(57)【要約】【課題】検出回路の温度特性による誤差を吸収し、或いは温度特性の影響を受けることなく、正確にトナー濃度を検出することができるトナー濃度検出装置を提供する。【解決手段】パルス状の励磁信号が印加される基準コイルＬ１を備え、第一共振周波数ｆ１の第一共振回路Ａと、基準コイルと逆極性で結合される磁気検出コイルＬ２を備え、第一共振周波数ｆ１とは異なる第二共振周波数ｆ２の第二共振回路Ｂと、第二共振回路の出力信号をパルス信号に変換する出力波形成形回路Ｃと、出力波形成形回路Ｄからの出力信号と励磁信号との位相差を検出する位相差検出回路Ｄを備えて構成され、磁気検出コイルＬ２のインダクタンスの変化に起因して変動する位相差に基づいて磁性粉に含まれるトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置であって、出力波形成形回路Ｄの温度特性による検出誤差を補償する温度補償回路Ｆを備えている。【選択図】図１
2008241852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状の励磁信号が印加される基準コイルを備え、第一共振周波数ｆ１の第一共振回路と、前記基準コイルと逆極性で結合される磁気検出コイルを備え、前記第一共振周波数ｆ１とは異なる第二共振周波数ｆ２の第二共振回路と、前記第二共振回路の出力信号をパルス信号に変換する出力波形成形回路と、前記出力波形成形回路からの出力信号と前記励磁信号との位相差を検出する位相差検出回路を備えて構成され、前記磁気検出コイルのインダクタンスの変化に起因して変動する前記位相差に基づいて磁性粉に含まれるトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置であって、
前記出力波形成形回路の温度特性による検出誤差を補償する温度補償回路を備えているトナー濃度検出装置。
【請求項２】
前記温度補償回路は、前記出力波形成形回路の入力段に、前記出力信号のＤＣバイアスレベルを調整するピンダイオードと抵抗でなるＤＣバイアス調整回路により構成されている請求項１記載のトナー濃度検出装置。
【請求項３】
前記温度補償回路は、前記出力波形成形回路と温度特性が等しく、前記励磁信号と周波数の等しい正弦波信号をパルス信号に波形成形する入力波形整形回路と、前記入力波形成形回路の出力をＤＣレベルに変換する積分回路を備え、前記積分回路の出力により前記バリキャップダイオードの容量を調整するように構成されている請求項１記載のトナー濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、磁性キャリアとトナーを含む二成分系現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、トナー濃度検出装置として差動トランスを用いてその中の駆動コイルを交流電圧で駆動し、現像剤に近接する検知コイルと現像剤の影響を受けない基準コイルとの差動出力に基づいてトナーの濃度を検知する差動トランス型のトナー濃度検出装置が提案されている。
【０００３】
しかし、差動トランス型のトナー濃度検出装置では、電源源に接続された駆動コイルの他に検知コイルと基準コイルの三種類のコイルを備え、これらを上下方向に積層する必要があり、形状が大きくなるという問題があった。また、磁気バランスをとるために、ねじ式のコアを手動で操作して調整する必要があり、その調整作業が煩雑であるという問題もあった。
【０００４】
一方、差動トランスを設けることなく、基準発振コイルと検知コイルの接続点から取り出した検知信号と、基準信号との位相差からトナー濃度を検出する構成が特許文献２及び特許文献３に記載されている。
【０００５】
さらに特許文献４には、特許文献３に記載された検出回路に対して、装置の出力信号レベルを補正調整することにより、検知動作に使用される部品の電気特性のばらつきを適確に補償して、常に高精度の検知特性信号を出力する被検体の電磁気特性検知装置を提供することを目的として、以下の構成が開示されている。
【０００６】
コイルとコンデンサからなる共振回路が、被検体の近傍に配設され、前記被検体の電磁気特性を検出し、対応する検知信号を出力する第１の回路と、該第１の回路から出力される検知信号を増幅し検知特性信号として出力する第２の回路と、該第２の回路に対して、前記電気部品の電気特性のばらつきに起因する前記検知特性信号の信号レベル変化を補正調整し、信号レベルが補正調整された検知特性信号を出力するように制御を行う信号レベル調整手段とを有する電磁気特性検知装置である。
【特許文献１】特開平３−７１０６８号公報
【特許文献２】特開平６−３３２９号公報
