JP5103143B2 - 透磁率検知装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置の現像装置等に収容されている二成分現像剤のトナーの透磁率を検知する技術に関する。

従来から、電子写真方式の画像形成装置では、画像形成における現像行程でトナー及びキャリアからなる二成分現像剤を用いるものがある。この二成分現像剤を用いる現像装置では、磁性体キャリアと非磁性体トナーとを所定の比率で混合して用いることで、予定した濃度で感光体ドラム表面にトナーを供給する方式を採る。この現像装置には、磁性体キャリアに対するトナー混合比率を検知するために、トナーの透磁率を検知する透磁率検知装置が備えられている。

例えば、当該二成分現像剤の透磁率検知装置として、下記特許文献１に示されるものがある。この透磁率検知装置は、検知コイルとして差動トランスを用いる方式であり、磁性体（キャリア）が検知コイルに接近すると、磁気バランスが崩れて二成分現像剤の透磁率、すなわち、トナー濃度に応じた位相差電圧が発生することを利用して、この電圧をトナー濃度として検知する方式である。

また、差動トランスを用いない方式としては、下記特許文献２及び３に示される透磁率検知装置がある。これらの透磁率検知装置は、一次コイルと二次コイルを同一平面上に形成して共通のコンデンサで並列共振させ、トナーの透磁率を当該両コイルのインダクタンスの変化として検知することで、トナー濃度をとして検知するものである。
特開平６−２８９７１７号公報 特開２００４−１６３６０２号公報 特開２００４−１０９４７１号公報

上記特許文献１の差動トランスを用いる透磁率検知装置は、位相差の変化が顕著に現れるので位相比較後の増幅を行う必要がないが、(1)発振コイルの両サイドに検知コイルを配置する必要があるので、構造上コイル部分を３セクションに分割する必要がある、(2)発振周波数を高く設定できないので形状が大きくなる、(3)ネジコアで検知電圧の調整を行う必要があるので公差が大きくなる、(4)精度の高い調整を行うには工数がかかる、といった問題を有している。

一方、上記特許文献２及び３の差動トランスを用いない透磁率検知装置は、(1)一次コイルと二次コイルとを自己融着ワイヤを用いて平面状に形成する必要があり、特殊なコイル構造となるので、製造上の技術を要する、(2)振動、衝撃、高温、高湿環境下等に置かれた場合、コイル部分の変形や浮き上がりが発生し易い構造であるため、これを避けるためのコイル加工が必要なので、当該加工工数等を要因としてコイル単品にコストがかかる、といった問題を有している。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、差動トランスや特殊なコイルを用いることなく加工工数を削減し、感度のばらつきが少ない高感度な透磁率検知を可能にすることを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、トナー及び磁性体キャリアを含む二成分現像剤の近接領域に配置された検知コイルのインダクタンスの変化に基づいて前記トナーの透磁率を検知する透磁率検知装置であって、
発振電圧が印加される駆動コイルとしての一次コイルと、前記検知コイルとしての二次コイルとを備え、当該一次コイル及び二次コイルは互いに逆位相となる巻き方向とされ、
前記一次コイルは前記発振電圧で駆動されて、前記二次コイルを発振周波数に共振させ、前記一次コイル及び二次コイル間の結合係数が1よりも小さく、
前記一次コイル及び二次コイルは、同心円筒状の空芯ボビンに互いが逆位相になる巻き方向に巻き付けられ、前記二次コイルは前記磁性体キャリアに対面する位置に配置されると共に、当該二次コイルを前記ボビンに巻き付ける巻き幅が予め定められた範囲内とされたものである。

この構成によれば、一次コイルが上記発振電圧で駆動されると、二次コイルが発振周波数に共振するが、このときの一次コイル及び二次コイル間の結合係数が1よりも小さいため、二次コイル側でのパワーが減衰される。このため、一次コイルの発振電圧が二次コイルの共振動作に与える影響が少なくなるので、共振による位相のずれが、二成分現像剤中のトナー量変化に応じたトナーの透磁率の変化に対応して現れやすくなる。従って、加工工数が多くなる差動トランスや特殊なコイルを用いなくても、二次コイルのインダクタンスを、二成分現像剤中におけるトナー量の変化に正確に対応して変化させることができるため、感度のばらつきが少ない高感度な透磁率検知が可能になる。

また、この発明によれば、一次コイル及び二次コイルは同心円筒状の空芯ボビンに互いが逆位相になる方向に巻き付けられてなるので、一次コイル及び二次コイルが基板の湿度等の影響を受け難くできると共に、製造上の技術を要さずにコイルを製造することが可能になる。また、二次コイルを前記ボビンに巻き付ける巻き幅を予め定められた範囲内としたので、二次コイルの巻き付け具合に偏りが生じた場合であっても、当該巻き付け具合の偏りに伴う感度ばらつきが低減する。

