【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、ＦＡＸ、あるいは複写機等の電子写真技術を用いた画像形成装置内で用いられる磁性粉を含む現像剤（トナー）の有無または濃度を検出するトナー濃度検出センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、トナー濃度検出センサには差動トランスを形成したものがあり、差動トランスには駆動コイル、基準コイル、および検出コイルの３個のコイルを備え、同一棒状のコアに駆動コイルを中心にして両端に基準コイルと検出コイルが巻回されたものが一般的な構造である。
【０００３】
この差動トランスを用いたトナー濃度検出センサは、トナーに含まれる磁性粉を検出コイルの磁束の変化量として捉え、交流電圧として検出して増幅を行い、基準発振電圧との位相差を検出する位相弁別方式が一般的であり、可変容量ダイオードも使用しているが、単に検知出力電圧をシフトさせるためのものであった。
【０００４】
この差動トランスの構造や形状に関してのみ、様々な工夫が行われており、その一例が特開２０００−９７９１６号公報に開示されているものであり、コイルボビンの中心軸部に出力値を設定するためのネジコアを移動自在の状態で挿入し、ネジコアに凹溝を設けてドライバーの先端部を差し込むことによりネジコアを軸方向に回転移動させることにより出力値の設定が行えるようにしたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のトナー濃度検出センサは、標準濃度時の設定電圧は差動トランスのネジコアで調整を行う必要があるために、微妙な調整が出来ないという問題があった。そのために、感度（トナー濃度に対する検知出力電圧の変化比率）を高めることが出来ず、逆に、感度を高めると周囲の温湿度の影響をまともに受けて、出力電圧が変動するといった問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、棒状コアに駆動コイルと検出コイルを巻回して差動トランスを形成し、前記検出コイルから得られるトナー濃度検知信号により容器内のトナー有無またはトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサにおいて、前記トナー濃度検知信号を前記検出コイルの共振周波数を可変させる信号として印加することによりＡＧＣ機能を持たせたトナー濃度検出センサとしたものである。
【０００７】
より具体的には、棒状コアに駆動コイルと検出コイルを巻回して差動トランスを形成し、前記検出コイルから得られるトナー濃度検知信号により容器内のトナー有無またはトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサにおいて、前記検出コイルの共振周波数を可変する可変容量ダイオードと、前記検出コイルで検出された差電圧を増幅する電圧比較器と、該電圧比較器から得られる電圧と基準電圧とを比較増幅する電圧増幅器と、を備え、該電圧増幅の出力電圧をトナー濃度検知信号として使用すると共に、前記可変容量ダイオードに印加して前記検出コイルの共振周波数を可変させるトナー濃度検出センサとしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は、本発明のトナー濃度検出センサを示す回路図である。このトナー濃度検出センサは、画像形成装置内の現像器やトナー収納容器周辺に配設し、現像器やトナー収納容器内のトナー有無またはトナー濃度検知を行うセンサとして用いることが好ましい。
【０００９】
図１に示すように、トランスの棒状コアに巻く各コイルの配置は、検出コイルＬ３を中心にして、両端に磁束の方向が逆向きになる様に巻かれたコイルＬ１，Ｌ２を配置する。これにより、コイルＬ１側にトナーに含まれる磁性体が接近すると、コイルＬ１の磁束が変化してコイルＬ２とのバランスが崩れ、コイルＬ３に差電圧として誘起され、磁性体の検出電圧となる。
【００１０】
本発明では、この検出電圧を比較器Ｕ１を用いて増幅し、整流を行い直流に変換し、可変抵抗器ＶＲで電圧が任意に可変出来る基準電圧と直流に変換された検出電圧ＶＳとを増幅器Ｕ２を用いて比較増幅し、得られた出力電圧ＶＣＯを可変容量ダイオードＶＣに印加することにより、検出電圧を一定に保つためのループを形成したことが特徴である。このループ形成により、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ）機能を実現することになる。
これにより、差動トランスのネジコアを予め一定の位置に祖調整しておき、標準濃度時の微調整を可変抵抗器ＶＲで行うことができ、調整が容易にかつ精度よく、しかも確実にできるようになる。
【００１１】
以下、図１を用いて詳細な動作について説明する。
逆位相になるように巻回したコイルＬ１，Ｌ２と検出コイルであるコイルＬ３は、同一棒状コアに巻回されて差動トランスを形成している。このコイルＬ１，Ｌ２は、トランジスタＱ１、コンデンサＣ１，Ｃ２と共にコルピッツ発振回路を形成する。これにより、トナーに含まれる磁性体がコイルＬ１近傍に無い場合は、両方のコイルＬ１，Ｌ２に発生する電圧Ｖ１，Ｖ２は位相が反転した同電位の電圧であり、コイルＬ３に誘起される電圧Ｖ３は相殺されて零ボルトになる。
【００１２】
コイルＬ１にトナーに含まれる磁性体が近づいた場合は、コイルＬ１，Ｌ２間の磁気バランスが崩れ、それによる差の電圧がコイルＬ３に誘起発生する。この場合に、一次側であるコイルＬ１，Ｌ２、トランジスタＱ１、およびコンデンサＣ１，Ｃ２で発振する周波数と、二次側の共振コイルであるコイルＬ３とコンデンサＣ３とで、一次側の発振周波数に共振すればＱ倍の交流電圧がコイルＬ３の両端に発生することになる。
