JP2006171176A - トナー濃度センサー - Google Patents

Abstract

【課題】 調整が不要で、安価であり、然も、ダイナミックレンジが広く、ノイズに強く、温度変動による影響を受けることがないトナー濃度センサーを提供する。
【解決手段】 濃度センサーユニット７は発振器を含み、スクレイパー８を回転させ、センサーユニット７のコイルの周辺に現像剤２が充満された状態と、現像剤２が存在しない状態とを作る。濃度センサーユニット７の発振出力は、コイルの周辺に現像剤２が充満されている状態のときには、トナーの濃度に応じた周波数の発振出力となり、現像剤２が存在していない状態のときには、固有の周波数となる。アップダウンカウンタで、濃度センサーユニット７の発振出力をアップ／ダウンカウントし、現像剤２が充満されている状態のときの発振周波数と、現像剤２が存在していない状態のときの発振周波数との周波数差を求め、トナーの濃度が検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、キャリアと呼ばれる磁性粉と、着色剤であるトナーにより構成されるを２成分現像方式を使用した電子写真方式による記録装置に使用されるトナー濃度センサーに関する。

電子写真方式の画像記録装置（プリンタ）において、現像剤が、キャリアと呼ばれる磁性粉と、着色剤であるトナーにより構成された２成分現像方式が多用される。２成分現像方式では、キャリアとトナーの混合比を最適値に保つために、例えば特許文献１に示すように、その混合比検出用の透磁率センサーが使用されている。

図１６は、従来のトナー濃度センサー回路の一例を示すものである。図１６に示すように、従来のトナー濃度センサー回路は、差動トランス１０１と、コンデンサ１０２、１０３と、抵抗１０４と、ＸＯＲゲート１０５とからなる発振回路と、差動トランス１０１の他巻線からの出力を波形整形するコンデンサ１０６、１０７と、抵抗１０８、ＡＮＤゲート１０９とからなるバッファ回路と、この位相差を比較するＸＯＲゲート１１０と、抵抗１１１、コンデンサ１１２とからなる積分回路により構成されている。

差動トランス近傍に現像剤であるトナーとキャリアの混合物があると、その透磁率の変化により、差動トランス１０１の各巻線間のインダクタンスのアンバランスが生じる。その波形の位相差を整形された矩形波の重なりを検出し、積分することで、位相差に比例したアナログ電圧を得ている。

現像剤のトナーの濃度が低下すると、磁性体であるキャリアの濃度は相対的に増加し、透磁率は増加する。反対にトナー濃度が上昇すると、磁性体であるキャリアの濃度は相対的に現象し、透磁率は現象する。したがって、透磁率を観測することにより、現像剤のトナー濃度を検出することができる。
特開２００２−２９６８９３号公報

上述の従来のセンサー回路は、透磁率の変化を差動トランス１０１による位相差で検出しているため、検出可能なダイナミックレンジが狭いという欠点がある。透磁率の感度を高く取ると、その観測範囲を越えた場合、位相検出回路が飽和し、アナログ出力が零、あるいは最大値となってしまう。そのため、差動トランス１０１のコア位置を一つ一つ調整し、所望の透磁率で出力の変化が最大となる動作点に調整しなければならなかった。また、製造時にコアの調整が必要なため、濃度センサーの価格が高価になるという問題があった。また、出力がアナログ電圧で、出力インピーダンスも高いことから、ノイズに弱く、接続方法も、信頼性の高いコネクタを使用する必要があった。

