JP4071515B2 - Permeability detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾式電子写真方式を用いた画像形成装置で用いられるトナー等の磁性体の有無又は量を非接触で検知する透磁率検知装置に関し、例えば上記画像形成装置のトナー濃度センサ等に用いられるものである。
【0002】
【従来の技術】
電子写真技術を用いた複写機等の画像形成装置においては、感光体ドラムの表面を帯電器により一様に帯電させ、この感光体を画像情報に応じ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付着させて現像し、そのトナー像を用紙に転写した後、定着して最終画像を得るようにしている。
【0003】
このような画像形成装置においては、現像器に収容されているトナーを常に所定レベル範囲に維持する必要があり、このために、現像剤中のトナー濃度を検知するTセンサと呼ばれるトナー濃度センサが設けられている。
このトナー濃度センサは、コイルとコンデンサにより共振回路を構成し、この共振回路を発振器に接続して現像器の近傍に置き、磁性体としてのトナーの量が所定範囲にあるとき共振するように発振周波数を設定することでトナーを検知できるようにしたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のトナー濃度センサは、発振器を含むデジタル回路部分とアナログ回路部分とがあり、発振器の高周波輻射によりアナログ回路が影響を受けることがあった。また、従来のセンサは必ずしも検知精度がよくなかった。
【0005】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、デジタル・アナログの干渉を低減すると共に、検知精度の高い透磁率検知装置を得ることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による画像形成装置の現像器に用いるトナー濃度検知用の透磁率検知装置は、空間的に近接した領域の透磁率や電気電導率に応じてインピーダンスが変化するように配置されたコイルと、前記コイルに直列又は並列に接続され共振回路を形成するコンデンサと、固有の周波数の交番電圧を発生し前記共振回路を駆動するデジタルの発振回路を含むデジタル回路と、前記共振回路中の電圧又は電流を取り出しアナログ信号を作り出すアナログ回路とを基板に配置した画像形成装置の現像器に用いるトナー濃度検知用の透磁率検知装置において、前記基板上に前記コイルを挟んで一方側に前記アナログ回路を配置し他方側に前記デジタル回路を配置したものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図1に請求項1から3に関する第1の実施の形態による透磁率検知装置を示す構成図である。
図1において、基板1のほぼ中央にコイル2が張り付けられ、基板1の一端に電源供給用のコネクタ3が取り付けられている。コイル2は1次コイルと2次コイルを有する。このコネクタ3とコイル2の間にオペアンプを含むアナログ回路4が配置されている。また、コイル2を挟んでコネクタ3と反対側にはセラミック発振子やXORの論理回路が4回路入ったCMOSのデジタルIC(IC1)5を含むデジタル回路6が配置されている。
【0008】
図2はデジタル回路6とアナログ回路4の構成を示す回路図である。ここでは、概略を説明する。
XORの論理回路(1/4IC1)入力の一端をHiレベルにプルアップし、XORの論理回路のもう一方の入力と出力の間にセラミック発振子OSCを配置することにより、発信回路を形成している。ここでは、基本周波数4MHzで発振し、波形は矩形である。この発振出力電圧は、論理回路入力の一端をHiレベルにプルアップしたもう一つのXOR論理回路(2/4IC1)に入力されている。この2段目の論理回路2/4IC1の出力は、1段目の論理回路1/4IC1の出力を反転するだけのものであるが、2段目に接続される負荷の影響を発振回路(1段目)に伝えない役割を果たす。但し、負荷の容量成分が大きくなると発振が止まる場合がある。
【0009】
論理回路2/4IC1の出力は、抵抗R3を介して1次コイルL1に入力される。1次コイルの終端は2次コイルの終端L23と短絡されており、実質的に一つのコンデンサ(これをステムコンデンサと呼ぶ)C3に接続されている。論理IC1及びステムコンデンサC3の他端はアースされている。また、2次コイルの他端は小さな感度調整用の抵抗を介してアースされている。従って、1次コイル、2次コイルともステムコンデンサC3との共振回路を形成する。
【0010】
ステムコンデンサC3の電圧はカットオフコンデンサC4を通じて論理回路3/4IC1に入力される。この入力端にはデジタルの電源電圧の半分の電圧がバイアスとしてかかるように、デジタル電源とアースを2つの同じ抵抗値の抵抗R15、R16を直列に繋いだ中点T4に接続されている。CMOSトランジスタがON/OFFする閾値が電源電圧の丁度半分のところに有るため、このようにすることで、カットオフコンデンサC4を通じて論理回路3/4IC1に入力する微少な電圧の変化を矩形波に変換することができる。4/4IC1には、2/4IC1及び3/4IC1の出力が入力されており、この2つの信号の位相差が抽出される。
【0011】
これらのデジタル回路の発振波形はきれいな(角のとがった)矩形波をしているため、高調波成分を多く含んでいる。高調波の輻射はかなり多く、近くにアナログ回路がある場合は干渉を起こす可能性が高い。従って、このデジタル回路6は、図1のように全てコイル2の一方の側(コネクタ3と反対側)に配置されている。即ち、コイル2のコネクタ3側にはアナログ回路4のみが配置されている。