本発明の請求項２に記載の発明は、トナー及び磁性体キャリアを含む二成分現像剤の近接領域に配置された検知コイルのインダクタンスの変化に基づいて前記トナーの透磁率を検知する透磁率検知装置であって、
発振電圧が印加される駆動コイルとしての一次コイルと、前記検知コイルとしての二次コイルとを備え、当該一次コイル及び二次コイルは互いに逆位相となる巻き方向とされ、
前記一次コイルは前記発振電圧で駆動されて、前記二次コイルを発振周波数に共振させ、前記一次コイル及び二次コイル間の結合係数が1よりも小さく、
前記二次コイルに、第１コンデンサ及び第２コンデンサが接続されて並列共振回路が形成され、
前記第１コンデンサは、直流カットコンデンサと可変容量ダイオードとが直列接続された状態で固定コンデンサと並列接続されてなり、
前記第２コンデンサは、ピンダイオードと直列に接続されている。

この発明によれば、第１コンデンサが直流カットコンデンサと可変容量ダイオードとが直列接続された状態で固定コンデンサと並列接続されているので、可変容量ダイオードの順方向バイアス電流を調整することにより共振周波数の微調整が可能となる。さらに、第２コンデンサがピンダイオードと直列に接続されているので、二次コイルと並列共振回路を形成する第２コンデンサとピンダイオードとが形成する容量が加算され、二次コイルの共振周波数は、低い方向、すなわち、一次コイルの駆動電圧に対して位相が遅れる方向に加速する。従って、一次コイルの駆動電圧と二次コイルに誘起される電圧の位相差が増大するため、当該位相差を二成分現像剤中におけるトナー量の変化に更に正確に対応して変化させることができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、トナー及び磁性体キャリアを含む二成分現像剤の近接領域に配置された検知コイルのインダクタンスの変化に基づいて前記トナーの透磁率を検知する透磁率検知装置であって、
発振電圧が印加される駆動コイルとしての一次コイルと、前記検知コイルとしての二次コイルとを備え、当該一次コイル及び二次コイルは互いに逆位相となる巻き方向とされ、
前記一次コイルは前記発振電圧で駆動されて、前記二次コイルを発振周波数に共振させ、前記一次コイル及び二次コイル間の結合係数が1よりも小さく、
前記二次コイルに、第１コンデンサ及び第２コンデンサが接続されて並列共振回路が形成され、
前記第１コンデンサは、固定コンデンサと可変容量コンデンサとが並列接続されてなり、
前記第２コンデンサは、ピンダイオードと直列に接続されている。

この発明によれば、第１コンデンサが固定コンデンサと可変容量コンデンサとが並列接続されてなるので、共振周波数の微調整が可能となる。さらに、第２コンデンサがピンダイオードと直列に接続されているので、二次コイルと並列共振回路を形成する第２コンデンサとピンダイオードとが形成する容量が加算され、二次コイルの共振周波数は、低い方向、すなわち、一次コイルの駆動電圧に対して位相が遅れる方向に加速する。従って、一次コイルの駆動電圧と二次コイルに誘起される電圧の位相差が増大するため、当該位相差を二成分現像剤中におけるトナー量の変化に更に正確に対応して変化させることができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の透磁率検知装置であって、前記一次コイル及び二次コイル間の結合係数が0.5以下である。

この発明によれば、二次コイルの共振による上記位相のずれが、二成分現像剤中におけるトナー量の変化に更に感度良く対応して現れる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の透磁率検知装置であって、前記一次コイルと二次コイルのインダクタンスが互いに異なるものである。

この発明によれば、一次コイルと二次コイルのインダクタンスが互いに異なるので、一次コイルと二次コイルの各共振周波数が異なることになり、一次コイルを二次コイル側と共振させずに、二次コイルを共振させることが可能になる。これにより、一次コイルの駆動電流を減らすことができ、二次コイルへの干渉を低減することができる。

また、請求項６に記載の発明は、磁性体トナーを含む二成分現像剤を感光体ドラムに供給する現像装置と、
前記現像部内における前記トナーの透磁率を検知する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の透磁率検知装置と
を備えた画像形成装置である。

この発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明と同様の作用が得られる。

本願発明によれば、差動トランスや特殊なコイルを用いることなく加工工数を削減し、感度のばらつきが少ない高感度な透磁率検知を可能にすることを目的とする。

以下、本発明の一実施形態に係る透磁率検知装置及び画像形成装置について図面を参照して説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。また、本発明に係る画像形成装置は、複写機、プリンタ及びファクシミリ装置、これらを兼ね備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置であればよいが、本実施形態では、カラープリンタを例にして説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を示す図である。図１において、カラープリンタ１（以下、単にプリンタ１という）は、給紙カセット１３と、画像形成部２０と、定着部３０と、排紙部４０と、用紙搬送路５０と、制御部６０とを備え、給紙カセット１３、画像形成部２０、定着部３０、用紙搬送路５０及び制御部６０は、略箱形の装置本体２に内装され、排紙部４０は、装置本体２の頂部に設けられている。

