JP5202032B2 - 磁性体検知装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性体の嵩密度を検知する磁性体検知装置及び該磁性体検知装置を有する画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置における、磁性体成分を含むトナーもしくは現像剤の残量、濃度を検知するための磁性体検知装置として、差動トランスを用いた装置が知られている。この種の磁性体検知装置の検知特性は、差動トランス個々の特性の相違、該装置の取り付け状態、設置環境によって変動するという課題がある。

上記課題を解決する手法として、出力信号の位相を調整可能な回路機構を設置し、該回路機構に対して、装置外部から電圧レベルが変化可能な電気信号を入力することにより、検知特性を調整する手法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

図１２は、上記従来例に係る磁性体検知装置の概略構成図である。

図１２において、磁性体検知装置は、差動結線された差動トランス１０００、差動トランス１０００を駆動する駆動回路１２０２、位相比較回路１２０３、可変容量ダイオード１２０４、制御回路１２０５を備える。

差動トランス１０００は、駆動回路１２０２によって駆動され、トナー残量に応じた差動出力Ｅｏを生じる。具体的には、差動トランス１０００は、駆動コイル１００１と２つの出力コイル１００２、１００３を有し、出力コイル１００２、１００３を差動結線して、トナー残量に応じた差動出力Ｅｏを得る。

駆動回路１２０２は、駆動コイル１００１と、コンデンサ１２０６、１２０７を含むコルピッツタイプの発振回路として構成され、発振周波数の信号によって、差動トランス１０００を駆動する。

位相比較回路１２０３は、差動トランス１０００の出力コイル１００２、１００３から出力される差動出力Ｅｏと、駆動回路１２０２から供給される基準信号Ｅｄとを位相比較し、位相差に応じた検知信号Ｖｏが得られる。

検知信号Ｖｏの出力端に検知信号Ｖｏを平均化する回路を付加した場合には、図１３に示すグラフにおいて、磁性体の濃度に応じて、出力電圧が変化する特性が得られる。そのため、上記手法により差動トランス１０００が設置された環境における磁性体Ｐの密度を検知することができる。尚、図１３において、縦軸に検知信号電圧Ｖｏを、横軸に磁性体濃度［ａ．ｕ．：任意単位］を配置している。

ここで、前述したような差動トランス１０００の特性変化によって、検知特性が変化するという課題に対する解決技術として、図１２に示す従来例においては、以下の技術が採用されている。

即ち、差動トランス１０００の駆動コイル１００１と出力コイル１００２、１００３との間に、印加電圧値に応じて容量が可変な可変容量ダイオード１２０４を接続し、該ダイオードへの印加電圧Ｖｃｎｔを変化させる。

そして、駆動コイル１００１と出力コイル１００２、１００３との間の位相差を、磁性体検知装置が設置された環境を検知し、検知された環境条件に基づいて変化させる。

このことにより、図１４に示すように、磁性体濃度に対する検知信号の出力電圧特性を変化させることができる。
特開平０９−１７８７０７ 特開平０６−２８９７１７号公報

上記従来技術においては、磁性体検知装置における特性変化を調整するための調整回路を追加し、該調整回路への制御信号を変化させることにより、差動トランス個々の特性の相違、該装置の取り付け状態、設置環境による変動を調整している。

そのため、磁性体検知装置を構成する電気回路が複雑化し、それに伴うコストアップが生じ、かつ、装置の小型化が困難という課題があった。また、画像形成装置内に設置する場合においても、磁性体検知装置を設置するスペースの確保が困難という課題があった。

本発明の目的は、電気回路を簡略化し、かつ装置自体の大幅なコストダウンと小型化が可能な磁性体検知装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による磁性体検知装置は、磁性体の濃度を検知する磁性体検知装置であって、出力コイルと前記出力コイルに差動結線され、所定の周波数の交流信号により駆動される駆動コイルとを有し、前記駆動コイルの駆動によって前記出力コイルから磁性体の濃度に応じた検知信号を出力するトランスと、前記所定の周波数の交流信号を発生する交流信号発生手段と、前記所定の周波数の交流信号と前記検知信号との位相差を検知する位相差検知手段と、前記位相差検知手段により検知された前記位相差に基づき、前記磁性体の濃度を検知する制御手段と、前記磁性体検知装置の設置環境における温度又は湿度を含む環境条件を検知する環境検知手段と、を有し、前記制御手段は、前記環境検知手段により検知された前記環境条件に基づき、前記交流信号発生手段により発生させる交流信号の周波数を制御することで、前記環境条件の変化が前記位相差に及ぼす影響を抑えることを特徴とする。

