(57)【要約】【課題】密度分布にムラを持った磁性体が流動している場合においても、磁性体濃度を正確に検出することができる磁性体検出装置を提供する。【解決手段】磁性体環境に応じた磁性体の検出信号を出力する出力コイル１０６と出力コイル１０６に差動結線され、所定の電気特性を有する入力信号（交流信号）により駆動される駆動コイル１０４、１０５とを有するトランスを備える。また、交流信号と検出信号との位相差を示す位相差データを検出する位相差検出器１０３と、磁性体環境に設けられ、停止状態及び稼動状態に切り替えられ、稼動状態において磁性体環境の磁性体Ｍを流動させる稼動器１１０とを備える、また、稼動器１１０の稼動状態を切り替えるとともに稼動状態において、位相差検出器１０３により検出された位相差データに基づき、磁性体環境における磁性体Ｍの濃度を検出する調整制御ユニット１０７を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体環境に応じた磁性体の検出信号を出力する出力コイルと前記出力コイルに差動結線され、所定の電気特性を有する交流信号により駆動される駆動コイルとを有するトランスと、
前記所定の電気特性を有する交流信号を発生させる交流信号発生手段と、
前記交流信号発生手段により発生される前記所定の電気特性を有する交流信号と前記駆動コイルが駆動されることにより前記出力コイルより出力される前記検出信号との位相差を検出する位相差検出手段と、
前記磁性体環境に設けられ、停止状態及び稼動状態に切り替えられ、前記稼動状態において前記磁性体環境の前記磁性体を流動させる稼動手段と、
前記稼動手段の前記稼動状態において、前記位相差検出手段により検出された前記位相差データに基づき、前記磁性体環境における前記磁性体の濃度を検出する制御手段と、
を備えることを特徴とする磁性体検出装置。
【請求項２】
前記稼動手段は、前記磁性体環境において回転するものであって、
前記制御手段は、前記稼動手段が１回転する期間を、前記位相差データをサンプリングする最小単位のサンプリング期間として、前記最小単位のサンプリング期間において複数の前記位相差データをサンプリングするとともに、サンプリングした複数の前記位相差データを基に前記磁性体環境における前記磁性体の濃度を検出することを特徴とする請求項１記載の磁性体検出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記稼動手段が整数回回転する期間を所定のサンプリング期間として、前記所定のサンプリング期間において取得する複数の前記位相差データより、前記磁性体環境における前記磁性体の濃度を検出することを特徴とする請求項２記載の磁性体検出装置。
【請求項４】
前記磁性体は現像剤であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の磁性体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体濃度を検出する磁性体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置が備える現像装置には、トナー粒子とキャリア粒子を主成分とした二成分現像剤が広く用いられている。特に、フルカラーやマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置には、画像の色味などの観点から、現像装置として二成分現像装置を使用することが多い。
【０００３】
周知のように、この二成分現像剤のトナー濃度、即ち、キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合は、画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素になっている。
【０００４】
現像剤のトナー粒子は現像時に消費され、トナー濃度が変化する。このため、現像剤濃度制御装置を使用して適時現像剤のトナー濃度を正確に検出し、その変化に応じてトナー補給を行い、トナー濃度を常に一定に制御し、画像の品位を保持する必要がある。
【０００５】
トナー濃度の検出手段としては、トナー汚れに対する問題がなく、安定した濃度検出が可能な検出な磁性体検出装置が多く用いられている。
【０００６】
この磁性体検出装置は、現像剤の磁性キャリア（磁性のキャリア粒子）と非磁性トナーの混合比率による見かけの透磁率を検出する装置であり、その検出結果を基に、現像装置内のトナー濃度を求めることができる。
【０００７】
例えば、現像剤の見かけの透磁率が大きいと検出された場合、一定体積内で現像剤中のキャリア粒子が占める割合が多くなった状態、即ち、トナー濃度が低くなった状態であると認識することができる。その場合、画像形成装置はトナー補給を開始する。
【０００８】
逆に、見かけの透磁率が小さくなった場合、一定体積内で現像剤中のキャリア粒子が占める割合が少なくなった状態、即ちトナー濃度が高くなった状態であると認識することができる。その場合、画像形成装置はトナー補給を停止する。