給紙カセット１３は、印刷処理に供する転写材の一例としての記録紙Ｐを貯留し、制御部６０の制御の下で記録紙Ｐを給紙するものである。給紙カセット１３は、所定数（本実施形態では１つ）が装置本体２に対して挿脱自在に設けられている。給紙カセット１３の上流端（図１に示す例では給紙カセット１３の左上方）には、用紙束から記録紙Ｐを１枚ずつ繰り出させるピックアップローラ１２が設けられている。このピックアップローラ１２の駆動によって給紙カセット１３から繰り出された記録紙Ｐは、用紙搬送路５０に給紙されるようになっている。

画像形成部２０は、制御部６０の制御によって、コンピュータ等から図略のインタフェース回路で受信した画像データに基づき、給紙カセット１３に貯留された用紙束から繰り出された記録紙Ｐに画像の転写処理を施すものである。インタフェース回路は、コンピュータ等の外部機器にＬＡＮ（Local Area Network）等を介して接続され、外部機器との間で種々の信号を送受信するものであり、例えば、ネットワークインタフェース（１０／１００Ｂａｓｅ−ＴＸ）等が用いられる。画像形成部２０は、トナー像を形成する各色ユニット２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋと、この画像形成ユニット２１で形成されたトナー像を記録紙Ｐに転写する転写装置２７とを備えて構成されている。

画像形成ユニット２１は、上流側（図１の紙面の右側）から下流側へ向けて順次に略水平方向に配設されたマゼンダ用ユニット２１Ｍ、シアン用ユニット２１Ｃ、イエロー用ユニット２１Ｙ及びブラック用ユニット２１Ｋと、これら各ユニットの下部位置に配設された露光ユニット２４とを備える。これら各ユニット２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｋは、同様の構成であり、装置本体２内における各機器に対して所定の相対的な位置関係で位置決めされて装着されている。

これら各ユニット２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｋは、それぞれ、感光体ドラム（像担持体）２２と、帯電器２３と、現像装置２５と、クリーニング装置２６とを備え、感光体ドラム２２は、前後方向（図１の紙面と直交する方向）に延びるドラム軸回りに回転可能に設けられ、当該感光体ドラム２２の周面に沿うように当該感光体ドラム２２の直下位置から、当該感光体ドラム２２の回転方向である反時計回り方向に向けて、帯電器２３、現像装置２５及びクリーニング装置２６が配設されている。

感光体ドラム２２は、周面に静電潜像及びこの静電潜像に従ったトナー像（可視像）を形成させるためのものである。帯電器２３は、ドラム軸回り反時計回り方向に回転している感光体ドラム２２の周面に一様な電荷を形成させるものであり、例えば、周面が感光体ドラム２２の周面と当接しながら従動回転しつつ当該感光体ドラム２２へ電荷を付与する帯電ローラを備えて構成されている。現像装置２５は、感光体ドラム２２の周面にトナーを供給することによって周面の静電潜像が形成された部分にトナーを付着させ、これによって感光体ドラム２２の周面にトナー像を形成するものである。本実施形態では、カラーに対応するために、イエロー用ユニット２１Ｙの現像装置２５Ｙには、イエロー（Ｙ）のトナーが収容され、マゼンダ用ユニット２１Ｍの現像装置２５Ｍには、マゼンダ（Ｍ）のトナーが収容され、シアン用ユニット２１Ｃの現像装置２５Ｃには、シアン（Ｃ）のトナーが収容され、そして、ブラック用ユニット２１Ｋブラックの現像装置２５Ｋには、ブラック（Ｋ）のトナーが収容されている。現像装置２５については、後にさらに詳述する。クリーニング装置２６は、転写処理後の感光体ドラム２２の周面に残留しているトナーを取り除いてクリーニングするためのものである。このクリーニング装置２６によってクリーニングされた感光体ドラム２２の周面は、次の画像形成処理のために再び帯電器２３へ向かうことになる。

露光ユニット２４は、画像データに応じて強弱の付与されたレーザ光を回転している感光体ドラム２２の周面に帯電器２３と現像装置２５との間において照射し、当該感光体ドラム２２の周面に静電潜像を形成するものである。露光ユニット２４は、カラーに対応するために、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックの各色にそれぞれ対応した各レーザ光を各ユニット２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｋにおける各感光ドラム２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｙ、２２Ｋに照射するように構成されている。帯電した感光体ドラム２２の周面にレーザ光を照射すると、その照射された部分の電荷がレーザ光の強度に応じて消去し、これによって当該感光体ドラム２２の周面に静電潜像が形成される。画像データは、図略のインタフェース回路で受信されたコンピュータ等の外部機器からの画像信号に公知の色補正処理等の処理を施すことによって制御部６０が生成した現像色のイエロー、マゼンダ、シアン及びブラックの各画像データである。

