JPH03248178A - トナー検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ１発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明はトナー検知装置、特に、電子写真現像剤を対象
とした差動増幅型トナーセンサーを使用するトナー検知
装置に関する。

（従来の技術） 電子写真システムにおいては、非磁性トナーと磁性キャ
リアの混合物である現像剤を使用しており、その現像剤
におけるトナーとキャリアの混合比率（トナー濃度と呼
ぶ）を所定の値にコントロールする必要がある。このコ
ントロール方法として従来広く用いられているものに、
差動増幅型トナーセンサーを使用する方法がある。

第６図はそのトナーセンサーの原理図であるが、その動
作は概略以下のようになっている。

すなわち、発振器１によって作成された交流電圧が１次
コイル２に印加され、１次コイルに結合した検知コイル
３及び基準コイル４からなる差動トランスの合成出力端
６には検知コイル３と基準コイル４の端子電圧の合成電
圧が生じる。この検知コイル３と基準コイル４とは互い
に逆極性に巻線が施されており、合成出力端６にはこれ
らの巻線に生じた電圧の差（差動出力）が発生する。

この差動出力と１次コイル２の駆動電圧が位相比較回路
７に入力され、差動出力と駆動電圧の位相差に応じた時
比率を有するパルス信号が出力される。そしてこのパル
ス信号を平滑回路８にて平滑し、略直流出力電圧Ｖａが
トナーセンサーから出力される。

第６図の構成において、現像機内のトナー濃度が変化す
ると差動トランスの結合係数が変化し、これに伴なって
差動出力の位相が変化する。このため、トナーセンサー
からの直流出力電圧Ｖａもトナー濃度によって変化する
。

複写機本体側では、このようにして得られた出力電圧Ｖ
ａを別途定められた基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、その大
小に応じてトナー補給の必要性を判定するものである。

第６図において、抵抗５は感度抵抗と呼ばれ、この抵抗
値を変化させることによりこのトナー濃度センサの感度
勾配（トナー濃度が一定量変化した時の出力電圧の変化
量）を変化させることができる。

このトナー濃度センサーを現像機に取り付けたときのト
ナー濃度と直流出力電圧Ｖａとの関係を第８図のｒに示
す。第８図において、ＴＣＯは標準トナー濃度で、この
標準トナー濃度の現像剤を入れて現像機を稼働させ、こ
の時のトナー濃度センサーの出力電圧が約２．５ｖにな
るようにトナーセンサーの調整用ネジコア等を用いて調
整される。そして、トナーが消費されてトナー濃度が減
少するとセンサーの出力電圧は増大して行き、トナー濃
度がＴＣＩに達すると８カ電圧Ｖａは基準レベルＶ　ｒ
　ｅ　ｆよりも高くなる。この時点で複写機本体側から
トナーの補給指示が呂で、この指示によりトナーが補給
されトナー濃度はほぼ標準トナー濃度と等しくなり、ト
ナーセンサーからの出力電圧Ｖａも約２．５ｖに戻る。

このように１ネガ式によればトナー濃度は第８図のＴＣ
ＯからＴ（４の範囲でコントロールされることが分かる
。

（本発明が解決しようとする課題） しかしながら、差動増幅型トナーセンサーにおいては、
感度勾配は使用される差動トランスによってバラツキが
あるため、第８図のトナー濃度とセンサー出力の関係も
Ｉだけではなく、■や■の特性を持つものも有る。この
ように特性にバラツキがある場合、制御されるトナー濃
度の下限が製品によっては第８図のＴｅ３になる場合が
あり、Ｉの特性を持つものよりもトナー濃度の変化する
範囲が広くなる。一般に画質を良くするためには、トナ
ー濃度をできるだけ狭い範囲でコントロールする必要が
あり、このため、トナーセンサーの感度勾配のバラツキ
はできるだけ小さくすることが要求される。

この感度勾配のバラツキを小さくする方法の１つに、ト
ナーセンサーの電源電圧を上げる方法がある。すなわち
、この種のトナー濃度センサーの位相比較回路７は、一
般に第７図のように１つのＥＸ−ＯＲゲートにより構成
されているため、その電源電圧を上げるとそれに比例し
てＥＸ−ＯＲから出力されるパルス信号の振幅も上昇し
、これに伴ない感度勾配も増大する。これを利用し、電
源電圧を上昇させ一旦感度勾配を増大させた後、感度抵
抗の値を小さくすることにより元の感度勾配に戻すもの
である。