【０００９】
上記の磁性体検出装置として、差動トランスを用いた装置が知られており、図６に示すような、磁性体検出装置を小型化する提案がされている（例えば、特許文献１）。
【００１０】
図６は、従来例に係る磁性体検出装置の概略構成図である。
【００１１】
図６において、差動トランス１００は、駆動コイル１０４と１０５が差動結線され、出力コイル１０６を有する。
【００１２】
交流信号発生器１０１は、所定の電気特性を有する入力信号（交流信号）Ｅｉｎを、駆動コイル１０４と１０５に対して入力することにより、駆動コイル１０４、１０５を駆動する。また、交流信号発生器１０１は、抵抗Ｒ１を介して出力コイル１０６と接続することにより、出力コイル１０６にて出力される出力信号Ｅｏｕｔを安定化させる。
【００１３】
増幅器１０２は、出力コイル１０６から出力される出力信号Ｅｏｕｔを増幅する。ここで出力信号Ｅｏｕｔは、入力信号Ｅｉｎに対して磁性体の濃度に応じた位相差を有している。
【００１４】
即ち、位相差検出器１０３において、駆動コイル１０４、１０５に入力する入力信号Ｅｉｎと、出力コイル１０６より増幅器１０２を介して出力される出力信号Ｅｏｕｔの位相差を検出することで、調整制御ユニット１０７で磁性体の濃度を求めることができる。
【特許文献１】特開平１１−１９０９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、図６に示す上記従来の磁性体検出装置において、磁性体の濃度に応じて出力される位相差の信号は、磁性体の濃度が一定の場合であっても、磁性体の流動状態に対して、変動し易いという課題がある。
【００１６】
即ち、濃度が一定であっても密度分布にムラを持った磁性体が流動している場合、磁性体検出装置が検出する位相差の信号は、サンプリングするタイミングに応じて変化が生ずる。
【００１７】
このような場合には、磁性体の濃度は一定であるにもかかわらず、磁性体濃度が変化したと誤認識してしまうことになる。
【００１８】
本発明の目的は、密度分布にムラを持った磁性体が流動している場合においても、磁性体濃度を正確に検出することができる磁性体検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の磁性体検出装置は、磁性体環境に応じた磁性体の検出信号を出力する出力コイルと前記出力コイルに差動結線され、所定の電気特性を有する交流信号により駆動される駆動コイルとを有するトランスと、前記所定の電気特性を有する交流信号を発生させる交流信号発生手段と、前記交流信号発生手段により発生される前記所定の電気特性を有する交流信号と前記駆動コイルが駆動されることにより前記出力コイルより出力される前記検出信号との位相差を示す位相差データを検出する位相差検出手段と、前記磁性体環境に設けられ、停止状態及び稼動状態に切り替えられ、前記稼動状態において前記磁性体環境の前記磁性体を流動させる稼動手段と、前記稼動手段の前記稼動状態において、前記位相差検出手段により検出された前記位相差データに基づき、前記磁性体環境における前記磁性体の濃度を検出する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の磁性体検出装置によれば、密度分布にムラを持った磁性体が流動している場合においても、磁性体濃度を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る磁性体検出装置の概略構成図である。
【００２３】
図１において、差動トランス１００は、差動結線された駆動コイル１０４と１０５及び駆動コイル１０４と１０５に差動結線された出力コイル１０６を有する。
【００２４】
交流信号発生器１０１は、所定の電気特性を有する入力信号（交流信号）Ｅｉｎを、駆動コイル１０４と１０５に対して入力することにより、駆動コイル１０４、１０５を駆動する。また、交流信号発生器１０１は、抵抗Ｒ１を介して出力コイル１０６と接続することにより、出力コイル１０６にて出力される出力信号（磁性体環境に応じた検出信号）Ｅｏｕｔを安定化させる。
【００２５】
増幅器１０２は、出力コイル１０６から出力される出力信号を増幅する。位相差検出器１０３は、駆動コイル１０４、１０５に入力する入力信号Ｅｉｎと、出力コイル１０６より増幅器１０２を介して出力される出力信号Ｅｏｕｔが入力され、両信号の位相差を検出する。
【００２６】
ここで、検出すべき磁性体は、磁性体検出装置の駆動コイル１０５側に対向される。磁性体の濃度に応じて、駆動コイル１０４及び出力コイル１０６の磁性体結合力と、駆動コイル１０５及び出力コイル１０６の磁性体結合力との大小関係が変化し、その変化が出力コイル１０６からの出力信号Ｅｏｕｔの位相の変化となって表れる。
【００２７】
即ち、駆動コイル１０４、１０５に入力する入力信号Ｅｉｎと、出力コイル１０６より増幅器１０２を介して出力される出力信号Ｅｏｕｔの位相差から、磁性体の濃度を検出することができる。
