JP4143386B2 - Permeability detecting device, image forming device, digital copying machine, and toner concentration detecting device - Google Patents

Permeability detecting device, image forming device, digital copying machine, and toner concentration detecting device Download PDF

Info

Publication number
JP4143386B2
JP4143386B2 JP2002328312A JP2002328312A JP4143386B2 JP 4143386 B2 JP4143386 B2 JP 4143386B2 JP 2002328312 A JP2002328312 A JP 2002328312A JP 2002328312 A JP2002328312 A JP 2002328312A JP 4143386 B2 JP4143386 B2 JP 4143386B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capacitor
capacitance
circuit
magnetic permeability
varicap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002328312A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004163602A (en
Inventor
加余子 池上
昇 沢山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2002328312A priority Critical patent/JP4143386B2/en
Publication of JP2004163602A publication Critical patent/JP2004163602A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4143386B2 publication Critical patent/JP4143386B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Dry Development In Electrophotography (AREA)

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り、前記バリキャップは温度特性として正の温度係数を有するものであり、装置の周囲温度変化に伴う前記バリキャップの静電容量変化に対して温度補償するように、前記共有コンデンサには負の温度係数を有するコンデンサを採用し、前記負の温度係数を有する温度補償コンデンサである前記共有コンデンサに許容された容量のばらつきを補って、前記第1と第2の共振回路の共振周波数の調整範囲を幅広くするための静電容量可変可能なトリマコンデンサを設け、前記トリマコンデンサを前記温度補償コンデンサである前記共有コンデンサに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
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an image forming apparatus using a dry electrophotographic method, and more particularly to a magnetic permeability detecting apparatus that detects the magnetic permeability of a magnetic material such as toner in a non-contact manner.
[0002]
[Prior art]
In an electrophotographic copying apparatus, generally, the surface of a photosensitive drum is uniformly charged by a charger, and an electrostatic latent image is formed by exposing the photosensitive member based on image information. The toner is selectively attached and developed, and the obtained toner image is transferred to plain paper and fixed to obtain a final image.
[0003]
A general configuration example of the developing device is shown in FIG. The developing device shown in FIG. 2 is a small-diameter two-stage developing roller system, and an upper developing sleeve and a lower developing sleeve are disposed adjacent to the photosensitive drum, and is composed of a non-magnetic toner mainly composed of a colorant and a magnetic carrier. The developer is fed to the surface of the photosensitive drum by a paddle roller. As the development is performed, the magnetic carrier hardly decreases but the toner decreases. Therefore, a toner hopper is provided to replenish the reduced toner, and the replenishing toner is accommodated in the hopper.
[0004]
When the mixing ratio of the toner with respect to the magnetic carrier decreases, the density of the developed image decreases, and vice versa when the mixing ratio increases. To obtain an image of appropriate quality, it is necessary to always maintain the toner contained in the developing device within an appropriate constant level range. For this purpose, a toner concentration detecting device (T sensor) for detecting the toner concentration in the developer. Is installed. Further, the developing device is provided with a stirring roller in order to make the mixed state of the developer and the replenishing toner uniform.
[0005]
As a conventional example, a specific magnetic detection device for detecting toner density in a developing device is driven by an AC drive source by connecting a detection coil adjacent to the developer and a reference coil separated from the developer in series. A magnetic difference in the developer is detected by obtaining a phase difference between the differential output voltage at the coil connection point and the voltage of the AC drive source. That is, a so-called differential transformer type phase difference detection is used (see, for example, Patent Document 1).
[0006]
Further, as a conventional technique for stably detecting whether or not the toner amount in the toner hopper has decreased to the reference amount, a developing device is disposed in the vicinity of the coil L1 and the coil L2 that are magnetically coupled to each other. Capacitors C1 and C2 connected in parallel to each of L2, L1 and C1 form a first resonance circuit, and L2 and C2 form a second resonance circuit to form a tuning circuit as a whole. (For example, refer to Patent Document 2). The tuning circuit is connected to the upstream solid-state oscillation circuit, and the output of the tuning circuit is input to the detection circuit and then compared with the reference voltage and the level by the comparison circuit, so that the toner level is the reference level. It is detected whether the level has been reached. In this prior art, when the toner level of the developing device becomes substantially equal to the reference amount, the resonance frequency of the resonance circuit approximates the oscillation frequency of the solid state oscillator due to the magnetic influence of the magnetic carrier of the toner level. As a result, the impedance of the tuning circuit is minimized. In addition, a capacitor C1 is connected in parallel to the coil L1 to form a resonance circuit. Further, coupled with the resonance circuit of L2 and C2, the Q value of the tuning circuit is increased, so that the toner level is made highly sensitive. It can be detected.
[0007]
In addition, as a circuit configuration for detecting the magnetic material of the prior art, a resonance circuit is formed by a coil on the primary side of a transformer and a capacitor connected in parallel to this, and an oscillation circuit (resonance frequency) is connected to the input / output of the inverting circuit. There is what constitutes f1) (see, for example, Patent Document 3). According to this, the detection unit is composed of a resonance circuit composed of two secondary coils and a capacitor that are differentially coupled to the primary coil, and the primary transformer has a primary resonance frequency 0.7 to 1.4 times the primary of the differential transformer. A part of the secondary voltage is mixed and detected, the zero crossing is avoided, the operation is stabilized, and the switching characteristic is changed to the analog characteristic.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-6-289717
[0009]
[Patent Document 2]
JP 2000-131120 A
[0010]
[Patent Document 3]
See Japanese Patent No. 2501429
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Patent Document 1 of the prior art is a phase difference detection by a differential transformer using a detection coil and a reference coil, and its feature is that a sensitivity adjusting resistor is connected in parallel to one of the two coils. Thus, the phase of the differential output voltage is gradually changed with respect to the sudden inductance change on the detection coil side, so that the toner density control is stably performed. In this technique, since an oscillation circuit is formed by both coils and an AC power supply, it is necessary to adjust the magnetic core in the differential transformer according to the magnetic material to be detected. Further, it is difficult to oscillate stably, the oscillation frequency is as low as several hundred hertz, and it is necessary to increase L and C. Therefore, there are problems in miniaturization and cost reduction.
[0012]
Patent Document 2 of the prior art describes that the toner density can be detected using the solid-state oscillation circuit, the first resonance circuit, and the second resonance circuit. It is taken out as the output level of the tuning circuit consisting of a resonance circuit. According to Patent Document 2, since the change in the output amplitude of the tuning circuit is taken out as an output signal depending on the presence or absence of a magnetic material (no phase difference signal is detected), both accuracy and sensitivity are insufficient, and magnetic Although it may be possible to detect the presence or absence of a body, there is a problem that it is difficult to detect analog amounts of continuous amounts such as toner density.
[0013]
Further, in Patent Document 3 of the prior art, it is necessary to adjust the position of the magnetic core in the differential transformer for each individual magnetic body to be detected, which is complicated. Further, it is difficult to oscillate stably, the oscillation frequency is as low as several hundred hertz, and it is necessary to increase L and C. Therefore, there are problems in miniaturization and cost reduction.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a magnetic permeability detecting device that improves the detection sensitivity when detecting the magnetic permeability of a magnetic material such as toner concentration and can stably detect the magnetic permeability without being influenced by the ambient temperature.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention mainly adopts the following configuration.
