JP2004163602A - 透磁率検知装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁性体の透磁率検知に際して検出感度を向上させるとともに、周囲温度に影響されずに安定して透磁率検知を行えること。
【解決手段】磁性体に近接配置されたコイルを用いて磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、コイルは、第１の共振回路の第１コイルＬ１と第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルＬ２とからなり、第１共振回路のコンデンサは、第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサＣ３であり、共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサＣ３であり、温度補償コンデンサに対して、制御電圧の大きさにより静電容量を可変するバリキャップＶＣを並列接続すること。また、トリマコンデンサＣ４を温度補償コンデンサＣ３に並列接続して製品出荷時に総合静電容量を所定値に調整すること。
【選択図】 図７
【解決手段】磁性体に近接配置されたコイルを用いて磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、コイルは、第１の共振回路の第１コイルＬ１と第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルＬ２とからなり、第１共振回路のコンデンサは、第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサＣ３であり、共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサＣ３であり、温度補償コンデンサに対して、制御電圧の大きさにより静電容量を可変するバリキャップＶＣを並列接続すること。また、トリマコンデンサＣ４を温度補償コンデンサＣ３に並列接続して製品出荷時に総合静電容量を所定値に調整すること。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、乾式電子写真方式を用いた画像形成装置に関し、特に、トナー等の磁性体の透磁率を非接触で検知する透磁率検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写装置においては、一般に、感光体ドラムの表面を帯電器によって一様に帯電させ、感光体を画像情報に基づいて露光することにより静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを選択的に付着させて現像し、得られたトナー像を普通紙に転写した後に定着して最終画像を得ている。
【０００３】
現像装置の一般的な構成例を図２に示す。図２に示す現像装置は小径２段現像ローラ方式であり、感光体ドラムに隣接して上現像スリーブと下現像スリーブが配置され、着色剤を主体とする非磁性体トナーと磁性キャリアとからなる現像剤をパドルローラで感光体ドラム表面に送給する。現像が実施されるにつれて磁性キャリアは殆ど減少することはないがトナーは減少するので、減少したトナーを補充するためにトナーホッパが設けられ、このホッパに補充用トナーが収容されている。
【０００４】
磁性キャリアに対するトナーの混合比率が低下すると現像画像の濃度が薄くなり、混合比率が高くなるとその逆になる。適正品質の画像を得るために現像装置に収容されているトナーを常に適正な一定レベル範囲に保持する必要があり、そのために、現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知装置（Ｔセンサ）が設置されている。また、現像装置には現像剤と補充用トナーとの混合状態を均一にするために撹拌ローラが設けられている。
【０００５】
従来例として、現像装置中におけるトナー濃度を検知する具体的な磁気的検知装置は、現像剤に隣接した検知コイルと現像剤に離隔した基準コイルを直列接続して交流駆動源で駆動され、両コイル接続点の差動出力電圧と交流駆動源の電圧との位相差を求めて現像剤中の磁気変動を検知している。即ち、いわゆる差動トランス型の位相差検知を用いたものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、トナーホッパ内のトナー量が基準量まで低下したか否かを感度良く安定に検知する従来技術として、互いに磁気的結合されたコイルＬ１とコイルＬ２の近傍に現像装置を配置し、当該Ｌ１とＬ２のそれぞれに並列接続されたコンデンサＣ１とＣ２を設け、Ｌ１とＣ１で第１の共振回路を形成し、Ｌ２とＣ２で第２の共振回路を形成して全体として同調回路を構成したものがある（例えば、特許文献２参照）。そして、この同調回路はその前流の固体発振回路と接続されるとともに、この同調回路の出力は、検波回路に入力された後に比較回路で基準電圧とそのレベルを比較されて、トナーレベルが基準レベルにまで達したか否かが検知される。この従来技術では、現像装置のトナーレベルが基準量と略等しくなるときに、当該トナーレベルの磁性キャリアの磁気的影響によって共振回路の共振周波数が前記固体発振器の発振周波数に近似するようになっているので、同調回路してのインピーダンスは最小となる。また、コイルＬ１に並列にコンデンサＣ１を接続して共振回路を形成し、更にＬ２とＣ２の共振回路と相俟って、同調回路のＱ値を高くしているので、トナーレベルを高感度に検知することができるものである。
【０００７】
また、従来技術の磁性体検知の回路構成として、トランスの一次側のコイルと、これに並列に接続したコンデンサで共振回路を形成し、反転回路の入出力に接続することで発振回路（共振周波数ｆ１）を構成したものがある（例えば、特許文献３参照）。これによると、検知部は一次コイルと差動的に結合する２つの二次コイルとコンデンサからなる共振回路で構成され、一次の共振周波の０．７〜１．４倍差動トランスの一次と二次電圧を一部混合して検波し、零クロスを回避して動作を安定させ、スイッチング特性からアナログ特性にしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６ー２８９７１７号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２０００ー１３１１２０号公報
【００１０】
【特許文献３】
特許第２５０１４２９号公報参照
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の特許文献１は、検知コイルと基準コイルとを用いた差動トランスによる位相差検出であって、その特徴は両コイルのいずれか一方のコイルに並列に感度調整用抵抗を接続することにより、差動出力電圧の位相は検知コイル側の急激なインダクタンス変化に対して徐々に変化することになってトナー濃度制御を安定して行おうとするものである。この技術では、両コイルと交流電源で発振回路を形成しているので、検知する磁性体に個別に合わせて、差動トランスの中の磁性体のコアを調整する必要がある。また、安定に発振させるのが難しく、発振周波数は数百ヘルツと低く、ＬやＣを大きくする必要が有るため、小型化や低コスト化に課題がある。
【００１２】
また、従来技術の特許文献２では、固体発振回路と第１共振回路及び第２共振回路を用いてトナー濃度を検知することができる旨を記述していて、トナー濃度検知は第１及び第２共振回路からなる同調回路の出力レベルとして取り出している。この特許文献２によれば、磁性体の有無により、同調回路の出力振幅の変化を出力信号として取り出しているので（位相差信号を検出していない）、精度・感度共に不十分であり、磁性体の有無の検知は可能かも知れないが、トナー濃度の様な連続量のアナログ的な検知は困難であるという課題がある。
【００１３】
また、従来技術の特許文献３では、検知する磁性体の個別毎に、差動トランスの中の磁性体コアを位置調整する必要があって煩雑である。また、安定に発振させることが難しく、発振周波数は数百ヘルツと低く、ＬやＣを大きくする必要があるため、小型化や低コスト化に課題がある。
【００１４】
本発明の目的は、トナー濃度等の磁性体の透磁率検知に際して検出感度を向上させるとともに、周囲温度に影響されずに安定して透磁率検知を行える透磁率検知装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
【００１６】
磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、前記共有コンデンサに対して、制御電圧の大きさにより静電容量を可変するバリキャップと直流カットオフコンデンサとの直列接続回路を並列接続し、前記直流カットオフコンデンサは、前記制御電圧をカットオフする機能を奏するものであるとともに、前記制御電圧の調整幅に対する前記直列接続回路の合成静電容量の変化幅を適正にするようにその静電容量値を設定されるものである構成である。
【００１７】
また、磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、前記共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサであり、前記温度補償コンデンサに対して、制御電圧の大きさにより静電容量を可変するバリキャップを並列接続する構成である。
【００１８】
また、磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、前記共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサであり、前記温度補償コンデンサに対して静電容量の可変可能なトリマコンデンサを並列接続する構成である。
【００１９】
また、磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、前記共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサであり、前記温度補償コンデンサに対して静電容量の可変可能なトリマコンデンサを並列接続し、前記トリマコンデンサに対して制御電圧の大きさにより静電容量を可変するバリキャップを並列接続する構成である。
【００２０】
このような構成を採用することによって、コンデンサとしてバリキャップを用いることによって装置の使用中に総合コンデンサ容量を適宜に調整することができるとともに、バリキャップに直流カットオフコンデンサを直列接続することで制御電圧による合成容量の変動幅を適正な値として安定した制御応答性をも確保することができる。
【００２１】
また、共振回路に負の温度補償コンデンサを用いることによって、バリキャップ等における温度係数のばらつきの影響を少なくすることができる。
【００２２】
また、トリマコンデンサを温度補償コンデンサとともに採用することによって、温度補償コンデンサの容量ばらつきを吸収することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る、磁性体の透磁率に応じてインダクタンスが変化することを利用した種々の透磁率検知装置について、図面を用いて以下説明する。図１は本発明の実施形態に係る透磁率検知装置を適用する電子写真複写装置に関する概要を示す図であり、図２はトナー濃度センサなどの透磁率検知装置を設置した現像装置の構成を示す図であり、図３は本実施形態に係る透磁率検知装置の基本的な回路構成を示す図であり、図４は本実施形態に係る透磁率検知装置に関する基本的な機能を説明するための図である。
