝集したトナーをほぐすのに必要な最小限の期間,即ち,前記撹拌部材に形成された撹拌羽根が該撹拌部材による全撹拌領域を通過する前記初動期間のみである。このため,前記モータとして前記周波数制御モータを用いた場合,前記初動期間でのモータの脱調を防止しつつ,最も早期に定常状態(定常出力)での撹拌運転が可能となる。また,前記モータとして電圧や電流等により制御するモータを用いた場合,前記初動期間は比較的短期間であるので,モータの発熱を防止しつつ,最も早期に定常状態での撹拌運転が可能となる。
一般に,モータは,定常的に(連続的に)駆動可能な定格出力(以下,連続定格出力という)が運転可能条件として設定されるが,短時間であればその連続定格出力を越える大出力での駆動も可能である。従って,前記初動期間における前記モータの出力トルクを前記連続定格出力を越える出力に設定すれば,従来よりも,凝集したトナーをその負荷に抗してより効果的にほぐすことができる現像装置を構成することが可能となる。
On the other hand, when a motor controlled by a drive voltage, a drive current, or a PWM duty is used, the motor drive conditions include the power level of the drive signal (drive voltage, drive current, PWM duty) as the motor. Should be set.
With such a configuration, since the agitation member is driven at a high torque at the start of toner agitation, which is often in a state where toner is agglomerated due to the agitation stop, the toner can be loosened effectively. Here, the initial driving period of a high torque, the minimum period necessary to loosen the aggregated toner, i.e., the stirring blade formed in the agitation member is going out through the whole stirred region by said stirring member It is only a period. For this reason, when the frequency control motor is used as the motor, the stirring operation in the steady state (steady output) can be performed at the earliest stage while preventing the motor from stepping out during the initial operation period. Further, when a motor controlled by voltage, current, or the like is used as the motor, the initial operation period is relatively short, so that the stirring operation in the steady state can be performed at the earliest stage while preventing the motor from generating heat. Become.
Generally, the rated output (hereinafter referred to as the continuous rated output) that can be driven continuously (continuously) is set as the operable condition of the motor. Is also possible. Accordingly, if the output torque of the motor in the initial operation period is set to an output exceeding the continuous rated output, a developing device that can more effectively loosen the agglomerated toner against the load than in the prior art. It becomes possible to do.

また,前記撹拌部材の前回の回転停止時から今回の回転開始時までの経過時間が既定時間より短い場合に,前記第1モータ制御手段による制御に代えて,モータ始動当初から前記定常期間における前記モータの駆動条件を設定する第2モータ制御手段を具備するものも考えられる。
前記撹拌部材の前回の回転停止時から今回の回転開始時までの経過時間が短い場合は,通常,前記トナー収容容器内のトナーは凝集していない状態であるので,モータの無用な切り替え制御が行われず,より早期に定常状態での撹拌運転が可能となる。
Further, when the elapsed time from the previous rotation stop of the stirring member to the current rotation start time is shorter than a predetermined time, instead of the control by the first motor control means , the motor in the steady period from the beginning of the motor start. It is also conceivable to include second motor control means for setting the motor drive conditions.
When the elapsed time from the previous stop of rotation of the stirring member to the start of the current rotation is short, the toner in the toner container is usually not agglomerated. It is not performed, and the stirring operation in the steady state becomes possible earlier .

同様に,本発明は,前記現像装置における処理を実行する制御方法として捉えたものであってもよい。
即ち,トナー収容容器内で回転することによりトナーを撹拌する撹拌部材と,該撹拌部材を回転駆動させるモータと,を具備する現像装置の制御方法において,
前記撹拌部材の回転開始の後に前記撹拌部材に形成された撹拌羽根が該撹拌部材による全撹拌領域を通過したことを検出する全領域通過検出工程と,
前記撹拌部材の回転開始時から前記全領域通過検出工程により前記全領域を通過したことが検出されるまでの初動期間における前記モータの出力トルクがそれ以降の定常期間における出力トルクより高いトルクとなるよう前記モータの駆動条件を切り替える第1のモータ制御工程と,
前記撹拌部材の前回の回転停止時から今回の回転開始時までの経過時間が既定時間より短い場合に,前記第1モータ制御工程による制御に代えて,モータ始動当初から前記定常期間における前記モータの駆動条件を設定する第2モータ制御工程と,
を有してなることを特徴とする現像装置の制御方法である。
Similarly, the present invention may be understood as a control method for executing processing in the developing device.
That is, in a control method of a developing device including a stirring member that stirs toner by rotating in a toner container, and a motor that rotationally drives the stirring member.
And the total area passage detection step of detecting that a stirring blade formed in said stirring member after the start of rotation of the stirring member is spent through the whole stirred region by said stirring member,
A high torque than the output torque in the steady period of the output torque and the subsequent of said motor in initial period until the spent through the entire region is detected by the total area passage detection step from the rotation start of the stirring member A first motor control step of switching the driving conditions of the motor so that
When the elapsed time from the previous stop of rotation of the stirring member to the start of the current rotation is shorter than a predetermined time, instead of the control by the first motor control step, the motor A second motor control step for setting drive conditions;
And a developing device control method.