【００１３】
一方、抵抗器Ｒ３には、抵抗器Ｒ１，Ｒ２で分圧された直流電圧ＶＤＣとコイルＬ３の検出電圧が重畳されて比較器Ｕ１の入力端子に加わり、比較器Ｕ１で電圧弁別される。検出電圧ＶＳは、比較器Ｕ１の出力を抵抗器Ｒ４とコンデンサＣ５で平滑化した電圧で、増幅器Ｕ２の入力電圧となる。増幅器Ｕ２の出力電圧ＶＣＯは、トナー濃度検出信号であるが、これを可変容量ダイオードＶＣの逆バイアス電圧としてループを形成し、静電容量を可変する。
【００１４】
ここで、理想的トナー濃度時に可変容量ダイオードＶＣの静電容量が中心値付近になる様に、可変抵抗器ＶＲで基準電圧を調整して、可変容量ダイオードＶＣの逆バイアス電圧でもある出力電圧ＶＣＯを設定する。図３は、出力電圧ＶＣＯと可変容量ダイオードＶＣの静電容量の変化を表した図であるが、この調整を行うことで検出電圧ＶＳを一定に保つループが形成されたことになる。
【００１５】
例えば、トナーに含まれる樹脂粉は感光体に付着して印字紙に転写されて消費されるが、磁性粉は現像器内に残って磁性体の比率が高まるために、コイルＬ１，Ｌ２間のバランスがさらに崩れ、コイルＬ３に発生する差電圧が増大することになる。しかし、前述のループが働き検出電圧ＶＳを常に一定に保つために、コイルＬ３の共振周波数は電圧利得が低下する方向に移動、すなわち可変容量ダイオードＶＣの静電容量を変化させていることになり、言い換えれば出力電圧ＶＣＯが変化したことになる。
【００１６】
図２は、コイルＬ３の共振周波数がＦ１を中心にトナーの濃度が高いとＦ０、低いとＦ２の方向に変化するが、その場合の電圧利得Ｇ１，Ｇ０，Ｇ２を表している。また、図３は、可変容量ダイオードＶＣに印加する逆バイアス電圧ＶＣＯと静電容量との関係を表した図であり、上述した通り検出電圧ＶＳを一定に保つループが形成されているために、トナー濃度が低下すると磁性体の比率が高まりコイルＬ３の電圧が上昇するが、検出電圧ＶＳを一定に保つために出力電圧ＶＣＯは低くなる方向に移動する。すなわち、可変容量ダイオードＶＣの静電容量を増加させて二次側の共振周波数をＦ２方向に移動させ、電圧利得を低下させて二次コイルＬ３の電圧Ｖ３を低下させる。トナー濃度が高い場合は、この一連の動作は逆に動くことになる。
【００１７】
以上の説明から明らかなように、トナー濃度により差動トランスの二次側電圧Ｖ３は変化するが、その電圧を一定に保つために、二次側の共振点を自動的にずらして電圧利得を制御する。トナー濃度がどの程度変化したかは、可変容量ダイオードＶＣの逆バイアス電圧、すなわち出力電圧ＶＣＯを読むことで判断できることになる。ここで、二次側共振回路の負荷ＱＬを４０〜５０程度にすれば僅かなトナー濃度変化でも高感度で検出電圧として捉えることが可能である。
【００１８】
このセンサは、例えば現像器内のトナー濃度を検知するが、センサと接する検知面をトナーの主成分である磁性粉と樹脂粉を混合する為の攪拌板が一定周期で動き回り、トナーの密度差が生じる、すなわちトナー濃度が一定でも検知電圧は磁性粉の密度によって変動することになる。従って、検知電圧は、ＣＰＵ内でＡ／Ｄ変換され、最小値と最大値の差がトナー濃度差電圧としてトナー補給の判断に使い、検知電圧の絶対値からトナー濃度判定を行うことがない。ここで、本発明のように、検出電圧を一定に保つループを形成することで、個々の部品の温度・湿度など周囲の環境による検知電圧の変動は相対的変動となり、トナー濃度検知に必要となるトナー濃度差電圧の変動とならない利点がある。図４は、現像器内で攪拌されている状態でのトナー濃度と検知電圧の関係を表す図である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトナー濃度検出センサによれば、トナー濃度検知信号を検出コイルの共振周波数を可変させる信号として印加することによりＡＧＣ機能を持たせることにより、トナー濃度を高感度で検知することができ、かつ周囲の環境変動に対して安定した動作を安価な回路構成で実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトナー濃度検出センサを示す回路図である。
【図２】本発明のトナー濃度検出センサ内の差動トランスの二次コイルＬ３の周波数特性を示す図である。
【図３】本発明のトナー濃度検出センサ内の可変容量ダイオードの特性を示す図である。
【図４】本発明のトナー濃度検出センサを現像器内に用いた場合のトナー濃度と検知電圧の関係を表す図である。
【符号の説明】
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３：コイル
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５：コンデンサ
Ｑ１：共振用トランジスタ
ＶＣ：可変容量ダイオード
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４：抵抗
Ｕ１：比較器
ＶＲ：可変抵抗器