【００２４】
また、図５は本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例１を示す図であり、図６は本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例２を示す図であり、図７は本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例３を示す図であり、図８は本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例４を示す図である。また、図９は本実施形態の共振回路におけるバリキャップの制御電圧とバリキャップ及びカットオフコンデンサの合成容量との関係を示す特性図であり、図１０は本実施形態の共振回路に温度補償コンデンサを用いたときの透磁率検知装置の検地電圧−温度特性を示す図であり、図１１は本実施形態の共振回路にトリマコンデンサを用いたときの合成容量の調整幅特性を示す図であり、図１２は本実施形態の共振回路に調整幅の異なるトリマコンデンサを用いたときのレベル調整に要した時間を示す図である。
【００２５】
ここで、１は読取部、２はランプ、３はＣＣＤ、４は増幅器、５はＡ／Ｄ変換部、６は画像処理部、８はシューディング補正、９はフィルタ、１０はγ補正、１１は階調処理、１２は像形成部、１３は書き込み部、１４は露光、１５は帯電チャージャ、１６は現像スリーブ、１７は給紙トレー、２０は磁性体検知回路、１は発振回路、２２は共振回路（検知回路）、２３は位相比較回路、２４は積分回路、２５はインピーダンス変換回路、２６は現像剤、をそれぞれ表す。
【００２６】
図１に示す電子写真複写装置は、その全体構成を見れば、読取部１において、ランプ２から照射された光は原稿面で反射してＣＣＤ３により電気信号に変換され、増幅器４で振幅調整された後にＡ／Ｄ変換器５で量子化されたディジタル画像データとなる。生成されたディジタル画像データは、画像処理部６に入力され、シェーディング補正処理８、フィルタ処理９、γ補正処理１０、階調処理１１等をこの順序で施されて像形成部１２に送られる。
【００２７】
像形成部１２に入力されたディジタル画像データは、書き込み部１３で、そのデータ値に従いレーザ光１４に変換され、帯電チャージャー１５により帯電された感光体に照射され、感光体面に静電潜像を形成する。現像スリーブ１６は、形成された静電潜像に従い、感光体面にトナーを付着させる。感光体面に付着したトナーは、給紙トレー１７から送られてきた紙面上に転写され、定着部１８を通り、複写原稿として出力される。
【００２８】
図２に示す現像装置において、磁性キャリアに対するトナーの混合比率を常に適正値に保って高品質の画像を得るために、現像装置内のトナー濃度を検知してこれを所定値に維持する必要がある。トナー濃度が低下したことが検知されれば、トナーホッパから補充用のトナーを補給して適正なトナー濃度とするように制御されるものである。そのため、現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知装置（Ｔセンサ）が設置されている。
【００２９】
図３にトナー濃度検知を具体的な一例とする透磁率検知回路２０を示す。この透磁率検知回路２０は、本発明の実施形態の基本的構成を表しており、発振回路２１、共振回路２２、位相比較回路２３、積分回路２４、インピーダンス変換回路２５とから構成されている。発振回路２１は、水晶やセラミックなどの固体の発振子を用いて発振するものであり、水晶やセラミックなどの固体の発振子の持つ固有の振動数に基づいて発振周波数が決定するので、装置の使用環境や電源電圧の影響を受け難く、透磁率検知の一構成要素として安定した且つ精度の良い検知が可能となるものである。
【００３０】
また、共振回路（検知回路：磁性体の有無又はその量を実質的に検知する回路であり、磁性体の透磁率に応じてインダクタンスが変化することを利用した透磁率検知回路）２２は、発振回路２１からの出力を抵抗Ｒ３を通して第１コイルＬ１に入力される。共振回路２２は、第１コイルＬ１とコンデンサを共有する共有コンデンサＣ３とからなる第１共振回路と、第１コイルＬ１と磁気的結合定数ｋで結合された第２コイルＬ２と前記共有コンデンサＣ３とからなる第２共振回路と、を備えている。図２で第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の近傍に非接触で現像装置内の磁性キャリアと非磁性トナーの混合した現像剤２６が配置され、現像剤における磁性体の有無、その量又は具体的にはトナー濃度など（透磁率の数値）によってコイルＬ１及びＬ２の実質的インダクタンスに影響を与える。
【００３１】
本実施形態の基本的構成においては、第１と第２の共振回路のコンデンサを共通化又は共有させてコンデンサＣ３とすることによって、共振回路の構成要素の中でその値のバラツキの大きなコンデンサを共有にすることで容易に一次と二次の共振周波数の差を最小限に抑えることができる。
【００３２】
また、コンデンサを共有とすることで、それぞれの共振回路にそれぞれコンデンサを設けるものと同等の共振特性を保持することができるとともに、コンデンサの数を減少させることによるコストダウンも図れる。
【００３３】
更に、トナー濃度などの磁性体透磁率の検知出力を大きく取るために、発振回路２１の発振周波数ｆｏｓｃと共振回路２２の共振周波数ｆｃを一致させることが望ましいが（一例として、トナー濃度が最適値である状態のときに、ｆｏｓｃとｆｃとを略一致させる）、その際、共振周波数ｆｃを調整するにはコンデンサＣ３の容量値のみを調整すれば良いことになり、周波数調整を容易に行える。この場合、第１と第２のコイルは適宜のコイル成形手法から容易に双方のインダクタンスを同程度にすることができ得る。また、発振周波数ｆｏｓｃと共振周波数ｆｃを略一致させることにより、トナー濃度の変化に対する大きな出力変動値を得ることができ（その詳細は図４の説明で後述する）、トナー濃度検知で十分な感度を確保することができる。
【００３４】
共振回路２２の出力は位相差として取り出すようになっているが、図３に示す具体的構成では、発振回路の出力Ｖ１と第２コイルの共有コンデンサ側端の出力Ｖ２を（即ち、共振回路（検知回路）の入力端と出力端の信号を）、位相比較回路２３のイクシクルーシブＯＲのそれぞれの入力端に印加して、Ｖ１とＶ２の位相差に依存した出力信号を得るようにしている。図３に示す位相比較回路２３のイクシクルーシブＯＲの他方の入力信号は、図示の第２コイルＬ２のＶ２に代えて、抵抗Ｒ３の第１コイル側端から導いても良い。即ち、抵抗Ｒ３の両端からイクシクルーシブＯＲの両入力端に接続しても位相差を得ることができる。これは、発振回路２１の出力側、抵抗Ｒ３、第１コイルＬ１及び共有コンデンサＣ３からなる閉回路に流れる電流が、抵抗成分とリアクタンス成分からなるインピーダンスにしたがったベクトル量であるから、抵抗Ｒ３の両端における電圧間には位差が生じるのである。この位相差の取り出し方法は信号として安定はしているがその信号値は小さい。これに対して、図３に示す位相差の取り出し方法はその信号値が大きいものとなり、確実で十分な位相差出力を得ることができる。
【００３５】
次に、位相比較回路２３における共振回路側からの出力による位相比較の機能乃至作用について、図４を用いて説明する。図４に示すグラフにおいて、横は共振回路２２での周波数、縦軸は図３に示すＶ１とＶ２の位相差である。実線がトナー濃度が適正の場合の周波数に対する位相差特性を示し、破線はトナー濃度が適正値よりも低い場合の周波数に対する位相差特性を示す。
【００３６】
図３に示す共振回路のＶ１とＶ２の位相差出力をプロットすると、図４に示す実線と破線の特性を得ることができ（実験的に得たデータである）、共振回路で使用する周波数が発振回路の周波数ｆｏｓｃに一致又は略等しい領域において位相差出力は大きく変動する特性を示す。この特性はトナー濃度の高低によらず同様の傾向を表す。今、共振周波数ｆｏｓｃに一致する周波数である場合に、トナー濃度が適正であれば位相差は４７度であり、トナー濃度が低ければ位相差は８８度であって、トナー濃度が適正値から低下すると、位相差が４７度から８８度に変化して十分な出力差を得ることができる。
【００３７】
図４に示すように、発振周波数と一致する共振周波数の点で大きな位相差出力が得られる定性的な説明として、第１共振回路（Ｌ１，Ｃ３）のＱ１と第２共振回路（Ｌ２，Ｃ３）のＱ２を乗じた統合のＱに基づいた出力が得られることに加えて、コンデンサＣ３を共有したことによる第１と第２の共振回路への互いのフィードバックによる相乗効果によるものと考えられる。
【００３８】
これに対して、共振回路２２において発振周波数ｆｏｓｃより低い共振周波数ｆｃを用いた場合には、図４に示す実線と破線の位相差特性から明らかなように、トナー濃度の適正値と低減値とで位相差出力が殆ど生じない。
【００３９】
また、図３に戻って、位相比較回路２３の出力は、積分回路２４とインピーダンス変換回路２５を経て波形変換処理されて、磁性体の透磁率検知回路２０全体の出力とされる。
【００４０】
上述したような透磁率検知回路は、図２に示すような現像装置を備えた画像形成装置に適用できるものであり、更に、図１に示すようなプリンタ、スキャナを含めたディジタル複写機にも当然に採用できるものである。更に、以上の説明では、第１コイル及び第２コイルに対して近傍で非接触で磁性体を配置することで、透磁率に応じてインダクタンスが変化することを利用したものであるが、これに限らず、両コイルに近接した領域に導体を配置して、コイルからの磁束による導体内渦電流での磁界の影響でコイルインダクタンスが変化することを利用するものであっても良い。即ち、電気電導率に応じてインダクタンスが変化することを利用した導体検知にも適用できる。
【００４１】
また、図３の回路構成では、共振回路（検知回路）の出力を位相差として取り出して位相比較する例を示したが、検知回路の出力を位相差として取り出すことに代えて、例えば、コイル近接領域の磁性体の透磁率変化による第１のコイルと第２のコイルのインダクタンス変化が引き起こす、第１及び第２共振回路に流れる電流の振幅変化を検知回路を通して出力として取り出しても良い。また、現像剤２６が第１及び第２のコイルＬ１，Ｌ２に近接して設けられることを説明したが、コイルの一方に近接したものでも良い。
【００４２】
次に、本発明の実施形態に係る透磁率検知装置に関する具体的な構成例について、図５〜図１２を参照しながら以下説明する。本実施形態の基本的構成を示す図３の共振回路は鋭い感度特性を備えているので、個々の構成部品のばらつきによって、回路定数が共振条件よりずれてしまうということも有り得る。即ち、回路設計を行う上で、部品単体が規格として持っている数パーセントの公差分を、厳密な共振条件保持のために、調整する何らかの手段が必要とされる。
【００４３】