本発明によれば,撹拌部材の回転開始の後に該撹拌部材に形成された撹拌羽根が該撹拌部材による全撹拌領域を略通過したことが検出されるまでの初動期間におけるモータの出力トルクが,それ以降の定常期間における出力トルクより高いトルクとなるようモータの駆動条件を切り替えるので,撹拌停止によってトナーが凝集した状態である場合が多いトナー撹拌開始時(前記初動期間)に,高出力で効果的にトナーをほぐすことができる。しかも,高トルクでの駆動期間は,凝集したトナーをほぐすのに必要な最小限の期間,即ち,前記撹拌羽根が全撹拌領域を略通過する前記初動期間のみであるため,モータの脱調や発熱を防止しつつ,最も早期に定常状態での撹拌運転が可能となる。
また,現像に用いられるトナーを一時収容する現像槽内のトナー残量を検出するトナー残量検出手段と,前記トナー残量検出手段による検出残量が低下した場合に前記撹拌部材の回転速度に比例した回転速度で駆動され前記トナー収容容器から前記現像槽へトナーを補給する補給ローラと,を具備し,前記第1モータ制御手段が,前記定常期間における前記モータの回転速度を前記トナー残量検出手段による検出残量に基づいて設定するものが考えられる。これは,前記モータを前記周波数制御モータとした場合の構成である。
前述したように撹拌停止によってトナーが凝集した状態である場合が多いトナー撹拌開始時(即ち,前記初動期間)に,前記撹拌部材が高トルク(低速)で駆動され,前記モータの脱調が防止される。一方,上記構成により,必要最小限のトナーのほぐし(前記撹拌羽根の前記全撹拌領域の略通過)が行われた後,即ち,前記モータに大きな負荷がかからない状態となった後は,トナー残量に応じた速度で前記撹拌部材及び前記補給ローラが回転駆動されるので,迅速なトナー補給が可能となる。
さらに,前記モータの駆動条件を前記初動期間における条件から前記定常期間における条件へ段階的に切り替えれば,駆動周波数(速度)の急激な上昇による前記モータの脱調を防止できる。
また,前記撹拌部材の前回の回転停止時から今回の回転開始時までの経過時間が短い場合,即ち,トナーが凝集していないと考えられる場合に,モータ始動当初から前記定常期間における前記モータの駆動条件を設定すれば,モータの無用な切り替え制御が行われず,より早期に定常状態での撹拌運転が可能となる。
According to the present invention, after the start of rotation of the stirring member, the output torque of the motor in the initial motion period until it is detected that the stirring blade formed on the stirring member has substantially passed through the entire stirring region by the stirring member is Since the motor drive conditions are switched so that the output torque is higher than the output torque in the subsequent steady period, the toner is often in an agglomerated state due to the agitation stop, and at the start of toner agitation (the initial operation period), it is effective at high output. The toner can be loosened. In addition, since the driving period at high torque is only the minimum period necessary to loosen the agglomerated toner, that is, the initial movement period during which the stirring blades substantially pass through the entire stirring area, Stirring operation in a steady state can be performed at the earliest stage while preventing heat generation.
A toner remaining amount detecting means for detecting a remaining amount of toner in a developing tank for temporarily storing toner used for development; and a rotation speed of the stirring member when the remaining amount detected by the remaining toner amount detecting means is reduced. A replenishing roller that is driven at a proportional rotational speed and replenishes toner from the toner container to the developing tank, and the first motor control means determines the rotational speed of the motor during the steady period as the remaining toner amount. A setting based on the remaining amount detected by the detecting means is conceivable. This is a configuration in which the motor is the frequency control motor.
As described above, the toner is often agglomerated due to the agitation stop, and at the start of toner agitation (that is, the initial movement period), the agitation member is driven at high torque (low speed) to prevent the motor from stepping out. Is done. On the other hand, with the above-described configuration, after the necessary minimum toner loosening (substantially passing through the entire stirring region of the stirring blade) is performed, that is, after the motor is not subjected to a large load, the toner remaining Since the agitating member and the replenishing roller are rotationally driven at a speed corresponding to the amount, quick toner replenishment is possible.
Furthermore, if the driving condition of the motor is switched stepwise from the condition in the initial operation period to the condition in the steady period, it is possible to prevent the motor from stepping out due to a sudden increase in driving frequency (speed).
In addition, when the elapsed time from the previous stop of rotation of the stirring member to the start of the current rotation is short, that is, when it is considered that the toner is not aggregated, the motor in the steady period from the start of the motor If the driving conditions are set, unnecessary switching control of the motor is not performed, and the stirring operation in the steady state can be performed earlier.

以下添付図面を参照しながら,本発明の実施の形態について説明し,本発明の理解に供する。尚,以下の実施の形態は,本発明を具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに,図1は本発明の実施の形態に係る現像装置Xの構成を表す側断面図,図2は現像装置Xによるトナーの補給及び撹拌の制御手順を表すフローチャート,図3は現像装置Xを具備する画像形成装置の構成を表す正断面図,図4はトナー粒径とトナーの分子間力との関係を表すグラフである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that the present invention can be understood. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
1 is a side sectional view showing the configuration of the developing device X according to the embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure of toner replenishment and stirring by the developing device X, and FIG. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the toner particle size and the intermolecular force of the toner.

まず,図3を用いて,本発明の実施の形態に係る現像装置Xを具備する画像形成装置の一例である複写機1の概略構成について説明する。
本複写機1の上部は,原稿読取部110となっている。これは,該原稿読取部110が備える自動原稿搬送装置112により,該自動原稿搬送装置112の上面の原稿セットトレイ上にセットされた複数枚の原稿を1枚ずつ自動的にガラス板で形成された原稿台111上へ給送する装置である。
前記原稿台111上に載置,或いは前記自動原稿搬送装置112により前記原稿台11上に給送された原稿の画像を走査して読み取る前記原稿読取部110の読取光学系は,前記原稿台111の下部に配置され,第1の走査ユニット113,第2の走査ユニット114,原稿からの反射光をCCDラインセンサ116上に結像させる光学レンズ115,光電変換素子であるCCDラインセンサ116等から構成されている。また,前記第1の走査ユニット113は,原稿面上を露光する露光ランプユニット113aと,原稿からの反射光像を所定の方向に反射させる第1ミラー113b等から構成されている。さらに,前記第2の走査ユニット114は,前記第1ミラーから反射されてくる原稿からの反射光を,前記CCDラインセンサ116に導く第2及び第3ミラー114a,114bより構成されている。
そして,前記原稿読取部110によって読み取られた原稿画像は,画像データとして不図示の画像データ入力部へと送られ,その画像データに対して所定の画像処理が施された後に不図示の画像処理部のメモリに一旦記憶され,画像処理終了後或いは外部からの所定の出力指示に応じて前記メモリ内の画像データが読み出されて前記原稿読取部の下方に配置された画像形成部210を構成する書込みユニット227に転送される。
First, a schematic configuration of a copying machine 1 as an example of an image forming apparatus including a developing device X according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
An upper part of the copying machine 1 is a document reading unit 110. This is because a plurality of documents set on a document setting tray on the upper surface of the automatic document conveying device 112 are automatically formed by a glass plate one by one by an automatic document conveying device 112 provided in the document reading unit 110. This is a device for feeding on the original platen 111.
The reading optical system of the document reading unit 110 that scans and reads an image of a document placed on the document table 111 or fed onto the document table 11 by the automatic document feeder 112 is the document table 111. The first scanning unit 113, the second scanning unit 114, the optical lens 115 that forms an image of reflected light from the original on the CCD line sensor 116, the CCD line sensor 116 that is a photoelectric conversion element, and the like. It is configured. The first scanning unit 113 includes an exposure lamp unit 113a that exposes the document surface, a first mirror 113b that reflects a reflected light image from the document in a predetermined direction, and the like. Further, the second scanning unit 114 includes second and third mirrors 114 a and 114 b that guide reflected light from the original reflected from the first mirror to the CCD line sensor 116.
Then, the document image read by the document reading unit 110 is sent as image data to an image data input unit (not shown), and predetermined image processing is performed on the image data. The image forming unit 210 is temporarily stored in the memory of the image forming unit, and the image data in the memory is read after the image processing is completed or in response to a predetermined output instruction from the outside, and is arranged below the document reading unit. Is transferred to the writing unit 227.

