(57)【要約】【課題】  組立工数を低減ですることが可能でしかもケース内に差動トランスをきちんと収めることが可能なトナーセンサを提供する。【解決手段】  熱可塑性樹脂からなるコイルボビン３１とそこに巻回されたコイルを含む差動トランス３と、差動トランス３を収容する検出ヘッド部２３と差動トランス３から出力された信号に基づいて制御信号を出力する信号処理回路を有する回路基板４を収容するベース部２１を含む硬質の熱可塑性樹脂からなるケース２とを備え、ベース部２１は、コイルボビン３１を貫通しそこに一体的に結合されるボス部２４ａ、２４ｂを有すると共に、ボス部２４ａ、２４ｂは、実質的にケース２内に収まるように溶着される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂からなるボビンとそこに巻回されたコイルを含む差動トランスと、前記差動トランスを収容する検出ヘッド部と前記差動トランスから出力された信号に基づいて制御信号を出力する信号処理回路を有する回路基板を収容するベース部を含む硬質の熱可塑性樹脂からなるケースとを備え、前記ベース部は、前記ボビンを貫通しそこに一体的に結合されるボス部を有すると共に、前記ボス部は、実質的に前記ケース内に収まるように溶着されていることを特徴とするトナーセンサ。
【請求項２】
前記ボス部は、直径が０．４〜０．８ｍｍの範囲にあり、かつ、溶着前において側面からみて前記ケースから突出し得る高さを有することを特徴とする請求項１記載のトナーセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子写真装置に搭載され、磁性現像剤の見掛け透磁率の変化を検出するトナーセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真を利用した画像形成プロセスにおいては、感光体上に形成された静電荷像を現像するために、磁性現像剤、例えば鉄粉やソフトフェライト粉末等の磁性体粒子からなるキャリアと、結着樹脂と着色剤を含む非磁性トナーからなる二成分現像剤あるいは一成分系の磁性トナーが使用されている。二成分現像剤は、印字（複写）枚数の増加により、トナーが消費されて、磁性キャリアに対するトナーの重量比率(以下トナー濃度という)が低下すると、画像濃度が低下し、一方トナー濃度が高すぎると、地カブリが増大して、鮮明な画像が得られなくなる。そこで通常の電子写真装置においては、例えば現像装置の内部に設けたセンサにより、現像剤中のトナー濃度を検出し、そのトナー濃度に応じた直流電圧をトナー補給手段の駆動回路に入力して、トナー補給手段を駆動することが行われている。
【０００３】
トナーセンサとしては、信頼性の点からトナー濃度の変化により現像剤の見かけ透磁率が変化することを検出する方式が一般的である。特に、プラスチック等の電気絶縁材料からなるボビンに３つのコイルが巻回された差動トランスを備え、その駆動コイルを交流駆動源で駆動し、かつ駆動コイルに結合された検知コイル及び基準コイルの差動出力によりトナー濃度を検出する差動トランス型のトナーセンサは、検出能力が高くまた、温度特性が良好で環境変化に対し安定した検出が可能なため、多用されている。また一成分系の磁性トナーで静電荷像を現像する場合には、トナーの残量により見掛け透磁率が変化するので、差動トランス型のトナーセンサは、一成分系の磁性トナーの残量を検出するためにも使用することができる。
【０００４】
差動トランス型のトナーセンサを組み立てる場合、差動トランスを構成するコイルボビンの上部をケースに接着することが一般的に行われている（特許文献１参照）。すなわちトナーセンサは、ケースの内部に差動トランスを固定し、次いで回路基板を装着後、結線することにより組立てられるが、差動トランスとケースとの固定は、最も簡便な手段である接着により行われている。例えば、瞬間接着剤（例えばシアノアクリレート系接着剤）あるいは２液混合型接着剤（例えばエポキシ系接着剤）を接着面に塗布し、コイルボビンとケースを圧接後、未硬化のモノマーを除去するために８０℃以下の温度で加熱することが行われている。
【０００５】
接着剤により差動トランスをケースに固定する方法では、その組立てに手間がかかるので、組立工数の低減が検討されている。例えば、特許文献２には、コイルボビンを構成する鍔の肩部にテーパ面を有するテーパ部を設けると共に、ケースにこのテーパ部と係合可能なフック部を設け、ヘッド部の凹部内にコイルボビンを収容した状態で、コイルボビンのテーパ部をフック部と係合させ、そのフック部でコイルボビンをヘッド部の凹部内に押し付けることが記載されている。しかしこの固定方法によれば、ケースの弾性変形を利用しているので、現像装置に外部から衝撃が加わった場合には、コイルボビンの位置ずれが生じて、正確な検出が行えなくなることが充分予測される。
【０００６】