そこで、本実施形態では、調整手段として図５に示すように、共振回路の共有コンデンサＣ３にバリキャップ（バリアブルキャパシタ：ＶＣ）を並列接続する構成を採用した。バリキャップＶＣは制御電圧の大きさによって容量が変化するコンデンサである。即ち、制御電圧Ｖｃｏｎｔのレベルを調整することにより、共有コンデンサＣ３とバリキャップＶＣの合成容量が調整可能となり、共振条件へコンデンサ容量を合わせ込むことができる。ここで、Ｃ２は制御電圧に対する直流カットオフコンデンサであり、この直列接続されたＣ２によっても、共振回路の総合コンデンサ容量が調整できる。このように、図５に示す共振回路においては、図３に示す単一の共有コンデンサＣ３に代えて、コンデンサ容量を変化させるために、バリキャップＶＣと直流カットオフコンデンサＣ２を直列接続し且つその接続点に制御電圧を印加する構成を用いて、制御電圧を変えることで可変容量を得ている。また、図５の構成例ではコンデンサＣ３に並列に前記可変容量を接続しているが、前記Ｃ３を用いないで、バリキャップＶＣと直流カットオフコンデンサＣ２からなる回路構成としても良い。
【００４４】
図９には、バリキャップＶＣと直流カットオフコンデンサＣ２を直列に接続した合成容量の制御電圧による変化、及びＣ２の容量の大・小による合成容量の変化を表している。制御電圧を変えるという簡易な手法で、適宜の合成容量値に調整することができ、多少の構成部品のばらつきがあっても共振周波数を所定値に設定できる回路を実現することができる。図９によると、制御電圧を１〜５Ｖの範囲内で変えると合成容量を大きく変化させることができ、この変化はＣ２が大であるほど大きいことが分かる。また、Ｃ２は、印加した制御電圧がコイルを通過して、直接そのままグランドに落ちてしまうことを防ぐ（直流カットオフ）という役割も当然に併せ持っている。直流カットオフコンデンサＣ２を挿入することで、常にバリキャップＶＣに規定の電圧の供給が可能となるのである。
【００４５】
以上のように、バリキャップＶＣは制御電圧（外部印加電圧）Ｖｃｏｎｔによって容量を変化させることができ、ＶＣの容量を変化させることで、共振回路の共振周波数をずらすことができる。このようにして、制御電圧による制御の幅を持たせることができ、トナー濃度センサに使用する場合にはこの特性を用いて、制御電圧による検知レベルの調整を行なうことができる。現像装置の特性は機種によっても異なる上、現像剤の特性ばらつきも比較的大きいことが想定されるため、このような特性のばらつくものと組み合わせて使用する本実施形態に関するトナー濃度センサは、制御電圧によるＶＣ容量の調整よって、現像装置側のばらつきを吸収し、所定の出力レベルを保つことができるようになる。
【００４６】
ここで、制御電圧に対するトナー濃度センサを一例とする透磁率検知装置の応答性について考察すると、上述した吸収するべき種々のばらつき以上の大きな調整（制御）能力、即ちＶＣの可変領域が大き過ぎると、制御電圧に対する応答性が俊敏になりすぎて、少し制御電圧を動かしただけで、大きく出力が変化してしまうことになり、不安定な制御となってしまう。そこで、ＶＣの可変容量範囲は、現像装置側のばらつきを吸収できる調整幅を持ちつつ、適宜に小さいことが望ましい。そこで、本実施形態では、バリキャップＶＣと直列に直流カットオフコンデンサＣ２を接続し、Ｃ２の容量によりＶＣとの合成容量が変化することを利用したものであり、図９に制御電圧に対する合成容量の変化の様子を示している。
【００４７】
図９で、ＶＣとＣ２の直列接続であるため、Ｃ２が大きくなると合成容量も大きくなるが、Ｃ２が無くて短絡されている場合（黒菱形の特性曲線）が最も大きな合成容量であり、且つ、最も大きな可変領域を持つことがわかる。このように、制御電圧の応答性や必要とする調整範囲の双方を考慮し、最適なＣ２容量を選択することで、より安定した制御を行なうことが可能となる。換言すると、Ｃ２は、制御電圧のカットオフ機能を有するばかりではなくて、ＶＣとの合成容量における安定した制御応答性の機能をも有しているのである。
【００４８】
次に、本実施形態に関する共振回路の共有コンデンサとして、負の温度係数を有する温度補償コンデンサを用いる構成を説明する。一般的に、電子部品には温度変化によってその特性値が変化してしまう素子があり、特に、電子部品の中でとりわけ大きな正の温度係数を有するものがバリキャップＶＣである。装置の周囲温度変化に伴うバリキャップの容量変化によって、透磁率検知装置の出力値が変動するという事態が生じ、周囲温度変化に対する補償を行う必要が生じる。そこで、本実施形態では、温度補償の方法として、図５に示す共振回路の共有コンデンサＣ３に負の温度係数を持つ温度補償コンデンサを採用する。即ち、正の温度係数を持つバリキャップＶＣに並列又は直列に負の温度係数の温度補償コンデンサを接続し、周囲の温度変化を補正しようとするものである。
【００４９】
図１０に透磁率検知装置の検知電圧−温度特性を示す。一般的に、検知装置としては、検知対象（例えば、透磁率）以外の要因で出力が変動することは望ましくない。図１０に示す実験結果によると、温度補償を何も施さない検知装置においては、２５℃〜６０℃（仕様上の温度範囲）の周囲温度変化によって、検知装置の出力に変動が生じることを確認した。そこで、本実施形態における、負の温度係数をもった温度補償コンデンサＣ３をバリキャップと並列又は直列に接続して構成すると、温度変化が抑えられ、温度によって検知電圧が変動せず、一定値を保つことができた（図１０では２５℃からの特性を図示しているが、装置の周囲温度が１０℃の場合においても図１０に示す特性傾向を示すことを確認できた）。なお、ＶＣ以外でも正の温度係数をもった電子部品に対しても同等の効果がある。以上の説明では、バリキャップＶＣに対する温度補償コンデンサＣ３の有効性を述べたが、これに限らず、図５に示すように、ＶＣとＣ２の直列接続された複数のコンデンサを用いた場合においても、同様な効果を奏する。
【００５０】
また、温度係数の大きいコンデンサ（複数でも構わない）、例えばバリキャップＶＣに温度補償コンデンサＣ３を並列接続する場合に、この温度補償コンデンサＣ３にもその温度係数を異にする複数のコンデンサがあり、具体的には例えば、容量１０ｐＦと３０ｐＦの温度補償コンデンサには、それぞれ温度係数−１２０ｐｐｍ／℃、−３３０ｐｐｍ／℃、−４００ｐｐｍ／℃のような異なる温度係数のコンデンサが市販されており（この温度係数は、温度に対する容量の変動分を表しているが、温度補償コンデンサ自体の静電容量の大きさにも関連するものである。したがって、温度補償コンデンサ自体の静電容量が大きければ、同じ温度係数−１２０ｐｐｍ／℃のものであっても温度変化に対する容量の変動分は大きい。）、その内で温度係数の大きいものの方がその温度係数のばらつきが大きい傾向があり、温度係数のばらつき（引いては静電容量のばらつき）の影響を少なくするためにはできるだけ温度係数の小さいものを選択する方が望ましい。
【００５１】
そこで、バリキャップの容量が、温度補償コンデンサの容量と比較して大きいと、温度上昇によるバリキャップ容量の変動上昇分が大きいので、この変動上昇分を補償するために、温度係数の大きい温度補償コンデンサを採用せざるを得ないが、逆に、温度補償コンデンサの容量が並列接続されたバリキャップの最大容量よりも大きい場合には、その容量大の温度補償コンデンサにおける小さい温度係数のものであっても、容量小のバリキャップの温度上昇による容量変動分を十分に補償でき得ることとなる（容量大の温度補償コンデンサを用いることによって、温度係数の大きいものを採用するまでもなく、バリキャップの温度上昇による容量変動分を補償できるのである）。このように、温度変動分の大きいコンデンサ、例えばバリキャップに対して、バリキャップ容量よりも容量大の温度補償コンデンサを並列接続すると、バリキャップの温度変動分を補償するのに、温度係数の小さい方の温度補償コンデンサを採用することができて、温度係数のばらつき、引いては静電容量のばらつきの影響を小さくできるという効果がある。
【００５２】
更に、本実施形態における温度補償コンデンサＣ３の機能を敷衍して述べる。環境温度の変化により、コンデンサの容量が変化するなど、その特性が変化する他の回路部品がある。これらの変化は、共振回路の共振条件をずらしてしまい、出力が変化することにつながるので、温度変化に対する補正を行なう必要がある。大きな温度変化をする（温度係数の大きい）部品は、バリキャップＶＣや発振子などがあり、後述するが、回路構成例Ａ，Ｂで用いたバリキャップＶＣの温度係数は４〜３５０ｐｐｍ／℃、発振子の温度係数は４２．５ｐｐｍ／℃（実測）である。本実施形態では、これらを含めた共振回路の温度補償を適正なＣ３の容量と温度係数（負）を選択することによって行なう。
【００５３】
ここで、温度補償コンデンサＣ３の容量は、共振条件のＣと温度係数の双方に寄与するパラメータであるが、市販されている温度補償コンデンサは、その仕様規格値が限定されてしまうため、温度補償コンデンサ単独で、適正な温度補償が行なえない場合がでてくる。そこで、図５に示す回路のように、他のコンデンサ（ＶＣ、Ｃ２など）を加え、容量調整を行ない、回路に適した温度補償コンデンサの容量と温度係数を最適化するものである（Ｃ２に温度補償コンデンサを用いても良くその場合にはＶＣの容量調整も加わる）。また、図５の回路において、温度補償コンデンサＣ３と直列に別のコンデンサを用いて調整することも可能ではある。ただ、直列になると計算が多少複雑になり、並列であると単純な加算で定数を決定できる利点があるため、図５では並列接続を例示している。
【００５４】
次に、図６には、本実施形態に関する共振回路のコンデンサとして、温度補償コンデンサＣ３にトリマコンデンサＣ４を並列接続する構成例を示す。温度補償コンデンサＣ３は温度係数の特性上からその容量の規格公差が比較的広く許容されており、容量のばらつきが大きくなるのが一般的である。したがって、共振回路に温度補償コンデンサを用いた場合に、共振回路の共振周波数の調整範囲をさらに幅広くするために、図６の温度補償コンデンサＣ３にトリマコンデンサＣ４（容量可変型コンデンサ）を並列接続する。なお、以上の説明ではトリマコンデンサの採用は、温度補償コンデンサＣ３の容量のばらつきが大であることを理由としたが、これに限らず、共振回路に接続された共有コンデンサの容量を変更したい場合に、トリマコンデンサの接続でその容量を適宜に調整することで全体のコンデンサ容量を所望の値に調整しても良い。要は、トリマコンデンサの接続配置によって、図４に示す共振回路の共振周波数ｆｃを発振回路の発振周波数ｆｏｓｃに一致又は近似させることが容易に可能となるのである。
【００５５】
図１１は、調整可能幅が温度補償コンデンサ容量の５〜３０％の値を有するトリマコンデンサＣ４と、温度補償コンデンサＣ３等との合成容量を１０サンプルについて表した図である。図１１によると、温度補償コンデンサＣ３等とトリマコンデンサＣ４のそれぞれの容量値のばらつきにより、合成容量にもばらつきが生じる。しかしながら、トリマコンデンサを調整することで各透磁率検知装置のサンプル毎に生じる温度補償コンデンサＣ３等の容量ばらつきを、トリマコンデンサＣ４の調整範囲内であれば、合成容量をある一定の値に揃えることが容易に可能となるのである。即ち、図１１で、合成容量を４０ｐＦにしたいときに、３２〜３７ｐＦで容量ばらつきのある温度補償コンデンサ等（温度補償コンデンサの他に、コンデンサＶＣやＣ２との組み合わせ）であっても、調整幅が約１２ｐＦのトリマコンデンサを接続すれば、１０サンプルすべてについて合成容量を所望の４０ｐＦに揃えることができる。
【００５６】
