(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動結線されたトランスの差動出力を検知信号とする磁気的  検知装置であって、可変容量ダイオードと、フィードバック回路とを含んでお  り、
前記可変容量ダイオードは、前記トランスの出力側コイルに現れる電気信号の位相を調整するものであり、
前記フィードバック回路は、フィルタ回路と、比較回路とを含んでおり、
前記フィルタ回路は、前記検知信号の一部が供給され、前記検知信号に含まれることのある環境変化に起因する低周波数信号成分を通過させる低域通過フィルタ特性を有しており、
前記比較回路は、前記フィルタ回路から供給される信号と、基準値とを比較し、比較して得られた信号を、負のフィードバック信号として、前記可変容量ダイオードに印加する
磁気的検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載された磁気的検知装置において、更に、信号処理回路を有しており、前記信号処理回路は、位相比較回路を有しており、前記位相比較回路は、前記差動出力と前記トランスを駆動する駆動信号とを位相比較する磁気的検知装置。
【請求項３】
請求項１に記載された磁気的検知装置であって、前記可変容量ダイオードは、前記トランスの駆動側コイルと出力側コイルとの間に接続されている磁気的検知装置。
【請求項４】
請求項１に記載された磁気的検知装置であって、前記検知信号は、トナー残量検知信号である磁気的検知装置。
【請求項５】
請求項２に記載された磁気的検知装置であって、前記フィルタ回路は、抵抗と、コンデンサとよりなり、前記抵抗は前記信号処理回路の一つの出力端と、前記比較回路の一つの入力端との間に接続され、前記コンデンサは一端が前記比較回路及び前記抵抗の接続点に接続されており、
前記抵抗及びコンデンサとによって定まる時定数は、前記低周波数信号成分の周期よりも短い磁気的検知装置。
【請求項６】
請求項５に記載された磁気的検知装置であって、前記抵抗と並列に、前記コンデンサに対する単方向性充電回路が接続されている磁気的検知装置。
【請求項７】
請求項２に記載された磁気的検知装置において、前記信号処理回路は、前記位相比較回路の後段に増幅回路を有する磁気的検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気的検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性体を含む対象物を検出する手段として、従来より、種々の磁気的検知装置が提案され、実用に供されている。そのうちの一つに、複写機において、トナー残量もしくは濃度を検出する手段として、差動トランスを用いた磁気的検知装置が知られている。差動トランスはコアにコイルを施した比較的簡単で堅牢な構造となっていて、取扱いが容易で、信頼性が高く、コストが安価である等の利点がある。差動トランスを用いた磁気的検知装置に係る先行技術文献としては、実公平6ー33484号公報、特公平7ー38091号公報、特開平6ー130816号公報等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の磁気的検知装置は、検知特性が、組立、製造に起因する差動トランス個々の特性の相違によって変動する他、周囲温度もしくは湿度の変化等の環境変化等によって変化する。
【０００４】
また、磁性粉を収納する容器、例えば、カートリッジの厚みが変動した場合、磁性粉と磁気的検知装置との間の距離が変動し、感度特性が変化する。
【０００５】
検知特性の変動を抑制する手段として、前述した実公平6ー33484号は、差動トランスの駆動側コイルと出力側コイルとの間に可変容量ダイオードを接続し、可変容量ダイオードに印加される電圧を可変調整することにより、駆動側コイルと出力側コイルとの間の位相差を変化させる技術を開示している。
【０００６】