また、接着剤を使用せずに樹脂部材同士を接合する手法としては、合成樹脂板に溶着用の軸を突設し、この軸を被固着部材である接片に穿設してある穴からより突出させ、この軸に対向せる凹部とその中心部に突設した突起を先端部に具備する溶着用半田こてを軸に押し付けることにより、接片を合成樹脂板に固着することが提案されている（特許文献３参照）。また、熱可塑性プラスチックの被溶着部（鉄リベット状ボス部）を相手部材から突出させ、この被溶着部に発熱体を当接させることにより加熱溶融させ、次いで発熱体の内部に設けたノズルからエアーを噴射させかつ発熱体に設けた通路からそのエアーを外部に逃がすことが提案されている（特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】実開平６−８７８６０号公報（第６頁、図１）
【特許文献２】特開２０００−３５４１７号公報（第５〜６頁、図１〜図３）
【特許文献３】実開昭５５−１５０６６号公報（第５〜６頁、図１）
【特許文献４】特公平４−１９０１６号公報（第４頁、図４、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した加熱溶着によれば、接着剤を用いずに差動トランス（ボビン）をケースに固着することは可能である。しかして、トナーセンサは、平面からみて例えば幅１０ｍｍ、長さ６０〜７０ｍｍといった長方形状のもので、かつ差動トランスを収容する検出ヘッド部の外径も７〜８ｍｍ程度の寸法となり、ボス部も例えば直径１ｍｍ以下の細長いピン状部材になるので、特許文献３に記載の半田こてでは、突起を軸の中心部に押し付けることは極めて困難である。また特許文献３及び特許文献４に記載されているように加熱溶融されたボス部が相手部材から大きく突出していると、トナーセンサの場合には、そのケースをカバーで密閉することができなくなるという問題がある。
【０００９】
従って本発明の目的は、接着剤が不要であり、組立工数を低減することが可能でしかもケース内に差動トランスをきちんと収容することが可能なトナーセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のトナーセンサは、熱可塑性樹脂からなるコイルボビンとそこに巻回されたコイルを含む差動トランスと、それを収容する検出ヘッド部と前記差動トランスから出力された信号に基づいて制御信号を出力する信号処理回路を有する回路基板を収容するベース部を含む硬質の熱可塑性樹脂からなるケースとを備え、前記ベース部は、前記ボビンを貫通しそこに一体的に結合されるボス部を有すると共に、前記ボス部は、実質的に前記ケース内に収まるように溶着されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のトナーセンサにおいては、前記ボス部は、溶着前の直径が０．４〜０．６ｍｍの範囲にありかつ側面からみて前記ケースから突出し得る高さを有するピン状部材であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ケースに差動トランスをセットし次いでボス部の先端を加熱しながら圧潰するだけの作業で差動トランスをケースに組み付ける（一体化）することができるので、接着剤が不要であり、トナーセンサの組立工数を低減することができる。しかも差動トランスが実質的にケース内に収まるようにボス部が溶着されるので、ケースにカバーをきちんと装着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の詳細を添付図面により説明する。
図１は本発明の実施の形態に係わるトナーセンサの平面図、図２はケースの平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４はコイルボビンの平面図、図５は図４をＢ方向からみた矢視図である
【００１４】
図1に示すように、トナーセンサ１は、略直方体状のケース２と、その内部に収容された、現像剤中のトナー濃度を検出する差動トランス３と、その検出信号を処理して外部に出力する信号処理回路を保持する基板４と、入力端子及び出力端子を含む複数の端子５１を有するコネクタ５とを備えている。
【００１５】
このトナーセンサ１の各部の詳細を図２〜５により説明する。図２及び図３に示すように、ケース２は、例えば長さＬが６５ｍｍ、幅Ｗが１０ｍｍである（図１参照）平板状のベース部２１と、その一方の表面２０ａから立設するコ字形のフレーム部２２と、他方の表面２０ｂから突出する検出ヘッド部２３と、検出ヘッド部２３の周囲に設けられかつベース部２１の表面２０ａから突出する複数（図１では２個）のボス部２４ａ、２４ｂと、ベース部２１の長手方向の一端側と他端側に設けられた取付穴２５ａ、２５ｂを有する。フレーム部２２の各長辺には、ケース２をカバー（不図示）で密閉する場合に、カバーに設けられた爪を案内するためのガイド面（テーパ面）２２０ａ〜２２０ｆが形成されている。