更に、トリマコンデンサＣ４を用いた具体的な回路構成について説明する。上述したように、温度補償コンデンサＣ３のコンデンサはばらつきが±５％（一般的な仕様公差）と大きく、共振回路においては、この容量ばらつきを無視することはできない。そこで、トリマコンデンサｃ４の持つ容量幅が温度補償コンデンサＣ３やその他共振回路を構成する部品のばらつきを吸収するのであるが、一方において、トリマコンデンサの可変容量範囲を大きくし過ぎると、調整範囲が広いために最適なトリマコンデンサの容量値を見つける作業が困難になる。
【００５７】
図１２に調整範囲の異なるトリマコンデンサを用いたトナー濃度センサにおけるレベル調整に要した時間を示す。生産工程上の調整時間は３０秒（ｓ）を目標としているが、トリマコンデンサの容量幅が大きいものは、調整に時間がかかり（中には最適値を見つけられずに調整不可のサンプルもあった）、作業の困難性を引き起こすことがわかった。尚、トリマコンデンサの規格値はとびとびの値しか存在していない。適正な時間で調整するためには、図１２からわかるように、容量調整幅が１５．５ｐＦのものが適しており、最大でも２０ｐＦ程度のものが限界である。このことから、トリマコンデンサの容量としては、部品のばらつきを吸収する幅を持ち、且つ適正な時間で調整できる容量であることが必要であると云える。
【００５８】
加えて、具体的な回路構成上の数値を挙げてトリマコンデンサの機能乃至作用を説明する。まず、回路構成例Ａとして、図６の回路にバリキャップＶＣ及び直流カットオフコンデンサＣ２を並列接続した、後述する図７の回路を例示する。即ち、ＶＣ＝１０ｐＦ、Ｃ２＝１０ｐＦ、Ｃ３＝３３ｐＦ（温度係数−３３０ｐｐｍ／℃（＝−０．０１０８９ｐＦ／℃））、トリマコンデンサ＝３〜１０ｐＦ（変化幅７ｐＦ）を例示する。これらの４つのコンデンサを図７のように構成した場合の総容量Ｃは約４５ｐＦであり、この総容量値はコイルＬ１，Ｌ２のインダクタンス値（Ｌ値）との関係によって決まる。なお、共振条件を満たすような、Ｌ値とＣ値の組み合わせは、任意に選択ことができる。回路構成Ａの組み合わせが、共振条件を満たし、制御電圧応答性や制御電圧調整範囲、部品ばらつきの吸収等の条件を満たし、トナー濃度センサとして成立することを実験的に確認した。更に、１０℃〜５０℃の温度変化において温度変動もしないことを実験的に確認した。
【００５９】
そこで、図１１には、回路構成例Ａの組み合わせによる総容量を表した。黒色の棒グラフはＶＣ＋Ｃ２＋Ｃ３＋トリマコンデンサ最小値であり、白色棒グラフの上限がＶＣ＋Ｃ２＋Ｃ３＋トリマコンデンサ最大値の実測データである（サンプルＮ＝１０）。このように、トリマコンデンサＣ４によって調整できる幅は白色棒グラフの幅となり、トリマコンデンサの調整範囲で、総容量約４０ｐＦ付近の共振点へ合わせ込むことができる。回路構成例Ａで選択したトリマコンデンサの変化幅７ｐＦは総容量Ｃの１７．５％、Ｃ３の２１％である。また、回路構成例Ａのトリマコンデンサの可変領域を広げ、変化幅１５．５ｐＦ（４．５〜２０ｐＦ）のトリマコンデンサを用いても成立し、総容量Ｃの３８．７５％、Ｃ３の４５．９％であることが分かった。しかし、変化幅３３ｐＦという容量変化の大きなトリマコンデンサを用いると、トリマコンデンサの調整が困難になり、生産工程上で適正でない。
【００６０】
次に、バリキャップＶＣを無くするとともに、コイルのＬ値を小さくし、総容量Ｃを１７５ｐＦにした回路構成例Ｂ（ＶＣ無し、Ｃ２＝５ｐＦ、Ｃ３＝１５０ｐＦ（温度係数−１５０ｐｐｍ／℃（：−０．０２２５ｐＦ／℃））、トリマコンデンサ＝３〜１０ｐＦ（変化幅７ｐＦ））を例に挙げると、回路構成例Ｂの場合も回路構成例Ａと同様にトナー濃度センサとして成立することを確認した。この時のトリマコンデンサの変化幅７ｐＦは総容量Ｃの４％、Ｃ３の４．６７％である。また、回路構成例Ｂのトリマコンデンサの容量可変範囲を広げ、変化幅１５．５ｐＦ（４．５〜２０ｐＦ）のトリマコンデンサを用いても成立する（この時のトリマコンデンサの変化幅は総容量Ｃの８．８５％、Ｃ３の１０．３％）ことを確認した。
【００６１】
以上の具体的な実験結果から、トリマコンデンサの適正な調整範囲は総容量の４０％以下、温度補償コンデンサＣ３の５０％以下であることが適正であると見い出した。敷衍して述べると、トリマコンデンサは主に温度補償コンデンサＣ３のばらつき吸収のために用いる。温度補償コンデンサは公差±５％品が主流であるが、選別すれば±１％品を入手できることから、温度補償コンデンサ容量の２％分以上をトリマコンデンサで調整できれば、温度補償コンデンサのばらつきは吸収できる。更に、温度補償コンデンサは、温度係数の大きいＶＣを補償するために用いていることから、ほぼ同容量のコンデンサを並列に接続し、それぞれの公差は±１％品であることを想定すると、合成容量の１％以上をトリマコンデンサで吸収できればよいことになる。
【００６２】
図７は、温度補償コンデンサＣ３と、バリキャップＶＣと直流カットオフコンデンサＣ２の直列接続回路と、トリマコンデンサＣ４と、を並列接続した本実施形態の構成例である。ここで、バリキャップＶＣを含めて一般のコンデンサは周囲温度が上昇するとそのキャパシタンスは増す傾向にあるので、周囲温度の影響を少なくするために、温度補償コンデンサＣ３は負の温度係数を有するものを使用する。
【００６３】
ここで、バリキャップＶＣは、トナー条件や共振回路の構成要素の値などによって共振条件が変化した場合において、透磁率検知装置の使用中に制御電圧を変えることによってバリキャップの容量を可変させ、引いてはコンデンサの全体容量を所望の値に設定するためのものである（図４に示すｆｃをｆｏｓｃに一致させるように）。また、トリマコンデンサＣ４は、容量ばらつきの大きい温度補償コンデンサＣ３の容量調整のためのものであるとともに、共振条件を最適化するためのコンデンサ容量調整用であり、通常は工場出荷時に調整されるものである。このような、バリキャップＶＣとトリマコンデンサＣ４の機能、役割は、図７に示す回路構成に限られるものでは無くてこれらのコンデンサを用いた全ての回路構成でも同様である。
【００６４】
図８に示す本実施形態に関する共振回路の他の構成例では、温度補償コンデンサＣ３と、トリマコンデンサＣ４と、バリキャップＶＣと、の並列接続コンデンサが共有コンデンサとして機能しており、制御電圧の直流カットオフコンデンサは、図８の各コイルＬ１，Ｌ２のＡ点側、Ｂ点側にＣ２−１，Ｃ２−２のように接続されていて、図７の回路と同様の効果を奏する。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、第１共振回路と第２共振回路に共有コンデンサを用いることで、共振回路（検知回路）の共振周波数を容易に調整することができるとともに、第１と第２の共振回路の共振周波数をたやすく揃えることができる。更に、第１共振回路と第２共振回路を備えた透磁率検知装置の共振周波数を発振回路の発振周波数と略一致させることで透磁率検知出力を大きく取り出すことができる。更に、共有コンデンサを有した共振回路の入出力端の位相差出力を検出することで磁性体検知感度を向上させることができる。
【００６６】
また、コンデンサとしてバリキャップを用いることによって装置の使用中にコンデンサ容量を適宜に調整することができるとともに、バリキャップに直流カットオフコンデンサを直列接続することで制御電圧による合成容量の変動幅を適正な値として安定した制御応答性をも確保することができる。
【００６７】
また、共振回路に負の温度補償コンデンサを用いることによって、バリキャップ等を含めた現像装置内構成要素における温度係数のばらつきの影響を少なくし、温度ドリフトを無くすることができる。
【００６８】
また、トリマコンデンサを温度補償コンデンサとともに採用することによって、温度補償コンデンサの容量ばらつきを吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る透磁率検知装置を適用する電子写真複写装置に関する概要を示す図でである。
【図２】トナー濃度センサなどの透磁率検知装置を設置した現像装置の構成を示す図でである。
【図３】本実施形態に係る透磁率検知装置の基本的な回路構成を示す図でである。
【図４】本実施形態に係る透磁率検知装置に関する基本的な機能を説明するための図である。
【図５】本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例１を示す図でである。
【図６】本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例２を示す図でである。
【図７】本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例３を示す図でである。
【図８】本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例４を示す図である。
【図９】本実施形態の共振回路におけるバリキャップの制御電圧とバリキャップ及びカットオフコンデンサの合成容量との関係を示す特性図でである。
【図１０】本実施形態の共振回路に温度補償コンデンサを用いたときの透磁率検知装置の検地電圧−温度特性を示す図でである。
【図１１】本実施形態の共振回路にトリマコンデンサを用いたときの合成容量の調整幅特性を示す図でである。
【図１２】本実施形態の共振回路に調整幅の異なるトリマコンデンサを用いたときのレベル調整に要した時間を示す図である。
【符号の説明】
１ 読取部
２ ランプ
３ ＣＣＤ
４ 増幅器
５ Ａ／Ｄ変換部
６ 画像処理部
８ シューディング補正
９ フィルタ
１０ γ補正
１１ 階調処理
１２ 像形成部
１３ 書き込み部
１４ 露光
１５ 帯電チャージャ
１６ 現像スリーブ
１７ 給紙トレー
２０ 磁性体検知回路
２１ 発振回路
２２ 共振回路（検知回路）
２３ 位相比較回路
２４ 積分回路
２５ インピーダンス変換回路
２６ 現像剤
Ｌ１ 一次コイル
Ｌ２ 二次コイル
Ｃ，Ｃ３ 共有コンデンサ
Ｃ２ 直流カットオフコンデンサ
Ｃ４ トリマコンデンサ
ＶＣ バリキャップ（バリアブルキャパシタ）
ＯＳＣ 発振回路
【発明が属する技術分野】
本発明は、乾式電子写真方式を用いた画像形成装置に関し、特に、トナー等の磁性体の透磁率を非接触で検知する透磁率検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写装置においては、一般に、感光体ドラムの表面を帯電器によって一様に帯電させ、感光体を画像情報に基づいて露光することにより静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを選択的に付着させて現像し、得られたトナー像を普通紙に転写した後に定着して最終画像を得ている。
【０００３】
現像装置の一般的な構成例を図２に示す。図２に示す現像装置は小径２段現像ローラ方式であり、感光体ドラムに隣接して上現像スリーブと下現像スリーブが配置され、着色剤を主体とする非磁性体トナーと磁性キャリアとからなる現像剤をパドルローラで感光体ドラム表面に送給する。現像が実施されるにつれて磁性キャリアは殆ど減少することはないがトナーは減少するので、減少したトナーを補充するためにトナーホッパが設けられ、このホッパに補充用トナーが収容されている。
【０００４】