【0012】
次に、請求項4に関する第2の実施の形態について説明する。
図2において、デジタル回路6の電源回路はデジタル側(コネクタ3と反対側)に配置した抵抗R14とツェナーダイオードZDとコンデンサC7で構成されている。従って、コイル2の下をアナログの電源線が通っている。また、デジタル回路側のアースもまたコイル2の下を通る必要がある。一般に基板1上において、アースパターンと電源パターンは広い面積の方が良いとされている。
【0013】
しかしながら、コイル2の近くにベタ面積の大きなパターンがあると、そこに渦電流を生じ、この渦電流の作る磁場がコイル2の磁場をキャンセルするように働いて、センサの感度を劣化させる。従って、コイル近傍では前記の一般のルールを破る必要がある。実験によると、コイル領域を通るパターンの面積が、コイル面積の1/2以上になると感度が大きく阻害されるので、これ以下にする必要がある。
【0014】
図3は基板1に形成された回路部品以外のための配線パターンを示す。この図3では2本の太い線が電源線7とアース線8である。また、コイル2の下(近傍)を通る細い信号線9、10、11が3本あるが、これは以下のものである。
【0015】
信号線10:4/4IC1で位相差が抽出された信号は、デジタル側に配置したCRの積分回路で平均化された後にコイルの下を通ってアナログ回路側に伝達される。
信号線11:バリキャップDにバイアスをかけ、静電容量を変化させる制御電圧線がコネクタ3からコイル2の下を通ってデジタル回路6に入る。
信号線9:オペアンプの最終段の基準電圧をツェナーダイオードZDで安定化されたデジタル電源電圧から作り出すために、アナログ回路4にデジタル電圧線を(信号線として=電力消費は殆どしない)コイル3の下に通した。
【0016】
次に、請求項5に関する第3の実施の形態について説明する。
図4は基板1の回路部品接続用の配線パターンを示す。
コイル2の下の面に配線パターンがあると、コイル2に近いためにロスが大きく、また、コイルを支える基板面に凹凸ができるのでコイル2の角度が安定しない。このため、本実施の形態では図示のようにコイル近傍には配線パターンをなくしている。
【0017】
【発明の効果】
請求項1から3記載の発明によれば、によれば、デジタル回路とアナログ回路の干渉を低減することができると共に、検知精度を高くすることができる。
また、請求項4、5記載の発明によれば、基板の配線パターンに発生する渦電流う低減することができると共に、検知精度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による透磁率検知装置の基板上の部品配置を示す構成図である。
【図2】デジタル回路とアナログ回路の構成を示す回路図である。
【図3】基板における回路部品以外の配線パターンを示す構成図である。
【図4】基板における回路部品接続用の配線パターンを示す構成図である。
【符号の説明】
1 基板
2 コイル
3 電源供給用コネクタ
4 アナログ回路
6 デジタル回路
7 電源線
8 アース線
9、10、11 信号線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic permeability detecting device that detects the presence or amount of a magnetic material such as toner used in an image forming apparatus using a dry electrophotographic method in a non-contact manner, and is used, for example, in a toner concentration sensor of the image forming apparatus. It is what
[0002]
[Prior art]
In an image forming apparatus such as a copying machine using an electrophotographic technology, the surface of a photosensitive drum is uniformly charged by a charger, and an electrostatic latent image is formed by exposing the photosensitive member according to image information. Then, the electrostatic latent image is developed with toner attached thereto, and the toner image is transferred onto a sheet and fixed to obtain a final image.
[0003]
In such an image forming apparatus, it is necessary to always maintain the toner contained in the developing device in a predetermined level range. For this reason, a toner concentration sensor called a T sensor that detects the toner concentration in the developer is used. Is provided.