【特許文献３】特開平６−２８９７１７号公報
【特許文献４】特開２００５−９１５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献３に記載された発明では、基準発振コイルと検知コイルの接続点から検知信号を取り出す際にＱの低下を防ぐために能動素子を用いた増幅器を設ける必要があり、このような能動素子は周囲温度の影響を受けて入力閾値電圧が変動するため、検出誤差の影響が大きいという問題があった。
【０００８】
特許文献４には、電気部品の電気特性のばらつきに伴う検知電圧の変動を吸収するために、予め補正データを備えたマイクロコンピュータにより検知感度を補正する技術が提案されているが、温度特性の影響を解消するものではない。
【０００９】
本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、検出回路の温度特性による誤差を吸収し、或いは温度特性の影響を受けることなく、正確にトナー濃度を検出することができるトナー濃度検出装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明によるトナー濃度検出装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、パルス状の励磁信号が印加される基準コイルを備え、第一共振周波数ｆ１の第一共振回路と、前記基準コイルと逆極性で結合される磁気検出コイルを備え、前記第一共振周波数ｆ１とは異なる第二共振周波数ｆ２の第二共振回路と、前記第二共振回路の出力信号をパルス信号に変換する出力波形成形回路と、前記出力波形成形回路からの出力信号と前記励磁信号との位相差を検出する位相差検出回路を備えて構成され、前記磁気検出コイルのインダクタンスの変化に起因して変動する前記位相差に基づいて磁性粉に含まれるトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置であって、前記出力波形成形回路の温度特性による検出誤差を補償する温度補償回路を備えている点にある。
【００１１】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記温度補償回路は、前記出力波形成形回路の入力段に、前記出力信号のＤＣバイアスレベルを調整するピンダイオードと抵抗でなるＤＣバイアス調整回路により構成されている点にある。
【００１２】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記温度補償回路は、前記出力波形成形回路と温度特性が等しく、前記励磁信号と周波数の等しい正弦波信号をパルス信号に波形成形する入力波形整形回路と、前記入力波形成形回路の出力をＤＣレベルに変換する積分回路を備え、前記積分回路の出力により前記バリキャップダイオードの容量を調整するように構成されている点にある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、検出回路の温度特性による誤差を吸収し、或いは温度特性の影響を受けることなく、正確にトナー濃度を検出することができるトナー濃度検出装置を提供することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明によるトナー濃度検出装置について説明する。図５に示すように、トナー濃度検出装置１は、磁性粉キャリアとトナーの二成分現像剤が収容された現像槽４に面して配置される検出部と、検出部で検出された信号を処理する信号処理部３で構成され、信号処理部３は樹脂製ケーシングに収容されている。
【００１５】
検出部は、中空のボビン２の現像槽４側に巻回された磁気検出コイルＬ２と、現像槽４に対して離隔側に巻回された基準コイルＬ１を備え、磁気検出コイルＬ２は基準コイルＬ１と逆極性で結合されている。
【００１６】
磁気検出コイルＬ２は、現像槽４内のトナー濃度の変化により密度が変化するキャリアの透磁率の影響を受けてそのインダクタンスが変化する位置に近接配置され、基準コイルＬ１はキャリアの透磁率の影響を受けないように離隔した位置に配置されている。
【００１７】
図１に示すように、上述のトナー濃度検出装置は、パルス状の励磁信号が印加される基準コイルＬ１を備え、第一共振周波数ｆ１の第一共振回路Ａと、基準コイルＬ１と逆極性で結合される磁気検出コイルＬ２を備え、第一共振周波数ｆ１とは異なる第二共振周波数ｆ２の第二共振回路Ｂと、第二共振回路Ｂの出力信号をパルス信号に変換する出力波形成形回路Ｃと、出力波形成形回路Ｃからの出力信号と励磁信号との位相差を検出する位相差検出回路Ｄと、位相差検出回路Ｄの出力を直流電圧に変換する直流変換回路Ｅを備えている。