磁性キャリアに対するトナーの混合比率が低下すると現像画像の濃度が薄くなり、混合比率が高くなるとその逆になる。適正品質の画像を得るために現像装置に収容されているトナーを常に適正な一定レベル範囲に保持する必要があり、そのために、現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知装置（Ｔセンサ）が設置されている。また、現像装置には現像剤と補充用トナーとの混合状態を均一にするために撹拌ローラが設けられている。
【０００５】
従来例として、現像装置中におけるトナー濃度を検知する具体的な磁気的検知装置は、現像剤に隣接した検知コイルと現像剤に離隔した基準コイルを直列接続して交流駆動源で駆動され、両コイル接続点の差動出力電圧と交流駆動源の電圧との位相差を求めて現像剤中の磁気変動を検知している。即ち、いわゆる差動トランス型の位相差検知を用いたものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、トナーホッパ内のトナー量が基準量まで低下したか否かを感度良く安定に検知する従来技術として、互いに磁気的結合されたコイルＬ１とコイルＬ２の近傍に現像装置を配置し、当該Ｌ１とＬ２のそれぞれに並列接続されたコンデンサＣ１とＣ２を設け、Ｌ１とＣ１で第１の共振回路を形成し、Ｌ２とＣ２で第２の共振回路を形成して全体として同調回路を構成したものがある（例えば、特許文献２参照）。そして、この同調回路はその前流の固体発振回路と接続されるとともに、この同調回路の出力は、検波回路に入力された後に比較回路で基準電圧とそのレベルを比較されて、トナーレベルが基準レベルにまで達したか否かが検知される。この従来技術では、現像装置のトナーレベルが基準量と略等しくなるときに、当該トナーレベルの磁性キャリアの磁気的影響によって共振回路の共振周波数が前記固体発振器の発振周波数に近似するようになっているので、同調回路してのインピーダンスは最小となる。また、コイルＬ１に並列にコンデンサＣ１を接続して共振回路を形成し、更にＬ２とＣ２の共振回路と相俟って、同調回路のＱ値を高くしているので、トナーレベルを高感度に検知することができるものである。
【０００７】
また、従来技術の磁性体検知の回路構成として、トランスの一次側のコイルと、これに並列に接続したコンデンサで共振回路を形成し、反転回路の入出力に接続することで発振回路（共振周波数ｆ１）を構成したものがある（例えば、特許文献３参照）。これによると、検知部は一次コイルと差動的に結合する２つの二次コイルとコンデンサからなる共振回路で構成され、一次の共振周波の０．７〜１．４倍差動トランスの一次と二次電圧を一部混合して検波し、零クロスを回避して動作を安定させ、スイッチング特性からアナログ特性にしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６ー２８９７１７号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２０００ー１３１１２０号公報
【００１０】
【特許文献３】
特許第２５０１４２９号公報参照
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の特許文献１は、検知コイルと基準コイルとを用いた差動トランスによる位相差検出であって、その特徴は両コイルのいずれか一方のコイルに並列に感度調整用抵抗を接続することにより、差動出力電圧の位相は検知コイル側の急激なインダクタンス変化に対して徐々に変化することになってトナー濃度制御を安定して行おうとするものである。この技術では、両コイルと交流電源で発振回路を形成しているので、検知する磁性体に個別に合わせて、差動トランスの中の磁性体のコアを調整する必要がある。また、安定に発振させるのが難しく、発振周波数は数百ヘルツと低く、ＬやＣを大きくする必要が有るため、小型化や低コスト化に課題がある。
【００１２】
また、従来技術の特許文献２では、固体発振回路と第１共振回路及び第２共振回路を用いてトナー濃度を検知することができる旨を記述していて、トナー濃度検知は第１及び第２共振回路からなる同調回路の出力レベルとして取り出している。この特許文献２によれば、磁性体の有無により、同調回路の出力振幅の変化を出力信号として取り出しているので（位相差信号を検出していない）、精度・感度共に不十分であり、磁性体の有無の検知は可能かも知れないが、トナー濃度の様な連続量のアナログ的な検知は困難であるという課題がある。
【００１３】
また、従来技術の特許文献３では、検知する磁性体の個別毎に、差動トランスの中の磁性体コアを位置調整する必要があって煩雑である。また、安定に発振させることが難しく、発振周波数は数百ヘルツと低く、ＬやＣを大きくする必要があるため、小型化や低コスト化に課題がある。
【００１４】
本発明の目的は、トナー濃度等の磁性体の透磁率検知に際して検出感度を向上させるとともに、周囲温度に影響されずに安定して透磁率検知を行える透磁率検知装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
【００１６】
磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、前記共有コンデンサに対して、制御電圧の大きさにより静電容量を可変するバリキャップと直流カットオフコンデンサとの直列接続回路を並列接続し、前記直流カットオフコンデンサは、前記制御電圧をカットオフする機能を奏するものであるとともに、前記制御電圧の調整幅に対する前記直列接続回路の合成静電容量の変化幅を適正にするようにその静電容量値を設定されるものである構成である。
【００１７】
また、磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、前記共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサであり、前記温度補償コンデンサに対して、制御電圧の大きさにより静電容量を可変するバリキャップを並列接続する構成である。
【００１８】
また、磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、前記共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサであり、前記温度補償コンデンサに対して静電容量の可変可能なトリマコンデンサを並列接続する構成である。
【００１９】
また、磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、前記共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサであり、前記温度補償コンデンサに対して静電容量の可変可能なトリマコンデンサを並列接続し、前記トリマコンデンサに対して制御電圧の大きさにより静電容量を可変するバリキャップを並列接続する構成である。
【００２０】
このような構成を採用することによって、コンデンサとしてバリキャップを用いることによって装置の使用中に総合コンデンサ容量を適宜に調整することができるとともに、バリキャップに直流カットオフコンデンサを直列接続することで制御電圧による合成容量の変動幅を適正な値として安定した制御応答性をも確保することができる。
【００２１】
また、共振回路に負の温度補償コンデンサを用いることによって、バリキャップ等における温度係数のばらつきの影響を少なくすることができる。
【００２２】
また、トリマコンデンサを温度補償コンデンサとともに採用することによって、温度補償コンデンサの容量ばらつきを吸収することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る、磁性体の透磁率に応じてインダクタンスが変化することを利用した種々の透磁率検知装置について、図面を用いて以下説明する。図１は本発明の実施形態に係る透磁率検知装置を適用する電子写真複写装置に関する概要を示す図であり、図２はトナー濃度センサなどの透磁率検知装置を設置した現像装置の構成を示す図であり、図３は本実施形態に係る透磁率検知装置の基本的な回路構成を示す図であり、図４は本実施形態に係る透磁率検知装置に関する基本的な機能を説明するための図である。
【００２４】
また、図５は本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例１を示す図であり、図６は本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例２を示す図であり、図７は本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例３を示す図であり、図８は本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例４を示す図である。また、図９は本実施形態の共振回路におけるバリキャップの制御電圧とバリキャップ及びカットオフコンデンサの合成容量との関係を示す特性図であり、図１０は本実施形態の共振回路に温度補償コンデンサを用いたときの透磁率検知装置の検地電圧−温度特性を示す図であり、図１１は本実施形態の共振回路にトリマコンデンサを用いたときの合成容量の調整幅特性を示す図であり、図１２は本実施形態の共振回路に調整幅の異なるトリマコンデンサを用いたときのレベル調整に要した時間を示す図である。
【００２５】
ここで、１は読取部、２はランプ、３はＣＣＤ、４は増幅器、５はＡ／Ｄ変換部、６は画像処理部、８はシューディング補正、９はフィルタ、１０はγ補正、１１は階調処理、１２は像形成部、１３は書き込み部、１４は露光、１５は帯電チャージャ、１６は現像スリーブ、１７は給紙トレー、２０は磁性体検知回路、１は発振回路、２２は共振回路（検知回路）、２３は位相比較回路、２４は積分回路、２５はインピーダンス変換回路、２６は現像剤、をそれぞれ表す。
【００２６】
図１に示す電子写真複写装置は、その全体構成を見れば、読取部１において、ランプ２から照射された光は原稿面で反射してＣＣＤ３により電気信号に変換され、増幅器４で振幅調整された後にＡ／Ｄ変換器５で量子化されたディジタル画像データとなる。生成されたディジタル画像データは、画像処理部６に入力され、シェーディング補正処理８、フィルタ処理９、γ補正処理１０、階調処理１１等をこの順序で施されて像形成部１２に送られる。
【００２７】
像形成部１２に入力されたディジタル画像データは、書き込み部１３で、そのデータ値に従いレーザ光１４に変換され、帯電チャージャー１５により帯電された感光体に照射され、感光体面に静電潜像を形成する。現像スリーブ１６は、形成された静電潜像に従い、感光体面にトナーを付着させる。感光体面に付着したトナーは、給紙トレー１７から送られてきた紙面上に転写され、定着部１８を通り、複写原稿として出力される。
【００２８】
図２に示す現像装置において、磁性キャリアに対するトナーの混合比率を常に適正値に保って高品質の画像を得るために、現像装置内のトナー濃度を検知してこれを所定値に維持する必要がある。トナー濃度が低下したことが検知されれば、トナーホッパから補充用のトナーを補給して適正なトナー濃度とするように制御されるものである。そのため、現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知装置（Ｔセンサ）が設置されている。
【００２９】