【００１６】
上記ケース２は差動トランス３を検出ヘッド部２３に挿入する場合に、ボス部２４ａ、２４ｂが変形する（倒れる）又は折損するのを防止するために、硬質の熱可塑性樹脂を使用し、例えば射出成形の手法により作製される。硬質の熱可塑性樹脂は、引張弾性率が１０３〜１０４ＭＰａの範囲にあり、例えば、引張弾性率が１．８６×１０３〜２．７６×１０３ＭＰａの範囲にあるＡＢＳ樹脂（アクリルニトリル／ブタジェン／スチレン樹脂）を使用することができる。
【００１７】
図４及び図５に示すように、差動トランス３は、全体が絶縁性（１０１５Ω・ｃｍ以上の体積固有抵抗）を有する熱可塑性樹脂（例えばＰＰＳ等のエンジニアリングプラスチック）からなる円筒状のコイルボビン３１とそこに巻回されたコイル（図示を省略）を有する。コイルボビン３１は、中空円板状のフランジ部３２ａ、３２ｂ、３２ｃと矩形状のフランジ部３２ｄとで３つの空間に仕切られている。各空間に回巻されたコイルは、発振回路（不図示）に接続された駆動コイルＬ１と、駆動コイルＬ１に結合されトナー濃度に応じて出力電圧が変化する検知コイルＬ２と駆動コイルＬ１に結合されトナー濃度に応じて出力電圧が変化しない基準コイルＬ２を含み、検知コイルＬ２と基準コイルＬ３は出力電圧が相互に打消し合う方向に巻回されている（図７参照）。各コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の巻き始めと巻き終わりは、２つの案内溝３３ａ、３３ｂから引出されて５つのガイド３５を通って各ガイドに設けられた端子３６に結線されている。フランジ部３２ｄには、長孔状の切込み３４ａ、３４ｂが形成され、その幅ｂ（図４参照）はボス部２４ａ、２４ｂの直径ｄ（図３参照）よりも大なる寸法を有する。コイルボビン３１には、差動出力を調整するために、ソフトフェライトなどの高透磁率材料からなるネジコア３７（図１参照）がねじ込まれている。
【００１８】
上記ボス部２４ａ、２４ｂは、細長いピン状部材であり、補強のためにネック部に厚肉部２４０ａ、２４０ｂが形成されている（図２及び図３参照）。このボス部２４ａ、２４ｂはその直径ｄと高さｈを、例えば次のような寸法に設定することが好ましい。以下の説明では、ボス部２４ａ、２４ｂの直径をｄ、その高さをｈ、コイルボビン３１の厚さをｔ０（図５参照）、溶着前におけるボス部２４ａ、２４ｂがフレーム部２２の表面から突出する高さをｈ１、検出ヘッド２３の底面からフレーム２２の表面までの高さをｈ０とする。ボス部の直径ｄは、０．４ｍｍ未満であると、コイルボビン３１を検出ヘッド部２３内に挿入する場合に変形又は折損し易くなり、０．８ｍｍを越えると、その先端を加熱してフランジ部４１ｄに溶着する際に、フレーム２２の端面から大きくはみ出し、ケース２にカバーを装着できなくなるので、０．４〜０．８ｍｍの範囲がよい。また、検出ヘッド２３の高さｈ０はコイルボビン３１の厚さｔ０(図５参照)よりもやや大きくすることが好ましく、具体的には両者間の段差が、例えば０．０５〜０．２ｍｍの範囲になるように設定すればよい。
【００１９】
さらに、溶着される前のボス部２４ａ、２４ｂの高さｈ１は、２ｄ＜ｈ１＜４ｄとなるように設定することが好ましい。これは、ｈ１が４ｄ以上になると、溶着後のボス部２４ａ、２４ｂがフレーム部２２の端面からはみ出し易くなり、不都合である。また、ｈ１が２ｄ以下では、溶着後のボス部２４ａ、２４ｂとコイルボビン３１のフランジ部３２ｄとの接触面積が小さくなるので、固定強度が不足し、これも不都合である。
【００２０】
上記のトナーセンサは、各部品を準備した後、例えば次の手順で組立てることができる。ベース部２１から立設するフレーム部２２内に回路基板４を装着すると共に、検出ヘッド２３内に差動トランス３を挿入する。ここでボス部２４ａ、２４ｂは各々、コイルボビン３１のフランジ部３２ｄに設けられた切込み３４ａ、３４ｂを通過させる。次いでボス部２４ａ、２４ｂの先端に加熱ヘッド（不図示）を被せ、図３の矢印Ｚ方向から加熱ヘッド（不図示）を押し下げる。これにより、ボス部２４ａ、２４ｂの先端が溶融し、冷却後、切込み３４ａ、３４ｂの幅ｂよりも大径の溶着部２４１ａ、２４１ｂ（図４に破線で示す）が形成されるので、差動トランス３がケース１に固定される。この溶着部２４１ａ、２４１ｂは、ボス部２４ａ、２４ｂが上述した特定の寸法関係を有するように形成されているので、フレーム部２２の端面から殆ど浮き上がらずに、ケース２内に収容される。次いで、差動トランス３の端子３６を回路基板４の一端側に接続してから、回路基板４の他端側にコネクタ５の端子５１を接続する。そしてネジコア３７を検出面に対して近接又はそこから離間することにより所定の差動出力に調整し、その位置でコイルボビン３１に固定した後、最後にフレーム部２２に平板上のカバー（不図示）を被せてケース２を密閉する。この場合、溶着部２４１ａ、２４１ｂの上面は、フレーム２２の端面と同一の高さであることが最も好ましいが、カバーを樹脂で形成すれば、ケース２にカバーを被せる場合にカバーが弾性変形して撓むので、溶着部２４１ａ、２４１ｂがフレーム２２の端面からややはみ出していても、センサの組立を行うことは可能である。