本発明は、上述の課題を鑑み、調整が不要で、安価であり、然も、ダイナミックレンジが広く、ノイズに強く、温度変動による影響を受けることがないトナー濃度センサーを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、請求項１の発明に係るトナー濃度センサーは、２成分現像方式を使用した電子写真方式による記録装置に使用されるトナー濃度センサーにおいて、トナーとキャリアとからなる現像剤が収納された収納手段と、コイルとコンデンサからなる共振回路を有し、発振器の共振回路を形成するコイルを、そのインダクタンスが収納手段に収納された現像剤の透磁率により変化する部位に配置する発振器と、発振器の共振回路を形成するコイルの近傍に設けられ、周期的に接近と離脱を行う比較標準となる透磁率を有する試料若しくは現像剤の空乏部位、又は現像剤の空乏部位作成手段により、コイル近傍の透磁率を周期的に変化させる手段と、コイル近傍の透磁率の周期的な変化による、発振器の発振周波数の周期的な変化タイミングを検出し、この変化タイミングの情報を基に、発振器の周波数の周期的な変化を観測し、発振器の周波数の周期的な変化量を測定することにより現像剤の透磁率を検出する手段とを備え、現像剤の透磁率から現像剤のトナー濃度を検出することを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、発振器の発振出力は、現像剤の収納手段を支持する記録装置本体側の構造体上のコイルの近傍に相対する位置に設置された検出コイルにより電磁誘導により伝達されることを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、コイル近傍の透磁率を周期的に変化させる手段又はコイル近傍の透磁率を周期的に変化させる手段と同期して動作する部位に、コイル近傍の透磁率を周期的に変化させる手段の周期と位相を検出するための変化タイミング検出手段を設け、変化タイミング検出手段からのタイミング情報を基に、コイル近傍の透磁率の周期的な変化による、発振器の発振周波数の周期的な変化タイミングを検出することを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、変化タイミング検出手段で検出されたタイミング情報を基に、発振器の発振出力の計数動作を行うカウンタ回路から構成される演算回路により、発振器の周波数の周期的な変化による発振周波数の差を求めることを特徴とする。

請求項５の発明では、請求項３の発明において、変化タイミング検出手段からのタイミング情報は、発振器の出力に多重化して送信されることを特徴とする。

請求項６の発明では、請求項５の発明において、変化タイミング検出手段からのタイミング情報は、発振器に発振の停止期間を設けることで発振器の発振出力に多重化して伝送されるようにしたことを特徴とする。

請求項７の発明では、請求項５の発明において、発振器からの発振出力に多重化される情報中に、現像剤の収納手段を構成するカートリッジの個別認識情報を含めるようにしたことを特徴とする。

請求項８の発明では、請求項１の発明において、カウンタ回路により発振器の発振出力の計数値の変化を周期的に観測することにより、コイルの近傍の透磁率の周期的な変化による、発振器の発振周波数の周期的な変化タイミングを検出することを特徴とする。

請求項９の発明では、検出されたタイミング情報を基に、発振器の発振出力の計数動作を行うカウンタ回路から構成される演算回路により、発振器の周波数を周期的な変化による発振周波数の差を求めることを特徴とする。

本発明では、コイルにより発振周波数が変化する発振器を有する濃度センサーユニットに対して、コイルの周辺に現像剤が充満されている状態と、空乏状態又は比較標準となる試料が存在する状態とを作るようにしている。コイルの周辺に現像剤が充満されている状態のときには、トナーの透磁率により、トナーの濃度に応じた周波数の発振出力となり、空乏状態又は比較標準となる試料が存在する状態では、固有の周波数となる。したがって、各状態での発振周波数の差を検出することで、現像剤の透磁率が求まり、これにより、トナー濃度を求めることができる。

かかる本発明では、検出可能なダイナミックレンジは、透磁率の検出範囲が、空気程度から、所望の標準透磁率の数倍にまで及ぶため、無調整で、高精度なトー濃度センサーが実現可能なだけでなく、回路規模の非常に大きい高精度な除算器、あるいは減算器を用いること無く、回路構成の小型化が図れる。また、各センサーの温度による周波数偏差がキャンセルされ、温度補償や、キャリブレーションが不要である。更に、本発明では、全てロジック回路で構成されており、カスタムＬＳＩに回路を内蔵してしまうことが可能となる。

また、本発明によれば、現像剤の収納手段が交換カートリッジで構成される場合、その個別認識データをセンサー信号に多重化が可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態を示すものである。

図１において、ハウジング１は、現像ユニットの構造体を兼ね備えており、ハウジング１内には、図示せぬトナー補給装置によって、現像剤２が必要量だけ蓄えられる。現像剤２は、キャリアと呼ばれる磁性粉と、着色剤であるトナーとを混合したものである。ハウジング１は、ロアーシャーシ３により支持される。

ミキサー４は、ハウジング１内の現像剤２の濃度を一定に保ち、かつ、トナーとキャリアを均一に混合させるものである。ミキサー４の回転軸４ａには、ギア５が取り付けられ、このギア５がギア６に歯合される。ギア６は、図示せぬモータにより回転され、この回転がギア６、ギア５を介して、ミキサー４に伝えられる。これにより、ミキサー４がハウジング１内で回転され、ハウジング１内の現像剤２が攪拌され、現像剤２を構成するトナーとキャリアが均一に混合される。