転写装置２７は、各ユニット２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｋのそれぞれの感光体ドラム２２の周面に形成されたトナー像を記録紙Ｐに転写するための装置であって、中間転写ベルト２７１、一次転写ローラ２７２、駆動ローラ２７３、従動ローラ２７４及び二次転写ローラ２７５を備えている。中間転写ベルト２７１は、無端回転可能とされ、一次転写ローラ２７２、駆動ローラ２７３及び従動ローラ２７４によって各ユニット２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｋの直上位置に張架されており、駆動ローラ２７３の回転駆動力によって時計回り方向に回転可能となっている。一次転写ローラ２７２は、各ユニット２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｋの各感光ドラム２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｙ、２２Ｋに対応するようにそれぞれ設けられ、中間転写ベルト２７１を押さえ感光体ドラム２２から中間転写ベルト２７１が浮き上がるのを防止するように配置されている。二次転写ローラ２７５は、中間転写ベルト２７１の外周面において駆動ローラ２７３に対向する位置に配置されている。

一次転写ローラ２７２は、画像領域におけるトナー像が感光体ドラム２２から中間転写ベルト２７１へ一次転写される間、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が一次転写バイアスとして印加される。また、二次転写ローラ２７５は、中間転写ベルト２７１上のトナー像が記録紙Ｐへ二次転写される間、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が二次転写バイアスとして印加される。このようにプリンタ１は、中間転写ベルト２７１上に重ねて転写された各色のトナー像からなるカラートナー像が、二次転写ローラ２７５によって、中間転写ベルト２７１から記録紙Ｐに転写される二次転写方式である。

従動ローラ２７４の図１における右側には、中間転写ベルト用クリーニング装置２７６が設けられており、記録紙Ｐへトナー像を転写処理した後における中間転写ベルト２７１の表面に残留しているトナーがこの中間転写ベルト用クリーニング装置２７６によって取り除かれ、これによって清浄化した中間転写ベルト２７１が感光体ドラム２２へ向かうようになっている。

定着部３０は、制御部６０の制御により、画像形成部２０によって転写処理の施された記録紙Ｐのトナー像に、加熱による定着処理を施すものであり、内部に通電発熱体が装着された熱ローラ３１と、この熱ローラ３１と対向して周面同士が対向配置された加圧ローラ３２とを備えている。そして、転写処理後の記録紙Ｐは、ローラ軸回りに時計回り方向に向けて駆動回転している熱ローラ３１と、ローラ軸回りに反時計回り方向に向けて従動回転している加圧ローラ３２との間のニップ部を通過することによって、熱ローラ３１からの熱を得て定着処理が施される。定着処理後の記録紙Ｐは、用紙搬送路５０によって排紙部４０へ排出される。

排紙部４０は、定着部３０で定着処理の施された記録紙Ｐが排紙され、この排紙された記録紙Ｐを貯留するものである。排紙部４０は、装置本体２の頂部が凹没されることによって形成され、この凹没した凹部の底部に排紙された記録紙Ｐを受ける排紙トレイ４１が形成されている。

用紙搬送路５０は、制御部６０の制御により、給紙カセット１３から給紙された記録紙Ｐを装置本体２及び定着部３０を介して排紙部４０まで搬送するものである。

制御部６０は、給紙カセット１３、装置本体２、定着部３０及び用紙搬送路５０等に接続され、これらを当該機能に従って制御することにより、プリンタ１の各部の制御を司るものであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される種々のプログラムやその実行に必要なデータ等を予め記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵのいわゆるワーキングメモリとなるＲＡＭ（Random Access Memory）及びその周辺回路等を備えたマイクロコンピュータによって構成される。

次に、上記各ユニット２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｋにそれぞれ備えられている現像装置２５について説明する。図２（ａ）は現像装置２５の側面断面図であり、図２（ｂ）は、現像装置２５の平面断面図である。なお、図２（ｂ）では、収容室及び撹拌機の構成を分かり易くするために、便宜上マグネットローラを省略して図示している。

現像装置２５は、現像ローラ２５１と、マグネットローラ２５２と、ブレード２５３と、撹拌機２５４と、トナー濃度検知センサ１０とを備えている。これら現像ローラ２５１、マグネットローラ２５２、ブレード２５３、撹拌機２５４及びトナー濃度検知センサ１０は、２成分現像剤であるトナー及びキャリアを収容する収容室２５７を下部に備える現像装置筐体２５０に内装されている。

収容室２５７は、長尺方向に延びる区画壁Ｗ１によってそれぞれ区画され並設される第１及び第２収容室２５７１、２５７２を備えており、区画壁Ｗ１の両端部で第１及び第２収容室２５７１、２５７２が連通されている。収容室２５７の一方端上方には、２点差線の仮想線で示すように、トナーを貯留する図略のトナーホッパから収容室２５７へトナーを補給するためのトナー補給開口２５６が開口されている。図２（ｂ）に示す収容室２５７には、トナーホッパから補給されたトナーと第１及び第２撹拌機２５４１、２５４２で撹拌されるトナーとを隔てるために、第２収容室におけるトナー補給開口２５６の直下部分と他の部分とを区画する区画壁Ｗ２がさらに第２収容室２５７２に設けられている。