このように感度抵抗の値を小さくして感度勾配を小さく
した場合、感度勾配のバラツキと感度勾配の比率は一般
に小さくなる。このため、上記のように電源電圧を上昇
させることにより感度勾配を大きくしたあと、感度抵抗
値によって感度勾配を小すくシ、最終的に元の感度勾配
に戻したときには、感度勾配のバラツキは元の値に比べ
て小さくなる。

すなわち、第８図のトナー濃度とセンサーの出力電圧の
関係はセンサーの電源電圧が５ｖの場合であるが、セン
サーの電源電圧を例えばＩＯＶにすると、センサーの出
力電圧は電源電圧に比例するためその出力電圧も０がら
ＩＯＶの直流電圧となる。この場合のトナー濃度とセン
サー出方電圧の関係を第９図のＩに示すが、電源電圧が
２倍になったので感度勾配も約２倍になっている。この
感度勾配を、第６図の感度抵抗５により調整した時の出
力特性が第９図の１’、ＩＩ’およびｍ′である。第９
図の１’＝ＩＩ’および■′はそれぞれ第８図のＩ、■
および■に対応している。この電源電圧がＩＯＶのトナ
ー濃度センサーを用いて第８図と同様の制御を行なった
場合、ＴＣＯ’　とＴＣＯまたＴ（，１とＴＣＩ’は等
しい値に設定されるが、ＴＣＩ−Ｔｅ３よりもＴＣＩ’
　−ＴＣ２’は小さな値となり、トナー濃度のコントロ
ール範囲（第９図のＴＣＯ’〜ＴＣ２’　）は、第８図
のコントロール範囲（ＴＣＯ〜ＴＣ２）よりも狭くなる
。

第８図と第９図で標準トナー濃度ＴＣＯ（ＴＣＯ’）の
時のトナーセンサーの出力電圧設定値は２．５Ｖと５ｖ
と異なっているが、この時の設定値はトナーセンサーか
らの出力電圧範囲のほぼ中心に設定されるからである。

このように、センサーの電源電圧を通常の５ｖからそれ
以上の電圧に変更し感度抵抗によって元の感度勾配に戻
すと、感度勾配のバラツキは一般に小さくなり、トナー
濃度のコントロール範囲も狭くすることが出来る。

通常の複写機においては、トナーセンサーからの出力電
圧は例えばＴＴＬ等のＩＣを使用してＶｒｅｆと比較さ
れるため、トナーセンサーからの出力電圧は最大でも７
Ｖ以下に押さえる必要がある。しかし、上記のように電
源電圧をＩＯＶ程度に上げて感度勾配のバラツキを小さ
く押さえようとすると、その出力電圧は０〜１０ｖの値
となり、たとえＶ　ｒ　ｅ　ｆを７Ｖ以下にしてもトナ
ー濃度が通常のコントロール範囲を越えたときや、周囲
温度が変化した時等には出力電圧が７Ｖを越える場合が
あり、そのままでは実用に不向きであった。

このように、トナーセンサーの電源電圧を通常の５Ｖ以
上の値で使用する場合、その出力電圧が７Ｖ以上になら
ないように何らかのリミッタを出力部に挿入する場合も
あるが、この場合のセンサーの出力電圧のグラフは第１
０図のように上下非対称となり、標準トナー濃度ＴＣ，
Ｏの時の出力電圧を出力電圧範囲の中心（３，５Ｖ）に
設定すると、感度勾配の直線性が悪いところで使用しな
ければならなかった。

このように、従来技術にあってはトナー濃度とセンサー
の出力電圧との感度勾配のバラツキを小さくするために
は、トナーセンサーの電源電圧を上げる必要があり、こ
の場合には出力電圧の上限がＴＴＬ制御に不向きな７Ｖ
以上になるか、または直線性の悪いところで使用しなけ
ればならないと言う欠点があった。

したがって、本発明におけるトナー検知装置は、トナー
センサーの出力電圧の上限を一旦上げた後、その出力電
圧の下方と上方の両方の値を演算増幅器等によってカッ
トすることにより、感度勾配のバラツキが小さく且つ出
力電圧の上限が７Ｖを越えることなく、また感度勾配の
直線性の良いところでの制御を可能とすることを目的と
している。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、差動結線されたト
ランスの１次側に交流の駆動電圧を印加し、前記トラン
スの差動出力と前記駆動電圧の位相差に対応したアナロ
グ信号Ｖａを出力するトナーセンサーを使用し、前記ト
ナーセンサーの出力端に取り付けられた第１の演算増幅
器により第１の基準レベルｖ１とＶａの差に比例した電
圧■ａ′を発生させ、また前記第１の演算増幅器の出力
端に取り付けられた第２の演算増幅器により第２の基準
レベル■２と前記Ｖａ″の差に比例した電圧Ｖｏを発生
させ、前記ｖＯの最大電圧を７Ｖ以下になるように前記
ｖ１およびｖ２の値を選定し、前記Ｖｏによってトナー
濃度を判定することにより提供される。