現像剤２の格納手段を構成する構造体上に、濃度センサーユニット７が設けられる。濃度センサーユニット７は発振器を含んでおり、図２に示すように、ＰＣＢ(Printed Circuit Board)２１上に構成されている。濃度センサーユニット７を構成するＰＣＢ２１には、発振周波数を決めるコイル２２が実装されている。

また、図１において、現像剤２を攪拌するミキサー４の周上には、濃度センサーユニット７に相対向する部位に、スクレイパー８が設けられている。スクレイパー８は、ミキサー４の回転に伴って回転し、スクレイパー８が回転することにより、ハウジング１の下部に溜まった現像剤２が攪拌され、濃度センサーユニット７の周辺の現像剤２が一時的に除去される。これにより、ミキサー４の回転の半周期毎に、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態と、現像剤２が存在しない状態の２つの状態が作り出される。

前述したように、濃度センサーユニット７は、発振器を含んでいる。濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態のときと、周辺に現像剤２が存在していない状態のときとでは、コイル２２に対する透磁率が異なり、コイル２２のインダクタンスが変わってくる。このため、濃度センサーユニット７の発振周波数は異なってくる。

濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態のときの透磁率は、現像剤２のキャリアとトナーとの混合比に応じて変化する。すなわち、トナーの濃度が低下すると、磁性体であるキャリアの濃度は相対的に増加し、透磁率は増加する。トナーの濃度が上昇すると、磁性体であるキャリアの濃度は相対的に減少し、透磁率は減少する。したがって、コイル２２の周辺に現像剤２が充満されている状態のときには、濃度センサーユニット７の発振周波数は、トナーの濃度に応じた周波数となる。

これに対して、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が存在していない状態のときには、濃度センサーユニット７の発振周波数は、キャリアとトナーとの混合比に係わらず、固有の周波数となる。

ミキサー４の回転軸４ａには、スリットディスク９が取り付けられる。スリットディスク９は、図３に示すように、半周期毎の位置に、透過スリット４２ａ及び４２ｂを有するディスクである。図１において、スリットディスク９の円周部は、フォトインタラプタ１０内に配置される。スリットディスク９はミキサー４の回転軸４ａと共に回転し、フォトインタラプタ１０からは、ミキサー４の回転位相の検出信号が出力される。このフォトインタラプタ１０の検出信号は、濃度センサーユニット７に供給される。

濃度センサーユニット７からは、ミキサー４の回転の半周毎に、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態のときの発振出力と、現像剤２が存在しない状態のときの発振出力とが交互に出力される。また、この濃度センサーユニット７の発振器は、フォトインタラプタ１０から検出信号が送られてくるタイミングで、発振動作を停止する。

濃度センサーユニット７としては、例えば、図４に示すような構成のものが用いられる。

図４において、ＮＡＮＤゲート２３は、単ゲートのＣＭＯＳ ＩＣ(Integrated Circuit)から構成されている。ＮＡＮＤゲート２３の出力端子と接地間に、抵抗２４と、コンデンサ２５とが接続される。ＮＡＮＤゲート２３の一方の入力端子と接地間に、コンデンサ２６が接続される。コンデンサ２５とコンデンサ２６との間に、コイル２２が接続される。

フォトインタラプタ１０を構成するフォトトランジスタ２８のコレクタは、抵抗３０を介して電源端子２７に接続されると共に、フォトトランジスタ２８のコレクタと抵抗３０との接続点がＮＡＮＤゲート２３の他方の入力端子に接続される。フォトトランジスタ２８のエミッタは接地される。

フォトインタラプタ１０を構成する発光ダイオード２９のカソードが接地される。発光ダイオード２９のアノードは、抵抗３１を介して、電源端子２７に接続される。

図４において、コンデンサ２５及び２６と、コイル２２から成る共振回路と、ゲインを決定する抵抗２４と、ＮＡＮＤゲート２３により発振器が構成され、この発振器により、コンデンサ２５及び２６のキャパシタンスと、コイル２２のインダクタンスで決まる発振周波数で方形波が発振される。

コイル２２は、図２に示したように、ＰＣＢ２１上に実装されている。このコイル２２の周辺に現像剤２が充満されている状態のときと、現像剤２が存在していない状態のときとでは、透磁率の変化によりコイル２２のインダクタンスが変化し、濃度センサーユニット７の発振周波数が変化する。

また、トナーの濃度が低下すると、磁性体であるキャリアの濃度は相対的に増加し、透磁率は増加する。トナーの濃度が上昇すると、磁性体であるキャリアの濃度は相対的に減少し、透磁率は減少する。したがって、コイル２２の周辺に現像剤２が充満されている状態のときには、トナーの濃度に応じた周波数の発振出力となる。