本発明による画像形成装置は、磁性体を含むトナーもしくは現像剤を用いて画像形成を行い、請求項１記載の磁性体検知装置が搭載されて、当該磁性体検知装置を用いて前記トナーもしくは前記現像剤の残量および濃度を検知することを特徴とする。

本発明の磁性体検知装置によれば、電気回路を簡略化し、かつ装置自体の大幅なコストダウンと小型化が可能になるとともに、環境条件の変化が位相差に及ぼす影響を抑えることで磁性体濃度の誤検知を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る磁性体検知装置の概略構成図である。

図１において、差動トランス１００は、磁性体環境における磁性体の検知信号（出力信号）を出力する出力コイル１０６と、出力コイル１０６に差動結線され、所定の電気特性を有する交流信号により駆動される駆動コイル１０４、１０５とを有する。

交流信号発生器１０１は、所定の電気特性を有する入力信号（交流信号）Ｅｉｎを駆動コイル１０４と１０５に対して入力することにより、駆動コイル１０４、１０５を駆動する。また、交流信号発生器１０１は、抵抗Ｒ１を介して出力コイル１０６と接続することにより、出力コイル１０６にて出力される出力信号（交流信号）Ｅｏｕｔを安定化させる。

増幅器１０２は、出力コイル１０６から出力される出力信号を増幅する。位相差検知器１０３は、駆動コイル１０４、１０５に入力する入力信号Ｅｉｎと、出力コイル１０６より増幅器１０２を介して出力される出力信号Ｅｏｕｔが入力され、両信号の位相差を検知する。

交流信号発生器１０１と位相差検知器１０３の出力信号が入力される制御器（制御手段）１０７は、様々なデータを記憶するメモリ１０８と接続され、後述する図４に示すフローチャートに基づいた動作を行う。

ここで、所定の入力信号Ｅｉｎにおける特性値、つまり周波数、振幅等は、本磁性体検知装置を構成する電気素子により決定される、もしくは、本磁性体検知装置の検査工程時に検査、設定されているものとする。しかしながら、この前提は本発明を限定するものではない。

また、本実施の形態にて示した差動トランス１００の構成は、図１２に基づいて前述した差動トランス１０００の構成と異なる。しかし、差動トランス回路は、その可逆性により、出力コイルにて差動結線した場合と同様の回路動作が得られることが従来技術にて開示されている。

図２は、図１の磁性体検知装置の要部の電気回路の具体例を示す図である。

図２に示す電気回路は、本発明を限定するものではない。また、図１と符号が重複する部分においては、説明を割愛する。

図２において、磁性体検知装置は、外部構成手段との接続コネクタＪ１〜Ｊ４を備える。Ｊ１には、図１における交流信号発生器１０１からの入力信号Ｅｉｎが入力される。Ｊ２には、電源電圧Ｖｉｎが入力される。

電源電圧Ｖｉｎは、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３により形成されるフィルタ回路を介して、図１における増幅器１０２に相当するインバータＩＣ１の電源電圧として使用される。Ｒ２はインバータＩＣ１の増幅帰還抵抗である。

出力コイル１０６とコンデンサＣ１により同調回路を構成し、Ｊ３からは、結合コンデンサＣ２とインバータＩＣ１、増幅帰還抵抗Ｒ２により増幅された出力信号Ｅｏｕｔが、この同調回路に出力される。Ｊ４にはＧＮＤが接続される。

図３は、図１における位相差検知器の位相差検知方法を示すタイミングチャートである。

図３の１段目は、位相差検知器１０３が動作する基本クロックＣｋ、２段目は、駆動コイル１０４、１０５に入力し駆動コイル１０４、１０５を駆動する信号Ｅｉｎ、３段目は、出力コイル１０６より増幅器１０２を介して出力される出力信号Ｅｏｕｔを示す。

出力信号Ｅｏｕｔは、前述したように、入力信号Ｅｉｎに対して磁性体の濃度に応じた位相差を有している。４段目に示すように、入力信号Ｅｉｎの立ち上がりエッジが入力されたときに、位相差検知器１０３は、基本クロックＣｋに基づいてカウントアップを開始する。

そして、位相差検知器１０３は、出力信号Ｅｏｕｔの立ち上がりエッジが入力されたときに、カウントアップを停止し、５段目に示すように、該カウント値を位相差検知器１０３の内部に有する記憶回路に位相差データとして一時保存する。

図４は、図１の磁性体検知装置によって実行される磁性体検知処理の手順を示すフローチャートである。図５は、図１の磁性体検知装置が取得する位相差データテーブルを示す図である。

差動トランス１００における出力コイル１０６が、所定の磁性体濃度Ｎ０の環境に設置された状態（後述する図５の説明参照）において、制御器１０７は、交流信号発生器１０１から所定の電気特性を有する入力信号Ｅｉｎを発生する（ステップＳ４０１）。