前記書込みユニット227は,前記画像処理部から或いは外部の装置から転送されてきた画像データの内容に応じてレーザ光を出射する半導体レーザ光源(不図示),そのレーザ光を等角速度偏向するポリゴンミラー(不図示),等角速度で偏向されたレーザ光が感光体ドラム2上において等速度で偏向されるように補正するf−θレンズ(不図示)等から構成されている。なお,本実施の形態では,前記書込みユニット227としてレーザ書込みユニットを用いているが,LEDやEL等の発光素子アレイを用いた固体走査型の光書込みヘッドユニットを用いてもよい。感光体ドラム2としては,例えばアルミニウム等で製作された導電性基体(金属ドラム)の外周面に,アモルファスシリコン(a−Si),セレン(Se)や有機光半導体(OPC)等の光導電層が薄膜状に形成されてなる構成が挙げられるが,特に限定されるものではない。
さらに,前記画像形成部210は,前記感光体ドラム2の周囲に,該感光体ドラム2を所定の電位に帯電させる帯電器223,前記感光体ドラム2上に形成された静電潜像にトナーを供給して顕像化する現像装置X,前記感光体ドラム2表面に形成されたトナー像を記録シート(用紙)に転写する転写器225,前記感光体ドラム2を除電する除電器229,前記感光体ドラム上の余分なトナーを回収するクリーニング器226等も備えている。この画像形成部210により画像が転写された記録シートは,その後,定着ユニット217に送られ画像が記録シートに定着される。
また,前記画像形成部210の排出側には,前記定着ユニット217の他に,記録シートの裏面に再度画像を形成するために記録シートの方向(前後)を反転させるスイッチバック路221,画像が形成された記録シートに対してステープル処理等を行うとともに昇降トレイ261を有する後処理装置260を備えている。前記定着ユニット217によりトナー像が定着された記録シートは,必要に応じて前記スイッチバック路221を経て排紙ローラ219によって前記後処理装置260へと導かれ,ここで所定の後処理が施された後,前記昇降トレイ261上に排出される。
また,本複写機1は,前記画像形成部210に記録シートを供給する給紙部として,前記画像形成部210の下方に備えられた用紙トレイ251,前記スイッチバック路221に通じており記録シートの両面に画像形成を行う際に記録シートを一時退避させる両面ユニット255,複数の給紙トレイ252,253を備える多段給紙部270に加え,本複写機1の側面側に突出して設けられ手差トレイ254を供える手差しシート給送装置300を具備している。さらに,前記各トレイ251,252,253,254にセットされた記録シートを前記画像形成部210の前記転写器225による転写位置へと搬送する搬送手段250を具備している。なお,前記両面ユニット255は通常の用紙カセットと交換可能な構成となっており,前記両面ユニット255を通常の用紙カセットに置き換えた構成とすることも可能となっている。
The writing unit 227 includes a semiconductor laser light source (not shown) that emits laser light according to the contents of image data transferred from the image processing unit or from an external device, and a polygon mirror that deflects the laser light at an equal angular velocity. (Not shown) includes an f-θ lens (not shown) for correcting laser light deflected at a constant angular velocity so as to be deflected at a constant velocity on the photosensitive drum 2. In this embodiment, a laser writing unit is used as the writing unit 227. However, a solid scanning optical writing head unit using a light emitting element array such as an LED or an EL may be used. As the photosensitive drum 2, for example, a photoconductive layer such as amorphous silicon (a-Si), selenium (Se), or an organic photo semiconductor (OPC) is formed on the outer peripheral surface of a conductive base (metal drum) made of aluminum or the like. Is formed in a thin film shape, but is not particularly limited.
Further, the image forming unit 210 forms a toner on an electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 2 around the photosensitive drum 2, a charger 223 for charging the photosensitive drum 2 to a predetermined potential. A developing device X for visualizing the toner image, a transfer device 225 for transferring a toner image formed on the surface of the photosensitive drum 2 to a recording sheet (paper), a static eliminator 229 for discharging the photosensitive drum 2, A cleaning device 226 for collecting excess toner on the photosensitive drum is also provided. The recording sheet onto which the image has been transferred by the image forming unit 210 is then sent to the fixing unit 217 to fix the image on the recording sheet.
In addition to the fixing unit 217, on the discharge side of the image forming unit 210, there is a switchback path 221 that reverses the direction (front and back) of the recording sheet in order to form an image again on the back surface of the recording sheet. A stapling process is performed on the formed recording sheet and a post-processing device 260 having an elevating tray 261 is provided. The recording sheet on which the toner image has been fixed by the fixing unit 217 is guided to the post-processing device 260 by the paper discharge roller 219 through the switchback path 221 as necessary, where predetermined post-processing is performed. After that, it is discharged onto the lifting tray 261.
The copying machine 1 is connected to a sheet tray 251 and a switchback path 221 provided below the image forming unit 210 as a sheet feeding unit that supplies the recording sheet to the image forming unit 210. In addition to a double-sided unit 255 and a multi-stage sheet feeding unit 270 having a plurality of sheet feeding trays 252 and 253 for temporarily retracting a recording sheet when forming an image on both sides of the image forming apparatus, a hand is provided protruding from the side of the copying machine 1. A manual sheet feeding device 300 that provides a difference tray 254 is provided. Further, a transport unit 250 is provided for transporting the recording sheets set on the trays 251, 252, 253, and 254 to a transfer position by the transfer device 225 of the image forming unit 210. The duplex unit 255 can be replaced with a normal paper cassette, and the duplex unit 255 can be replaced with a normal paper cassette.

次に,図1の側断面図を用いて,現像装置Xの構成について説明する。
現像装置Xは,大きくは現像部10とトナー補給部20とその他制御部40等とから構成される。
前記現像部10は,静電潜像が形成され回転する感光体ドラム2に対向して回転する現像ローラ12と,現像に用いられるトナーを含む現像剤を一時収容する現像槽11と,現像槽11内の現像剤を撹拌するスクリューローラ状の撹拌ローラ13,14,15とを備えている。そして,前記現像ローラ12が回転することによって現像剤を現像槽11から感光体ドラム2側へ搬送し,これにより感光体ドラム2上の静電潜像を現像する。
前記現像槽11内の現像剤は,前記現像ローラ12と前記撹拌ローラ13〜15の回転により撹拌されて帯電する。前記現像ローラ11には,前記感光体ドラム2との電位差を設けるため,現像バイアス電圧が印加されている。
さらに,前記現像部10は,前記現像槽11内の2成分現像剤(トナー及びキャリアを含む現像剤)中におけるトナー残量をトナー濃度として検出するトナー濃度センサ16(前記トナー残量検出手段の一例)を備えている。前記トナー濃度センサ16は,現像剤の透磁率を検出する透磁率センサであり,その検出値によって現像剤中のトナー濃度が検出される。
Next, the configuration of the developing device X will be described using the sectional side view of FIG.
The developing device X is mainly composed of a developing unit 10, a toner replenishing unit 20, and another control unit 40.
The developing unit 10 includes a developing roller 12 that rotates to face the rotating photosensitive drum 2 on which an electrostatic latent image is formed, a developing tank 11 that temporarily stores a developer containing toner used for development, and a developing tank. 11, screw roller-like stirring rollers 13, 14, and 15 that stir the developer inside. When the developing roller 12 rotates, the developer is conveyed from the developing tank 11 to the photosensitive drum 2, thereby developing the electrostatic latent image on the photosensitive drum 2.
The developer in the developing tank 11 is stirred and charged by the rotation of the developing roller 12 and the stirring rollers 13 to 15. A developing bias voltage is applied to the developing roller 11 in order to provide a potential difference from the photosensitive drum 2.
Further, the developing unit 10 detects a toner concentration sensor 16 (of the toner remaining amount detecting means) that detects a toner remaining amount in a two-component developer (developer including toner and carrier) in the developing tank 11 as a toner concentration. Example). The toner concentration sensor 16 is a magnetic permeability sensor that detects the magnetic permeability of the developer, and the toner concentration in the developer is detected based on the detected value.