フォトインタラプタ１０は、ミキサー４の回転軸４ａに取り付けられたスリットディスク９の回転位相を検出するものである。透過スリット４２ａ、４２ｂの無い所では、発光ダイオード２９からの光は遮断され、フォトトランジスタ２８はオフしている。フォトトランジスタ２８がオフのときには、抵抗３０とフォトトランジスタ２８のコレクタとの接続点はＨレベルになる。したがって、コンデンサ２５及び２６と、コイル２２と、抵抗２４と、ＮＡＮＤゲート２３とからなる発振器の発振動作が行われている。

スリットディスク９の透過スリット４２ａ及び４２ｂの位置では、発光ダイオード２９からの光が透過スリット４２ａ及び４２ｂを介してフォトトランジスタ２８に照射され、フォトトランジスタ２８がオンする。フォトトランジスタ２８がオンすると、抵抗３０とフォトトランジスタ２８のコレクタとの接続点はＬレベルになる。したがって、コンデンサ２５及び２６と、コイル２２と、抵抗２４と、ＮＡＮＤゲート２３とからなる発振器の発振動作が停止する。

このように、濃度センサーユニット７からは、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態のときの発振出力と、現像剤２が存在しない状態のときの発振出力とが交互に出力される。また、フォトインタラプタ１０の検出出力により、濃度センサーユニット７の発振動作が停止されることで、フォトインタラプタ１０の検出出力がブランク信号の形で、濃度センサーユニット７の出力信号に多重化される。濃度センサーユニット７の出力信号は出力端子３２から出力され、構造体とそれを支持するロアーシャーシ３との間に設けられた電気接点４１（図１）より出力される。

前述したように、濃度センサーユニット７からの発振出力は、コイル２２の周辺に現像剤２が充満されている状態のときには、トナーの濃度に応じた周波数の発振出力となり、現像剤２が存在していない状態のときには、固有の周波数となる。したがって、現像剤２が存在していない状態のときの発振周波数を基準として、現像剤２が充満されている状態のときの発振周波数を検出すれば、現像剤２の透磁率が検出でき、これにより、トナーの濃度が検出できる。すなわち、現像剤２が充満されている状態のときの発振周波数と、現像剤２が存在していない状態のときの発振周波数との周波数差により、現像剤２の透磁率が検出できる。スクレイパー８はミキサー４と共に回転し、ミキサー４の回転位相はフォトインタラプタ１０により検出されるので、フォトインタラプタ１０の検出出力から、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態にあるか、現像剤２が存在しない状態にあるかが判断できる。

図５は、濃度センサーユニット７の出力信号から、現像剤２のトナーの濃度を検出するための論理演算回路の一例を示すものである。

図５において、濃度センサーユニット７の出力信号は、構造体とそれを支持するロアーシャーシ３との間に設けられた電気接点４１により出力され、プリアンプ１１、バッファアンプ１２を介して、ＡＮＤゲート１３の一方の入力端に供給されると共に、ブランク信号検出回路１４に供給される。

ブランク信号検出回路１４により、濃度センサーユニット７の出力信号中のブランク信号が検出され、これにより、ミキサー４の回転位相が検出できる。このブランク信号検出回路１４の検出出力は、シーケンサ１５に供給される。

シーケンサ１５は、ブランク信号検出回路１４により検出されたブランク信号を基に、ミキサー４の回転位相を判断し、所定のタイミングで、リセット信号、アップ／ダウンカウントイネーブル信号、ラッチ信号を出力する。リセット信号はアップダウンカウンタ１６のリセット端子に供給される。アップ／ダウンカウントイネーブル信号は、アップダウンカウンタ１６のイネーブル端子に供給されると共に、ＡＮＤゲート１３の他方の入力端子に供給される。

アップダウンカウンタ１６は、シーケンサ１５からのリセット信号によりリセットされ、シーケンサ１５からのアップ／ダウンカウントイネーブル信号により、ブランク信号検出回路１４でブランク信号が検出される毎に、アップカウントとダウンカウントを繰り返す。そして、シーケンサ１５からのラッチ信号により、アップダウンカウンタ１６のカウント値がラッチ１７にラッチされる。

アップダウンカウンタ１６からは、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態のときの発振出力と、現像剤２が存在しない状態のときの発振出力との周波数差に応じたカウント値が得られる。したがって、ラッチ１７にラッチされた値により、現像剤２の透磁率に対応するデータが得られ、これにより、現像剤２のキャリアとトナーとの混合比の検出データが得られる。ラッチ１７の出力が出力端子１８から出力される。