しかし、この先行技術は、環境変化による特性の変動を予め予測して、駆動側コイルと出力側コイルとの間の位相差を設定しておく技術を開示するに留り、環境変化に追従して、検知特性を自動的に補正する手段及び磁性粉を収納する容器の厚み変動に伴う感度特性の変化に対応する手段は開示していない。
【０００７】
本発明の課題は、環境変化に起因する検知特性の変動を自動的に抑制し得る磁気的検知装置を提供することである。
【０００８】
本発明のもう一つの課題は、磁性粉を収納する容器の厚み変動に伴う感度特性の変化に容易に対応し得る磁気的検知装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る磁気的検知装置は、差動結線されたトランスの差動出力を検知信号とする。上記磁気的検知装置は、可変容量ダイオードと、フィードバック回路とを含んでいる。前記可変容量ダイオードは、前記トランスの出力側コイルに現れる電気信号の位相を調整する。
【００１０】
前記フィードバック回路は、フィルタ回路と、比較回路とを含んでいる。前記フィルタ回路は、前記検知信号の一部が供給され、前記検知信号に含まれることのある環境変化に起因する低周波数信号成分を通過させる低域通過フィルタ特性を有する。
【００１１】
前記比較回路は、前記フィルタ回路から供給される信号と、基準値とを比較し、比較して得られた信号を、負のフィードバック信号として、前記可変容量ダイオードに印加する。
【００１２】
本発明に係る磁気的検知装置において、可変容量ダイオードの容量値は、印加電圧値に応じた値に調整され、それによって、出力側コイルの位相が調整される。可変容量ダイオードによる位相の調整により、差動出力が調整され、最終的に検知信号が調整される。
【００１３】
フィードバック回路を構成するフィルタ回路は、検知信号の一部が供給され、検知信号に含まれることのある環境変化に起因する低周波数信号成分を通過させる低域通過フィルタ特性を有する。環境変化に起因する低周波数信号成分は、温度または湿度等の環境変化に起因する周波数成分である。
【００１４】
比較回路は、フィルタ回路から供給される信号と、基準値とを比較し、比較して得られた信号を、負のフィードバック信号として、可変容量ダイオードに印加する。上述したように、フィルタ回路を通過する周波数成分は、環境変化に起因する低周波数信号成分である。従って、環境変化に起因する検知信号の変動に対して、比較回路が動作し、可変容量ダイオードに対し、検知信号の環境変化に起因する変動分を打ち消す方向の電圧が印加される。これにより、環境変化に起因する検知特性の変動が自動的に抑制される。
【００１５】
磁性粉を収納する容器の厚み変動に対しても、フィルタ回路及び比較回路から可変容量ダイードに供給される電圧が変化し、検知信号が一定値に収束する。このため磁性粉の残量を示す信号を増幅回路によって増幅し、増幅された検知信号の一部を、フィルタ回路に入力する構成にすることにより、カートリッジの厚みが厚い場合であっても、薄い場合と同等の感度となるように増幅することができる。また、トナーが微量であった場合においても、充分に多い場合と同等の感度まで増幅することが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る磁気的検知装置の電気回路図である。本発明に係る磁気的検知装置は、撹拌機（図示しない）によって、撹拌周波数ｆｏで周期的に撹拌される現像剤Ｐを検出するように配置される。現像剤Ｐは、トナー自体が磁性を有する一成分タイプであるものとする。図示された磁気的検知装置は、差動結線されたトランス１と、駆動回路２と、信号処理回路３と、可変容量ダイオード４と、フィードバック回路５とを含む。トランス１は駆動回路２によって駆動され、トナー残量に応じた差動出力Ｅｏを生じる。トランス１は駆動側コイル１０１と２つの出力側コイル１０２、１０３を有し、出力側コイル１０２、１０３を差動結線して、トナー残量に応じた差動出力Ｅｏを得るようになっている。駆動回路２は駆動側コイル１０１、コンデンサ２０１、２０２を含む発振回路として構成され、駆動周波数ｆｄの信号によって、トランス１を駆動する。駆動周波数ｆｄは例えば５００kHz程度である。