Ｕ２：演算増幅器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a toner concentration detection sensor for detecting the presence or absence or concentration of a developer (toner) containing a magnetic powder used in an image forming apparatus using an electrophotographic technique such as a printer, a facsimile or a copying machine. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there has been a toner density detection sensor in which a differential transformer is formed, and the differential transformer has three coils, a drive coil, a reference coil, and a detection coil, and the drive coil is centered on the same rod-shaped core. The general structure is such that a reference coil and a detection coil are wound at both ends.
[0003]
The toner concentration detection sensor using this differential transformer detects magnetic powder contained in the toner as a change amount of magnetic flux of a detection coil, detects it as an AC voltage, amplifies it, and detects a phase difference from a reference oscillation voltage. A phase discrimination method is generally used, and a variable capacitance diode is also used, but it is merely for shifting the detection output voltage.
[0004]
Various efforts have been made only with respect to the structure and shape of this differential transformer, an example of which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-97916, in which an output value is set at the center axis of a coil bobbin. In this case, a screw core is inserted in a movable state, and a groove is formed in the screw core to insert a tip end of a driver so that the screw core is rotated in the axial direction to set an output value.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional toner density detection sensor has a problem in that fine adjustment cannot be performed because the set voltage at the standard density needs to be adjusted with the screw core of the differential transformer. Therefore, the sensitivity (change ratio of the detected output voltage with respect to the toner density) cannot be increased. Conversely, if the sensitivity is increased, the output voltage fluctuates due to the influence of the surrounding temperature and humidity. Was.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and forms a differential transformer by winding a drive coil and a detection coil around a rod-shaped core, and determines whether or not toner exists in a container by a toner concentration detection signal obtained from the detection coil. Alternatively, in the toner concentration detection sensor for detecting the toner concentration, the toner concentration detection sensor is provided with an AGC function by applying the toner concentration detection signal as a signal for varying the resonance frequency of the detection coil.