【００２８】
調整制御ユニット１０７（制御手段）は、交流信号発生器１０１により発生される入力信号Ｅｉｎ及び、位相差検出器１０３により検出される位相差から、磁性体の濃度を検出している。また、調整制御ユニット１０７は、磁性体Ｍを流動させる稼動器１１０を制御する。
【００２９】
稼動器１１０は、調整制御ユニット１０７によって回転状態及び、停止状態に切り替えられるものであり、回転状態において磁性体Ｍを流動させ、磁性体Ｍを所定の方向へ搬送する役割を有するものである。
【００３０】
ここで磁性体Ｍは、稼動器１１０によって流動されるため、磁性体Ｍの密度分布に粗密が生じる。従って、磁性体Ｍが流動している状態において、たとえ、磁性体Ｍの濃度分布がほぼ均一であっても、濃度検出をするタイミングによって、磁性体濃度の検出値にばらつきが生じる。
【００３１】
ここで、濃度検出をするタイミングとは、駆動コイル１０４、１０５に入力する入力信号Ｅｉｎと、出力コイル１０６より増幅器１０２を介して出力される出力信号Ｅｏｕｔの位相差データ（位相差情報）を収集（サンプリング）するタイミングである。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、磁性体Ｍの濃度を正確に求めるために、稼動器１１０が約１回転する期間を、位相差情報をサンプリングする最小単位の期間として、そのサンプリング期間に複数の位相差データをサンプリングし、該複数の位相差データより磁性体Ｍの濃度を検出するようにしている。
【００３３】
具体的な検出方法については図３を用いて後述する。
【００３４】
図２に、図１の磁性体検出装置の電気回路図の具体例を示す図である。
【００３５】
図２の例は、本発明を限定するものではない。また、図１と符号が重複する部分においては、説明を割愛する。
【００３６】
図２において、磁性体検出装置は、外部構成手段との接続コネクタＪ１〜Ｊ４を備える。
【００３７】
接続コネクタＪ１には、図１における交流信号発生器１０１からの入力信号Ｅｉｎが入力される。
【００３８】
接続コネクタＪ２には、電源電圧Ｖｉｎが入力され、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３により形成されるフィルタ回路を介して、図１における増幅器１０２に相当するインバータＩＣ１の電源電圧として使用される。Ｒ２はインバータＩＣ１の増幅帰還抵抗である。
【００３９】
接続コネクタＪ３からは、出力コイル１０６とコンデンサＣ１により構成される同調回路で同調され、結合コンデンサＣ２とインバータＩＣ１、帰還抵抗Ｒ２により増幅された出力信号Ｅｏｕｔが出力される。接続コネクタＪ４にはＧＮＤが接続される。
【００４０】
次に、図３を用いて、磁性体Ｍの濃度検出方式について詳述する。
【００４１】
図３は、図１における稼動器が回転している状態において、濃度がほぼ均一な磁性体の位相差データを検出した場合の変化の様子を示したものであり、位相差検出器の位相差データの検出タイミングを示すタイミングチャートである。
【００４２】
横軸に経過時間［ｍｓ］、縦軸に位相差データ［ａ．ｕ．：任意単位］としている。図３の１段目は、位相差検出器１０３が動作する基本クロックＣｋ、２段目は、駆動コイル１０４、１０５に入力し、駆動コイル１０４、１０５を駆動する信号Ｅｉｎを示す。
【００４３】
また、３段目は、出力コイル１０６より増幅器１０２を介して出力される出力信号Ｅｏｕｔを示す。出力信号Ｅｏｕｔは、前述したように、入力信号Ｅｉｎに対して磁性体の濃度に応じた位相差を有している。
【００４４】
４段目に示すように、入力信号Ｅｉｎの立ち上がりエッジが入力されたときに、位相差検出器１０３は、基本クロックＣｋに基づいてカウントアップを開始する。そして、出力信号Ｅｏｕｔの立ち上がりエッジが入力されたときに、カウントアップを停止し、５段目に示すように、該カウント値を位相差検出器１０３の内部に有する記憶回路に位相差データとして一時保存する。
【００４５】
図３の５段目は、稼動器１１０の停止・稼動状態を示している。また６段目には、稼動器１１０の回転回数を示している。
【００４６】
ここで、前述したように、稼動器１１０が稼動している状態においては、磁性体Ｍの濃度がほぼ均一であっても、位相差データが、位相差データをサンプリングするタイミングによって変化する。
【００４７】
例えば、稼動器１１０がスクリュー状に構成されている場合、スクリューの回転周期に応じて、磁性体の密度が粗または密な状態に変化し、その磁性体密度状態に応じて位相差データが変化する。
【００４８】
従って、図３の６段目に示した、稼動器１１０が約１回転する期間（図３において、例えば回転回数が１である期間）を、位相差データをサンプリングする最小単位の期間として、このサンプリングの期間に複数の位相差データを収集する。
【００４９】
本実施の形態では、稼動器１１０が約１回転する期間に、位相差データを３つ収集する。そして、収集した複数の位相差データに対して平均値を演算し、その平均値より磁性体Ｍの濃度を検出している。