[0016]
In the magnetic permeability detection device that detects the magnetic permeability of the magnetic body using a coil that is disposed close to the magnetic body, the coil is magnetically coupled to the first coil of the first resonance circuit and the first coil. The capacitor of the first resonance circuit is a shared capacitor that also serves as the capacitor of the second resonance circuit, and the shared capacitor is controlled by the magnitude of the control voltage. A series connection circuit of a varicap and a DC cut-off capacitor that change the capacitance is connected in parallel, and the DC cut-off capacitor has a function of cutting off the control voltage, and the control voltage The capacitance value is set so that the change width of the combined capacitance of the series connection circuit with respect to the adjustment width is appropriate, and the varicap is a temperature A capacitor with a negative temperature coefficient is used for the shared capacitor so as to compensate for the change in capacitance of the varicap due to a change in the ambient temperature of the device. And a temperature compensation capacitor having the negative temperature coefficient The shared capacitor A trimmer capacitor capable of varying the capacitance is provided to compensate for variations in the capacitance allowed to widen the resonance frequency adjustment range of the first and second resonance circuits, and the trimmer capacitor is used as the temperature compensation capacitor. The shared capacitor Are connected in parallel.
[0020]
By adopting such a configuration, it is possible to adjust the total capacitor capacity appropriately while using the device by using a varicap as a capacitor, and control by connecting a DC cut-off capacitor in series with the varicap. Stable control responsiveness can also be ensured by setting the fluctuation range of the composite capacity due to voltage to an appropriate value.
[0021]
Further, by using a negative temperature compensation capacitor in the resonance circuit, it is possible to reduce the influence of variations in temperature coefficient in the varicap and the like.
[0022]
Further, by adopting the trimmer capacitor together with the temperature compensation capacitor, it is possible to absorb the capacitance variation of the temperature compensation capacitor.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Various magnetic permeability detection devices using the fact that inductance changes according to the magnetic permeability of a magnetic material according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of an electrophotographic copying apparatus to which a magnetic permeability detecting device according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 shows a configuration of a developing device provided with a magnetic permeability detecting device such as a toner concentration sensor. FIG. 3 is a diagram showing a basic circuit configuration of the magnetic permeability detecting device according to the present embodiment, and FIG. 4 is a diagram for explaining basic functions related to the magnetic permeability detecting device according to the present embodiment. FIG.
[0024]
5 is a diagram illustrating a circuit configuration example 1 of the magnetic permeability detection device according to the present embodiment, and FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit configuration example 2 of the magnetic permeability detection device according to the present embodiment. FIG. 8 is a diagram illustrating a circuit configuration example 3 of the magnetic permeability detection device according to the present embodiment, and FIG. 8 is a diagram illustrating a circuit configuration example 4 of the magnetic permeability detection device according to the present embodiment. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the control voltage of the varicap and the combined capacitance of the varicap and the cut-off capacitor in the resonance circuit of this embodiment, and FIG. 10 shows the temperature compensation capacitor in the resonance circuit of this embodiment. FIG. 11 is a diagram showing the detection voltage-temperature characteristic of the magnetic permeability detection device when using the above, and FIG. 11 is a diagram showing the adjustment width characteristic of the combined capacitance when a trimmer capacitor is used in the resonance circuit of the present embodiment. FIG. 12 is a diagram showing the time required for level adjustment when trimmer capacitors having different adjustment widths are used in the resonance circuit of the present embodiment.
[0025]
Here, 1 is a reading unit, 2 is a lamp, 3 is a CCD, 4 is an amplifier, 5 is an A / D conversion unit, 6 is an image processing unit, 8 is a shoe correction, 9 is a filter, 10 is a γ correction, 11 Is gradation processing, 12 is an image forming unit, 13 is a writing unit, 14 is exposure, 15 is a charging charger, 16 is a developing sleeve, 17 is a paper feed tray, 20 is a magnetic substance detection circuit, 1 is an oscillation circuit, and 22 is Resonance circuit (detection circuit), 23 is a phase comparison circuit, 24 is an integration circuit, 25 is an impedance conversion circuit, and 26 is a developer.
[0026]
The electrophotographic copying apparatus shown in FIG. 1 has an overall configuration. In the reading unit 1, the light emitted from the lamp 2 is reflected by the original surface and converted into an electrical signal by the CCD 3, and the amplitude is adjusted by the amplifier 4. After that, digital image data quantized by the A / D converter 5 is obtained. The generated digital image data is input to the image processing unit 6, subjected to shading correction processing 8, filter processing 9, γ correction processing 10, gradation processing 11, etc. in this order and sent to the image forming unit 12.
[0027]
The digital image data input to the image forming unit 12 is converted into laser light 14 in accordance with the data value in the writing unit 13 and irradiated to the photosensitive member charged by the charging charger 15, and an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive member. Form. The developing sleeve 16 adheres toner to the surface of the photoreceptor in accordance with the formed electrostatic latent image. The toner adhering to the photoreceptor surface is transferred onto the paper surface sent from the paper feed tray 17, passes through the fixing unit 18, and is output as a copy original.
[0028]
In the developing device shown in FIG. 2, it is necessary to detect the toner density in the developing device and maintain it at a predetermined value in order to obtain a high quality image by always maintaining the mixing ratio of the toner with respect to the magnetic carrier at an appropriate value. is there. If it is detected that the toner concentration is lowered, the toner is replenished from the toner hopper so as to obtain an appropriate toner concentration. Therefore, a toner concentration detection device (T sensor) that detects the toner concentration in the developer is installed.
[0029]
FIG. 3 shows a magnetic permeability detection circuit 20 using toner density detection as a specific example. The magnetic permeability detection circuit 20 represents the basic configuration of the embodiment of the present invention, and includes an oscillation circuit 21, a resonance circuit 22, a phase comparison circuit 23, an integration circuit 24, and an impedance conversion circuit 25. The oscillation circuit 21 oscillates using a solid oscillator such as crystal or ceramic, and the oscillation frequency is determined based on the inherent frequency of the solid oscillator such as crystal or ceramic. It is difficult to be affected by the use environment and power supply voltage, and enables stable and accurate detection as one component of magnetic permeability detection.
[0030]
Also, a resonance circuit (detection circuit: a magnetic permeability detection circuit that utilizes the fact that the inductance changes according to the magnetic permeability of the magnetic material) 22 oscillates. The output from the circuit 21 is input to the first coil L1 through the resistor R3. The resonant circuit 22 includes a first resonant circuit including a first capacitor L1 and a shared capacitor C3 sharing a capacitor, a second coil L2 coupled to the first coil L1 with a magnetic coupling constant k, and the shared capacitor C3. A second resonance circuit. In FIG. 2, a developer 26 in which a magnetic carrier and non-magnetic toner in the developing device are mixed in a non-contact manner is disposed in the vicinity of the first coil L1 and the second coil L2. Specifically, the substantial inductance of the coils L1 and L2 is influenced by the toner concentration or the like (the numerical value of magnetic permeability).