そして、制御器１０７は、位相差検知器１０３にて検知される入力信号Ｅｉｎと出力信号Ｅｏｕｔの位相差データＴＯを取得する（ステップＳ４０２）。

制御器１０７は、ステップＳ４０１、Ｓ４０２の動作を、複数の磁性体濃度Ｎ１〜Ｎｎの環境において実行し、図５に示すような、磁性体検知装置の磁性体濃度に対する位相差データテーブルを作成、取得して、メモリ１０８に格納する（ステップＳ４０３）。

図５において、横軸に磁性体濃度［ａ．ｕ．：任意単位］、縦軸に位相差検知器１０３にて検知される位相差データＴ［ａ．ｕ．：任意単位］を示す。

図５において、所定の磁性体濃度Ｎ０における位相差データはＴＯ、同じく磁性体濃度Ｎ１における位相差データはＴ１、磁性体濃度Ｎ２における位相差データはＴ２である。このような、複数の磁性体濃度環境における位相差データを取得することにより、磁性体検知装置に磁性体濃度検知特性を得ることができる。

また、所定の磁性体濃度Ｎは、磁性体が全く存在しない環境下も含むことは当然である。

上記位相差データテーブルの取得、メモリ１０８への格納を、磁性体検知装置の検査工程時に実施し、実際に磁性体検知動作を実行する際は、格納された位相差データテーブルに基づいて磁性体濃度の特定を行う場合が想定される。しかしながら、その実施態様は本発明を限定するものではない。

図６は、本発明の第２の実施の形態に係る磁性体検知装置の概略構成図である。図７は、図６の磁性体検知装置が取得する位相差データ変化量テーブル（位相差データ変化テーブル）を示す図である。

図１の第１の実施の形態の磁性体検知装置と符号が重複する部分においては、説明を割愛する。

図６に示す第２の実施の形態に係る磁性体検知装置は環境センサ（環境検知手段）１０９を新たに備える。環境センサ１０９は、磁性体検知装置の設置環境における環境条件Ｅｎｖ（温度、もしくは湿度）を検知するものであり、制御器１０７に接続されている。

制御器１０７は、図７に示すような磁性体検知装置の環境変化に対する位相差の変化量もしくは変化率を示す位相差データ変化量テーブル（位相差データ変化テーブル）、または環境変化に対する補正式を予めメモリ１０８に格納しておく。

図７において、横軸に環境条件［ａ．ｕ．：任意単位］、縦軸に位相差データの変化量ΔＴ［ａ．ｕ．：任意単位］を示す。

以下に、環境変化に対する位相差データ変化量テーブルの取得方法を説明する。

前述した第１の実施の形態の場合と同様に、基準環境下Ｅｎｖ０でかつ、所定の磁性体濃度Ｎ０の環境に設置された状態において、磁性体検知装置を所定の交流信号により駆動し、得られる位相差データを基準データＴＯとする。

そして、基準環境条件Ｅｎｖ０に対する環境変化ΔＥｎｖ１における位相差データ変化量はΔＴ１、環境変化ΔＥｎｖ２における位相差データ変化量はΔＴ２のように、複数の環境下における位相差データ変化量を取得する。このことにより、位相差データ変化量テーブルを取得することができる。

ここで、位相差データ変化量テーブルは、磁性体濃度の検査工程時に検査、設定されているものとする。しかしながら、この前提は本発明を限定するものではない。

図８は、図６の磁性体検知装置によって実行される磁性体検知処理の手順の第１の例を示すフローチャートである。

制御器１０７は、まず環境センサ１０９から環境条件Ｅｎｖを検知する（ステップＳ８０１）。そして、制御器１０７は、交流信号発生器１０１から所定の電気特性を有する入力信号Ｅｉｎを発生し、位相差検知器１０３にて検知される入力信号Ｅｉｎと出力信号Ｅｏｕｔの位相差データＴを取得する（ステップＳ８０２）。

ステップＳ８０３で、制御器１０７は、検知された環境条件Ｅｎｖから予めメモリ１０８に格納されている位相差データ変化量テーブル（図７）に格納されている位相差データの変化量ΔＴを参照して、位相差データＴに対して補正を行う。このことにより補正値Ｔ’を算出する。そして、算出された補正値Ｔ’に基づいて、磁性体濃度の特定を行う。

図９は、図１の位相差検知器によって検知される、環境条件における位相差データの出力特性を示す図である。

図９において、横軸に環境条件［ａ．ｕ．：任意単位］、縦軸に位相差検知器１０３にて検知される位相差データＴ［ａ．ｕ．：任意単位］を示す。

所定の磁性体濃度Ｎ０の環境でかつ、基準となる所定の環境条件Ｅｎｖ０に設置された状態において、磁性体検知装置を所定の入力信号Ｅｉｎにより駆動し、得られる位相差データを基準データＴＯとする。