図３にトナー濃度検知を具体的な一例とする透磁率検知回路２０を示す。この透磁率検知回路２０は、本発明の実施形態の基本的構成を表しており、発振回路２１、共振回路２２、位相比較回路２３、積分回路２４、インピーダンス変換回路２５とから構成されている。発振回路２１は、水晶やセラミックなどの固体の発振子を用いて発振するものであり、水晶やセラミックなどの固体の発振子の持つ固有の振動数に基づいて発振周波数が決定するので、装置の使用環境や電源電圧の影響を受け難く、透磁率検知の一構成要素として安定した且つ精度の良い検知が可能となるものである。
【００３０】
また、共振回路（検知回路：磁性体の有無又はその量を実質的に検知する回路であり、磁性体の透磁率に応じてインダクタンスが変化することを利用した透磁率検知回路）２２は、発振回路２１からの出力を抵抗Ｒ３を通して第１コイルＬ１に入力される。共振回路２２は、第１コイルＬ１とコンデンサを共有する共有コンデンサＣ３とからなる第１共振回路と、第１コイルＬ１と磁気的結合定数ｋで結合された第２コイルＬ２と前記共有コンデンサＣ３とからなる第２共振回路と、を備えている。図２で第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の近傍に非接触で現像装置内の磁性キャリアと非磁性トナーの混合した現像剤２６が配置され、現像剤における磁性体の有無、その量又は具体的にはトナー濃度など（透磁率の数値）によってコイルＬ１及びＬ２の実質的インダクタンスに影響を与える。
【００３１】
本実施形態の基本的構成においては、第１と第２の共振回路のコンデンサを共通化又は共有させてコンデンサＣ３とすることによって、共振回路の構成要素の中でその値のバラツキの大きなコンデンサを共有にすることで容易に一次と二次の共振周波数の差を最小限に抑えることができる。
【００３２】
また、コンデンサを共有とすることで、それぞれの共振回路にそれぞれコンデンサを設けるものと同等の共振特性を保持することができるとともに、コンデンサの数を減少させることによるコストダウンも図れる。
【００３３】
更に、トナー濃度などの磁性体透磁率の検知出力を大きく取るために、発振回路２１の発振周波数ｆｏｓｃと共振回路２２の共振周波数ｆｃを一致させることが望ましいが（一例として、トナー濃度が最適値である状態のときに、ｆｏｓｃとｆｃとを略一致させる）、その際、共振周波数ｆｃを調整するにはコンデンサＣ３の容量値のみを調整すれば良いことになり、周波数調整を容易に行える。この場合、第１と第２のコイルは適宜のコイル成形手法から容易に双方のインダクタンスを同程度にすることができ得る。また、発振周波数ｆｏｓｃと共振周波数ｆｃを略一致させることにより、トナー濃度の変化に対する大きな出力変動値を得ることができ（その詳細は図４の説明で後述する）、トナー濃度検知で十分な感度を確保することができる。
【００３４】
共振回路２２の出力は位相差として取り出すようになっているが、図３に示す具体的構成では、発振回路の出力Ｖ１と第２コイルの共有コンデンサ側端の出力Ｖ２を（即ち、共振回路（検知回路）の入力端と出力端の信号を）、位相比較回路２３のイクシクルーシブＯＲのそれぞれの入力端に印加して、Ｖ１とＶ２の位相差に依存した出力信号を得るようにしている。図３に示す位相比較回路２３のイクシクルーシブＯＲの他方の入力信号は、図示の第２コイルＬ２のＶ２に代えて、抵抗Ｒ３の第１コイル側端から導いても良い。即ち、抵抗Ｒ３の両端からイクシクルーシブＯＲの両入力端に接続しても位相差を得ることができる。これは、発振回路２１の出力側、抵抗Ｒ３、第１コイルＬ１及び共有コンデンサＣ３からなる閉回路に流れる電流が、抵抗成分とリアクタンス成分からなるインピーダンスにしたがったベクトル量であるから、抵抗Ｒ３の両端における電圧間には位差が生じるのである。この位相差の取り出し方法は信号として安定はしているがその信号値は小さい。これに対して、図３に示す位相差の取り出し方法はその信号値が大きいものとなり、確実で十分な位相差出力を得ることができる。
【００３５】
次に、位相比較回路２３における共振回路側からの出力による位相比較の機能乃至作用について、図４を用いて説明する。図４に示すグラフにおいて、横は共振回路２２での周波数、縦軸は図３に示すＶ１とＶ２の位相差である。実線がトナー濃度が適正の場合の周波数に対する位相差特性を示し、破線はトナー濃度が適正値よりも低い場合の周波数に対する位相差特性を示す。
【００３６】
図３に示す共振回路のＶ１とＶ２の位相差出力をプロットすると、図４に示す実線と破線の特性を得ることができ（実験的に得たデータである）、共振回路で使用する周波数が発振回路の周波数ｆｏｓｃに一致又は略等しい領域において位相差出力は大きく変動する特性を示す。この特性はトナー濃度の高低によらず同様の傾向を表す。今、共振周波数ｆｏｓｃに一致する周波数である場合に、トナー濃度が適正であれば位相差は４７度であり、トナー濃度が低ければ位相差は８８度であって、トナー濃度が適正値から低下すると、位相差が４７度から８８度に変化して十分な出力差を得ることができる。
【００３７】
図４に示すように、発振周波数と一致する共振周波数の点で大きな位相差出力が得られる定性的な説明として、第１共振回路（Ｌ１，Ｃ３）のＱ１と第２共振回路（Ｌ２，Ｃ３）のＱ２を乗じた統合のＱに基づいた出力が得られることに加えて、コンデンサＣ３を共有したことによる第１と第２の共振回路への互いのフィードバックによる相乗効果によるものと考えられる。
【００３８】
これに対して、共振回路２２において発振周波数ｆｏｓｃより低い共振周波数ｆｃを用いた場合には、図４に示す実線と破線の位相差特性から明らかなように、トナー濃度の適正値と低減値とで位相差出力が殆ど生じない。
【００３９】
また、図３に戻って、位相比較回路２３の出力は、積分回路２４とインピーダンス変換回路２５を経て波形変換処理されて、磁性体の透磁率検知回路２０全体の出力とされる。
【００４０】
上述したような透磁率検知回路は、図２に示すような現像装置を備えた画像形成装置に適用できるものであり、更に、図１に示すようなプリンタ、スキャナを含めたディジタル複写機にも当然に採用できるものである。更に、以上の説明では、第１コイル及び第２コイルに対して近傍で非接触で磁性体を配置することで、透磁率に応じてインダクタンスが変化することを利用したものであるが、これに限らず、両コイルに近接した領域に導体を配置して、コイルからの磁束による導体内渦電流での磁界の影響でコイルインダクタンスが変化することを利用するものであっても良い。即ち、電気電導率に応じてインダクタンスが変化することを利用した導体検知にも適用できる。
【００４１】
また、図３の回路構成では、共振回路（検知回路）の出力を位相差として取り出して位相比較する例を示したが、検知回路の出力を位相差として取り出すことに代えて、例えば、コイル近接領域の磁性体の透磁率変化による第１のコイルと第２のコイルのインダクタンス変化が引き起こす、第１及び第２共振回路に流れる電流の振幅変化を検知回路を通して出力として取り出しても良い。また、現像剤２６が第１及び第２のコイルＬ１，Ｌ２に近接して設けられることを説明したが、コイルの一方に近接したものでも良い。
【００４２】
次に、本発明の実施形態に係る透磁率検知装置に関する具体的な構成例について、図５〜図１２を参照しながら以下説明する。本実施形態の基本的構成を示す図３の共振回路は鋭い感度特性を備えているので、個々の構成部品のばらつきによって、回路定数が共振条件よりずれてしまうということも有り得る。即ち、回路設計を行う上で、部品単体が規格として持っている数パーセントの公差分を、厳密な共振条件保持のために、調整する何らかの手段が必要とされる。
【００４３】
そこで、本実施形態では、調整手段として図５に示すように、共振回路の共有コンデンサＣ３にバリキャップ（バリアブルキャパシタ：ＶＣ）を並列接続する構成を採用した。バリキャップＶＣは制御電圧の大きさによって容量が変化するコンデンサである。即ち、制御電圧Ｖｃｏｎｔのレベルを調整することにより、共有コンデンサＣ３とバリキャップＶＣの合成容量が調整可能となり、共振条件へコンデンサ容量を合わせ込むことができる。ここで、Ｃ２は制御電圧に対する直流カットオフコンデンサであり、この直列接続されたＣ２によっても、共振回路の総合コンデンサ容量が調整できる。このように、図５に示す共振回路においては、図３に示す単一の共有コンデンサＣ３に代えて、コンデンサ容量を変化させるために、バリキャップＶＣと直流カットオフコンデンサＣ２を直列接続し且つその接続点に制御電圧を印加する構成を用いて、制御電圧を変えることで可変容量を得ている。また、図５の構成例ではコンデンサＣ３に並列に前記可変容量を接続しているが、前記Ｃ３を用いないで、バリキャップＶＣと直流カットオフコンデンサＣ２からなる回路構成としても良い。
【００４４】
図９には、バリキャップＶＣと直流カットオフコンデンサＣ２を直列に接続した合成容量の制御電圧による変化、及びＣ２の容量の大・小による合成容量の変化を表している。制御電圧を変えるという簡易な手法で、適宜の合成容量値に調整することができ、多少の構成部品のばらつきがあっても共振周波数を所定値に設定できる回路を実現することができる。図９によると、制御電圧を１〜５Ｖの範囲内で変えると合成容量を大きく変化させることができ、この変化はＣ２が大であるほど大きいことが分かる。また、Ｃ２は、印加した制御電圧がコイルを通過して、直接そのままグランドに落ちてしまうことを防ぐ（直流カットオフ）という役割も当然に併せ持っている。直流カットオフコンデンサＣ２を挿入することで、常にバリキャップＶＣに規定の電圧の供給が可能となるのである。
【００４５】
以上のように、バリキャップＶＣは制御電圧（外部印加電圧）Ｖｃｏｎｔによって容量を変化させることができ、ＶＣの容量を変化させることで、共振回路の共振周波数をずらすことができる。このようにして、制御電圧による制御の幅を持たせることができ、トナー濃度センサに使用する場合にはこの特性を用いて、制御電圧による検知レベルの調整を行なうことができる。現像装置の特性は機種によっても異なる上、現像剤の特性ばらつきも比較的大きいことが想定されるため、このような特性のばらつくものと組み合わせて使用する本実施形態に関するトナー濃度センサは、制御電圧によるＶＣ容量の調整よって、現像装置側のばらつきを吸収し、所定の出力レベルを保つことができるようになる。
【００４６】
ここで、制御電圧に対するトナー濃度センサを一例とする透磁率検知装置の応答性について考察すると、上述した吸収するべき種々のばらつき以上の大きな調整（制御）能力、即ちＶＣの可変領域が大き過ぎると、制御電圧に対する応答性が俊敏になりすぎて、少し制御電圧を動かしただけで、大きく出力が変化してしまうことになり、不安定な制御となってしまう。そこで、ＶＣの可変容量範囲は、現像装置側のばらつきを吸収できる調整幅を持ちつつ、適宜に小さいことが望ましい。そこで、本実施形態では、バリキャップＶＣと直列に直流カットオフコンデンサＣ２を接続し、Ｃ２の容量によりＶＣとの合成容量が変化することを利用したものであり、図９に制御電圧に対する合成容量の変化の様子を示している。
【００４７】
図９で、ＶＣとＣ２の直列接続であるため、Ｃ２が大きくなると合成容量も大きくなるが、Ｃ２が無くて短絡されている場合（黒菱形の特性曲線）が最も大きな合成容量であり、且つ、最も大きな可変領域を持つことがわかる。このように、制御電圧の応答性や必要とする調整範囲の双方を考慮し、最適なＣ２容量を選択することで、より安定した制御を行なうことが可能となる。換言すると、Ｃ２は、制御電圧のカットオフ機能を有するばかりではなくて、ＶＣとの合成容量における安定した制御応答性の機能をも有しているのである。