This toner density sensor forms a resonance circuit with a coil and a capacitor, and this resonance circuit is connected to an oscillator and placed in the vicinity of the developing device, and oscillates so as to resonate when the amount of toner as a magnetic material is within a predetermined range. The toner can be detected by setting the frequency.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional toner density sensor has a digital circuit portion including an oscillator and an analog circuit portion, and the analog circuit may be affected by the high frequency radiation of the oscillator. Further, the conventional sensor does not necessarily have a good detection accuracy.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a magnetic permeability detecting device with high detection accuracy while reducing digital / analog interference.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the magnetic permeability detecting device for toner concentration detection used in the developing device of the image forming apparatus according to the present invention has an impedance that changes in accordance with the magnetic permeability and electric conductivity in a spatially close region. A digital circuit including a coil arranged to be connected, a capacitor connected in series or in parallel with the coil to form a resonance circuit, and a digital oscillation circuit that generates an alternating voltage of a specific frequency and drives the resonance circuit; A magnetic permeability detecting device for detecting a toner concentration used in a developing device of an image forming apparatus in which an analog circuit that takes out a voltage or current in the resonant circuit and generates an analog signal is arranged on the substrate, and sandwiches the coil on the substrate The analog circuit is arranged on one side and the digital circuit is arranged on the other side.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a magnetic permeability detector according to a first embodiment relating to claims 1 to 3.
In FIG. 1, a
[0008]
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the digital circuit 6 and the analog circuit 4. Here, an outline will be described.
One end of the XOR logic circuit (1/4 IC1) input is pulled up to Hi level, and a ceramic oscillator OSC is arranged between the other input and output of the XOR logic circuit, thereby forming an oscillation circuit. Yes. Here, it oscillates at a fundamental frequency of 4 MHz and the waveform is rectangular. This oscillation output voltage is inputted to another XOR logic circuit (2 / 4IC1) in which one end of the logic circuit input is pulled up to the Hi level. The output of the
[0009]
The output of the
[0010]
The voltage of the stem capacitor C3 is input to the logic circuit 3 / 4IC1 through the cut-off capacitor C4. This input terminal is connected to a midpoint T4 in which two resistors R15 and R16 having the same resistance value are connected in series so that a half voltage of the digital power supply voltage is applied as a bias. Since the threshold value for turning on / off the CMOS transistor is just half of the power supply voltage, a small change in voltage input to the logic circuit 3/4 IC1 through the cut-off capacitor C4 is converted into a rectangular wave by doing so. can do. The output of 2/4 IC1 and 3/4 IC1 is input to 4/4 IC1, and the phase difference between these two signals is extracted.
[0011]
Since the oscillation waveform of these digital circuits is a clean (pointed) rectangular wave, it contains many harmonic components. Harmonic radiation is quite high and there is a high probability of interference if there is an analog circuit nearby. Accordingly, the digital circuit 6 is all disposed on one side of the coil 2 (the side opposite to the connector 3) as shown in FIG. That is, only the analog circuit 4 is arranged on the connector 3 side of the
[0012]
Next, a second embodiment relating to claim 4 will be described.
In FIG. 2, the power supply circuit of the digital circuit 6 includes a resistor R14, a Zener diode ZD, and a capacitor C7 arranged on the digital side (the side opposite to the connector 3). Therefore, an analog power supply line passes under the
[0013]
However, if there is a pattern with a large solid area near the
[0014]
FIG. 3 shows a wiring pattern for other than the circuit components formed on the substrate 1. In FIG. 3, the two thick lines are the power line 7 and the ground line 8. Further, there are three thin signal lines 9, 10, 11 passing under (near) the
[0015]
The signal from which the phase difference is extracted by the signal line 10: 4 / 4IC1 is averaged by the CR integration circuit arranged on the digital side, and then transmitted under the coil to the analog circuit side.
Signal line 11: A control voltage line for biasing the varicap D and changing the capacitance enters the digital circuit 6 from the connector 3 under the
Signal line 9: In order to generate the reference voltage of the final stage of the operational amplifier from the digital power supply voltage stabilized by the Zener diode ZD, the digital voltage line is connected to the analog circuit 4 (as a signal line = almost no power consumption) of the coil 3 I passed down.
[0016]
Next, a third embodiment relating to claim 5 will be described.
FIG. 4 shows a wiring pattern for connecting circuit components on the substrate 1.
If there is a wiring pattern on the lower surface of the
[0017]
【The invention's effect】
According to the first to third aspects of the invention, the interference between the digital circuit and the analog circuit can be reduced, and the detection accuracy can be increased.
In addition, according to the fourth and fifth aspects of the present invention, eddy currents generated in the wiring pattern of the substrate can be reduced, and detection accuracy can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing component arrangement on a substrate of a magnetic permeability detection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a digital circuit and an analog circuit.
FIG. 3 is a configuration diagram showing wiring patterns other than circuit components on a substrate.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a wiring pattern for connecting circuit components on a substrate.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board |
Claims (5)
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