また,現像装置Xが備えるトナー補給部20は,前記現像槽11に補給されるトナーを収容するトナー補給槽21(前記トナー収容容器の一例)と,その内部において回転することによりトナーを撹拌する撹拌部材22と,前記トナー補給槽21内のトナーを補給口24を通じて前記現像槽11内に補給するトナー補給ローラ23とを具備している。このトナー補給ローラ23は,表層がスポンジ等の弾性部材で形成されたローラである。
また,前記撹拌部材22には,トナーを効率的に撹拌するための撹拌羽根22a,22b,22c,22dが形成されている。図1に示す例では,前記撹拌部材22の回転方向に均等角度で4枚の撹拌羽根22a〜22dが形成されているが,これに限るものでなく,1枚以上の他の枚数(例えば,3枚,6枚等)の撹拌羽根が形成された撹拌部材も考えられる。
前記撹拌部材22及び前記トナー補給ローラ23は,不図示のギア等の連結機構を介してモータ30により回転駆動される。
前記トナー補給ローラ23は,前記撹拌部材22と共通の駆動源である前記モータ30により回転駆動されるため,前記撹拌部材22の回転速度に比例した回転速度(同一の回転速度を含む)で駆動される。
前記トナー補給装部20は,前記トナー濃度センサ16により検出された透磁率検出値(トナー濃度)とトナー補給判断用の基準値Vrefとを比較し,透磁率検出値が基準値Vref以上(トナー濃度が薄い,即ち,トナー残量が少ない)となった場合に前記トナー補給ローラ23を回転させ,Vref−β(β>0)以下となった場合に前記トナー補給ローラ23を停止させる。これにより,前記トナー濃度センサ16(トナー残量検出手段)による検出濃度(検出残量)が低下(透磁率が上昇)した場合に,前記撹拌部材22と前記トナー補給ローラ23とが各々比例した回転速度で駆動され,前記トナー補給槽21(トナー収容容器)から前記現像槽11へトナーが間欠的に補給される。
前記トナー補給装部20を含む現像装置Xの運転制御(起動,停止,トナー濃度(透磁率検出値)に基づく前記モータ30の回転駆動制御等)は,制御部40によって行われる。該制御部40は,CPU及びこれにより実行されるプログラムを記憶するROM,並びにその他周辺装置を備え,前記CPUが前記ROMに記憶された制御プログラムを実行することにより後述する各処理を実行する。さらに,前記制御部40は,不図示のクロック発信器を備え,これにより時刻の経時を行う機能を有する。
また,前記制御部40には,前記制御プログラムの実行に用いられる各種データを記憶するSRAM等の記憶手段であるデータ記憶部41が接続されている。
In addition, the toner replenishing unit 20 provided in the developing device X agitates the toner by rotating inside the toner replenishing tank 21 (an example of the toner container) that contains the toner replenished to the developing tank 11. A stirring member 22 and a toner replenishing roller 23 for replenishing toner in the toner replenishing tank 21 into the developing tank 11 through a replenishing port 24 are provided. The toner supply roller 23 is a roller whose surface layer is formed of an elastic member such as a sponge.
The stirring member 22 is formed with stirring blades 22a, 22b, 22c and 22d for efficiently stirring the toner. In the example shown in FIG. 1, four stirring blades 22a to 22d are formed at an equal angle in the rotation direction of the stirring member 22. However, the present invention is not limited to this, and one or more other sheets (for example, A stirring member formed with 3 or 6 stirring blades is also conceivable.
The stirring member 22 and the toner replenishing roller 23 are rotationally driven by a motor 30 via a coupling mechanism such as a gear (not shown).
Since the toner replenishing roller 23 is driven to rotate by the motor 30 which is a common drive source with the stirring member 22, it is driven at a rotational speed (including the same rotational speed) proportional to the rotational speed of the stirring member 22. Is done.
The toner replenishing device 20 compares the magnetic permeability detection value (toner concentration) detected by the toner concentration sensor 16 with a reference value V ref for determining toner replenishment, and the magnetic permeability detection value is equal to or greater than the reference value V ref. The toner supply roller 23 is rotated when the toner density is low (that is, the remaining amount of toner is low), and the toner supply roller 23 is stopped when V ref −β (β> 0) or less. Let As a result, when the detected density (detected remaining amount) by the toner density sensor 16 (toner remaining amount detecting means) decreases (permeability increases), the stirring member 22 and the toner replenishing roller 23 are proportional to each other. Driven at a rotational speed, the toner is intermittently supplied from the toner supply tank 21 (toner container) to the developing tank 11.
Operation control (starting, stopping, rotation driving control of the motor 30 based on toner density (magnetic permeability detection value), etc.) of the developing device X including the toner supply unit 20 is performed by the control unit 40. The control unit 40 includes a CPU, a ROM that stores a program executed by the CPU, and other peripheral devices, and the CPU executes each process described later by executing the control program stored in the ROM. Further, the control unit 40 includes a clock transmitter (not shown), and thereby has a function of aging time.
The control unit 40 is connected to a data storage unit 41 which is a storage unit such as an SRAM for storing various data used for executing the control program.