また、このトナー補給開口２５６とトナーホッパとの間には、トナーホッパからトナー補給開口２５６へトナーを搬送する図略のトナー搬送ローラが配設されている。このトナー搬送ローラは、制御部６０によって制御される図略のトナーモータによって回転駆動される。このトナー搬送ローラの回転によってトナーホッパからトナー補給開口２５６へトナーが搬送され、トナー搬送ローラの回転速度によってトナーホッパからトナー補給開口２５６へ搬送される単位時間当たりのトナー量（トナー補給速度）が調整される。

撹拌機２５４は、トナーホッパから補給されたトナーを撹拌しつつマグネットローラ２５２へ搬送するものであり、第１及び第２収容室２５７１、２５７２２にそれぞれ配設される第１及び第２撹拌機２５４１、２５４２を備えて構成されている。第１及び第２撹拌機２５４１、２５４２は、それぞれ、軸線方向に略全域においてスパイラル状（螺旋状）羽根が形成された回転軸を備えて構成されている。

トナー濃度検知センサ（透磁率検知装置）１０は、収容室２５７内のトナーの濃度を測定するものであり、この測定結果を制御部６０へ出力する。トナー濃度検知センサ１０は、トナー補給開口２５６から所定距離離れた第１収容室２５７１の底部に配設されている。トナー濃度検知センサ１０は、透磁率を検知する透磁率検知センサからなり、収容室２５７内におけるトナー量の変化に応じて変化する透磁率を測り、当該透磁率をトナー濃度（トナー及びキャリアからなる現像剤の全体量に対するトナー量の割合）とする。当該透磁率は、トナーが非磁性体である場合では、トナー量が少なくなると高くなり、トナー量が多くなると低くなる。

マグネットローラ２５２は、収容室２５７からトナーを磁力により汲み上げ、この汲み上げたトナーをその外周面に被着させながら現像ローラ２５１の周面に搬送して供給するものである。マグネットローラ２５２は、第２撹拌機２５４２の上方（第２収容室２５７２の上方）に所定距離離間して第２撹拌機２５４２の回転軸方向で第２撹拌機２５４２と並設するように配設されている。マグネットローラ２５２は、例えば、所要数の永久磁石が埋設され、可動軸受けに対して回転することなく固定された円柱状のマグネットローラ本体と、このマグネットローラ本体の周面に回転可能に嵌合し、非磁性金属材料から成る円筒状のスリーブとを備えて構成される。

ブレード２５３は、マグネットローラ２５２の周面に被着して形成されたトナー層の厚みを規制するブレード状の部材である。ブレード２５３は、マグネットローラ２５２の周面に所定距離離間して対向配置されている。

現像ローラ２５１は、マグネットローラ２５２からトナーの供給を受けることによりその外周面にトナー層を形成し、このトナー層のトナーで感光体ドラム２２の周面に形成された静電潜像を現像するものである。現像ローラ２５１は、マグネットローラ２５２の周
面に所定距離離間して対向配置されている。

このような構成の現像装置２５は、現像ローラ２５１が感光体ドラム２２の周面に所定距離離間して対向配置されるように配置される。現像装置２５では、トナー補給開口２５６から補給されたトナーは、第１撹拌機２５４１によって撹拌されつつ第１収容室２５７１の一方端部から他方端部へ搬送される。この第１撹拌機２５４１によって他方端部へ搬送されたトナーは、他方端部側で第１収容室２５７１と第２収容室２５７２とを連通する第１間隙ＣＲ１を通って第２収容室２５７２に導入される。この第２収容室に導入されたトナーは、第２撹拌機２５４２によって撹拌されつつ第２収容室２５７２の他方端部から一方端部へ搬送され、その一部がマグネットローラ２５２に供給され、残余が一方端部側で第２収容室２５７２と第１収容室２５７１とを連通する第２間隙ＣＲ２を通って第１収容室２５７１に戻される。このようにトナーホッパから収容室２５７に供給されたトナーは、第１及び第２撹拌機２５４１、２５４２によって第１及び第２収容室２５７１、２５７２を循環し、撹拌によってキャリアと混合されて摩擦帯電したトナーの一部がマグネットローラ２５２に汲み上げられて消費される。そして、この第１撹拌機２５４１による搬送の途中でトナー濃度検知センサ１０によってトナー濃度が測定され、測定されたトナー濃度を示す信号が制御部６０へ出力される。制御部６０は、後述するように、トナー濃度検知センサ１０で測定されたトナー濃度に基づいて、第１及び第２収容室２５７１、２５７２における現像剤のトナー濃度（二成分現像剤中のトナー量）が目標値となるように、トナーホッパから補給されるトナー量を調整する。