[0031]
In the basic configuration of the present embodiment, the capacitor of the first and second resonance circuits is made common or shared to be the capacitor C3, so that a capacitor having a large variation in the value among the components of the resonance circuit is obtained. By sharing, the difference between the primary and secondary resonance frequencies can be easily minimized.
[0032]
In addition, by sharing capacitors, it is possible to maintain the same resonance characteristics as those in which capacitors are provided in each resonance circuit, and it is possible to reduce costs by reducing the number of capacitors.
[0033]
Further, in order to obtain a large detection output of magnetic permeability such as toner concentration, it is desirable to match the oscillation frequency fosc of the oscillation circuit 21 and the resonance frequency fc of the resonance circuit 22 (for example, the toner concentration is an optimum value). In this state, fosc and fc are substantially coincided with each other.) At that time, in order to adjust the resonance frequency fc, it is only necessary to adjust the capacitance value of the capacitor C3, and the frequency can be adjusted easily. In this case, both the inductances of the first and second coils can be easily set to the same level by an appropriate coil forming method. Further, by making the oscillation frequency fosc and the resonance frequency fc substantially coincide with each other, it is possible to obtain a large output fluctuation value with respect to a change in toner density (details will be described later in the description of FIG. 4), and sufficient sensitivity for toner density detection. Can be secured.
[0034]
The output of the resonance circuit 22 is extracted as a phase difference. However, in the specific configuration shown in FIG. 3, the output V1 of the oscillation circuit and the output V2 at the shared capacitor side end of the second coil (that is, the resonance circuit ( The signal at the input terminal and the output terminal of the detection circuit) is applied to the input terminal of the exclusive OR of the phase comparison circuit 23 to obtain an output signal depending on the phase difference between V1 and V2. . The other input signal of the exclusive OR of the phase comparison circuit 23 shown in FIG. 3 may be derived from the first coil side end of the resistor R3 instead of the V2 of the illustrated second coil L2. That is, the phase difference can be obtained even if both ends of the resistor R3 are connected to both input ends of the exclusive OR. This is because the current flowing in the closed circuit composed of the output side of the oscillation circuit 21, the resistor R3, the first coil L1, and the shared capacitor C3 is a vector amount according to the impedance composed of the resistance component and the reactance component. There is a difference between the voltages at both ends. Although this phase difference extraction method is stable as a signal, the signal value is small. On the other hand, the phase difference extraction method shown in FIG. 3 has a large signal value, and a reliable and sufficient phase difference output can be obtained.
[0035]
Next, the function or action of phase comparison by the output from the resonance circuit side in the phase comparison circuit 23 will be described with reference to FIG. In the graph shown in FIG. 4, the horizontal axis represents the frequency in the resonance circuit 22, and the vertical axis represents the phase difference between V1 and V2 shown in FIG. The solid line indicates the phase difference characteristic with respect to the frequency when the toner density is appropriate, and the broken line indicates the phase difference characteristic with respect to the frequency when the toner density is lower than the appropriate value.
[0036]
When the phase difference output of V1 and V2 of the resonance circuit shown in FIG. 3 is plotted, the characteristics of the solid line and the broken line shown in FIG. 4 can be obtained (data obtained experimentally), and the frequency used in the resonance circuit is The phase difference output exhibits a characteristic that fluctuates greatly in a region that matches or is approximately equal to the frequency fosc of the oscillation circuit. This characteristic shows the same tendency regardless of the toner density. If the frequency is the same as the resonance frequency fosc, the phase difference is 47 degrees if the toner density is appropriate, and the phase difference is 88 degrees if the toner density is low. Then, the phase difference changes from 47 degrees to 88 degrees, and a sufficient output difference can be obtained.
[0037]
As shown in FIG. 4, Q1 of the first resonance circuit (L1, C3) and the second resonance circuit (L2, C3) are qualitative explanations for obtaining a large phase difference output at the resonance frequency that matches the oscillation frequency. In addition to obtaining an output based on the integrated Q obtained by multiplying Q2), it is considered to be due to a synergistic effect due to mutual feedback to the first and second resonance circuits by sharing the capacitor C3.
[0038]
On the other hand, when the resonance frequency fc lower than the oscillation frequency fosc is used in the resonance circuit 22, as is apparent from the phase difference characteristics of the solid line and the broken line shown in FIG. Thus, almost no phase difference output occurs.
[0039]
Returning to FIG. 3, the output of the phase comparison circuit 23 undergoes waveform conversion processing via the integration circuit 24 and the impedance conversion circuit 25, and becomes the output of the magnetic permeability detection circuit 20 as a whole.
[0040]
The magnetic permeability detection circuit as described above can be applied to an image forming apparatus having a developing device as shown in FIG. 2, and is also applied to a digital copying machine including a printer and a scanner as shown in FIG. Of course, it can be adopted. Furthermore, in the above description, it is utilized that the inductance changes according to the magnetic permeability by arranging the magnetic body near the first coil and the second coil in a non-contact manner. Not limited to this, a conductor may be disposed in a region close to both coils, and the fact that the coil inductance changes due to the influence of the magnetic field due to the eddy current in the conductor due to the magnetic flux from the coil may be used. That is, the present invention can also be applied to conductor detection using the fact that the inductance changes according to the electric conductivity.
[0041]
Further, in the circuit configuration of FIG. 3, an example in which the output of the resonance circuit (detection circuit) is extracted as a phase difference and the phase comparison is shown, but instead of extracting the output of the detection circuit as a phase difference, for example, the proximity of the coil A change in the amplitude of the current flowing in the first and second resonance circuits caused by a change in the inductance of the first coil and the second coil due to a change in the permeability of the magnetic material in the region may be taken out as an output through the detection circuit. In addition, it has been described that the developer 26 is provided in the vicinity of the first and second coils L1 and L2. However, the developer 26 may be provided in the vicinity of one of the coils.
[0042]
Next, a specific configuration example regarding the magnetic permeability detection device according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The resonance circuit of FIG. 3 showing the basic configuration of the present embodiment has a sharp sensitivity characteristic. Therefore, the circuit constant may deviate from the resonance condition due to variations in individual components. That is, in designing a circuit, some means for adjusting a tolerance of several percent that a single component has as a standard is required to maintain a strict resonance condition.