次に,図2に示すフローチャートを用いて,現像装置Xによるトナーの補給及び撹拌の制御手順について説明する。この処理は,前記制御部40が制御プログラムを実行することにより具現される。以下,S1,S2,…は,処理手順(ステップ)の番号を表す。本処理の開始前の初期状態では,前記モータ30は停止しており,従って,前記トナー補給ローラ23及び前記撹拌部材22も停止しているものとする。
<ステップS1>
まず,前記制御部40は,前記トナー濃度センサ16の検出値に基づいて,前記現像槽11内のトナー残量が既定残量以下(少ない)となるまで監視する(S1)。具体的には,前記トナー濃度センサ16により検出された透磁率検出値(トナー濃度)とトナー補給判断用の基準値Vrefとを比較し,透磁率検出値が基準値Vref以上となった場合に,トナー残量が既定残量以下であると判断する。
<ステップS2>
そして,トナー残量が既定残量以下(少ない)となったことが検出されると,前記制御部40は,前回の前記モータ30の停止時刻と現在時刻との差分により,前回停止時からの経過時間を算出し,これが既定の経過時間以下である(短い)か否かを判別する(S2)。前回の前記モータ30の停止時刻は,後述するステップS9の処理において,前記制御部40が,前記モータ30の停止時に前記データ記憶部41に記憶させる情報である。
<ステップS3>
ここで,既定の経過時間以下ではないと判別した場合,即ち,トナーが前記トナー補給槽21内で凝集している可能性が高い状態である場合には,まず,前記モータ30を,後述する定常期間における出力トルクよりも高いトルクで回転させる(S3)。
本現像装置Xでは,前記モータ30として,駆動信号の周波数により速度制御がなされるステッピングモータ等のモータ(周波数制御モータ)を用いる。従って,前記制御部40は,前記モータ30に出力する駆動信号として,後述する定常期間の設定回転速度よりも低い設定回転速度に対応した比較的低い周波数の駆動信号を出力(即ち,比較的低い設定回転速度を出力)する。これにより,後述する定常期間における出力トルクよりも高いトルクで回転させることになる。
前記モータ30として用いられるステッピングモータは,可動子に永久磁石を有するものであり,駆動信号の周波数と回転速度とが比例するものであるため,モータ制御のためのサーボ回路を設ける必要がなく,簡易なオープンループの構成で精確に出力トルク(回転速度)の制御が可能である。
なお,前記モータ30として,駆動電圧や駆動電流,或いはPWMのデューティーにより制御されるモータを用いる場合には,該モータ30に対し,後述する定常期間における駆動信号の電力レベル(駆動電圧や駆動電流,PWMのデューティー)よりも高い電力レベルの駆動信号を前記モータ30に出力すれば,前記定常期間よりも高い出力トルクでモータを駆動することになる。
Next, a procedure for controlling toner replenishment and agitation by the developing device X will be described with reference to a flowchart shown in FIG. This process is implemented by the control unit 40 executing a control program. In the following, S1, S2,... Represent processing procedure (step) numbers. In the initial state before the start of this process, the motor 30 is stopped, and therefore, the toner supply roller 23 and the stirring member 22 are also stopped.
<Step S1>
First, the control unit 40 monitors based on the detection value of the toner density sensor 16 until the remaining amount of toner in the developing tank 11 is equal to or less than a predetermined remaining amount (S1). Specifically, the magnetic permeability detection value (toner concentration) detected by the toner concentration sensor 16 is compared with the reference value V ref for determining toner replenishment, and the magnetic permeability detection value is equal to or higher than the reference value V ref . In this case, it is determined that the toner remaining amount is equal to or less than the predetermined remaining amount.
<Step S2>
When it is detected that the toner remaining amount is equal to or less than the predetermined remaining amount (low), the control unit 40 determines the difference from the previous stop time based on the difference between the previous stop time of the motor 30 and the current time. The elapsed time is calculated, and it is determined whether or not this is equal to or shorter than the predetermined elapsed time (S2). The previous stop time of the motor 30 is information that the control unit 40 stores in the data storage unit 41 when the motor 30 is stopped in the process of step S9 described later.
<Step S3>
Here, when it is determined that it is not less than the predetermined elapsed time, that is, when there is a high possibility that toner is aggregated in the toner replenishing tank 21, the motor 30 will be described later. It is rotated at a torque higher than the output torque in the steady period (S3).
In the developing device X, a motor (frequency control motor) such as a stepping motor whose speed is controlled by the frequency of the drive signal is used as the motor 30. Therefore, the control unit 40 outputs a drive signal having a relatively low frequency corresponding to a set rotational speed lower than a set rotational speed in a steady period (described later) as a drive signal output to the motor 30 (that is, relatively low). Outputs the set rotation speed). As a result, the rotation is performed at a torque higher than the output torque in a steady period to be described later.
The stepping motor used as the motor 30 has a permanent magnet in the mover, and the frequency of the drive signal is proportional to the rotational speed, so there is no need to provide a servo circuit for motor control. The output torque (rotation speed) can be accurately controlled with a simple open loop configuration.
In the case where a motor controlled by a drive voltage, a drive current, or a PWM duty is used as the motor 30, the power level of the drive signal (drive voltage or drive current in a steady period to be described later) is applied to the motor 30. If a drive signal having a power level higher than the PWM duty) is output to the motor 30, the motor is driven with an output torque higher than that in the steady period.

<ステップS4>
次に,前記制御部40は,前記撹拌部材22が,1ピッチ分回転したか否かを判別し(S4),1ピッチ分回転するまで,前記定常期間よりも高い出力トルクでのモータ駆動条件を維持する。
ここで,1ピッチ分回転とは,前記撹拌羽根22a〜22dが,停止時に隣りに位置した前記撹拌羽根(22aに対して22b,22bに対して22c,22cに対して22d,22dに対して22a)の位置まで回転することを意味し,図1に示した前記撹拌部材22の場合,90°回転することを意味する。
前記撹拌部材22が,1ピッチ分回転することにより,前記撹拌部材22の回転開始の後に,前記撹拌部材22に形成された撹拌羽根22a〜22dが,撹拌部材22による全撹拌領域(全周(360°)領域)を通過したことになる。
1ピッチ分回転の検出手段(前記全領域通過検出手段の一例)としては,例えば,前記撹拌部材22の回転軸に回転式ポテンショメータを設け,その出力パルス数を前記制御部40によってカウントするものが考えられる。或いは,前記周波数制御モータを用いる場合,駆動信号の周波数が既知であるので,1ピッチ分に相当する駆動信号のパルス出力がなされる時間を計時し,その計時時間によって間接的に前記撹拌部材22がほぼ1ピッチ分回転したことを検出するものであってもよい。また,前記撹拌部材22の回転軸が1ピッチ分回転するごとにONするリミットスイッチを設け,このリミットスイッチのON/OFF状態により1ピッチ分回転したことを検出するもの等も考えられる。
このようにして,前記撹拌部材22の回転開始の後に,前記撹拌部材22が1ピッチ分回転したことが検出されるまで(即ち,前記撹拌部材22に形成された撹拌羽根22a〜22dが,前記撹拌部材22による全撹拌領域(全周領域)を略通過したことが検出されるまで)を「初動期間」といい,それ以降の前記モータ30の回転中の期間を「定常期間」というものとする。
<Step S4>
Next, the control unit 40 determines whether or not the stirring member 22 has been rotated by one pitch (S4), and the motor driving condition at an output torque higher than the steady period until the stirring member 22 has been rotated by one pitch. To maintain.
Here, the rotation by one pitch means that the stirring blades 22a to 22d are adjacent to each other at the time of stop (22b for 22a, 22c for 22b, 22c for 22c, 22d for 22d, 22a) means that the stirring member 22 shown in FIG. 1 is rotated by 90 °.
When the stirring member 22 is rotated by one pitch, the stirring blades 22a to 22d formed on the stirring member 22 after the start of the rotation of the stirring member 22 are moved to the entire stirring region (all circumference ( 360 °) region).
As a means for detecting rotation by one pitch (an example of the whole area passage detecting means), for example, a rotary potentiometer is provided on the rotating shaft of the stirring member 22 and the number of output pulses is counted by the control unit 40. Conceivable. Alternatively, when the frequency control motor is used, since the frequency of the drive signal is known, the time during which the pulse output of the drive signal corresponding to one pitch is made is counted, and the stirring member 22 is indirectly measured by the measured time. May be detected by rotating approximately one pitch. In addition, a limit switch that is turned on every time the rotation shaft of the stirring member 22 rotates by one pitch is provided, and it is conceivable to detect that the rotation has been performed by one pitch depending on the ON / OFF state of the limit switch.
In this way, after the stirring member 22 starts rotating, it is detected that the stirring member 22 has been rotated by one pitch (that is, the stirring blades 22a to 22d formed on the stirring member 22 are (Until it is detected that substantially all of the agitation region (all-around region) has been substantially passed by the agitating member 22) is referred to as "initial movement period", and the subsequent period during which the motor 30 is rotating is referred to as "steady period" To do.