（作用） 上記のように構成されたトナー検知装置の作用は以下の
通りである。

まず、トナー濃度に対応した直流電圧を出力するトナー
センサーを使用し、このトナーセンサーよりトナー濃度
に対応した出力電圧を出力する。

この出力電圧の上下限付近の各１／４程度の範囲では、
感度勾配の直線性が悪いので、上限付近の約１／４に相
当する第１の基準電圧とトナーセンサーの出力電圧との
差を第１の演算増幅器で増幅するにのようにして得られ
た中間の出力電圧を下限付近の約１／４に相当する第２
の基準電圧との差を第２の演算増幅器により増幅し、最
終的な出力電圧とする。

このように構成すると、トナーセンサーからの出力電圧
は２つの演算増幅器により増幅されるので、感度勾配を
高くすることができる。そして。

感度抵抗の値を変えることにより感度勾配を元の値に戻
し、これによって感度勾配のバラツキを小さくすること
ができる。

また、トナーセンサーからの出力電圧は、上下限付近の
約１／４の範囲をカットして増幅されるため、出力電圧
の直線性の良い範囲のみを使用することができる。

また、第１及び第２の演算増幅器の増幅率及び第１及び
第２の基準電圧の値を適切に選択すれば、最終出力（第
２の演算増幅器からの出力電圧）は７Ｖを越えないよう
にすることができる。

また、本発明において、トナーセンサーからの出力電圧
の感度勾配を高くする方法としては、前記の演算増幅器
による方法の他、トナーセンサーの電源電圧を高くする
方法もあり、この方法によっても同等の効果が得られる
。

（実施例） 実施例について説明すると１本発明のトナー検知装置は
、第１図にその基本構成を示す。

すなわち、発振器１によって作成された交流電圧が１次
コイル２に印加され、１次コイルに結合した検知コイル
３及び基準コイル４からなる差動トランスの合成出力端
６には検知コイル３と基準コイル４の端子電圧の合成電
圧が生じる。この検知コイル３と基準コイル４とは互い
に逆極性に巻線が施されており、合成出力端６にはこれ
らの巻線に生じた電圧の差（差動出力）が発生する。

この差動出力と１次コイル２の駆動電圧が位相比較回路
７に入力され、差動出力と駆動電圧の位相差に応じた時
比率を有するパルス信号が出力される。そして、平滑回
路８にてこのパルス信号を平滑し、トナー濃度に対応す
る略直流出力電圧■ａがトナーセンサー１０から出力さ
れる。トナーセンサーの電源電圧は５ｖであり、上記の
出力電圧ＶａはＯ〜５ｖの範囲の値となる。

第１図において、各抵抗、各基準電圧の値を以下のよう
に選択する。

Ｒ２＝２　（ＲＯ＋Ｒ１）　、Ｒ３＝Ｒ４、Ｖｌ＝８／
３　（Ｖ）およびＶ２＝６　（Ｖ）このように各定数を
選択すれば、第１の演算増幅器ＯＰＩの出力電圧Ｖ　ａ
　’は次式で与えられる。

Ｖａ’　　＝　　８　−　２Ｖａ また第２の演算増幅器ＯＰ２の出力電圧ｖＯは。

次式で与えられる。

Ｖｏ　　　＝　　６　−　　Ｖａ’ この時の各電圧の関係を第２図に示すが、この ように各定数を選べば、最終の出力電圧Ｖｏは。

トナー濃度センサーの出力電圧Ｖａを演算増幅器によっ
て増幅して得られるので、トナーセンサー単体で使用し
たときよりもトナー濃度に対する感度勾配を高くするこ
とが出来る。そして、このようにして感度勾配を高くし
た後、感度抵抗によって感度勾配を所定の値にまで下げ
ることによって感度勾配のバラツキを小さくすることが
出来る。