[0007]
More specifically, a toner transformer is formed by winding a drive coil and a detection coil around a rod-shaped core to form a differential transformer, and detecting the presence or absence of toner in the container or the toner concentration based on a toner concentration detection signal obtained from the detection coil. In the sensor, a variable capacitance diode that varies the resonance frequency of the detection coil, a voltage comparator that amplifies the difference voltage detected by the detection coil, and compares and amplifies a voltage obtained from the voltage comparator with a reference voltage. A voltage amplifier, wherein the output voltage of the voltage amplification is used as a toner concentration detection signal, and is applied to the variable capacitance diode to vary the resonance frequency of the detection coil.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a toner concentration detection sensor according to the present invention. It is preferable that this toner concentration detection sensor is disposed around a developing device or a toner storage container in the image forming apparatus, and is used as a sensor for detecting the presence or absence of toner or the toner concentration in the developing device or the toner storage container.
[0009]
As shown in FIG. 1, the coils wound around the rod-shaped core of the transformer are arranged such that coils L1 and L2 wound so that the directions of the magnetic flux are opposite to each other with the detection coil L3 at the center. As a result, when the magnetic substance contained in the toner approaches the coil L1, the magnetic flux of the coil L1 changes, the balance with the coil L2 is lost, and a voltage difference is induced in the coil L3 to be a detection voltage of the magnetic substance.
[0010]
In the present invention, the detected voltage is amplified by using the comparator U1, rectified and converted to DC, and the reference voltage whose voltage can be arbitrarily varied by the variable resistor VR and the detected voltage VS converted to DC are amplified by the amplifier. It is characterized in that a loop for keeping the detection voltage constant is formed by applying the output voltage VCO obtained by comparison and amplification using U2 to the variable capacitance diode VC. By forming this loop, an AGC (Auto Gain Control) function is realized.
Thereby, the screw core of the differential transformer can be adjusted to a predetermined position in advance, and the fine adjustment at the standard density can be performed by the variable resistor VR, so that the adjustment can be performed easily, accurately, and reliably. become.
[0011]
Hereinafter, the detailed operation will be described with reference to FIG.
The coils L1 and L2 wound so as to have opposite phases and the coil L3 serving as a detection coil are wound around the same rod-shaped core to form a differential transformer. The coils L1 and L2 form a Colpitts oscillation circuit together with the transistor Q1 and the capacitors C1 and C2. Accordingly, when the magnetic substance contained in the toner is not near the coil L1, the voltages V1 and V2 generated in both the coils L1 and L2 are voltages having the same potential with inverted phases, and the voltage induced in the coil L3. V3 is offset to zero volts.
[0012]
When the magnetic material contained in the toner approaches the coil L1, the magnetic balance between the coils L1 and L2 is lost, and a voltage difference is induced in the coil L3. In this case, the oscillation frequency of the primary-side coils L1 and L2, the transistor Q1, and the capacitors C1 and C2 and the resonance frequency of the secondary-side resonance coil L3 and the capacitor C3 resonate with the primary-side oscillation frequency. Then, a Q-fold AC voltage is generated at both ends of the coil L3.
[0013]
On the other hand, the DC voltage VDC divided by the resistors R1 and R2 and the detection voltage of the coil L3 are superimposed on the resistor R3, applied to the input terminal of the comparator U1, and discriminated by the comparator U1. The detection voltage VS is a voltage obtained by smoothing the output of the comparator U1 by the resistor R4 and the capacitor C5, and is an input voltage of the amplifier U2. The output voltage VCO of the amplifier U2 is a toner density detection signal, and a loop is formed using this as a reverse bias voltage of the variable capacitance diode VC to vary the capacitance.