<ステップS5>
次に,前記制御部40は,前記撹拌部材22が1ピッチ分回転したことが検出されると,前記定常期間における前記モータ30の回転速度を,前記トナー濃度センサ16の検出濃度(即ち,トナー残量検出手段による検出残量)に基づいて設定する(S5)。
具体的には,トナー残量の目標残量に対する不足分が大きい(トナー濃度が低い)場合には比較的高速となるように,目標残量に対する不足分が小さい(トナー濃度が目標濃度に近い)場合には比較的低速となるように前記モータ30の前記定常期間における回転速度を設定する。これは,例えば,前記データ記憶部41に,トナー濃度(即ち,透磁率の検出値)を前記モータ30の回転速度に変換する変換テーブルを予め記憶させておき,該変換テーブルに従って前記定常期間における前記モータ30の回転速度を設定することや,予め定められた変換式に従って設定すること等により実現できる。
<ステップS6>
次に,前記制御部40は,前記モータ30の回転速度(駆動条件)を,その時点の回転速度からステップS6で設定した回転速度(設定回転速度)まで徐々に段階的(階段状に)に切り替える(S6)。これにより,前記モータ30が前記周波数制御モータである場合に,駆動周波数(速度)の急激な上昇による前記モータ30の脱調を防止できる。
このように,前記制御部40によりステップS3→S4→S5→S6と推移させる制御が,前記第1モータ制御手段による制御の一例である。即ち,ステップS3→S4→S5の処理により,前記撹拌部材21の回転開始時から前記撹拌羽根22a〜22dが前記撹拌部材22による全撹拌領域を略通過したことが検出されるまでの初動期間(S3,S4の処理期間)における前記モータ30の出力トルク(回転速度)が,それ以降の定常期間(S6,S7の処理期間)における出力トルク(回転速度)より高いトルク(低い速度)となるよう前記モータ30の駆動条件が切り替えられる。さらに,ステップS6の処理により,前記モータ30の駆動条件が,前記初動期間における条件から前記定常期間における条件へ段階的に切り替えられる。
前述したように,本現像装置Xでは,前記モータ30の駆動条件として前記モータ30に対する設定回転速度(即ち,モータ駆動信号の周波数)を切り替えることにより前記モータ30の出力トルクを切り替える。
<Step S5>
Next, when it is detected that the agitating member 22 has been rotated by one pitch, the control unit 40 determines the rotation speed of the motor 30 during the steady period by detecting the density of the toner density sensor 16 (that is, the toner). It is set based on the remaining amount detected by the remaining amount detecting means (S5).
Specifically, when the shortage of the remaining toner amount with respect to the target remaining amount is large (toner density is low), the shortage amount with respect to the target remaining amount is small (the toner concentration is close to the target concentration) so as to be relatively fast. ), The rotational speed of the motor 30 in the steady period is set so as to be relatively low. For example, the data storage unit 41 stores in advance a conversion table for converting the toner concentration (that is, the detected value of the magnetic permeability) into the rotation speed of the motor 30, and according to the conversion table in the steady period. This can be realized by setting the rotation speed of the motor 30 or by setting it according to a predetermined conversion formula.
<Step S6>
Next, the control unit 40 gradually increases the rotational speed (driving condition) of the motor 30 from the current rotational speed to the rotational speed (set rotational speed) set in step S6. Switch (S6). Thereby, when the motor 30 is the frequency control motor, it is possible to prevent the motor 30 from stepping out due to a sudden increase in the driving frequency (speed).
In this way, the control that causes the control unit 40 to transit from step S3 → S4 → S5 → S6 is an example of the control by the first motor control means. That is, by the process of steps S 3 → S 4 → S 5, the initial motion period from when the stirring member 21 starts to rotate until it is detected that the stirring blades 22 a to 22 d have substantially passed through the entire stirring region by the stirring member 22 ( The output torque (rotational speed) of the motor 30 in the processing period (S3, S4) is higher (lower speed) than the output torque (rotational speed) in the subsequent steady period (processing period of S6, S7). The driving condition of the motor 30 is switched. Furthermore, the driving condition of the motor 30 is switched stepwise from the condition in the initial operation period to the condition in the steady period by the process of step S6.
As described above, in the developing device X, the output torque of the motor 30 is switched by switching the set rotational speed (that is, the frequency of the motor drive signal) for the motor 30 as the drive condition of the motor 30.