【００５０】
尚、複数の位相差データより磁性体Ｍの濃度を検出する手法については、上記のように平均値を演算することに限定されず、例えば、複数のデータの積算値より磁性体の濃度を求めるようにしてもよい。
【００５１】
また、上記において、位相差データをサンプリングする最小単位の期間を、稼動器１１０が約１回転する期間よりも少ない期間とすると、稼動器１１０の回転によって周期的に変動する磁性体の密度変化をキャンセルできないため好ましくない。
【００５２】
さらに、稼動器１１０の回転によって周期的に変動する磁性体の密度変化をキャンセルするために、位相差データをサンプリングする期間は、稼動器１１０が約整数回回転する期間とするのが好ましい。
【００５３】
尚、磁性体濃度を求めるためのサンプリング期間は、磁性体Ｍの濃度が実際に変化する速さや、稼動器１１０の回転速度に合わせて設定するのが好ましい。例えば、サンプリング期間を極端に長く設定すると、実際に磁性体の濃度が変動した場合の検出応答が遅れてしまうので好ましくない。
【００５４】
図４は、図１の位相差検出器で検出される、磁性体濃度に対する位相差データの特性図である。
【００５５】
図４において、縦軸に位相差検出器１０３にて検出される位相差データ［ｓ］、横軸に磁性体濃度［ａ．ｕ．：任意単位］を示す。
【００５６】
図４のように、位相差データが小さい場合には磁性体の濃度が低く、逆に位相差データが大きい場合には磁性体の濃度が高くなる。
【００５７】
このような磁性体濃度に対する位相差データの関係を、予め位相差検出器１０３に用意しておくことによって、位相差データより磁性体濃度を求めることが可能となる。例えば、図４において、上述のようにして収集した位相差データがＴ［ｓ］であった場合には、磁性体濃度はＤ［ａ．ｕ．］と求めることができる。
【００５８】
続いて、磁性体濃度の検出について、図５に示す制御フローチャートに基づいて説明する。
【００５９】
図５は、図１の磁性体検出装置によって実行される磁性体検出処理の手順を示すフローチャートである。
【００６０】
まず、調整制御ユニット１０７は、稼動器１１０を稼動させる（ステップＳ５０１）。
【００６１】
その後、調整制御ユニット１０７は、位相差検出器１０３にて検出される入力信号Ｅｉｎと出力信号Ｅｏｕｔの位相差データを取得する（ステップＳ５０２）。
【００６２】
上記の位相差データの取得を、所定のサンプリング期間に達するまで実施する（ステップＳ５０３）。
【００６３】
ここで、所定のサンプリング期間とは、稼動器１１０が約１回転する期間を最小のサンプリング期間とし、稼動器１１０が約整数回回転する期間に設定するとよい。
【００６４】
取得した位相差データより、調整制御ユニット１０７に予め備えておいた、磁性体濃度に対する位相差データの関係を用いて、磁性体濃度を検出する（ステップＳ５０４）。
【００６５】
そして調整制御ユニット１０７は、稼動器１１０を停止させて（ステップＳ５０５）、磁性体濃度の検出処理が終了する。
【００６６】
尚、調整制御ユニット１０７は、図４に示した位相差データと磁性体濃度の関係を基にして、磁性体（現像剤）の濃度が一定に保つように制御する。
【００６７】
具体的には、磁性体濃度が高い場合は、磁性体環境に対して、非磁性体（非磁性トナー）を供給して磁性体濃度を一定に保つようにする。また、非磁性体濃度が高い場合には、磁性体環境に対して、非磁性体の供給を停止する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁性体検出装置の概略構成図である。
【図２】図１の磁性体検出装置の電気回路図の具体例を示す図である。
【図３】図１における位相差検出器の位相差データの検出タイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】図１の位相差検出器で検出される、磁性体濃度に対する位相差データの特性図である。
【図５】図１の磁性体検出装置によって実行される磁性体検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】従来例に係る磁性体検出装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６９】
１００  差動トランス
１０１  交流信号発生器
１０２  増幅器
１０３  位相差検出器
１０４、１０５  駆動コイル
１０６  出力コイル
１０７  調整制御ユニット
１１０  稼動器
【図１】
2009192478.tif 000003
【図２】
2009192478.tif 000004
【図３】
2009192478.tif 000005
【図４】
2009192478.tif 000006
【図５】
2009192478.tif 000007
【図６】
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