【００２１】
上記のようにして組立てられたトナーセンサ１は、ケース２を現像装置の筐体（不図示）の所定位置にセットし、次いでベース部２１の取付穴２５ａ、２５ｂに例えばネジ（不図示）を挿入し、筐体にねじ込むことにより、現像装置に装着される。
【００２２】
図６は本発明のトナーセンサの回路構成を示す回路図、図７は位相比較回路の演算動作を示すタイミング図である。このセンサ回路は、コンデンサＣ１、Ｃ２とディジタルＩＣ（ＩＣ１）を含む発振回路４１と、発振回路４１により駆動され、トナー濃度に応じた出力電圧が出力される検出回路４２と、コンデンサＣ３とディジタルＩＣ（ＩＣ２）とそれに負帰還をかける抵抗Ｒ３からなる増幅回路４３と、増幅された出力電圧（信号Ｓ２）と発振回路１１の高周波電圧（信号Ｓ１）の位相差に基づく電圧（信号Ｓ３）を出力するディジタルＩＣ（ＩＣ３）を有する位相比較回路４４と、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ６からなる積分回路４５とを備えている。
【００２３】
上記のトナーセンサ１によれば、次のようにしてトナー濃度の検出が行われる。差動トランス１の検知コイルＬ２の近傍に磁性キヤリアと非磁性トナーからなる２成分系の現像剤１０が存在している場合、発振回路８１から出力された高周波電圧が駆動コイルＬ１に印加されると、基準コイルＬ３のインダクタンスは変化しないが、検知コイルＬ２のインダクタンスはトナー濃度の変化に基づく現像剤の見かけ透磁率の変化に応じて変化し、差動出力電圧の振幅と位相が変化する。この出力電圧（信号Ｓ１）が、位相比較回路８４に入力されると、基準電圧の位相（信号Ｓ２）と比較されて、位相差に応じた電圧（信号Ｓ３）が出力される。この位相比較回路４４では、論理ゲートとしてＥＸ−ＯＲ（排他的論理和）演算が行われて、図７に示すように基準となる発振出力（信号Ｓ１）と差動出力（信号Ｓ２）の位相が同相の場合には０Ｖ、位相が丁度１８０°異なる場合には、５Ｖの直流となり、その中間の場合には位相差が大きいほど５Ｖの比率が高くなる。このようにして作成されたパルス状の出力信号（信号Ｓ３）は積分回路５で平滑化されて、センサから所定の値（例えば３．３Ｖ）を示す直流電圧（信号Ｓ４）が得られる。
【００２４】
本実施の形態では、ボス部は複数個であるが、所定の固定強度が得られれば、１個でもよい。またケースを形成する熱可塑性樹脂としては、ＡＢＳ樹脂を使用したが、熱溶着が可能な硬質の熱可塑性樹脂であれば、これ以外の樹脂でもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係わるトナーセンサの平面図である。
【図２】図２はケースの平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】コイルボビンの平面図である。
【図５】図４をＢ方向からみた矢視図である。
【図６】本発明の実施の形態に係わるトナーセンサの回路図である。
【図７】ＥＸ−ＯＲ回路の演算動作を示すタイミング図である。
【符号の説明】
【００２６】
１：トナーセンサ、２：ケース、２１：ベース部、２２：フレーム部、２３：検出ヘッド、２４ａ、２４ｂ：ボス部、２５ａ、２５ｂ：取付穴、３：差動トランス、３１：コイルボビン、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ：フランジ部、３３ａ、３３ｂ：案内溝、３４ａ、３４ｂ：切込、３５：ガイド、３６：端子、３７：ネジコア、
４：回路基板、４１：発振回路、４２：検出回路、４３：増幅回路、４４：位相比較回路、４５：積分回路、
５：コネクタ、５１：端子
Ｌ１：駆動コイル、Ｌ２：基準コイル、Ｌ３：検知コイル、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ６：コンデンサ、ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３：ディジタルＩＣ、Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５：抵抗
【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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【図７】
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