[0043]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 5, a configuration in which a varicap (variable capacitor: VC) is connected in parallel to the shared capacitor C3 of the resonance circuit is adopted as the adjusting means. The varicap VC is a capacitor whose capacitance changes depending on the magnitude of the control voltage. That is, by adjusting the level of the control voltage Vcont, the combined capacity of the shared capacitor C3 and the varicap VC can be adjusted, and the capacitor capacity can be adjusted to the resonance condition. Here, C2 is a DC cut-off capacitor for the control voltage, and the total capacitor capacity of the resonance circuit can also be adjusted by this series-connected C2. Thus, in the resonant circuit shown in FIG. 5, instead of the single shared capacitor C3 shown in FIG. 3, the varicap VC and the DC cut-off capacitor C2 are connected in series in order to change the capacitor capacity. A variable capacitor is obtained by changing the control voltage using a configuration in which the control voltage is applied to the connection point. In the configuration example of FIG. 5, the variable capacitor is connected in parallel to the capacitor C3. However, a circuit configuration including a varicap VC and a DC cut-off capacitor C2 may be used without using the C3.
[0044]
FIG. 9 shows a change in the combined capacitance in which the varicap VC and the DC cut-off capacitor C2 are connected in series according to the control voltage, and a change in the combined capacitance due to the magnitude of the capacitance of C2. A simple method of changing the control voltage can be adjusted to an appropriate combined capacitance value, and a circuit that can set the resonance frequency to a predetermined value can be realized even if there is some variation in the components. According to FIG. 9, it can be seen that when the control voltage is changed within the range of 1 to 5 V, the combined capacitance can be changed greatly, and this change is larger as C2 is larger. C2 also naturally has a role of preventing the applied control voltage from passing through the coil and falling directly to the ground (DC cut-off). By inserting the DC cut-off capacitor C2, a specified voltage can always be supplied to the varicap VC.
[0045]
As described above, the capacitance of the varicap VC can be changed by the control voltage (externally applied voltage) Vcont, and the resonance frequency of the resonance circuit can be shifted by changing the capacitance of VC. In this way, the range of control by the control voltage can be given, and when used for a toner density sensor, the detection level can be adjusted by the control voltage using this characteristic. Since the characteristics of the developing device are different depending on the model and the characteristic variation of the developer is assumed to be relatively large, the toner concentration sensor according to the present embodiment used in combination with a variation of such characteristics is the control voltage. By adjusting the VC capacity according to the above, it is possible to absorb variations on the developing device side and maintain a predetermined output level.
[0046]
Here, considering the responsiveness of the magnetic permeability detection device taking the toner concentration sensor as an example with respect to the control voltage, if the above-described large adjustment (control) capability exceeding the various variations to be absorbed, that is, the variable region of VC is too large. The response to the control voltage becomes too agile, and even if the control voltage is moved a little, the output will change greatly, resulting in unstable control. Therefore, it is desirable that the variable capacity range of VC is appropriately small while having an adjustment range capable of absorbing variations on the developing device side. Therefore, in this embodiment, a DC cut-off capacitor C2 is connected in series with the varicap VC, and the combined capacitance with VC is changed by the capacitance of C2. FIG. 9 shows the combined capacitance with respect to the control voltage. The state of change is shown.
[0047]
In FIG. 9, since VC and C2 are connected in series, the combined capacity increases when C2 increases, but when C2 is short-circuited (characteristic curve of black diamond) is the largest combined capacity, and It can be seen that it has the largest variable region. In this way, more stable control can be performed by selecting the optimum C2 capacity in consideration of both the control voltage response and the necessary adjustment range. In other words, C2 not only has a control voltage cut-off function, but also has a stable control response function in the combined capacity with VC.
[0048]
Next, a configuration using a temperature compensation capacitor having a negative temperature coefficient as a shared capacitor of the resonance circuit according to the present embodiment will be described. Generally, an electronic component has an element whose characteristic value changes due to a temperature change. In particular, an electronic component having a particularly large positive temperature coefficient is a varicap VC. A change in the capacitance of the varicap accompanying a change in the ambient temperature of the device causes a situation in which the output value of the magnetic permeability detecting device fluctuates, and it is necessary to compensate for the change in the ambient temperature. Therefore, in the present embodiment, as a temperature compensation method, a temperature compensation capacitor having a negative temperature coefficient is employed as the shared capacitor C3 of the resonance circuit shown in FIG. That is, a temperature compensation capacitor having a negative temperature coefficient is connected in parallel or in series with a varicap VC having a positive temperature coefficient to correct ambient temperature changes.
[0049]
FIG. 10 shows the detected voltage-temperature characteristics of the magnetic permeability detector. In general, it is not desirable for the detection device that the output fluctuates due to a factor other than the detection target (for example, magnetic permeability). According to the experimental results shown in FIG. 10, in the detection device that does not perform any temperature compensation, it is confirmed that the output of the detection device fluctuates due to a change in ambient temperature of 25 ° C. to 60 ° C. (temperature range in the specification). did. Therefore, if the temperature compensation capacitor C3 having a negative temperature coefficient in the present embodiment is connected in parallel or in series with the varicap, the temperature change is suppressed, and the detection voltage does not fluctuate depending on the temperature. (The characteristics from 25 ° C. are shown in FIG. 10, but it was confirmed that the characteristic tendency shown in FIG. 10 was exhibited even when the ambient temperature of the apparatus was 10 ° C.). In addition to the VC, the same effect can be obtained for an electronic component having a positive temperature coefficient. In the above description, the effectiveness of the temperature compensation capacitor C3 with respect to the varicap VC has been described. However, the present invention is not limited to this, and even when a plurality of capacitors connected in series with VC and C2 are used as shown in FIG. Have the same effect.
[0050]
In addition, when a temperature compensation capacitor C3 is connected in parallel to a capacitor having a large temperature coefficient (a plurality of capacitors), for example, a varicap VC, the temperature compensation capacitor C3 also has a plurality of capacitors having different temperature coefficients. Specifically, for example, capacitors having different temperature coefficients such as temperature coefficients of −120 ppm / ° C., −330 ppm / ° C., and −400 ppm / ° C. are commercially available for temperature compensation capacitors having capacitances of 10 pF and 30 pF, respectively. The coefficient represents the change in capacitance with respect to temperature, but is also related to the capacitance of the temperature compensation capacitor itself, so if the capacitance of the temperature compensation capacitor itself is large, the same temperature Even if the coefficient is −120 ppm / ° C., the capacity variation with respect to the temperature change is large.) The one with the larger coefficient tends to have a larger variation in the temperature coefficient, and in order to reduce the influence of the variation in the temperature coefficient (and hence the variation in the capacitance), it is better to select the one with the smallest temperature coefficient as much as possible. desirable.
[0051]