【００１７】
信号処理回路３は、差動出力Ｅｏが入力され、差動出力Ｅｏに基づいた検知信号Ｖｏを出力する。処理回路３は一般には位相比較器として構成される。処理回路３が位相比較器によって構成されている場合、位相比較器は差動トランス１の出力側コイル１０２、１０３から出力される差動出力Ｅｏと、駆動回路２から供給される基準信号Ｅｄとを位相比較し、位相差に応じた検知信号Ｖｏを出力する。通常は、出力端に位相弁別出力を平均化する回路が付加される。
【００１８】
可変容量ダイオード４は、トランス１の出力側コイル１０２、１０３に現れる電気信号の位相を調整する。この実施例において、可変容量ダイオード４はトランス１の駆動側コイル１０１と出力側コイル１０２、１０３との間に接続されている。可変容量ダイオード４は、コンデンサ６を直列に接続した上で、トランス１の駆動側コイル１０１の一端と出力側コイル１０２、１０３の一端との間に接続してある。可変容量ダイオード４は、駆動側コイル１０１には接続せずに、出力側コイル１０２、１０３にのみ接続するような回路構成を採ることもできる。
【００１９】
フィードバック回路５は、フィルタ回路５１と、比較回路５２とを含んでいる。フィルタ回路５１は、検知信号Ｖｏの一部が供給され、検知信号Ｖｏに含まれる周波数成分の内、温度または湿度等の環境変化に起因する低周波信号成分を通過させる低域通過フィルタ特性を有する。
【００２０】
比較回路５２は、フィルタ回路５１から供給される信号と、基準値Ｖｂ１とを比較し、比較して得られた信号を、負のフィードバック信号として、可変容量ダイオード４に印加する。図１において、７は抵抗である。
【００２１】
図１に示された磁気的検知装置において、トランス１が駆動回路２から供給される駆動周波数ｆｄの信号によって駆動され、現像剤Ｐのトナー残量に応じた差動出力Ｅｏを生じる。信号処理回路３は、差動出力Ｅｏが入力され、差動出力Ｅｏに基づいた検知信号Ｖｏを出力する。これにより、トナー残量に応じた検知信号Ｖｏが得られる。
【００２２】
差動結線されたトランス１の駆動側コイル１０１と出力側コイル１０２、１０３との間に可変容量ダイオード４が接続されている。可変容量ダイオード４の容量値は印加電圧値に応じた値に調整される。それによって、駆動側コイル１０１と出力側コイル１０２、１０３との間の位相差を変化させることができる。可変容量ダイオード４による位相差の調整により、差動出力Ｅｏが調整され、最終的に検知信号Ｖｏが調整される。
【００２３】
フィードバック回路５を構成するフィルタ回路５１は、検知信号の一部が供給され、温度または湿度等の環境変化に起因する低周波数信号成分を通過させる低域通過フィルタ特性を有する。従って、検知信号Ｖｏに含まれる温度または湿度等の環境変化に起因する低周波数信号成分は、フィルタ回路５１を通過して、その出力側に表れる。
【００２４】
比較回路５２は、フィルタ回路５１から供給される信号と、基準値Ｖb1とを比較し、比較して得られた信号Ｖc1を、負のフィードバック信号として、可変容量ダイオード４に印加する。フィルタ回路５１を通過する周波数成分は、温度または湿度等の環境変化に起因する周波数成分である。従って、環境変化に起因する検知信号Ｖｏの変動に対して、比較回路５２が動作し、可変容量ダイオード４に対し、検知信号Ｖｏの環境変化に起因する変動分を打ち消す方向の電圧が印加される。これにより、環境変化に起因する検知特性の変動が自動的に抑制される。
【００２５】
図２は本発明に係る磁気的検知装置の更に具体的な実施例における電気回路図である。図において、図１と同一の構成部分は同一の参照符号を付し、重複説明を省略する。フィルタ回路５１は、抵抗５１１と、コンデンサ５１２とよりなる。抵抗５１１は信号処理回路３の一つの出力端と、比較回路５２の一つの入力端との間に接続されている。コンデンサ５１２は一端が比較回路５２及び抵抗５１１の接続点に接続されている。