[0014]
Here, the reference voltage is adjusted by the variable resistor VR so that the capacitance of the variable capacitance diode VC becomes close to the center value at the ideal toner concentration, and the output voltage VCO which is also the reverse bias voltage of the variable capacitance diode VC is adjusted. Set. FIG. 3 is a diagram showing changes in the output voltage VCO and the capacitance of the variable capacitance diode VC. By performing this adjustment, a loop for keeping the detection voltage VS constant is formed.
[0015]
For example, the resin powder contained in the toner adheres to the photoreceptor and is transferred to the printing paper and is consumed. However, the magnetic powder remains in the developing device and the ratio of the magnetic material is increased. The balance is further lost, and the difference voltage generated in the coil L3 increases. However, the resonance frequency of the coil L3 moves in the direction in which the voltage gain decreases, that is, the capacitance of the variable capacitance diode VC is changed, in order to keep the detection voltage VS constant at all times by the operation of the above-described loop. In other words, the output voltage VCO has changed.
[0016]
FIG. 2 shows the voltage gains G1, G0, and G2 in the case where the resonance frequency of the coil L3 changes in the direction of F0 when the toner concentration is high and the toner frequency in the direction of F2 when the toner concentration is low. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the reverse bias voltage VCO applied to the variable capacitance diode VC and the capacitance. Since the loop for keeping the detection voltage VS constant as described above is formed, When the toner concentration decreases, the ratio of the magnetic material increases and the voltage of the coil L3 increases, but the output voltage VCO moves in the direction of decreasing to keep the detection voltage VS constant. That is, the capacitance of the variable capacitance diode VC is increased, the resonance frequency on the secondary side is moved in the direction F2, the voltage gain is reduced, and the voltage V3 of the secondary coil L3 is reduced. When the toner density is high, this series of operations is reversed.
[0017]
As is apparent from the above description, the secondary voltage V3 of the differential transformer changes depending on the toner concentration. In order to keep the voltage constant, the secondary resonance point is automatically shifted to reduce the voltage gain. Control. The extent to which the toner density has changed can be determined by reading the reverse bias voltage of the variable capacitance diode VC, that is, the output voltage VCO. Here, if the load QL of the secondary side resonance circuit is set to about 40 to 50, even a slight change in toner density can be detected as a detection voltage with high sensitivity.
[0018]
This sensor detects, for example, the toner concentration in the developing device. On a detection surface in contact with the sensor, a stirring plate for mixing the magnetic powder and the resin powder, which are the main components of the toner, moves around at regular intervals, and the density difference of the toner changes. That is, even if the toner concentration is constant, the detection voltage fluctuates depending on the density of the magnetic powder. Therefore, the detection voltage is A / D-converted in the CPU, and the difference between the minimum value and the maximum value is used as a toner density difference voltage for determining toner replenishment, and the toner density determination is not performed from the absolute value of the detection voltage. Here, by forming a loop for keeping the detection voltage constant as in the present invention, the fluctuation of the detection voltage due to the surrounding environment such as the temperature and humidity of each component becomes a relative fluctuation, which is necessary for toner concentration detection. There is an advantage that the toner density difference voltage does not fluctuate. FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between the toner concentration and the detection voltage in a state where the toner is stirred in the developing device.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the toner density detection sensor of the present invention, by applying the toner density detection signal as a signal for varying the resonance frequency of the detection coil to provide the AGC function, the toner density can be detected with high sensitivity. It is possible to detect and detect a stable operation against environmental fluctuations with a low-cost circuit configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a toner concentration detection sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating frequency characteristics of a secondary coil L3 of a differential transformer in the toner density detection sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating characteristics of a variable capacitance diode in the toner concentration detection sensor according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a toner concentration and a detection voltage when the toner concentration detection sensor of the present invention is used in a developing device.
[Explanation of symbols]
L1, L2, L3: coils C1, C2, C3, C4, C5: capacitor Q1: resonance transistor VC: variable capacitance diodes R1, R2, R3, R4: resistor U1: comparator VR: variable resistor U2: operational amplifier