以上示したステップS3〜S6の処理により,前記初動期間でのモータの脱調を防止しつつ,最も早期に定常状態(定常出力)での撹拌運転が可能となる。
一般に,前記撹拌部材22の回転開始時は,それまで撹拌停止状態にあったことによってトナーが凝集した状態である場合が多い。そのような状態において,前記撹拌部材22が高トルクで駆動されるので,効果的にトナーをほぐすことができる。
また,高トルクでの駆動期間は,凝集したトナーをほぐすのに必要な最小限の期間,即ち,前記撹拌羽根22a〜22dが,前記撹拌部材22による全撹拌領域を略通過する前記1ピッチ分回転の期間(前記初動期間)のみである。このため,前記モータ30として前記周波数制御モータを用いた場合,前記初動期間での前記モータ30の脱調を防止できる。また,前記モータとして電圧や電流等により制御するモータを用いた場合,前記初動期間は比較的短期間であるので,モータの発熱を防止しつつ,最も早期に定常状態での撹拌運転が可能となる。
さらに,前記初動期間における前記モータ30の出力トルク(ステップS3での設定トルク(速度))を前記連続定格出力を越える出力に設定すれば,従来よりも,凝集したトナーをその負荷に抗してより効果的にほぐすことができる。
By the processing of steps S3 to S6 described above, the stirring operation in the steady state (steady output) can be performed at the earliest stage while preventing the motor from stepping out during the initial operation period.
In general, when the rotation of the stirring member 22 is started, the toner is often agglomerated because the stirring is stopped until then. In such a state, the stirring member 22 is driven with a high torque, so that the toner can be loosened effectively.
The driving period with high torque is the minimum period required to loosen the agglomerated toner, that is, the one pitch portion in which the stirring blades 22a to 22d substantially pass through the entire stirring region by the stirring member 22. It is only the period of rotation (the initial movement period). For this reason, when the frequency control motor is used as the motor 30, it is possible to prevent the motor 30 from stepping out during the initial operation period. Further, when a motor controlled by voltage, current, or the like is used as the motor, the initial operation period is relatively short, so that the stirring operation in the steady state can be performed at the earliest stage while preventing the motor from generating heat. Become.
Furthermore, if the output torque of the motor 30 (set torque (speed) in step S3) in the initial operation period is set to an output exceeding the continuous rated output, the agglomerated toner is more resistant to the load than before. It can be loosened more effectively.

一方,前記制御部40は,ステップS2において,前回の前記モータ30の停止時(即ち,前記撹拌部材の前回の回転停止時)から今回の回転開始時までの経過時間が既定時間より短いと判別した場合は,ステップS3→S4→S5と推移させる制御(前記第1モータ制御手段による制御の一例)に代えて,ステップS2からそのままステップS5へ移行させる。これにより,前記モータ30の始動当初から,前記定常期間における前記モータ30の駆動条件に設定されることになる(前記第2モータ制御手段の処理の一例)。
これにより,前記撹拌部材22の前回の回転停止時から今回の回転開始時までの経過時間が短い場合は,通常,前記トナー補給槽21内のトナーは凝集していない状態であるので,前記モータ30の駆動条件の無用な切り替え制御が行われず,より早期に定常状態での撹拌運転が可能となる。
On the other hand, in step S2, the control unit 40 determines that the elapsed time from the previous stop of the motor 30 (that is, the previous rotation stop of the stirring member) to the start of the current rotation is shorter than the predetermined time. In this case, instead of the control (an example of the control by the first motor control means) that makes the transition from step S3 to S4 to S5, the process proceeds from step S2 to step S5 as it is. Thus, the driving condition of the motor 30 in the steady period is set from the beginning of the starting of the motor 30 (an example of processing of the second motor control means).
Thus, when the elapsed time from the previous stop of rotation of the agitating member 22 to the start of the current rotation is short, the toner in the toner replenishing tank 21 is normally in a non-aggregated state. Unnecessary switching control of the 30 driving conditions is not performed, and the stirring operation in the steady state can be performed earlier.

<ステップS7>
次に,前記制御部40は,前記トナー濃度センサ16の検出値に基づいて,前記現像槽11内のトナー残量が十分であるか否かを判別する(S7)。具体的には,前記トナー濃度センサ16により検出された透磁率検出値(トナー濃度)がVref−β(β>0)以下となった場合に,トナー残量が十分であると判断する。
<ステップS8,S9>
ここで,トナー残量が未だ十分でないと判別した場合は,ステップS5へ戻って前述した処理を繰り返す。これに対し,トナー残量が十分であると判別した場合は,前記制御部40は,前記モータ30の回転を停止させ(S8),さらに,その時点の時刻を停止時刻として前記データ記憶部41に記憶(S9)させた後,S1へ戻って前述した処理を繰り返す。
<Step S7>
Next, the controller 40 determines whether the remaining amount of toner in the developing tank 11 is sufficient based on the detection value of the toner density sensor 16 (S7). Specifically, when the detected magnetic permeability value (toner concentration) detected by the toner concentration sensor 16 becomes V ref −β (β> 0) or less, it is determined that the remaining amount of toner is sufficient.
<Steps S8 and S9>
If it is determined that the remaining amount of toner is not sufficient, the process returns to step S5 and the above-described processing is repeated. On the other hand, if it is determined that the remaining amount of toner is sufficient, the control unit 40 stops the rotation of the motor 30 (S8), and the data storage unit 41 uses the current time as the stop time. (S9), the process returns to S1 to repeat the above-described processing.

ところで,トナーの分子間力は,その粒径に反比例して強くなる。
図4は,トナー粒径とトナーの分子間力との関係を表すグラフである。ここで,図4(a),(b)は,いずれもトナー粒径(μm)を横軸とする。
そして,図4(a)の縦軸は,トナー粒径dの分子間力Fdを,トナー粒径d=7μmのときの分子間力F7を基準に正規化した値である。
また,図4(b)の縦軸は,トナー粒径dに対するトナーの分子間力Fdの傾き(ΔFd/Δd)を,トナー粒径d=7μmのときの同傾き(ΔF7/Δd)を基準に正規化した値である。
図4(a),(b)のグラフからわかるように,トナー粒径が7μm以下で急激にトナーの分子間力が強くなる。トナーの分子間力が強いほどトナーは凝集しやすいため,現像装置Xは,トナーの粒径が約7μm以下である場合に特に好適である。
By the way, the intermolecular force of the toner increases in inverse proportion to the particle size.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the toner particle size and the intermolecular force of the toner. Here, in both FIGS. 4A and 4B, the horizontal axis is the toner particle size (μm).
The vertical axis in FIG. 4A is a value obtained by normalizing the intermolecular force Fd of the toner particle diameter d with reference to the intermolecular force F 7 when the toner particle diameter d = 7 μm.
The vertical axis of FIG. 4B shows the slope (ΔFd / Δd) of the intermolecular force Fd of the toner with respect to the toner particle diameter d, and the slope (ΔF 7 / Δd) when the toner particle diameter d = 7 μm. Values normalized to the standard.
As can be seen from the graphs of FIGS. 4A and 4B, the intermolecular force of the toner increases rapidly when the toner particle size is 7 μm or less. Since the toner is more likely to aggregate as the intermolecular force of the toner is stronger, the developing device X is particularly suitable when the particle size of the toner is about 7 μm or less.

本発明は,電子写真方式の画像形成に用いられる現像装置への利用が可能である。   The present invention can be applied to a developing device used for electrophotographic image formation.