Therefore, if the capacitance of the varicap is large compared to the capacitance of the temperature compensation capacitor, the variation increase of the varicap capacitance due to the temperature rise is large, so in order to compensate for this variation increase, temperature compensation with a large temperature coefficient However, if the capacitance of the temperature compensation capacitor is larger than the maximum capacitance of the varicaps connected in parallel, the temperature compensation capacitor with the larger capacitance has the smaller temperature coefficient. However, the capacity fluctuation due to the temperature rise of the low-capacity varicap can be sufficiently compensated (by using a large-capacity temperature-compensating capacitor, it is not necessary to employ a varicap having a large temperature coefficient. The capacity fluctuation due to the temperature rise of the Thus, when a temperature compensation capacitor having a larger capacity than the varicap capacity is connected in parallel to a capacitor having a large temperature fluctuation, for example, a varicap, the temperature coefficient is small to compensate for the temperature fluctuation of the varicap. One of the temperature compensation capacitors can be employed, and there is an effect that the influence of the variation in temperature coefficient, and hence the variation in capacitance can be reduced.
[0052]
Further, the function of the temperature compensation capacitor C3 in this embodiment will be described. There are other circuit components whose characteristics change due to changes in the capacitance of the capacitor due to changes in environmental temperature. These changes shift the resonance conditions of the resonance circuit and lead to a change in output. Therefore, it is necessary to correct the temperature change. The components that change greatly (the temperature coefficient is large) include a varicap VC and an oscillator. As will be described later, the temperature coefficient of the varicap VC used in the circuit configuration examples A and B is 4 to 350 ppm / ° C. The temperature coefficient of the oscillator is 42.5 ppm / ° C. (actual measurement). In this embodiment, the temperature compensation of the resonance circuit including these is performed by selecting an appropriate capacitance of C3 and a temperature coefficient (negative).
[0053]
Here, the capacitance of the temperature compensation capacitor C3 is a parameter that contributes to both C and the temperature coefficient of the resonance condition. However, since the specification standard value of the commercially available temperature compensation capacitor is limited, There are cases where proper temperature compensation cannot be performed with a capacitor alone. Therefore, as in the circuit shown in FIG. 5, other capacitors (VC, C2, etc.) are added to adjust the capacitance, and the capacitance and temperature coefficient of the temperature compensation capacitor suitable for the circuit are optimized (to C2). A temperature compensation capacitor may be used, and in that case, VC capacity adjustment is also added). Further, in the circuit of FIG. 5, it is also possible to adjust using another capacitor in series with the temperature compensation capacitor C3. However, since the calculation is somewhat complicated when connected in series and the constant can be determined by simple addition when connected in parallel, FIG. 5 illustrates parallel connection.
[0054]
Next, FIG. 6 shows a configuration example in which a trimmer capacitor C4 is connected in parallel to a temperature compensation capacitor C3 as a capacitor of the resonance circuit according to the present embodiment. The temperature compensation capacitor C3 has a relatively wide tolerance for capacitance due to the characteristics of the temperature coefficient, and generally has a large variation in capacitance. Therefore, when a temperature compensation capacitor is used in the resonance circuit, a trimmer capacitor C4 (capacitance variable capacitor) is connected in parallel to the temperature compensation capacitor C3 in FIG. 6 in order to further widen the adjustment range of the resonance frequency of the resonance circuit. . In the above description, the use of the trimmer capacitor is based on the reason that the variation in the capacitance of the temperature compensation capacitor C3 is large. However, the present invention is not limited to this, and the capacitance of the shared capacitor connected to the resonance circuit is to be changed. In addition, the overall capacitor capacity may be adjusted to a desired value by appropriately adjusting the capacity by connecting a trimmer capacitor. In short, the connection arrangement of the trimmer capacitors makes it possible to easily match or approximate the resonance frequency fc of the resonance circuit shown in FIG. 4 to the oscillation frequency fosc of the oscillation circuit.
[0055]
FIG. 11 is a diagram illustrating the combined capacity of the trimmer capacitor C4 having an adjustable width of 5 to 30% of the temperature compensation capacitor capacity, the temperature compensation capacitor C3, and the like for 10 samples. According to FIG. 11, due to variations in the capacitance values of the temperature compensation capacitor C3 and the like and the trimmer capacitor C4, the combined capacitance also varies. However, by adjusting the trimmer capacitor, if the capacitance variation of the temperature compensation capacitor C3 and the like generated for each sample of each magnetic permeability detection device is within the adjustment range of the trimmer capacitor C4, the combined capacitance is made uniform. Is easily possible. That is, in FIG. 11, when it is desired to set the combined capacitance to 40 pF, even if the temperature compensation capacitor has a capacitance variation of 32 to 37 pF (combination with the capacitor VC or C2 in addition to the temperature compensation capacitor), the adjustment range If a trimmer capacitor of about 12 pF is connected, the combined capacitance can be adjusted to the desired 40 pF for all 10 samples.
[0056]
Further, a specific circuit configuration using the trimmer capacitor C4 will be described. As described above, the temperature compensation capacitor C3 has a large variation of ± 5% (general specification tolerance), and this capacitance variation cannot be ignored in the resonance circuit. Therefore, the capacitance width of the trimmer capacitor c4 absorbs variations in the temperature compensation capacitor C3 and other components constituting the resonance circuit. On the other hand, if the variable capacitance range of the trimmer capacitor is too large, the adjustment range is wide. Therefore, it becomes difficult to find the optimum capacitance value of the trimmer capacitor.
[0057]
FIG. 12 shows the time required for level adjustment in a toner density sensor using trimmer capacitors having different adjustment ranges. The adjustment time in the production process is targeted at 30 seconds (s). However, if the trimmer capacitor has a large capacitance, it takes time to adjust (some samples cannot be adjusted because the optimum value cannot be found). It was found that it causes work difficulties. The standard value of the trimmer capacitor has only a discrete value. In order to adjust in an appropriate time, as shown in FIG. 12, a capacitance adjustment width of 15.5 pF is suitable, and a maximum of about 20 pF is the limit. From this, it can be said that the capacity of the trimmer capacitor needs to have a width that can absorb the variation of components and can be adjusted in an appropriate time.
[0058]
In addition, the function or operation of the trimmer capacitor will be described with specific circuit configuration values. First, as a circuit configuration example A, a circuit of FIG. 7 described later in which a varicap VC and a DC cut-off capacitor C2 are connected in parallel to the circuit of FIG. 6 is illustrated. That is, VC = 10 pF, C2 = 10 pF, C3 = 33 pF (temperature coefficient −330 ppm / ° C. (= −0.01089 pF / ° C.)), trimmer capacitor = 3 to 10 pF (change width 7 pF). When these four capacitors are configured as shown in FIG. 7, the total capacitance C is about 45 pF, and this total capacitance value is determined by the relationship with the inductance values (L values) of the coils L1 and L2. A combination of the L value and the C value that satisfies the resonance condition can be arbitrarily selected. It has been experimentally confirmed that the combination of the circuit configurations A satisfies the resonance condition, satisfies the conditions such as the control voltage response, the control voltage adjustment range, and the absorption of component variations, and is established as a toner density sensor. Furthermore, it was experimentally confirmed that there was no temperature fluctuation in a temperature change of 10 ° C. to 50 ° C.
[0059]