そして、基準環境条件Ｅｎｖ０に対する環境変化ΔＥｎｖ１における位相差データ変化量がＴＯとなるように、所定の入力信号Ｅｉｎの電気特性を変化させる。本実施の形態では、変化させる電気特性は、入力信号Ｅｉｎの周波数ｆとする。

そして、環境変化ΔＥｎｖ１において、位相差データ変化量がＴＯとなる周波数をｆ１、環境条件Ｅｎｖ２における周波数をｆ２のように、複数の環境条件における入力信号周波数データを取得する。

このことにより、磁性体装置の環境変化に対して最適な磁性体濃度検知特性が得られる入力信号Ｅｉｎの周波数テーブルを取得することができる。

ここで、周波数テーブルは、磁性体検知装置の検査工程時に検査、設定されているものとする。しかしながら、この前提は本発明を限定するものではない。

図１０は、図６の磁性体検知装置によって実行される磁性体検知処理の手順の第２の例を示すフローチャートである。

制御器１０７は、環境センサ１０９から環境条件Ｅｎｖを検知する（ステップＳ１００１）。そして、制御器１０７は、検知された環境条件に基づいて、予め記憶された周波数テーブルのデータを参照し、環境条件に適した所定の周波数を有する入力信号Ｅｉｎを交流信号発生器１０１から発生する（ステップＳ１００２）。

そして、制御器１０７は、位相差検知器１０３にて検知される入力信号Ｅｉｎと出力信号Ｅｏｕｔの位相差データＴを取得することにより、磁性体濃度の特定を行うことができる（ステップＳ１００３）。

図１１は、図６の磁性体検知器を備える画像形成装置の要部構成図である。

図１１において、画像形成装置は、装置全体を制御する制御ユニット１１０１が、交流信号発生器１０１、位相差検知器１０３、制御器１０７、メモリ１０８、環境センサ１０９を有している。つまり、画像形成装置には、本発明の磁性体検知装置が搭載される。

本発明の第１の実施の形態に係る磁性体検知装置の概略構成図である。 図１の磁性体検知装置の要部の電気回路の具体例を示す図である。 図１における位相差検知器の位相差検知方法を示すタイミングチャートである。 図１の磁性体検知装置によって実行される磁性体検知処理の手順を示すフローチャートである。 図１の磁性体検知装置が取得する位相差データテーブルを示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る磁性体検知装置の概略構成図である。 図６の磁性体検知装置が取得する位相差データ変化量テーブルを示す図である。 図６の磁性体検知装置によって実行される磁性体検知処理の手順の第１の例を示すフローチャートである。 図９は、図１の位相差検知器によって検知される、環境条件における位相差データの出力特性を示す図である。 図６の磁性体検知装置によって実行される磁性体検知処理の手順の第２の例を示すフローチャートである。 図６の磁性体検知器を備える画像形成装置の要部構成図である。 従来例に係る磁性体検知装置の概略構成図である。 図１２の磁性体検知装置の磁性体濃度に対する検知信号電圧特性を示す図である。 図１２の磁性体検知装置の磁性体濃度に対する検知信号特性の調整方法を示す図である。

符号の説明

１００ 差動トランス
１０１ 交流信号発生器
１０２ 増幅器
１０３ 位相差検知器
１０４、１０５ 駆動コイル
１０６ 出力コイル
１０７ 制御器
１０８ メモリ

Claims (2)

1. 磁性体の濃度を検知する磁性体検知装置であって、
   出力コイルと前記出力コイルに差動結線され、所定の周波数の交流信号により駆動される駆動コイルとを有し、前記駆動コイルの駆動によって前記出力コイルから磁性体の濃度に応じた検知信号を出力するトランスと、
   前記所定の周波数の交流信号を発生する交流信号発生手段と、
   前記所定の周波数の交流信号と前記検知信号との位相差を検知する位相差検知手段と、
   前記位相差検知手段により検知された前記位相差に基づき、前記磁性体の濃度を検知する制御手段と、
   前記磁性体検知装置の設置環境における温度又は湿度を含む環境条件を検知する環境検知手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記環境検知手段により検知された前記環境条件に基づき、前記交流信号発生手段により発生させる交流信号の周波数を制御することで、前記環境条件の変化が前記位相差に及ぼす影響を抑えることを特徴とする磁性体検知装置。
2. 磁性体を含むトナーもしくは現像剤を用いて画像形成を行い、請求項１記載の磁性体検知装置が搭載されて、当該磁性体検知装置を用いて前記トナーもしくは前記現像剤の残量および濃度を検知することを特徴とする画像形成装置。

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