図６は、図５に示す論理回路の動作を示すものである。図６（Ａ）に示すように、濃度センサーユニット７からは、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態のときの発振出力と、現像剤２が存在しない状態のときの発振出力とが交互に出力される。また、この信号には、フォトインタラプタ１０の検出出力がブランク信号として多重化されており、このブランク信号は、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態と、現像剤２が存在しない状態との切り替わりに対応して出力される。

図６（Ｂ）に示すように、ブランク信号が検出されると、それから所定のタイミングで、アップカウントイネーブル信号（図６（Ｃ））がシーケンサ１５から出力される。これにより、図６（Ｆ）に示すように、濃度センサーユニット７の発振出力がアップカウントされていく。

次に、ブランク信号が検出されたら（図６（Ｂ））、それから所定のタイミングで、ダウンカウントイネーブル信号（図６（Ｃ））がシーケンサ１５から出力される。これにより、図６（Ｆ）に示すように、濃度センサーユニット７の発振出力がダウンカウントされていく。

アップダウンカウンタ１６のカウント値（図６（Ｆ））から、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態のとき発振出力と、現像剤２が存在しない状態のときの発振出力との周波数差に応じた値が得られる。図６（Ｄ）に示すラッチ信号により、このカウント値がラッチ１７にラッチされる。これにより、図６（Ｇ）に示すように、周波数差データが得られる。

上述の構成において、透磁率μ１と透磁率μ２（透磁率μ１と透磁率μ２のうちの一方は現像剤２が充満された状態、他方は現像剤２がない状態）における発振周波数をそれぞれｆ１、ｆ２とすると、アップダウンカウンタ１６のカウント値ｍは、（ｍ＝ｆ１−ｆ２）となり、検出可能なダイナミックレンジは、ｆ１が零から、アップダウンカウンタのビット数を増やすことでｆ２の数倍にまで及ぶ。そのため、無調整で、高精度なトナー濃度センサーが実現可能なだけでなく、回路規模の非常に大きい高精度な減算器を用いることなく、回路が構成可能であり、図示せぬ制御回路内部に内蔵してしまうことも可能となる。更に、温度による周波数偏差がキャンセルされ、温度補償や、キャリブレーションといった複雑な手順を必要としない。

濃度センサーユニット７の発振周波数は、図４におけるコイル２２のインダクタンスを１００μＨ、コンデンサ２５、２６のキャパシタンスを２００ｐＦとした時、現像剤２が存在しない状態では約１．６ＭＨｚとなり、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態では、約１ＭＨｚが得られる。そしてトナー濃度の変化に対しては、実験値で、１％の濃度変化に対して、約１．２ＫＨｚの偏差が得られた。したがって、トナー濃度に対し、十分な検出精度を有することがわかる。

また、一般に用いられる、ミキサーによる周波数混合とフィルターによる周波数検出回路では、積分回路、あるいはフィルター等のアナログ回路が必要になるが、上述の構成では、全てロジック回路で構成されており、図示せぬ制御回路のカスタムＬＳＩ(Large Scale Integration )に回路を内蔵してしまうことが可能となる。

発振周波数は前述の如くＭＨｚオーダーであるため、ミキサー４の回転周期に対し十分速い（数ｍＳｅｃ）時間の分解能で観測することができ、十分な精度のビット数のアップダウンカウンタを使用することで、高い精度を得ることができる。

なお、図１に示した実施形態では、スクレイパー８を使って、濃度センサーユニット７の周辺の現像剤を一時的に除去して、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態と、現像剤２が存在しない状態を作り、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が存在しない状態のときの発振出力と、現像剤２が充満している状態のときの発振出力との差周波数を求めることで、現像剤２のトナー濃度を検出するようにしている。

このように、スクレイパー８を使って、濃度センサーユニット７のコイル２２の近傍に空乏部位を作成する、又は空乏部位を作成する手段を設ける代わりに、図７に示すように、比較標準となる透磁率を有する標準試料５１を設け、この標準試料５１を濃度センサーユニット７のコイル２２の近傍に周期的に配設するようにしても良い。

図７の例では、ミキサー４の回転と共に、標準試料５１が回転し、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態と、標準試料５１が存在する状態とが作られる。濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に標準試料５１が存在している状態のときの発振出力と、現像剤２が充満している状態のときの発振出力との周波数差を求めることで、トナー濃度を検出することができる。