【００１８】
第一共振回路ＡはコンデンサＣ１と基準コイルＬ１を備え、第一共振周波数ｆ１が４ＭＨｚに設定されており、第二共振回路ＢはコンデンサＣ２，Ｃ３，バリキャップダイオードＶＤ，磁気検出コイルＬ２を備え、第二共振周波数ｆ２が第一共振周波数ｆ１よりやや高い４．１ＭＨｚに設定されている。
【００１９】
さらに、電源電圧Ｖｄｃから抵抗Ｒ１，可変抵抗ＶＲ１及び抵抗Ｒ２による分圧回路が設けられ、可変抵抗ＶＲ１を調整することによりバリキャップダイオードＶＤの容量が調整され、基準トナー濃度の現像剤に対して、基準コイルＬ１と磁気検出コイルＬ２のバランスを調整することができるように構成されている。
【００２０】
排他的論理和回路（以下、「ＸＯＲ回路」と記す。）ＩＣ１と発振子Ｘと抵抗を備えた周波数４ＭＨｚの発振回路が設けられ、パルス状の励磁信号が基準コイルＬ１に印加されて、第一共振回路Ａが共振状態に維持される。
【００２１】
相互インダクタンスにより第二共振回路Ｂに電圧が誘起されるが、基準トナー濃度では共振周波数が異なるため共振状態には至らず僅かな電圧が出力される状態となる。この状態でトナー濃度が低下すると磁気検出コイルＬ２近傍のキャリア密度が高くなり、その影響でインダクタンスが変化して第二共振周波数が第一共振周波数に近づき、次第に出力が高くなり共振するようになる。
【００２２】
第二共振回路Ｂの出力端子がＤＣバイアス回路Ｆを介して出力波形成形回路Ｃに接続されている。出力波形成形回路Ｃは一方の入力端子が電源に接続されたＸＯＲ回路ＩＣ２で構成され、他方の入力端子にＤＣバイアス回路Ｆによりレベルシフトされた交流信号が入力され、当該ＸＯＲ回路ＩＣ２では入力閾値電圧を基準として、交流信号がハイレベルまたはローレベルの何れかに識別されて、ＸＯＲ演算により波形成形されたパルス信号が出力される。第二共振回路Ｂの出力信号とは位相が反転したパルス信号が出力されるのである。
【００２３】
出力波形成形回路Ｃの出力信号は位相差検出回路Ｄに入力されて、励磁信号との位相差が検出される。位相差検出回路ＤはＸＯＲ回路ＩＣ３で構成され、波形成形回路Ｃの出力信号と励磁信号とのＸＯＲ演算処理行なわれてその結果が位相差として出力される。
【００２４】
出力波形成形回路Ｃの出力信号と励磁信号との位相差は最大でπ／２に設定され、トナー濃度が低下するに連れて位相差がπ／２に近づくように設定されている。
【００２５】
位相差検出回路Ｄの出力が直流変換回路Ｅに入力されて、位相差が直流電圧に変換されて出力される。直流変換回路ＥはオペアンプＩＣ４と抵抗及びコンデンサを備えた積分回路で構成されている。
【００２６】
トナー濃度が設定濃度付近にあるときには、図２（ａ）に示すように、デューティ比５０％、４ＭＨｚの励磁信号（図１中、Ｐ１点の電圧Ｖ（Ｐ１））に対して、出力波形成形回路Ｃから位相差Δφのパルス信号（図１中、Ｐ２点の電圧Ｖ（Ｐ２））が出力され、位相差検出回路Ｄから位相差に対応するパルス信号（図１中、Ｐ３点の電圧Ｖ（Ｐ３））が出力される。
【００２７】
トナー濃度が低下したときには、図２（ｂ）に示すように、励磁信号（図１中、Ｐ１点の電圧Ｖ（Ｐ１））に対して、出力波形成形回路Ｃから位相差Δφが最大でπ／２のパルス信号（図１中、Ｐ２点の電圧Ｖ（Ｐ２））が出力され、位相差検出回路Ｄから位相差に対応するパルス信号（図１中、Ｐ３点の電圧Ｖ（Ｐ３））が出力される。
【００２８】
図３に示すように、位相差検出回路Ｄの出力信号を直流変換回路Ｅで直流レベルに変換することにより、現像剤のトナー濃度が求まるのである。
【００２９】
しかし、ＤＣバイアス回路Ｆが単に抵抗分圧回路で構成される場合には、レベルシフトされたアナログの交流信号を出力波形成形回路Ｃを構成するＸＯＲ回路ＩＣ２で波形成形する際に、ＸＯＲ回路ＩＣ２の入力閾値電圧が温度変動により変動すると、同じ交流信号であってもその出力が変動する。
【００３０】
図４（ｃ）に示すように、ＸＯＲ回路ＩＣ２の入力閾値がＶｔｈ０からＶｔｈ１に変化すると、図４（ｄ）に示す入力閾値がＶｔｈ０のときの出力信号Ｖ（Ｐ２）から図４（ｅ）に示す入力閾値がＶｔｈ１のときの出力信号Ｖ´（Ｐ２）に変化して、パルス幅Ｗ０がＷ１（＜Ｗ０）に狭くなる。その結果、直流変換回路Ｅの出力が低くなり、本来のトナー濃度より低く検出される不都合が生じる。尚、図中、Ｖｂ０はＤＣバイアス回路Ｆにより与えられるバイアス電圧を示している。
【００３１】
そこで、本発明によるトナー濃度検出装置は、出力波形成形回路Ｃの温度特性による検出誤差を補償する温度補償回路を備えている。
【００３２】
出力波形成形回路Ｃの入力段に設けられたＤＣバイアス回路Ｆを出力信号のＤＣバイアスレベルを調整するピンダイオードＰＩＮと抵抗Ｒで構成することにより温度補償回路を実現している。