【００４８】
次に、本実施形態に関する共振回路の共有コンデンサとして、負の温度係数を有する温度補償コンデンサを用いる構成を説明する。一般的に、電子部品には温度変化によってその特性値が変化してしまう素子があり、特に、電子部品の中でとりわけ大きな正の温度係数を有するものがバリキャップＶＣである。装置の周囲温度変化に伴うバリキャップの容量変化によって、透磁率検知装置の出力値が変動するという事態が生じ、周囲温度変化に対する補償を行う必要が生じる。そこで、本実施形態では、温度補償の方法として、図５に示す共振回路の共有コンデンサＣ３に負の温度係数を持つ温度補償コンデンサを採用する。即ち、正の温度係数を持つバリキャップＶＣに並列又は直列に負の温度係数の温度補償コンデンサを接続し、周囲の温度変化を補正しようとするものである。
【００４９】
図１０に透磁率検知装置の検知電圧−温度特性を示す。一般的に、検知装置としては、検知対象（例えば、透磁率）以外の要因で出力が変動することは望ましくない。図１０に示す実験結果によると、温度補償を何も施さない検知装置においては、２５℃〜６０℃（仕様上の温度範囲）の周囲温度変化によって、検知装置の出力に変動が生じることを確認した。そこで、本実施形態における、負の温度係数をもった温度補償コンデンサＣ３をバリキャップと並列又は直列に接続して構成すると、温度変化が抑えられ、温度によって検知電圧が変動せず、一定値を保つことができた（図１０では２５℃からの特性を図示しているが、装置の周囲温度が１０℃の場合においても図１０に示す特性傾向を示すことを確認できた）。なお、ＶＣ以外でも正の温度係数をもった電子部品に対しても同等の効果がある。以上の説明では、バリキャップＶＣに対する温度補償コンデンサＣ３の有効性を述べたが、これに限らず、図５に示すように、ＶＣとＣ２の直列接続された複数のコンデンサを用いた場合においても、同様な効果を奏する。
【００５０】
また、温度係数の大きいコンデンサ（複数でも構わない）、例えばバリキャップＶＣに温度補償コンデンサＣ３を並列接続する場合に、この温度補償コンデンサＣ３にもその温度係数を異にする複数のコンデンサがあり、具体的には例えば、容量１０ｐＦと３０ｐＦの温度補償コンデンサには、それぞれ温度係数−１２０ｐｐｍ／℃、−３３０ｐｐｍ／℃、−４００ｐｐｍ／℃のような異なる温度係数のコンデンサが市販されており（この温度係数は、温度に対する容量の変動分を表しているが、温度補償コンデンサ自体の静電容量の大きさにも関連するものである。したがって、温度補償コンデンサ自体の静電容量が大きければ、同じ温度係数−１２０ｐｐｍ／℃のものであっても温度変化に対する容量の変動分は大きい。）、その内で温度係数の大きいものの方がその温度係数のばらつきが大きい傾向があり、温度係数のばらつき（引いては静電容量のばらつき）の影響を少なくするためにはできるだけ温度係数の小さいものを選択する方が望ましい。
【００５１】
そこで、バリキャップの容量が、温度補償コンデンサの容量と比較して大きいと、温度上昇によるバリキャップ容量の変動上昇分が大きいので、この変動上昇分を補償するために、温度係数の大きい温度補償コンデンサを採用せざるを得ないが、逆に、温度補償コンデンサの容量が並列接続されたバリキャップの最大容量よりも大きい場合には、その容量大の温度補償コンデンサにおける小さい温度係数のものであっても、容量小のバリキャップの温度上昇による容量変動分を十分に補償でき得ることとなる（容量大の温度補償コンデンサを用いることによって、温度係数の大きいものを採用するまでもなく、バリキャップの温度上昇による容量変動分を補償できるのである）。このように、温度変動分の大きいコンデンサ、例えばバリキャップに対して、バリキャップ容量よりも容量大の温度補償コンデンサを並列接続すると、バリキャップの温度変動分を補償するのに、温度係数の小さい方の温度補償コンデンサを採用することができて、温度係数のばらつき、引いては静電容量のばらつきの影響を小さくできるという効果がある。
【００５２】
更に、本実施形態における温度補償コンデンサＣ３の機能を敷衍して述べる。環境温度の変化により、コンデンサの容量が変化するなど、その特性が変化する他の回路部品がある。これらの変化は、共振回路の共振条件をずらしてしまい、出力が変化することにつながるので、温度変化に対する補正を行なう必要がある。大きな温度変化をする（温度係数の大きい）部品は、バリキャップＶＣや発振子などがあり、後述するが、回路構成例Ａ，Ｂで用いたバリキャップＶＣの温度係数は４〜３５０ｐｐｍ／℃、発振子の温度係数は４２．５ｐｐｍ／℃（実測）である。本実施形態では、これらを含めた共振回路の温度補償を適正なＣ３の容量と温度係数（負）を選択することによって行なう。
【００５３】
ここで、温度補償コンデンサＣ３の容量は、共振条件のＣと温度係数の双方に寄与するパラメータであるが、市販されている温度補償コンデンサは、その仕様規格値が限定されてしまうため、温度補償コンデンサ単独で、適正な温度補償が行なえない場合がでてくる。そこで、図５に示す回路のように、他のコンデンサ（ＶＣ、Ｃ２など）を加え、容量調整を行ない、回路に適した温度補償コンデンサの容量と温度係数を最適化するものである（Ｃ２に温度補償コンデンサを用いても良くその場合にはＶＣの容量調整も加わる）。また、図５の回路において、温度補償コンデンサＣ３と直列に別のコンデンサを用いて調整することも可能ではある。ただ、直列になると計算が多少複雑になり、並列であると単純な加算で定数を決定できる利点があるため、図５では並列接続を例示している。
【００５４】
次に、図６には、本実施形態に関する共振回路のコンデンサとして、温度補償コンデンサＣ３にトリマコンデンサＣ４を並列接続する構成例を示す。温度補償コンデンサＣ３は温度係数の特性上からその容量の規格公差が比較的広く許容されており、容量のばらつきが大きくなるのが一般的である。したがって、共振回路に温度補償コンデンサを用いた場合に、共振回路の共振周波数の調整範囲をさらに幅広くするために、図６の温度補償コンデンサＣ３にトリマコンデンサＣ４（容量可変型コンデンサ）を並列接続する。なお、以上の説明ではトリマコンデンサの採用は、温度補償コンデンサＣ３の容量のばらつきが大であることを理由としたが、これに限らず、共振回路に接続された共有コンデンサの容量を変更したい場合に、トリマコンデンサの接続でその容量を適宜に調整することで全体のコンデンサ容量を所望の値に調整しても良い。要は、トリマコンデンサの接続配置によって、図４に示す共振回路の共振周波数ｆｃを発振回路の発振周波数ｆｏｓｃに一致又は近似させることが容易に可能となるのである。
【００５５】
図１１は、調整可能幅が温度補償コンデンサ容量の５〜３０％の値を有するトリマコンデンサＣ４と、温度補償コンデンサＣ３等との合成容量を１０サンプルについて表した図である。図１１によると、温度補償コンデンサＣ３等とトリマコンデンサＣ４のそれぞれの容量値のばらつきにより、合成容量にもばらつきが生じる。しかしながら、トリマコンデンサを調整することで各透磁率検知装置のサンプル毎に生じる温度補償コンデンサＣ３等の容量ばらつきを、トリマコンデンサＣ４の調整範囲内であれば、合成容量をある一定の値に揃えることが容易に可能となるのである。即ち、図１１で、合成容量を４０ｐＦにしたいときに、３２〜３７ｐＦで容量ばらつきのある温度補償コンデンサ等（温度補償コンデンサの他に、コンデンサＶＣやＣ２との組み合わせ）であっても、調整幅が約１２ｐＦのトリマコンデンサを接続すれば、１０サンプルすべてについて合成容量を所望の４０ｐＦに揃えることができる。
【００５６】
更に、トリマコンデンサＣ４を用いた具体的な回路構成について説明する。上述したように、温度補償コンデンサＣ３のコンデンサはばらつきが±５％（一般的な仕様公差）と大きく、共振回路においては、この容量ばらつきを無視することはできない。そこで、トリマコンデンサｃ４の持つ容量幅が温度補償コンデンサＣ３やその他共振回路を構成する部品のばらつきを吸収するのであるが、一方において、トリマコンデンサの可変容量範囲を大きくし過ぎると、調整範囲が広いために最適なトリマコンデンサの容量値を見つける作業が困難になる。
【００５７】
図１２に調整範囲の異なるトリマコンデンサを用いたトナー濃度センサにおけるレベル調整に要した時間を示す。生産工程上の調整時間は３０秒（ｓ）を目標としているが、トリマコンデンサの容量幅が大きいものは、調整に時間がかかり（中には最適値を見つけられずに調整不可のサンプルもあった）、作業の困難性を引き起こすことがわかった。尚、トリマコンデンサの規格値はとびとびの値しか存在していない。適正な時間で調整するためには、図１２からわかるように、容量調整幅が１５．５ｐＦのものが適しており、最大でも２０ｐＦ程度のものが限界である。このことから、トリマコンデンサの容量としては、部品のばらつきを吸収する幅を持ち、且つ適正な時間で調整できる容量であることが必要であると云える。
【００５８】
加えて、具体的な回路構成上の数値を挙げてトリマコンデンサの機能乃至作用を説明する。まず、回路構成例Ａとして、図６の回路にバリキャップＶＣ及び直流カットオフコンデンサＣ２を並列接続した、後述する図７の回路を例示する。即ち、ＶＣ＝１０ｐＦ、Ｃ２＝１０ｐＦ、Ｃ３＝３３ｐＦ（温度係数−３３０ｐｐｍ／℃（＝−０．０１０８９ｐＦ／℃））、トリマコンデンサ＝３〜１０ｐＦ（変化幅７ｐＦ）を例示する。これらの４つのコンデンサを図７のように構成した場合の総容量Ｃは約４５ｐＦであり、この総容量値はコイルＬ１，Ｌ２のインダクタンス値（Ｌ値）との関係によって決まる。なお、共振条件を満たすような、Ｌ値とＣ値の組み合わせは、任意に選択ことができる。回路構成Ａの組み合わせが、共振条件を満たし、制御電圧応答性や制御電圧調整範囲、部品ばらつきの吸収等の条件を満たし、トナー濃度センサとして成立することを実験的に確認した。更に、１０℃〜５０℃の温度変化において温度変動もしないことを実験的に確認した。
【００５９】
そこで、図１１には、回路構成例Ａの組み合わせによる総容量を表した。黒色の棒グラフはＶＣ＋Ｃ２＋Ｃ３＋トリマコンデンサ最小値であり、白色棒グラフの上限がＶＣ＋Ｃ２＋Ｃ３＋トリマコンデンサ最大値の実測データである（サンプルＮ＝１０）。このように、トリマコンデンサＣ４によって調整できる幅は白色棒グラフの幅となり、トリマコンデンサの調整範囲で、総容量約４０ｐＦ付近の共振点へ合わせ込むことができる。回路構成例Ａで選択したトリマコンデンサの変化幅７ｐＦは総容量Ｃの１７．５％、Ｃ３の２１％である。また、回路構成例Ａのトリマコンデンサの可変領域を広げ、変化幅１５．５ｐＦ（４．５〜２０ｐＦ）のトリマコンデンサを用いても成立し、総容量Ｃの３８．７５％、Ｃ３の４５．９％であることが分かった。しかし、変化幅３３ｐＦという容量変化の大きなトリマコンデンサを用いると、トリマコンデンサの調整が困難になり、生産工程上で適正でない。
【００６０】
次に、バリキャップＶＣを無くするとともに、コイルのＬ値を小さくし、総容量Ｃを１７５ｐＦにした回路構成例Ｂ（ＶＣ無し、Ｃ２＝５ｐＦ、Ｃ３＝１５０ｐＦ（温度係数−１５０ｐｐｍ／℃（：−０．０２２５ｐＦ／℃））、トリマコンデンサ＝３〜１０ｐＦ（変化幅７ｐＦ））を例に挙げると、回路構成例Ｂの場合も回路構成例Ａと同様にトナー濃度センサとして成立することを確認した。この時のトリマコンデンサの変化幅７ｐＦは総容量Ｃの４％、Ｃ３の４．６７％である。また、回路構成例Ｂのトリマコンデンサの容量可変範囲を広げ、変化幅１５．５ｐＦ（４．５〜２０ｐＦ）のトリマコンデンサを用いても成立する（この時のトリマコンデンサの変化幅は総容量Ｃの８．８５％、Ｃ３の１０．３％）ことを確認した。