また、図１に示した実施形態では、スリットディスク９とフォトインタラプタ１０を使って、ミキサー４の回転位相を検出しているが、図８に示すように、スティールディスク５９と検出コイル６０を使うようにしても良い。

つまり、図８に示すように、ミキサー４の回転軸４ａに、スティールディスク５９が取り付けられる。スティールディスク５９には、一部に、図９に示すように、磁気回路となる切片４３ａ、４３ｂが設けられている。また、このスティールディスク５９の回転位相を検出する検出コイル６０が設けられる。

図１０は、スティールディスク５９と検出コイル６０を使うようにした場合の濃度センサーユニット７の構成を示すものである、なお、図１０において、図４と同一部分については、同一符号を付して、その説明を省略する。

図１０において、スティールディスク５９の切片４３ａ、４３ｂが検出コイル６０を通過することにより、検出コイル６０から検出出力が現れる。検出コイル６０の出力は、インバータ６１で反転されて、ＮＡＮＤゲート２３の他方の入力端子に供給される。検出コイル６０から検出出力が生じると、インバータ６１の出力がＬレベルになり、コンデンサ２５及び２６と、コイル２２と、抵抗２４と、ＮＡＮＤゲート２３とからなる発振器の発振動作が停止される。

また、図１に示した実施形態では、濃度センサーユニット７からの出力信号を、構造体とそれを支持するロアーシャーシ３との間に設けられた電気接点４１により出力させるようにしているが、電磁結合を利用することで、濃度センサーユニット７の出力信号を非接触で外部に出力させるようにしても良い。

つまり、図１１に示すように、ロアーシャーシ３の外側の濃度センサーユニット７と対応する位置に、検出コイル７１が配設される。検出コイル７１は、濃度センサーユニット７のコイル２２と電磁結合している。濃度センサーユニット７の出力信号は、コイル２２と検出コイル７１との電磁結合により誘起され、プリアンプ１１（図５）に入力される。

プリアンプ１１としては、図１２に示すように、ＮＡＮＤゲート７２及び７３からなるバッファアンプ兼波形整形回路と、カップリングコンデンサ７４と、フィードバック抵抗７５及び７６からなるものが用いられる。

検出コイル７１としては、数百ターン、数百μＨのコイルであり、そのインピーダンスは低く、検出コイル７１からプリアンプの入力までの配線長の影響（ノイズの影響）が少なく、プリアンプ以降の回路を、図示せぬ印字装置の制御回路を構成する印刷回路基板上に共通に実装可能である。

また、図１に示した実施形態では、フォトインタラプタ１０の出力信号をブランク信号として濃度センサーユニット７の出力信号に多重化して、ブランク信号検出回路１４（図５）において、ミキサー４の回転位相を検出しているが、この情報は、他にも利用可能である。

例えば、図１３に示すように、スリットディスク９に、現像剤収納手段を構成する構造体の種類別に、複数の透過スリット４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ…を設け、そのパターンを変化させる。例えば、現像剤の収納手段が交換カートリッジとして構成される場合、類似機種、あるいはカラー機であれば、現像剤の色毎に、この透過スリットのパターンを変えておく。このようにすると、ブランク信号のパターンから、カートリッジを判断することができ、カートリッジの誤使用を防ぐ効果を同時に得ることができる。

上述までの実施形態では、スリットディスク９とフォトインタラプタ１０とにより、又は、スティールディスク５９と検出コイル６０とにより、ミキサー４の回転位相を検出し、この検出出力を使って、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態と、現像剤２が存在しない状態との変化点を判断するようにしているが、この変化点は、ミキサー４の回転位相を使わずに、判断することができる。

つまり、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態にあるときと、現像剤２が存在しない状態にあるときでは、その発振周波数が変化する。このことから、濃度センサーユニット７の周波数差が大きく変化したら、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態と、現像剤２が存在しない状態との変化点であると判断できる。すなわち、カウントアップとカウントダウンが交互に一定周期で繰り返し、そのカウント値の差分がある範囲を越えたタイミングを変化点として検出すれば良い。

ところが、カウントアップとカウントダウンを交互に一定周期で繰り返し、そのカウント値の差分がある範囲を越えたタイミングを変化点として検出するようにした場合、カウントを始めるタイミングによっては、偶然、少ない値をカウントしてしまい、計数差分が検出できない場合がある。

そこで、計数差分が表れない、すなわち同じ周波数が連続しているタイミングでの計数値をラッチし、この値と、カウントアップ時の計数値とを常時比較する。この比較値との差分がある範を越えた区間が、前述の計数値と異なる区間、即ちラッチした時の周波数から、周波数が変化した区間である。