次に、トナー濃度検知センサ１０について説明する。図３は、トナー濃度検知センサ１０の一実施形態を示す回路図である。図４は、トナー濃度検知センサ１０における一次コイルの駆動電圧波形、二次コイルに誘起される電圧の波形、位相比較回路からの出力電圧波形を示す波形図である。図５は、ピンダイオードを有しないとした場合のトナー濃度検知センサ１０における一次コイルの駆動電圧波形、二次コイルに誘起される電圧の波形、位相比較回路からの出力電圧波形を示す波形図である。なお、図４及び図５の各B，Cに示す電圧波形は、増幅器U3による反転増幅後の波形を示している。

トナー濃度検知センサ（透磁率検知装置）１０は、発振回路１０１、共振回路１０２、位相比較回路１０３、積分回路１０４を備えている。

発振回路１０１は、C-MOSインバータU1と、発振子Xと、増幅器U2と、結合コンデンサC3と、一次コイルL1とを備える。C-MOSインバータU1及び発振子Xから出力される発振電圧は、増幅器U2で緩衝増幅されると共に、矩形波に整形され、更に結合コンデンサC3を介して一次コイルL1を駆動する。この一次コイルL1の駆動電圧波形を、図４にAとして示す。一次コイルL1と結合コンデンサC3との関係は、ωL1>1/ωC3、すなわち、一次コイルL1を流れる電流が90°遅れ位相となるように設定する。上記一次コイルL1を駆動する発振電圧は、一次コイルL1の駆動電流の抑制と二次コイルL2への干渉を防ぐために、二次コイルL2と共振しない値に設定されている。また、一次コイルL1は、並列にダンピング抵抗R1を接続して特性を平坦にすることによっても、二次コイルL2への干渉を抑えられている。一次コイルL1のインダクタンスは、二次コイルL2のインダクタンスとは異なる設定とされる。すなわち、一次コイルL1と二次コイルL2の各共振周波数が異なることになり、一次コイルL1を二次コイルL2の並列共振回路１０５に共振させずに、二次コイルL2を共振させている。さらに、一次コイルL1のインダクタンスは、概ね二次コイルL2のインダクタンスの2倍程度にして、一次コイルL1及び二次コイルL2間の結合度が0.5程度とされている（但し、当該結合度は1よりも小さければ、二次コイルL2への干渉を低減する効果が得られる。また、当該結合度は0.5以下が好ましく、より好適な結合度は0.3〜0.5である）。すなわち、透磁率検知感度と透磁率検知感度のバラツキは、二次コイルL2と、固定コンデンサC4と、直流カットコンデンサC5と、第２コンデンサC6とを備えてなる共振回路の共振動作が大きく影響するので、発振周波数で駆動する一次コイルL1と、透磁率を検知する二次コイルL2は可能な限り祖結合とすることが好ましい。

共振回路１０２は、二次コイルL2と、固定コンデンサC4と、直流カットコンデンサC5と、第２コンデンサC6、可変容量ダイオードVCと、ピンダイオードD1とを備えている。二次コイルL2は、一次コイルL1に対して、巻き線の方向を逆向きとして、後述する同心円筒状の空芯ボビンに巻き付けられている。発振回路１０１の一次コイルL1に駆動電流が流れると、当該駆動電流によって発生する磁束が二次コイル（検知コイル）L2と交錯して、二次コイルL2には電圧が誘起される。当該誘起される電圧は、一次コイルL1及び二次コイルL2間の結合度が0.5であるとすると、一次コイルL1の駆動電圧（図４のA）とは位相の遅れた電圧が誘起される（図４のB）。一次コイルL1と二次コイルL2は、上記のように巻き線の方向が逆であるため、二次コイルL2に誘起される電圧の位相は、上記一次コイルL1の駆動電圧に対して反転したものとなる。二次コイルL2は、当該二次コイルL2と、固定コンデンサC4と、直流カットコンデンサC5と、第２コンデンサC6とを備えてなる共振回路により、予め定められた発振周波数で並列共振するように設定されている。

上記発振周波数で並列共振する二次コイルL2には、第１コンデンサC10と、第２コンデンサC6とが接続されている。二次コイルL2は、第１コンデンサC10及び第２コンデンサC6が接続されて並列共振回路１０５を形成する。

第１コンデンサC10は、直流カットコンデンサC5と可変容量ダイオードVCとが直列接続された状態で固定コンデンサC4と並列接続されてなる。但し、第１コンデンサC10は、固定コンデンサC4と可変容量コンデンサとが並列接続されてなるものであってもよい。可変容量ダイオードVCは、入力電圧Vcontにより、順方向バイアス電流を調整することで、共振周波数の微調整（感度の微調整）が可能とされている。また、二次コイルL2と並列に入る共振用のコンデンサは、第１コンデンサC10と第２コンデンサC6の合成容量で構成される。