【００２６】
抵抗５１１及びコンデンサ５１２とによって定まる時定数τは、撹拌周期よりも長い値に選定する。現像剤Ｐを撹拌する撹拌機（図示しない）の撹拌周期は、通常の複写機では、0.5〜５秒程度であるので、時定数τは撹拌周期 0.5〜５秒よりも長い値、例えば１０秒程度に選定する。このような時定数τを有するフィルタ回路５は、フィルタ出力時定数τよりも緩やかに変動する周波数成分に対応したフィルタ出力を生じるが、時定数τよりも小さい周期の周波数成分に対してはフィルタ出力を生じない。実施例において、抵抗５１１及びコンデンサ５１２とによって定まる時定数τは、温度または湿度等の環境変化に起因する変動周期よりも短い。従って、環境変化に起因する周波数成分に対しては、比較回路５２が動作する。比較回路５２から可変容量ダイオード４に対し、検知信号Ｖｏの環境変化に起因する変動分を打ち消す方向の電圧が印加される。これにより、環境変化に起因する検知特性の変動が、環境変化に追従して自動的に抑制される。
【００２７】
実施例において、抵抗５１１と並列に、コンデンサ５１２に対する単方向性充電回路が接続されている。図示の単方向性充電回路は、ダイオード５１３及び抵抗５１４の直列回路によって接続されている。抵抗５１４の抵抗値は抵抗５１１の抵抗値に比較して著しく低い。このような単方向性充電回路を有することの利点は、例えば電源投入時等において、ダイオード５１３及び抵抗５１４を介してコンデンサ５１２を急速充電することにより、電源投入後の立ち上がり時間を短縮できることである。抵抗５１４は、省略することも可能である。
【００２８】
比較回路５２は、比較器５２１を有しており、比較器５２１の(＋)端子は、抵抗５２１を介してフィルタ回路５１の出力端に接続されており、(−)端子は抵抗５２３を介して基準電圧Ｖb1を受けるようになっている。比較回路５２から出力される比較出力Ｖc1は抵抗５２４を介して可変容量ダイオード４に印加される。
【００２９】
図３は本発明に係る磁気的検知装置の更に具体的な電気回路図を示している。図１及び図２と同一の構成部分は、同一の参照符号を付して、重複説明は省略する。この実施例では、トランス１の駆動側コイルを、駆動側コイル１０４、１０５の２つに分割して差動結線し、出力側コイルを１つの出力側コイル１０６としてある。この場合も、差動トランス回路の可逆性により、出力側コイル側で差動結線した場合と同様の回路動作が得られる。
【００３０】
駆動回路２は排他的論理和ゲート２００、コンデンサ２０１、２０２及び抵抗２０３等でなる発振回路によって構成されている。この駆動回路２の発振出力は、駆動波としてトランス１の駆動側コイル１０４、１０５に供給すると共に、この駆動波に同期する基準波Ｅｄとして、信号処理回路３を構成する位相比較器３０に供給する。
【００３１】
信号処理回路３は、位相比較器３０の前段に差動出力Ｅｏを充分に増幅する増幅器３１を備え、位相比較器３０の後段に別の増幅器３８を備える。増幅器３１は排他的論理和ゲート素子に帰還抵抗３２を付加した構成となっている。増幅器３１は出力側コイル１０６のインダクタンスと共に、同調回路を構成するコンデンサ３３及びは結合コンデンサ３４を通して、出力側コイル１０６に接続されている。
【００３２】
位相比較器３０は排他的論理和回路で構成してあり、その入力端子に増幅器３１によって増幅された差動出力Ｅｏの増幅信号及び駆動回路２の発振出力Ｅｄが入力されている。位相比較器３０は両入力信号を位相比較し、位相弁別出力を生じさせる。差動出力信号の位相はトナー残量に応じて変化するので、この位相変化を位相比較器３０で弁別することにより、トナー残量を検知することができる。
【００３３】
位相比較器３０の出力端には、抵抗３５及びコンデンサ３６より構成される積分回路が付加されており、この回路により位相弁別出力が平均化される。
【００３４】