図１４は、このようにして、周波数の変化した区間を検出する回路を設け、ミキサー４の回転位相を検出することなく、周波数の変化タイミングが検出できるようにしたものである。図１４に示すように、この回路では、アップダウンカウンタ８１と、タイミング信号を発生する発振器８２及び分周器８３と、シーケンサ８４と、振幅比較器８５と、ラッチ８６と、レジスタ８７と，ＡＮＤゲート８８からなる変化タイミング検出回路８０が設けられている。この変化タイミング検出回路８０により、同じ周波数が連続しているタイミングでの計数値と、入力された濃度センサーユニット７の発振出力の計数値とを常時比較することで、周波数の変化が検出される。

図１５は、この変化タイミング検出回路８０の動作を示すものである、図１５（Ａ）に示すように、濃度センサーユニット７からの信号が入力されると、図１５（Ｂ）及び図１５（Ｃ）に示すアップカウントイネーブル信号及びダウンカウントイネーブル信号により、濃度センサーユニット７からのの信号がアップカウント及びダウンカウントされる。これにより、アップダウンカウンタ８１のカウント値は、図１５（Ｅ）に示すように変化する。レジスタ８７には、図１５（Ｆ）に示すように、計数差分の発生がない値が基準計数値としてラッチされる。

アップダウンカウンタ８１では、上述のように、アップカウントとダウンカウントが繰り返される。このアップダウンカウンタ８１のカウント値が振幅比較器８５に供給され、振幅比較器８５で、レジスタ８７の出力と比較される。振幅比較器８５からは、図１５（Ｇ）に示すような比較出力が得られる。この比較出力から、変化区間のタイミングが検出される。

この変化タイミング区間を、図示せぬ画像記録装置本体の制御部のＣＰＵ(Central Processing Unit)に割り込み等の手法により通報する。ＣＰＵはこのタイミングを元に、周波数の異なる２点につき、アップダウンカウンタ１６のカウント開始、アップ、ダウンの指令を行い、２点間の計数値の差分を読み込む。これら一連の動作により、ＣＰＵは、現像剤の透磁率を周波数の差分として検知する。

このように、同じ周波数が連続しているタイミングでの計数値と、入力された濃度センサーユニット７の発振出力の計数値とを常時比較することで、周波数の変化を検出することができる。これにより、スリットディスク９とフォトインタラプタ１０、又は、スティールディスク５９と検出コイル６０とを用いることなく、濃度センサーユニット７のコイル２２の周辺に現像剤２が充満された状態と、現像剤２が存在しない状態との変化点を検出することができる。

なお、濃度センサーユニット７の発振周波の差分を求める計数方法については、図５と同様であり、対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

以上述べたように、本発明によれば、検出可能なダイナミックレンジは、透磁率の検出範囲が、空気程度から、所望の標準透磁率の数倍にまで及ぶ。そのため、無調整で、高精度なトー濃度センサーが実現可能なだけでなく、回路規模の非常に大きい高精度な除算器、あるいは減算器を用いること無く、回路が構成可能であり、図示せぬ制御回路内部に内蔵してしまうことも可能となる。

また、各センサーの温度による周波数偏差がキャンセルされ、温度補償や、キャリブレーションといった複雑な手順を必要としない。

更に、本発明の回路では、全てロジック回路で構成されており、図示せぬ制御回路のカスタムＬＳＩに回路を内蔵してしまうことが可能となる。したがって、無調整、安価なトナー濃度センサーを実現することが可能となり、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４原色の現像器を有する、カラー印字装置においてはその効果は絶大である。

また、図１３に示したように、特有のパターンの透過スリットを設けることで、現像剤の収納手段が交換カートリッジで構成される場合、その個別認識データ（ＩＤ）をセンサー信号に多重化が可能となる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