【００６１】
以上の具体的な実験結果から、トリマコンデンサの適正な調整範囲は総容量の４０％以下、温度補償コンデンサＣ３の５０％以下であることが適正であると見い出した。敷衍して述べると、トリマコンデンサは主に温度補償コンデンサＣ３のばらつき吸収のために用いる。温度補償コンデンサは公差±５％品が主流であるが、選別すれば±１％品を入手できることから、温度補償コンデンサ容量の２％分以上をトリマコンデンサで調整できれば、温度補償コンデンサのばらつきは吸収できる。更に、温度補償コンデンサは、温度係数の大きいＶＣを補償するために用いていることから、ほぼ同容量のコンデンサを並列に接続し、それぞれの公差は±１％品であることを想定すると、合成容量の１％以上をトリマコンデンサで吸収できればよいことになる。
【００６２】
図７は、温度補償コンデンサＣ３と、バリキャップＶＣと直流カットオフコンデンサＣ２の直列接続回路と、トリマコンデンサＣ４と、を並列接続した本実施形態の構成例である。ここで、バリキャップＶＣを含めて一般のコンデンサは周囲温度が上昇するとそのキャパシタンスは増す傾向にあるので、周囲温度の影響を少なくするために、温度補償コンデンサＣ３は負の温度係数を有するものを使用する。
【００６３】
ここで、バリキャップＶＣは、トナー条件や共振回路の構成要素の値などによって共振条件が変化した場合において、透磁率検知装置の使用中に制御電圧を変えることによってバリキャップの容量を可変させ、引いてはコンデンサの全体容量を所望の値に設定するためのものである（図４に示すｆｃをｆｏｓｃに一致させるように）。また、トリマコンデンサＣ４は、容量ばらつきの大きい温度補償コンデンサＣ３の容量調整のためのものであるとともに、共振条件を最適化するためのコンデンサ容量調整用であり、通常は工場出荷時に調整されるものである。このような、バリキャップＶＣとトリマコンデンサＣ４の機能、役割は、図７に示す回路構成に限られるものでは無くてこれらのコンデンサを用いた全ての回路構成でも同様である。
【００６４】
図８に示す本実施形態に関する共振回路の他の構成例では、温度補償コンデンサＣ３と、トリマコンデンサＣ４と、バリキャップＶＣと、の並列接続コンデンサが共有コンデンサとして機能しており、制御電圧の直流カットオフコンデンサは、図８の各コイルＬ１，Ｌ２のＡ点側、Ｂ点側にＣ２−１，Ｃ２−２のように接続されていて、図７の回路と同様の効果を奏する。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、第１共振回路と第２共振回路に共有コンデンサを用いることで、共振回路（検知回路）の共振周波数を容易に調整することができるとともに、第１と第２の共振回路の共振周波数をたやすく揃えることができる。更に、第１共振回路と第２共振回路を備えた透磁率検知装置の共振周波数を発振回路の発振周波数と略一致させることで透磁率検知出力を大きく取り出すことができる。更に、共有コンデンサを有した共振回路の入出力端の位相差出力を検出することで磁性体検知感度を向上させることができる。
【００６６】
また、コンデンサとしてバリキャップを用いることによって装置の使用中にコンデンサ容量を適宜に調整することができるとともに、バリキャップに直流カットオフコンデンサを直列接続することで制御電圧による合成容量の変動幅を適正な値として安定した制御応答性をも確保することができる。
【００６７】
また、共振回路に負の温度補償コンデンサを用いることによって、バリキャップ等を含めた現像装置内構成要素における温度係数のばらつきの影響を少なくし、温度ドリフトを無くすることができる。
【００６８】
また、トリマコンデンサを温度補償コンデンサとともに採用することによって、温度補償コンデンサの容量ばらつきを吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る透磁率検知装置を適用する電子写真複写装置に関する概要を示す図でである。
【図２】トナー濃度センサなどの透磁率検知装置を設置した現像装置の構成を示す図でである。
【図３】本実施形態に係る透磁率検知装置の基本的な回路構成を示す図でである。
【図４】本実施形態に係る透磁率検知装置に関する基本的な機能を説明するための図である。
【図５】本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例１を示す図でである。
【図６】本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例２を示す図でである。
【図７】本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例３を示す図でである。
【図８】本実施形態に係る透磁率検知装置の回路構成例４を示す図である。
【図９】本実施形態の共振回路におけるバリキャップの制御電圧とバリキャップ及びカットオフコンデンサの合成容量との関係を示す特性図でである。
【図１０】本実施形態の共振回路に温度補償コンデンサを用いたときの透磁率検知装置の検地電圧−温度特性を示す図でである。
【図１１】本実施形態の共振回路にトリマコンデンサを用いたときの合成容量の調整幅特性を示す図でである。
【図１２】本実施形態の共振回路に調整幅の異なるトリマコンデンサを用いたときのレベル調整に要した時間を示す図である。
【符号の説明】
１ 読取部
２ ランプ
３ ＣＣＤ
４ 増幅器
５ Ａ／Ｄ変換部
６ 画像処理部
８ シューディング補正
９ フィルタ
１０ γ補正
１１ 階調処理
１２ 像形成部
１３ 書き込み部
１４ 露光
１５ 帯電チャージャ
１６ 現像スリーブ
１７ 給紙トレー
２０ 磁性体検知回路
２１ 発振回路
２２ 共振回路（検知回路）
２３ 位相比較回路
２４ 積分回路
２５ インピーダンス変換回路
２６ 現像剤
Ｌ１ 一次コイル
Ｌ２ 二次コイル
Ｃ，Ｃ３ 共有コンデンサ
Ｃ２ 直流カットオフコンデンサ
Ｃ４ トリマコンデンサ
ＶＣ バリキャップ（バリアブルキャパシタ）
ＯＳＣ 発振回路
Claims (17)
- 磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、
前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、
前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、
前記共有コンデンサに対して、制御電圧の大きさにより静電容量を可変するバリキャップと直流カットオフコンデンサとの直列接続回路を並列接続し、
前記直流カットオフコンデンサは、前記制御電圧をカットオフする機能を奏するものであるとともに、前記制御電圧の調整幅に対する前記直列接続回路の合成静電容量の変化幅を適正にするようにその静電容量値を設定されるものである
ことを特徴とする透磁率検知装置。 - 請求項１において、
前記第１コイルと前記第２コイルの接続点に前記直流カットオフコンデンサが接続されていることを特徴とする透磁率検知装置。 - 請求項１又は２において、
前記共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサであることを特徴とする透磁率検知装置。 - 磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、
前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、
前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、
前記共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサであり、
前記温度補償コンデンサに対して、制御電圧の大きさにより静電容量を可変するバリキャップを並列接続する
ことを特徴とする透磁率検知装置。 - 請求項４において、
前記バリキャップに直流カットオフコンデンサを直列接続することを特徴とする透磁率検知装置。 - 請求項４において、
前記温度補償コンデンサの静電容量が前記バリキャップの最大容量よりも大きいことを特徴とする透磁率検知装置。 - 請求項５において、
前記温度補償コンデンサの静電容量が、前記バリキャップと前記直流カットオフコンデンサの合成静電容量の最大値よりも大きいことを特徴とする透磁率検知装置。 - 磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、
前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、
前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、
前記共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサであり、
前記温度補償コンデンサに対して静電容量の可変可能なトリマコンデンサを並列接続する
ことを特徴とする透磁率検知装置。 - 請求項８において、
前記トリマコンデンサの静電容量の可変幅が、総静電容量の１％〜４０％、前記温度補償コンデンサの２〜５０％の範囲であることを特徴とする透磁率検知装置。 - 磁性体に近接配置されたコイルを用いて前記磁性体の透磁率を検知する透磁率検知装置において、
前記コイルは、第１の共振回路の第１コイルと前記第１コイルに磁気的結合された第２の共振回路の第２コイルとからなり、
前記第１共振回路のコンデンサは、前記第２共振回路のコンデンサと兼用した共有コンデンサであり、
前記共有コンデンサは負の温度係数を有する温度補償コンデンサであり、
前記温度補償コンデンサに対して静電容量の可変可能なトリマコンデンサを並列接続し、
前記トリマコンデンサに対して制御電圧の大きさにより静電容量を可変するバリキャップを並列接続する
ことを特徴とする透磁率検知装置。 - 請求項１０において、
前記トリマコンデンサの静電容量の可変幅が、総静電容量の１％〜４０％、前記温度補償コンデンサの２〜５０％の範囲であることを特徴とする透磁率検知装置。 - 請求項１０において、
前記バリキャップに直流カットオフコンデンサを直列接続することを特徴とする透磁率検知装置。 - 請求項１２において、
前記トリマコンデンサの静電容量の可変幅が、総静電容量の１％〜４０％、前記温度補償コンデンサの２〜５０％の範囲であることを特徴とする透磁率検知装置。 - 請求項１乃至１３のいずれか１つの請求項に記載の透磁率検知装置を現像装置に付設した画像形成装置。
- 請求項１乃至１３のいずれか１つの請求項に記載の透磁率検知装置を現像装置に付設したディジタル複写機。
- 請求項１乃至１３のいずれか１つの請求項に記載の透磁率検知装置を用いて現像装置のトナー濃度を検知することを特徴とするトナー濃度検知装置。
- 請求項１乃至１３のいずれか１つの請求項に記載の透磁率検知装置において、
前記コイルに近接配置した磁性体に代えて、導体を配置して前記導体の有無を検知する導体検知装置。
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