増幅器３８は平均化された位相弁別出力を増幅し、検知信号Ｖｏを出力する。増幅器３８において、位相弁別信号が入力される入力側には抵抗３７が接続されており、もう一方の入力側には抵抗３９が接続され、抵抗３９を介して、一定の電圧Ｖb2を供給するようになっている。
【００３５】
図３において、増幅器３１及び駆動回路２の排他的論理和ゲート２００には安定化された動作電圧Ｖccが供給されている。比較回路５１に供給される基準電圧Ｖb1及び増幅器３８に供給される電圧Ｖb2は、動作電圧Ｖccから得ることができる。
【００３６】
図４は図３に示した磁気的検知装置のための電源回路を示している図４において、抵抗８１を通して与えられる直流入力電圧Ｖinを定電圧ダイオード８２によって安定化し、安定化された動作電圧Ｖccを得る。参照符号８３はコンデンサである。
【００３７】
図５は電圧Ｖb1、Ｖb2を得るための部分的な回路図である。動作電圧Ｖccを抵抗９１、９２によって分圧すると共に、分圧された電圧を定電圧ダイオード９３によって安定化し、安定した基準電圧Ｖb1、Ｖb2を得るようになっている。
【００３８】
更に、フィルタ回路５１の出力端にダイオード５１５のアノードが接続されている。ダイオード５１５のカソードは図４に示した電源回路の出力端(Ｖcc)に接続される。このダイオード５１５は、電源を遮断した場合に、コンデンサ５１２に蓄積された電荷を、電源回路を通して速やかに放電し、再起動に備えるために用いられる。増幅回路３８から出力された検知信号Ｖｏは、増幅回路３８の後段に接続された抵抗９４及びコンデンサ９５より構成される積分回路を通して、最終的に検知信号Ｖooとして出力される。参照符号９６は定電圧ダイオードである。
【００３９】
次に、図６〜図８を参照して、上述した磁気的検知装置をトナー残量検知装置として用いた場合の効果を、比較例とともに説明する。比較例は、フィードバック回路５を持たない点でのみ、本願発明に係る磁気的検知装置と異なる。
【００４０】
図６は比較例である従来の磁気的検知装置のトナー残量と検知電圧(ｖ)との関係を示す。曲線Ｌ１は温度０℃、相対湿度３０％の時の特性、曲線Ｌ２は温度５０℃、相対湿度９０％の時の特性である。トナー検知電圧の最大値と最小値の電圧差が最大となる点で、トナー残量を検知するとすると、温度０℃、相対湿度３０％の時には、トナー残量Ｃの付近であるのに対し、温度５０℃、相対湿度９０％の時は、トナー残量Ｃよりも多いトナー残量Ａである。このことは、トナー残量検知が温度または湿度等の環境変化により、変動することを示している。
【００４１】
次に、図７は本発明に係る磁気的検知装置をトナー残量検出装置として用いた場合のトナー残量と検知電圧(ｖ)との関係を示す。温度及び湿度の条件は、図６に示した場合と同じである。即ち、温度０℃、相対湿度３０％の環境条件と、温度５０℃、相対湿度９０％の環境条件の２つの異なる環境条件を設定した。図７に示すように、本発明に係る磁気的検知装置によれば、２つの異なる環境条件にもかかわらず、同一の検知特性が得られている。この優れた特性は、既に説明したように、環境変化に対しては、フィルタ回路５１及び比較回路５２から可変容量ダイード４に供給される電圧が変化し、トナー残量検知信号が一定値に収束することによって得られる。従って、トナー検知信号の最大値と最小値の電圧差が最大となる点で、トナー残量を検知するとすると、環境変化にかかわらず、トナー残量を、一定した残量Ｂとして、安定に検知できる。このように、本発明によれば、例えば、温度５０℃、相対湿度９０％の過酷な高温高湿の環境条件であっても、あるいは、反対に、例えば温度０℃、相対湿度３０％の過酷な低温低湿の環境条件であっても、トナー残量を安定に検知できるという優れた効果を得ることができる。
【００４２】
図８は、従来の磁気的検知装置において、トナーを収納するトナーカートリッジの厚みの差による感度特性を示す図である。曲線Ｌ３は厚みｔ３、曲線Ｌ４は厚みｔ４及び曲線Ｌ５は厚みｔ５の時の感度特性をそれぞれ示している。厚みｔ３、ｔ４、ｔ５は、ｔ３＜ｔ４＜ｔ５の関係にある。