本発明は、プリンタやコピー機等、２成分現像方式を使用した電子写真方式による記録装置に使用されるトナー濃度センサーに用いることができる。

本発明が適用されたトナー濃度センサーの配置状態の一例を示す側面図である。 本発明が適用されたトナー濃度センサーの実装形態を示す説明図である。 スリットディスクの説明図である。 本発明が適用されたトナー濃度センサーユニットの一例の構成を示す接続図である。 本発明が適用されたトナー濃度センサーにおける論理演算回路の一例の構成を示すブロック図である。 本発明が適用されたトナー濃度センサーにおける論理演算回路の一例の説明に用いるタイミングチャートである。 本発明が適用されたトナー濃度センサーの配置の他の例を示す側面図である。 本発明が適用されたトナー濃度センサーの配置の更に他の例を示す側面図である。 スティールディスクの説明図である。 本発明が適用されたトナー濃度センサーユニットの他の例の構成を示す接続図である。 本発明が適用されたトナー濃度センサーの配置の更に他の例を示す側面図である。 本発明が適用されたトナー濃度センサーにおけるプリアンプの説明に用いる接続図である。 スリットディスクに識別情報を配置した例の説明図である。 本発明が適用されたトナー濃度センサーにおける論理演算回路の他の例の構成を示すブロック図である。 本発明が適用されたトナー濃度センサーにおける論理演算回路の他の例の説明に用いるタイミングチャートである。 従来のトナー濃度センサーの説明に用いる接続図である。

符号の説明

２ 現像剤
４ ミキサー
７ 濃度センサーユニット
８ スクレイパー
９ スリットディスク
１０ フォトインタラプタ
１１ プリアンプ
１４ ブランク検出
１６ アップダウンカウンタ
２１ ＰＣＢ
２２ コイル

Claims (9)

1. ２成分現像方式を使用した電子写真方式による記録装置に使用されるトナー濃度センサーにおいて、
   トナーとキャリアとからなる現像剤が収納された収納手段と、
   コイルとコンデンサからなる共振回路を有し、前記発振器の共振回路を形成するコイルを、そのインダクタンスが前記収納手段に収納された前記現像剤の透磁率により変化する部位に配置する発振器と、
   前記発振器の共振回路を形成するコイルの近傍に設けられ、周期的に接近と離脱を行う比較標準となる透磁率を有する試料若しくは現像剤の空乏部位、又は現像剤の空乏部位作成手段により、前記コイル近傍の透磁率を周期的に変化させる手段と、
   前記コイル近傍の透磁率の周期的な変化による、前記発振器の発振周波数の周期的な変化タイミングを検出し、この変化タイミングの情報を基に、前記発振器の周波数の周期的な変化を観測し、前記発振器の周波数の周期的な変化量を測定することにより前記現像剤の透磁率を検出する手段とを備え、
   前記現像剤の透磁率から前記現像剤のトナー濃度を検出することを特徴とするトナー濃度センサー。
2. 前記発振器の発振出力は、前記現像剤の収納手段を支持する記録装置本体側の構造体上の前記コイルの近傍に相対する位置に設置された検出コイルにより電磁誘導により伝達されることを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度センサー。
3. 前記コイル近傍の透磁率を周期的に変化させる手段又は前記前記コイル近傍の透磁率を周期的に変化させる手段と同期して動作する部位に、前記コイル近傍の透磁率を周期的に変化させる手段の周期と位相を検出するための変化タイミング検出手段を設け、前記変化タイミング検出手段からのタイミング情報を基に、前記コイル近傍の透磁率の周期的な変化による、前記発振器の発振周波数の周期的な変化タイミングを検出することを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度センサー。
4. 前記変化タイミング検出手段で検出されたタイミング情報を基に、前記発振器の発振出力の計数動作を行うカウンタ回路から構成される演算回路により、前記発振器の周波数の周期的な変化による発振周波数の差を求めることを特徴とする請求項３に記載のトナー濃度センサー。
5. 前記変化タイミング検出手段からのタイミング情報は、前記発振器の出力に多重化して送信されることを特徴とする請求項３に記載のトナー濃度センサー。
6. 前記変化タイミング検出手段からのタイミング情報は、前記発振器に発振の停止期間を設けることで前記発振器の発振出力に多重化して伝送されるようにしたことを特徴とする請求項５に記載のトナー濃度センサー。
7. 前記発振器からの発振出力に多重化される情報中に、前記現像剤の収納手段を構成するカートリッジの個別認識情報を含めるようにしたことを特徴とする請求項５に記載のトナー濃度センサー。
8. カウンタ回路により前記発振器の発振出力の計数値の変化を周期的に観測することにより、前記コイルの近傍の透磁率の周期的な変化による、前記発振器の発振周波数の周期的な変化タイミングを検出することを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度センサー。
9. 前記検出されたタイミング情報を基に、前記発振器の発振出力の計数動作を行うカウンタ回路から構成される演算回路により、前記発振器の周波数を周期的な変化による発振周波数の差を求めることを特徴とする請求項８に記載のトナー濃度センサー。
   
   

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