本発明の実施の形態に係る現像装置Xの構成を表す側断面図。FIG. 3 is a side sectional view showing the configuration of the developing device X according to the embodiment of the present invention. 現像装置Xによるトナーの補給及び撹拌の制御手順を表すフローチャート。6 is a flowchart showing a control procedure of toner replenishment and stirring by the developing device X. 現像装置Xを具備する画像形成装置の構成を表す正断面図。FIG. 3 is a front sectional view illustrating a configuration of an image forming apparatus including the developing device X. トナー粒径とトナーの分子間力との関係を表すグラフ。6 is a graph showing the relationship between the toner particle size and the intermolecular force of the toner.

符号の説明Explanation of symbols

X…現像装置
1…画像形成装置
2…感光体ドラム(像担持体)
10…現像部
11…現像槽
12…現像ローラ
13,14,15…撹拌ローラ
16…トナー濃度センサ(トナー残量検出手段)
20…トナー補給部
21…トナー補給槽(トナー収容容器)
22…撹拌部材
22a〜22d…撹拌羽根
23…トナー補給ローラ
24…補給口
30…モータ
40…制御部
41…データ記憶部
110…画像読取部
210…画像形成部
270…多段給紙部
300…手差しシート給送装置
X: Developing device 1 ... Image forming device 2 ... Photosensitive drum (image carrier)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Developing part 11 ... Developing tank 12 ... Developing rollers 13, 14, 15 ... Stirring roller 16 ... Toner density sensor (toner remaining amount detecting means)
20 ... Toner replenishing section 21 ... Toner replenishing tank (toner container)
22 ... stirring members 22a to 22d ... stirring blade 23 ... toner supply roller 24 ... supply port 30 ... motor 40 ... control unit 41 ... data storage unit 110 ... image reading unit 210 ... image forming unit 270 ... multi-stage sheet feeding unit 300 ... manual feed Sheet feeding device

Claims (6)

トナー収容容器内で回転することによりトナーを撹拌する撹拌部材と,該撹拌部材を回転駆動させるモータと,を具備する現像装置において,
前記撹拌部材の回転開始の後に前記撹拌部材に形成された撹拌羽根が該撹拌部材による全撹拌領域を通過したことを検出する全領域通過検出手段と,
前記撹拌部材の回転開始時から前記全領域通過検出手段により前記全領域を通過したことが検出されるまでの初動期間における前記モータの出力トルクがそれ以降の定常期間における出力トルクより高いトルクとなるよう前記モータの駆動条件を切り替える第1モータ制御手段と,
前記撹拌部材の前回の回転停止時から今回の回転開始時までの経過時間が既定時間より短い場合に,前記第1モータ制御手段による制御に代えて,モータ始動当初から前記定常期間における前記モータの駆動条件を設定する第2モータ制御手段と,
を具備してなることを特徴とする現像装置。
In a developing device comprising a stirring member that stirs toner by rotating in a toner container, and a motor that rotationally drives the stirring member.
And the total area passage detection means for detecting that the stirring blade formed in said stirring member after the start of rotation of the stirring member is spent through the whole stirred region by said stirring member,
A high torque than the output torque in the steady period of the output torque and the subsequent of said motor in initial period until the spent through the entire region is detected by the total area passage detection means from the rotation start of the stirring member First motor control means for switching the driving conditions of the motor so that
When the elapsed time from the previous rotation stop of the stirring member to the current rotation start time is shorter than the predetermined time, instead of the control by the first motor control means, the motor in the steady period from the start of the motor Second motor control means for setting drive conditions;
A developing device comprising:
前記第1モータ制御手段が,前記モータの駆動条件として前記モータに対する設定回転速度を切り替えることにより前記モータの出力トルクを切り替えてなる請求項1に記載の現像装置。   2. The developing device according to claim 1, wherein the first motor control unit switches the output torque of the motor by switching a set rotation speed for the motor as a driving condition of the motor. 現像に用いられるトナーを一時収容する現像槽内のトナー残量を検出するトナー残量検出手段と,
前記トナー残量検出手段による検出残量が低下した場合に前記撹拌部材の回転速度に比例した回転速度で駆動され前記トナー収容容器から前記現像槽へトナーを補給する補給ローラと,を具備し,
前記第1モータ制御手段が,前記定常期間における前記モータの回転速度を前記トナー残量検出手段による検出残量に基づいて設定してなる請求項2に記載の現像装置。
Toner remaining amount detecting means for detecting the remaining amount of toner in a developing tank for temporarily storing toner used for development;
A replenishing roller that is driven at a rotation speed proportional to the rotation speed of the agitating member when the remaining amount detected by the toner remaining amount detecting means decreases, and replenishes toner from the toner container to the developing tank;
The developing device according to claim 2, wherein the first motor control unit sets a rotation speed of the motor in the steady period based on a remaining amount detected by the remaining toner amount detecting unit.
前記第1モータ制御手段が,前記モータの駆動条件を前記初動期間における条件から前記定常期間における条件へ段階的に切り替えてなる請求項2又は3に記載の現像装置。   4. The developing device according to claim 2, wherein the first motor control unit switches the driving condition of the motor stepwise from a condition in the initial operation period to a condition in the steady period. 5. 請求項1〜4のいずれかに記載の現像装置を具備してなることを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the developing device according to claim 1. トナー収容容器内で回転することによりトナーを撹拌する撹拌部材と,該撹拌部材を回転駆動させるモータと,を具備する現像装置の制御方法において,
前記撹拌部材の回転開始の後に前記撹拌部材に形成された撹拌羽根が該撹拌部材による全撹拌領域を通過したことを検出する全領域通過検出工程と,
前記撹拌部材の回転開始時から前記全領域通過検出工程により前記全領域を通過したことが検出されるまでの初動期間における前記モータの出力トルクがそれ以降の定常期間における出力トルクより高いトルクとなるよう前記モータの駆動条件を切り替える第1のモータ制御工程と,
前記撹拌部材の前回の回転停止時から今回の回転開始時までの経過時間が既定時間より短い場合に,前記第1モータ制御工程による制御に代えて,モータ始動当初から前記定常期間における前記モータの駆動条件を設定する第2モータ制御工程と,
を有してなることを特徴とする現像装置の制御方法。
In a control method for a developing device, comprising: a stirring member that stirs toner by rotating in a toner container; and a motor that rotationally drives the stirring member.
And the total area passage detection step of detecting that a stirring blade formed in said stirring member after the start of rotation of the stirring member is spent through the whole stirred region by said stirring member,
A high torque than the output torque in the steady period of the output torque and the subsequent of said motor in initial period until the spent through the entire region is detected by the total area passage detection step from the rotation start of the stirring member A first motor control step of switching the driving conditions of the motor so that
When the elapsed time from the previous stop of rotation of the stirring member to the start of the current rotation is shorter than a predetermined time, instead of the control by the first motor control step, the motor A second motor control step for setting drive conditions;
A control method for a developing device, comprising:
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