Therefore, FIG. 11 shows the total capacity by the combination of the circuit configuration example A. The black bar graph is VC + C2 + C3 + trimmer capacitor minimum value, and the upper limit of the white bar graph is actually measured data of VC + C2 + C3 + trimmer capacitor maximum value (sample N = 10). Thus, the width that can be adjusted by the trimmer capacitor C4 is the width of the white bar graph, and can be adjusted to a resonance point in the vicinity of the total capacity of about 40 pF within the adjustment range of the trimmer capacitor. The change width 7 pF of the trimmer capacitor selected in the circuit configuration example A is 17.5% of the total capacitance C and 21% of C3. Further, the trimmer capacitor of the circuit configuration example A can be expanded by using a trimmer capacitor having a change width of 15.5 pF (4.5 to 20 pF), and 38.75% of the total capacitance C and 45 of C3. It was found to be 9%. However, if a trimmer capacitor having a large capacitance change of 33 pF is used, it is difficult to adjust the trimmer capacitor, which is not appropriate in the production process.
[0060]
Next, the circuit configuration example B (without VC, C2 = 5 pF, C3 = 150 pF (temperature coefficient −150 ppm / ° C. (:)) is obtained by eliminating the varicap VC and reducing the L value of the coil and setting the total capacitance C to 175 pF. -0.0225 pF / ° C.), trimmer capacitor = 3 to 10 pF (variation width 7 pF)) as an example, it is confirmed that the circuit configuration example B is also formed as a toner density sensor as in the circuit configuration example A. did. At this time, the change width 7 pF of the trimmer capacitor is 4% of the total capacitance C and 4.67% of C3. Further, the trimmer capacitor having the change width of 15.5 pF (4.5 to 20 pF) can be established by expanding the capacitance variable range of the trimmer capacitor of the circuit configuration example B (the change width of the trimmer capacitor at this time is the total capacitance C). Of 8.85% of C3 and 10.3% of C3).
[0061]
From the above specific experimental results, it was found that the proper adjustment range of the trimmer capacitor is appropriate to be 40% or less of the total capacity and 50% or less of the temperature compensation capacitor C3. In other words, the trimmer capacitor is mainly used to absorb variations in the temperature compensation capacitor C3. Temperature compensation capacitors with a tolerance of ± 5% are the mainstream, but if they are selected, ± 1% products are available, so if you can adjust more than 2% of the temperature compensation capacitor capacity with a trimmer capacitor, variations in temperature compensation capacitors will be absorbed it can. Furthermore, since the temperature compensation capacitor is used to compensate for VC with a large temperature coefficient, it is assumed that capacitors with almost the same capacitance are connected in parallel, and each tolerance is ± 1%. It is sufficient that 1% or more of the capacity can be absorbed by the trimmer capacitor.
[0062]
FIG. 7 shows a configuration example of this embodiment in which a temperature compensation capacitor C3, a series connection circuit of a varicap VC and a DC cut-off capacitor C2, and a trimmer capacitor C4 are connected in parallel. Here, since the capacitance of ordinary capacitors including the varicap VC tends to increase as the ambient temperature rises, the temperature compensation capacitor C3 has a negative temperature coefficient in order to reduce the influence of the ambient temperature. use.
[0063]
Here, the varicap VC varies the capacitance of the varicap by changing the control voltage during use of the magnetic permeability detecting device when the resonance conditions change due to the toner conditions or the values of the components of the resonance circuit. This is for setting the overall capacitance of the capacitor to a desired value (so that fc shown in FIG. 4 is matched with fosc). The trimmer capacitor C4 is for adjusting the capacitance of the temperature compensation capacitor C3 having a large capacitance variation, and for adjusting the capacitance of the capacitor for optimizing the resonance condition, and is usually adjusted at the time of shipment from the factory. It is. The functions and roles of the varicap VC and the trimmer capacitor C4 are not limited to the circuit configuration shown in FIG. 7, and the same applies to all circuit configurations using these capacitors.
[0064]
In another configuration example of the resonance circuit according to the present embodiment shown in FIG. 8, the parallel connection capacitor of the temperature compensation capacitor C3, the trimmer capacitor C4, and the varicap VC functions as a shared capacitor, and the control voltage is DC. The cutoff capacitors are connected to the points A and B of the coils L1 and L2 in FIG. 8 like C2-1 and C2-2, and have the same effect as the circuit in FIG.
[0065]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using a shared capacitor for the first resonance circuit and the second resonance circuit, the resonance frequency of the resonance circuit (detection circuit) can be easily adjusted, and the first and second resonance circuits can be adjusted. The resonance frequencies can be easily aligned. Furthermore, the magnetic permeability detection output can be greatly extracted by making the resonance frequency of the magnetic permeability detection device including the first resonance circuit and the second resonance circuit substantially coincide with the oscillation frequency of the oscillation circuit. Furthermore, the magnetic substance detection sensitivity can be improved by detecting the phase difference output at the input / output end of the resonance circuit having the shared capacitor.
[0066]
In addition, by using a varicap as a capacitor, the capacitance of the capacitor can be adjusted appropriately during use of the device, and by connecting a DC cut-off capacitor in series with the varicap, the fluctuation range of the combined capacitance due to the control voltage can be adjusted appropriately. A stable control response can be ensured as a small value.
[0067]
In addition, by using a negative temperature compensation capacitor in the resonance circuit, it is possible to reduce the influence of variations in temperature coefficient in the developing device components including the varicap and the like, and to eliminate temperature drift.
[0068]
Further, by adopting the trimmer capacitor together with the temperature compensation capacitor, it is possible to absorb the capacitance variation of the temperature compensation capacitor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of an electrophotographic copying apparatus to which a magnetic permeability detection apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a developing device provided with a magnetic permeability detection device such as a toner concentration sensor.
FIG. 3 is a diagram showing a basic circuit configuration of the magnetic permeability detection device according to the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining basic functions related to a magnetic permeability detection device according to the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration example 1 of the magnetic permeability detection device according to the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit configuration example 2 of the magnetic permeability detection device according to the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit configuration example 3 of the magnetic permeability detection device according to the embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a circuit configuration example 4 of the magnetic permeability detection device according to the embodiment.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the control voltage of the varicap and the combined capacitance of the varicap and the cut-off capacitor in the resonance circuit of the present embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a detection voltage-temperature characteristic of the magnetic permeability detection device when a temperature compensation capacitor is used in the resonance circuit of the present embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating adjustment width characteristics of a combined capacitance when a trimmer capacitor is used in the resonance circuit of the present embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating time required for level adjustment when a trimmer capacitor having a different adjustment width is used in the resonance circuit of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Reading unit
2 lamps
3 CCD
4 Amplifier
5 A / D converter
6 Image processing section
8 Pudging correction
9 Filter
10 γ correction
11 gradation processing
12 Image forming unit
13 Writing part
14 Exposure
15 Charger charger
16 Development sleeve
17 Paper tray
20 Magnetic body detection circuit
21 Oscillator circuit
22 Resonance circuit (detection circuit)
23 Phase comparison circuit
24 Integration circuit
25 Impedance conversion circuit
26 Developer
L1 primary coil
L2 secondary coil
C, C3 shared capacitor
C2 DC cut-off capacitor
C4 trimmer capacitor
VC Varicap (variable capacitor)
OSC oscillation circuit