【００４３】
図８から明らかなことは、従来の磁気的検知装置の場合、トナーカートリッジの厚みが増大するほど、感度が悪化するということである。従って、従来の磁気的検知装置において、感度特性を向上させるには、厚みの薄いトナーカートリッジを使う必要があった。しかし、トナーカートリッジの厚みを薄くすることは、その成形条件及び金型等の成形手段に対する技術的要求が高度になるために、コストアップにつながる。また、トナーが少なくなった場合は、実質的に、トナーカートリッジの厚みが増したのと同様の感度特性となるため、トナーの有無を精度よく検知できなくなる。このような場合の対策として、回路の増幅率を上げて、感度を上げることが考えられる。しかし、従来の磁気的検知装置において、回路の増幅率を上げた場合、磁気的検知装置毎のバラツキやノイズ等をも同時に増幅してしまうことになるため、現実には、感度特性向上に結びつかない。
【００４４】
これに対して、本発明に係る磁気的検知装置では、上記変動に対して、フィルタ回路５１及び比較回路５２から可変容量ダイード４に供給される電圧が変化し、トナー残量検知信号が一定値に収束する。このため、図３に示したように、トナー残量を示す信号を増幅回路３８によって増幅し、増幅されたトナー残量検知信号の一部を、フィルタ回路５１に入力する構成にすることにより、トナーカートリッジの厚みが厚い場合であっても、薄い場合と同等の感度となるように増幅することができる。また、トナーが微量であった場合においても、充分に多い場合と同等の感度まで増幅することが可能である。
【００４５】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想及び教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）環境変化に起因する検知特性の変動を自動的に抑制し得る磁気的検知装置を提供することができる。
（ｂ）磁性粉を収納する容器の厚み変動に伴う感度特性の変化に容易に対応し得る磁気的検知装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気的検知装置の電気回路図である。
【図２】本発明に係る磁気的検知装置の更に具体的な実施例における電気回路図である。
【図３】本発明に係る磁気的検知装置の更に具体的な電気回路図を示している。
【図４】図３に示した磁気的検知装置のための電源回路を示している。
【図５】本発明に係る磁気的検知装置の部分的な回路図である。
【図６】従来の磁気的検知装置のトナー残量とトナー残量検知電圧(ｖ)との関係を示す図である。
【図７】本発明に係る磁気的検知装置をトナー残量検出装置として用いた場合のトナー残量とトナー残量検知電圧(ｖ)との関係を示す図である。
【図８】従来の磁気的検知装置において、トナーカートリッジの厚みの差による感度特性を示す図である。
【参照符号】
１                              トランス
１０１、１０４、１０５          駆動側コイル
１０２、１０３、１０６          出力側コイル
４                              可変容量ダイオード
５                              フィードバック回路
５１                            フィルタ回路
５２                            比較回路
【図１】
0003640321.tif 000002
【図２】
0003640321.tif 000003
【図３】
0003640321.tif 000004
【図４】
0003640321.tif 000005
【図５】
0003640321.tif 000006
【図６】
0003640321.tif 000007
【図７】
0003640321.tif 000008
【図８】
0003640321.tif 000009