【００３３】
ピンダイオードＰＩＮは、順バイアス時に低インピーダンス特性を示し、逆バイアス時に高インピーダンス特性を示す。従って、トナー濃度が次第に低下して第二共振回路Ｂの共振が大きくなると、その出力信号の波高値が高くなり、順バイアス状態となったピンダイオードＰＩＮのインピーダンスが低下するため、抵抗Ｒ４とで生成される分圧レベルが上昇し、高いバイアス電圧が付加されるようになる。また、その出力信号はピンダイオードＰＩＮによりクランプされる。
【００３４】
このような構成により、第二共振回路Ｂの出力電圧に高いバイアス電圧が付加されることにより、出力波形成形回路Ｃの入力閾値電圧の温度変動による影響を極めて低く抑えることができるのである。
【００３５】
図４（ｆ）は、抵抗分圧によるＤＣバイアス回路ＦでＶｂ０のＤＣバイアスが付加されるのに対して、本発明によるＤＣバイアス回路ＦでＶｂ１のＤＣバイアスが付加され、温度変動による出力波形成形回路Ｃの入力閾値電圧Ｖｔｈ１の影響が軽減される様子を示すものである。
【００３６】
次に、温度補償回路の別実施形態を説明する。図６に示すように、温度補償回路Ｇは、出力波形成形回路Ｃと温度特性が等しく、励磁信号と周波数の等しい正弦波信号をパルス信号に波形成形する入力波形整形回路Ｇ１と、入力波形成形回路Ｇ１の出力をＤＣレベルに変換する積分回路Ｇ２を備え、積分回路Ｇ２の出力によりバリキャップダイオードＶＤの容量を調整するように構成されている。
【００３７】
発振回路ＨのＰ０１点の信号波形は図４（ａ）に示すような正弦波である。入力波形整形回路Ｇ１は、出力波形成形回路Ｃと温度特性が等しいＸＯＲ回路ＩＣ５で構成されている。ＸＯＲ回路ＩＣ５の一方の端子は電源側に接続され、他方の端子に抵抗Ｒ６，Ｒ７による分圧回路による分圧が付加された正弦波が入力される。従って、ＸＯＲ回路ＩＣ５から正弦波の位相が反転したパルス信号が出力される。
【００３８】
抵抗Ｒ６，Ｒ７の値は等しく、入力波形整形回路Ｇ１は電源電圧の１／２の電圧がバイアス電圧として付加されるように構成されている。尚、ＤＣバイアス回路Ｆを構成する抵抗Ｒ３，Ｒ４による分圧回路と同じバイアス電圧の値に設定される。
【００３９】
ＸＯＲ回路ＩＣ５の入力閾値電圧が温度により変動すると、そのパルス幅がデューティ比５０％から変動した出力信号が積分回路Ｇ２により積分される。従って、積分回路Ｇ２の出力電圧により入力閾値電圧の変動をモニタすることができる。
【００４０】
積分回路Ｇ２の出力が第二共振回路Ｂのバリキャップダイオードに接続されており、ＸＯＲ回路ＩＣ５の入力閾値電圧の変動により第二共振回路Ｂの共振周波数が補正されるように構成されている。
【００４１】
つまり、ＸＯＲ回路ＩＣ５の入力閾値電圧が変動すると、出力波形成形回路Ｃの入力閾値電圧もほぼ同じだけ変動すると想定し、その場合に第二共振回路Ｂの共振周波数を調整するのである。例えば、入力閾値電圧が上昇する場合には、第二共振回路Ｂの共振周波数を下げて、より共振するように構成することにより、第二共振回路Ｂからの出力信号の周波数を下げるとともに波高値を上昇させて、入力閾値電圧の上昇による影響を低下させ、入力閾値電圧が下降する場合には、第二共振回路Ｂの共振周波数を上げて、共振の程度を下げるように構成することにより、第二共振回路Ｂからの出力信号の周波数を上げるとともに波高値を下降させて、入力閾値電圧の下降による影響を低下させるのである。
【００４２】
尚、本発明を採用するに当り、共振周波数は上述した値に限るものではなく、適宜設定されるものである。また、本発明による作用効果を奏する範囲で各回路ブロックの具体的構成は適宜変更設計できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明によるトナー濃度検出装置の回路図
【図２】トナー濃度検出装置の動作を示す波形説明図
【図３】本発明によるトナー濃度検出装置のトナー濃度検出特性図
【図４】本発明によるトナー濃度検出装置の動作を示す波形説明図
【図５】本発明によるトナー濃度検出装置の構成図
【図６】別実施形態を示すトナー濃度検出装置の回路図
【符号の説明】
【００４４】
１：トナー濃度検出装置
２：ボビン
３：信号処理部
４：現像槽
Ｌ１：基準コイル
Ｌ２：磁気検出コイル
Ａ：第一共振回路
Ｂ：第二共振回路
Ｃ：出力波形成形回路
Ｄ：位相差検出回路
Ｅ：直流変換回路
Ｆ：ＤＣバイアス回路
Ｇ：温度補償回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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