また、第２コンデンサC6は、カソードを基準電圧Vrefに接続したピンダイオードD1と直列に接続されている。これによって、並列共振回路１０５の感度を高める効果を得る。図５はピンダイオードD1が無い場合における検知電圧を示す図である。共振回路１０２にピンダイオードD1を有するトナー濃度検知センサ１０では、図４のBに示すように、二次コイルL2に誘起される電圧の位相は、二成分現像剤中のトナー量の変化に伴うトナーの透磁率の変化に対応して比較的大きく変化する。これに対して、共振回路１０２にピンダイオードD1を設けない場合は、図５のBに示すように、二次コイルL2に誘起される電圧の位相は、上記透磁率の変化に対する変化量が、上記ピンダイオードD1を設けたときよりも小さくなる（共振回路１０２にピンダイオードD1を設けない場合は、図５のBに示すように、二次コイルL2に誘起される電圧の位相は、上記透磁率の変化に対する変化量が、1/4程度に止まる）。

このように、ピンダイオードD1を設けたときに、二次コイルL2に誘起される電圧の位相の変化量が、上記透磁率の変化に対して大きくなる（感度が高くなる）のは、図３のD点の電圧が、二次コイルL2に近接する磁性体キャリアの影響で透磁率に応じて上昇すると、ピンダイオードD1のカソードに接続されている基準電圧(Vref)を超えてピンダイオードD1のアノードからカソード方向に順方向電流が流れ込み、この電流で第２コンデンサC6と直列に接続しているピンダイオードD1の高周波順抵抗値が低下するためである。すなわち、並列共振回路１０５をなす第２コンデンサC6とピンダイオードD1とが形成する容量が加算され、並列共振回路１０５の共振周波数を、低い方向、即ち位相が遅れる方向に加速させることになる。従って、透磁率の変化前後における二次コイルL2に誘起される電圧の位相の差が増大する、言い換えれば感度が上昇することになる。

位相比較回路１０３は、増幅器U3と、ＥＯＲ回路U4とを備えている。増幅器U3は、二次コイルL2に誘起される電圧を反転増幅して、図４に示すBの波形とする。上記並列共振回路１０５は、透磁率が低い状態での発振周波数に対する共振周波数が高く設定されている。従って、上記二次コイルL2に誘起される電圧は、図４のB太線に示すように、進み位相になっている。そして、現像装置２５内においてキャリアに対するトナー比率が減少して透磁率が高くなると、二次コイルL2のインダクタンスが増加して、上記二次コイルL2に誘起される電圧は、図４のB細線で示すように位相が遅れる。ＥＯＲ回路U4は、上記一次コイルL1の駆動電圧（図４のA）と、上記二次コイルL2に誘起される電圧（図４のB）との排他的論理和をとった電圧を出力する（図４のC）。

積分回路１０４は、抵抗R6と、コンデンサC7とを備える。積分回路１０４は、抵抗R6及びコンデンサC7により上記ＥＯＲ回路U4からの出力電圧を積分して直流に変換し、トナー濃度検知センサ１０による検知電圧（二成分現像剤についてのトナーの透磁率検知結果）として（図３のVout）、制御部６０に出力する。制御部６０は、当該検知電圧をA/D変換した結果をトナー濃度検知センサ１０で測定されたトナー濃度として、当該トナー濃度に基づいて、第１及び第２収容室２５７１、２５７２における現像剤のトナー濃度（現像剤中のトナー量）が目標値となるように、トナーホッパから補給されるトナー量を調整する。

次に、一次コイルL1と二次コイルL2の巻き付け構造について説明する。図６は、空芯ボビンに一次コイル及び二次コイルが巻き付けられた状態を示す図である。

一次コイルL1と二次コイルL2は、図６に示すように、同心筒状の空芯ボビン５に、互いの巻き付け方向が逆向きになるように巻き付けられて、磁気的に結合されている。空芯ボビン５は、図２の現像装置２５の収容室２５７内に収容されている二成分現像剤（透磁率検知の対象物）に対向する位置に配設される。二次コイルL2は空芯ボビン５における二成分現像剤に近い位置に巻き付けられる。一次コイルL1は、巻き付けられた二次コイルL2よりも二成分現像剤から離れた位置に巻き付けられる。上述したように、二次コイルL2は発振周波数に並列共振をさせるが、巻線幅を狭くすることで巻き付け具合に偏りが生じた場合であっても、当該巻き付け具合の偏りによって生じる感度バラツキが抑えられている。当該二次コイルL2の巻線幅は、二次コイルL2の太さが0.1mmである場合に、例えば1mm以内とされ、より好適には0.8mmである。

このように、トナー濃度検知センサ１０は、差動トランスや特殊なコイルを用いることなく、製造技術的には従来から使われているIFT(中間周波トランス)と同じ方法であるが、ボビンの構造と回路の工夫を行うことで感度の高いバラツキの少ない透磁率検知を可能としている。

図７は実験により得たトナー濃度検知センサ１０の検知感度の特性図である。上記構成でなるトナー濃度検知センサ１０は、上記図４のBに示したように、二次コイルL2に誘起される電圧の位相が、二成分現像剤中のトナー量の変化に伴うトナーの透磁率の変化に対応して大きく変化するので（感度が高くなるので）、図７に示すように、トナー濃度（二成分現像剤中のトナー量）の変化と上記検知電圧（二成分現像剤についてのトナーの透磁率検知結果、図３のVout）との関係で示されるトナー濃度検知センサ１０の検知感度は直線性のよい特性を示すものとなる。

なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。上記実施形態において図１乃至図７に示した構成及び設定は単なる一例に過ぎず、本発明を当該実施形態に限定する趣旨ではない。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を示す図である。 （ａ）は現像装置の側面断面図であり、図２（ｂ）は、現像装置の平面断面図である。 トナー濃度検知センサの一実施形態を示す回路図である。 トナー濃度検知センサにおける一次コイルの駆動電圧波形、二次コイルに誘起される電圧の波形、位相比較回路からの出力電圧波形を示す波形図である。 ピンダイオードを有しないとした場合のトナー濃度検知センサにおける一次コイルの駆動電圧波形、二次コイルに誘起される電圧の波形、位相比較回路からの出力電圧波形を示す波形図である。 空芯ボビンに一次コイル及び二次コイルが巻き付けられた状態を示す図である。 実験により得たトナー濃度検知センサの検知感度の特性図である。

１ カラープリンタ
５ 空芯ボビン
１０ トナー濃度検知センサ
１０１ 発振回路
１０２ 共振回路
１０３ 位相比較回路
１０４ 積分回路
１０５ 並列共振回路
２５ 現像装置
C3 結合コンデンサ
C4 固定コンデンサ
C5 直流カットコンデンサ
C7 コンデンサ
C10 第１コンデンサ
D1 ピンダイオード
L1 一次コイル
L2 二次コイル
R1 ダンピング抵抗
R6 抵抗
U1 C-MOSインバータ
U2 増幅器
U3 増幅器
U4 ＥＯＲ回路
VC 可変容量ダイオード
Vcont 入力電圧
Vref 基準電圧
X 発振子

Claims (6)

1. トナー及び磁性体キャリアを含む二成分現像剤の近接領域に配置された検知コイルのインダクタンスの変化に基づいて前記トナーの透磁率を検知する透磁率検知装置であって、
   発振電圧が印加される駆動コイルとしての一次コイルと、前記検知コイルとしての二次コイルとを備え、当該一次コイル及び二次コイルは互いに逆位相となる巻き方向とされ、
   前記一次コイルは前記発振電圧で駆動されて、前記二次コイルを発振周波数に共振させ、前記一次コイル及び二次コイル間の結合係数が1よりも小さく、
   前記一次コイル及び二次コイルは、同心円筒状の空芯ボビンに互いが逆位相になる巻き方向に巻き付けられ、前記二次コイルは前記磁性体キャリアに対面する位置に配置されると共に、当該二次コイルを前記ボビンに巻き付ける巻き幅が予め定められた範囲内とされた透磁率検知装置。
2. トナー及び磁性体キャリアを含む二成分現像剤の近接領域に配置された検知コイルのインダクタンスの変化に基づいて前記トナーの透磁率を検知する透磁率検知装置であって、
   発振電圧が印加される駆動コイルとしての一次コイルと、前記検知コイルとしての二次コイルとを備え、当該一次コイル及び二次コイルは互いに逆位相となる巻き方向とされ、
   前記一次コイルは前記発振電圧で駆動されて、前記二次コイルを発振周波数に共振させ、前記一次コイル及び二次コイル間の結合係数が1よりも小さく、
   前記二次コイルに、第１コンデンサ及び第２コンデンサが接続されて並列共振回路が形成され、
   前記第１コンデンサは、直流カットコンデンサと可変容量ダイオードとが直列接続された状態で固定コンデンサと並列接続されてなり、
   前記第２コンデンサは、ピンダイオードと直列に接続されている透磁率検知装置。
3. トナー及び磁性体キャリアを含む二成分現像剤の近接領域に配置された検知コイルのインダクタンスの変化に基づいて前記トナーの透磁率を検知する透磁率検知装置であって、
   発振電圧が印加される駆動コイルとしての一次コイルと、前記検知コイルとしての二次コイルとを備え、当該一次コイル及び二次コイルは互いに逆位相となる巻き方向とされ、
   前記一次コイルは前記発振電圧で駆動されて、前記二次コイルを発振周波数に共振させ、前記一次コイル及び二次コイル間の結合係数が1よりも小さく、
   前記二次コイルに、第１コンデンサ及び第２コンデンサが接続されて並列共振回路が形成され、
   前記第１コンデンサは、固定コンデンサと可変容量コンデンサとが並列接続されてなり、
   前記第２コンデンサは、ピンダイオードと直列に接続されている透磁率検知装置。
4. 前記一次コイル及び二次コイル間の結合係数が0.5以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の透磁率検知装置。
5. 前記一次コイルと二次コイルのインダクタンスが互いに異なる請求項１〜４のいずれか１項に記載の透磁率検知装置。
6. 磁性体トナーを含む二成分現像剤を感光体ドラムに供給する現像装置と、
   前記現像部内における前記トナーの透磁率を検知する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の透磁率検知装置と
   を備えた画像形成装置。