Claims (8)

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り、
前記バリキャップは温度特性として正の温度係数を有するものであり、
装置の周囲温度変化に伴う前記バリキャップの静電容量変化に対して温度補償するように、前記共有コンデンサには負の温度係数を有するコンデンサを採用し、
前記負の温度係数を有する温度補償コンデンサである前記共有コンデンサに許容された容量のばらつきを補って、前記第1と第2の共振回路の共振周波数の調整範囲を幅広くするための静電容量可変可能なトリマコンデンサを設け、前記トリマコンデンサを前記温度補償コンデンサである前記共有コンデンサに並列接続する
ことを特徴とする透磁率検知装置。
In the magnetic permeability detection device for detecting the magnetic permeability of the magnetic body using a coil disposed close to the magnetic body,
The coil includes a first coil of a first resonance circuit and a second coil of a second resonance circuit magnetically coupled to the first coil;
The capacitor of the first resonance circuit is a shared capacitor that also serves as the capacitor of the second resonance circuit,
For the shared capacitor, a series connection circuit of a varicap and a DC cut-off capacitor whose capacitance is variable depending on the magnitude of the control voltage is connected in parallel,
The DC cut-off capacitor has a function of cutting off the control voltage, and has an electrostatic capacitance so that a change width of the combined capacitance of the series connection circuit with respect to an adjustment width of the control voltage is appropriate. The capacity value is set,
The varicap has a positive temperature coefficient as a temperature characteristic,
A capacitor having a negative temperature coefficient is used as the shared capacitor so as to compensate for the capacitance change of the varicap accompanying the change in the ambient temperature of the device,
Capacitance variable for widening the adjustment range of the resonance frequency of the first and second resonance circuits by compensating for variations in capacitance allowed for the shared capacitor, which is a temperature compensation capacitor having the negative temperature coefficient. Provided is a trimmer capacitor, and the trimmer capacitor is connected in parallel to the shared capacitor as the temperature compensation capacitor.
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。
In claim 1,
The magnetic permeability detecting device, wherein the DC cut-off capacitor is connected to a connection point between the first coil and the second coil.
請求項1または2において、
前記温度補償コンデンサである前記共有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。
In claim 1 or 2,
The magnetic permeability detecting device, wherein the capacitance of the shared capacitor which is the temperature compensation capacitor is larger than the maximum capacity of the varicap.
請求項3において、
前記温度補償コンデンサである前記共有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。
In claim 3,
The magnetic permeability detecting device, wherein the capacitance of the shared capacitor which is the temperature compensation capacitor is larger than a maximum value of a combined capacitance of the varicap and the DC cut-off capacitor.
請求項1または2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である前記共有コンデンサの2〜50%の範囲であることを特徴とする透磁率検知装置。
In claim 1 or 2,
The variable width of the capacitance of the trimmer capacitor is in the range of 1% to 40% of the total capacitance and 2 to 50% of the shared capacitor as the temperature compensation capacitor. .
請求項1乃至5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。  An image forming apparatus comprising the developing device and the magnetic permeability detection device according to claim 1. 請求項1乃至5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。  A digital copying machine comprising the developing device and the magnetic permeability detection device according to any one of claims 1 to 5. 請求項1乃至5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。  6. A toner concentration detection device that detects the toner concentration of a developing device using the magnetic permeability detection device according to any one of claims 1 to 5.
JP2002328312A 2002-11-12 2002-11-12 Permeability detecting device, image forming device, digital copying machine, and toner concentration detecting device Expired - Fee Related JP4143386B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002328312A JP4143386B2 (en) 2002-11-12 2002-11-12 Permeability detecting device, image forming device, digital copying machine, and toner concentration detecting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002328312A JP4143386B2 (en) 2002-11-12 2002-11-12 Permeability detecting device, image forming device, digital copying machine, and toner concentration detecting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004163602A JP2004163602A (en) 2004-06-10
JP4143386B2 true JP4143386B2 (en) 2008-09-03