また、本実施例のトナー検知装置の出力電圧Ｖ。

は、トナー濃度センサーの出力電圧Ｖａを演算増幅器に
よって上下の非直線性の大きい部分を取り除いた形にな
っているため、直線性の良い部分（グラフの中央部）で
の制御が可能である。

また、各定数を上記のように選定すれば、出力電圧Ｖｏ
の最大電圧を７Ｖ以下に押さえることが出来、その出力
電圧をＴＴＬレベルのマイコン等によって処理すること
が出来る。

第３図は、本実施例によるトナー検知装置によるトナー
濃度のバラツキを示す。第３図のように。

本実施例のトナー検知装置では、感度勾配を演算増幅器
によって一旦増幅した後、感度抵抗値によって元の感度
勾配に戻しているため、感度勾配のバラツキは従来品（
第８図）の約１／２になっており、トナー濃度のコント
ロール範囲も従来品に比べ狭く出来ることが分かる。

上記の実施例では、感度勾配を高くする方法として、演
算増幅器の増幅率を１より大にする方法を採用している
が、この感度勾配を高くする方法としては、トナーセン
サーの電源電圧を５ｖよりも高くする方法もある。

すなわち、トナーセンサーの位相比較回路は第７図のよ
うに１ケのＥＸ−ＯＲゲートにより構成されており、こ
のゲートからの出力パルスの振幅はトナーセンサーの電
源電圧に比例する。このため、トナーセンサーの電源電
圧を高くすれば１位相比較回路の出力パルスの振幅は大
きくなり、このパルスを平滑して得られる出力電圧Ｖａ
の最大電圧も高くなる。

このように、トナーセンサーの内部の電源電圧を高くし
て出力電圧の最大値を高くした場合には、呂力端の演算
増幅器の増幅率は１以下でも良く、この場合の演算増幅
器の機能としては、Ｖａの上下限付近の直線性の悪い部
分を除去することだけである。この場合に、演算増幅器
により更に出力電圧を増幅しても良いことは明らかであ
る。

第４図に本発明による他の実施例を示す、第４図では、
第１図の８力平滑回路の抵抗ＲＯと、演算増幅器に接続
された抵抗Ｒ１とを１つの抵抗としている。このように
接続しても、本発明の効果には何ら影響はない。

第５図に本発明の他の実施例を示す。第５図のように１
次コイルを２つに分割し２次コイルを１つにしても本発
明の効果にはなんら影響はない。

この場合には感度抵抗は第６図のように２つの１次コイ
ルのどちらかに接続すれば良い。

ハ１発明の効果 本発明におけるトナー検知装置は、上述のように構成さ
れているので１次に記載されている効果を奏する。

トナーセンサーの感度勾配を演算増幅器による増幅又は
トナーセンサーの電源電圧の変更等によって高くした後
、感度抵抗によって元の感度勾配に戻しているため、感
度勾配のバラツキを小さくすることが出来る。また出力
電圧の直線性の悪い部分を外部の演算増幅器によって除
去しているため、高力電圧の上限が７Ｖを越えることな
く、また感度勾配の直線性の良いところでの制御を可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトナー検知装置の基本構成図、第２図
および第３図は本発明の出力電圧とトナー濃度との関係
を示す図、第４図および第５図は本発明の他の実施例の
基本構成図、第６図は従来のトナー濃度センサーの基本
構成図、第７図はトナーセンサーの位相比較回路の構成
を示す図、第８図ないし第１０図は従来のトナーセンサ
ーの出力電圧とトナー濃度の関係を示す図である。 １：発振器　　　　２：１次コイル ３：検知コイル　　４：基準コイル ：感度抵抗 ：位相比較回路 ：平滑回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、差動結線されたトランスの１次側に交流の駆動電圧
   を印加し、前記トランスの差動出力と前記駆動電圧の位
   相差に対応したアナログ信号Ｖａを出力するトナーセン
   サーを使用し、前記トナーセンサーの出力端に取り付け
   られた第１の演算増幅器により第１の基準レベルＶ１と
   Ｖａの差に比例した電圧Ｖａ’を発生させ、また前記第
   １の演算増幅器の出力端に取り付けられた第２の演算増
   幅器により第２の基準レベルＶ２と前記Ｖａ’の差に比
   例した電圧Ｖｏを発生させ、前記Ｖｏの最大電圧を７Ｖ
   以下になるように前記Ｖ１およびＶ２の値を選定し、前
   記Ｖｏによってトナー濃度を判定することを特徴とする
   トナー検知装置。