Family

ID=32806648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002328312A Expired - Fee Related JP4143386B2 (en) 2002-11-12 2002-11-12 Permeability detecting device, image forming device, digital copying machine, and toner concentration detecting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4143386B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006293282A (en) * 2005-03-14 2006-10-26 Ricoh Co Ltd Toner concentration sensor, development device, process cartridge and image forming apparatus
JP4801413B2 (en) * 2005-10-19 2011-10-26 株式会社リコー Toner density sensor output correction method and image forming apparatus
JP5194372B2 (en) * 2006-03-22 2013-05-08 株式会社リコー Toner density control device and image forming apparatus
JP5103143B2 (en) * 2007-11-14 2012-12-19 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 Permeability detector and image forming apparatus
JP6406620B2 (en) * 2015-10-16 2018-10-17 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 Toner amount detection device and image forming apparatus
JP6575506B2 (en) * 2016-12-28 2019-09-18 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 Permeability detector, image forming apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004163602A (en) 2004-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8380092B2 (en) Toner concentration sensor and toner concentration control method
US6665503B2 (en) Permeability detection apparatus, image forming apparatus or digital copier using the same, toner concentration detection apparatus, and electric conductivity detection apparatus
JP4143386B2 (en) Permeability detecting device, image forming device, digital copying machine, and toner concentration detecting device
JP4774419B2 (en) Magnetic body detection device, image forming apparatus or digital copying machine using the same, toner density detection device, conductor detection device
JP4174190B2 (en) Magnetic body detection device, image forming apparatus or digital copying machine using the same, toner density detection device, conductor detection device
JPH06289717A (en) Magnetically detecting device
JP2015194364A (en) Differential transformer type magnetic permeability sensor
JPH11223620A (en) Toner concentration detecting device and manufacture of toner concentration detecting device
JP5796505B2 (en) Toner concentration detection device, image forming apparatus, and toner concentration detection method
JP3957209B2 (en) Electromagnetic characteristic detector
JP2002296893A (en) Toner concentration detector, image forming apparatus or digital copying machine using the detector, magnetic body detector, and conductor detector
JP4071585B2 (en) Toner density detection device and image forming apparatus using the same
JPH05340923A (en) Magnetic detector
US5310425A (en) Toner concentration detector for a two-component developer
JP2501429B2 (en) Magnetic detection device
JP2004037243A (en) Toner concentration detecting sensor and image forming apparatus
JP2002296890A (en) Toner concentration detector, image forming apparatus or digital copying machine using the detector, magnetic body detector, and conductor detector
JP4071515B2 (en) Permeability detector
JP6761585B2 (en) Toner detector
EP0292130B1 (en) Toner concentration detection
KR100189202B1 (en) Carrier characteristic deterioration compensation method and apparatus for electronic duplicator
JPH058427B2 (en)
JP2022167118A (en) Image forming apparatus and control method for the same
JPH0345832B2 (en)
JPH063329A (en) Magnetic detector and oscillation circuit used therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050311

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071004

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071016

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071213

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080205

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080331

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080422

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080507

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080527

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080616

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110620

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110620

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110620

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120620

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130620

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees