JPH07248676A - トナー濃度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 現像剤の流れを妨げることなくトナー濃度の
検知用コイルを現像剤に対し十分近づけると共に、他の
磁性体の影響を受けずにトナー濃度を高精度に検出でき
るようにする。 【構成】 検知用コイルのインダクタンスとキャパシタ
ンスＣによる共振回路の周波数変化によって現像剤Ｄ中
のトナー成分の濃度を検出するトナー濃度検出装置にお
いて、検知用コイルは、プリント基板22に形成された複
数個の螺旋状の平面コイル31，32が電気的に直列に接続
されたものであり、且つ隣り合う平面コイル31，32の作
る磁束の方向が互いに反対であるトナー濃度検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば複写機などの画
像形成装置に用いられるＬＣ共振回路を用いたトナー濃
度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、露光光学系によって感光体ド
ラム上に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置によ
ってトナーで現像した後、前記トナー像を記録紙に転写
して定着させる画像形成装置が知られている（特開昭57
-38482号公報、特開昭62-157070号公報等参照）。

【０００３】上記現像装置で現像に使用される現像剤に
は、１成分現像剤と２成分現像剤とがある。前記２成分
現像剤は磁性のキャリア粒子と非磁性の合成樹脂性のト
ナー粒子とが適度な混合比で混合して形成されるもので
あり、キャリア粒子に混じった適正混合比のトナー粒子
が現像装置のマグネットローラによって運ばれ、感光体
面であるドラム上の潜像部に摺接あるいはジャンピング
して付着し、トナー像を形成させる。

【０００４】そして、２成分現像剤を使う場合には、ト
ナーのみが消費され、キャリアは現像装置内で循環して
繰り返し使用されるので、現像装置内のトナー濃度を検
出する検出装置を設け、該検出装置による検出結果に基
づいてトナーをトナー補給装置から随時補給して、現像
装置内で適度に帯電させ均一な混合比になるように撹拌
するようにしてある。

【０００５】このトナー濃度を検出する方法はいくつか
提案されているが、その１つにＬＣ発振回路の発振周波
数変化を用いる方法がある。

【０００６】キャリアである鉄粉とトナーとの混合物で
ある現像剤の見かけの透磁率はトナー濃度により変化す
る。コイルを現像剤中に埋め込む等の方法で近づけると
コイルのインダクタンスは雰囲気の透磁率により変化す
る。ＬＣ発振回路の発振周波数は、 ｆ＝１／｛２π(ＬＣ)^1/2｝ で与えられるから、周波数ｆを測定すればトナー濃度を
検出することができる。

【０００７】コイルとしては、鉄やフェライトなど強透
磁率の芯に細線を巻いた巻線コイルや、コイルの芯を現
像剤の流露としたものなどが実用化されている。

【０００８】さらにトナー濃度検出装置を小型化するた
めに、検知コイルを平面コイルにしたものが本出願人に
より、実願平5-16176号、実願平5-59580号各明細書に提
案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の画像
形成装置のトナー濃度検出装置では、インダクタンスに
巻線コイルを使用しているので、巻線コイル部の先端だ
けしか現像剤に接触させることができず、感度が鈍いと
いう問題点がある。

【００１０】また、コイルの中を現像剤の流路とする方
法を用いた構成のものでは、コイルのインダクタンスに
最も影響を与えるコイルの中に現像剤が存在するので感
度は良好になるが、現像剤ケースの構造が複雑になり、
また大きさも大きくなる等の問題点がある。

【００１１】トナー濃度検出装置を小型化、薄型化する
ために、平面状コイルを検知部とした前記の本出願人提
案のトナー濃度検出装置は、検出範囲が広すぎて誤検知
しやすいという欠点がある。

【００１２】図１は画像形成装置の現像部を示す断面図
であり、１は感光体ドラム、２はマグネットローラ、３
は現像器10の筐体、４は現像剤撹拌部材である。該筐体
３内には、二成分現像剤Ｄが収容されている。またこの
筐体３の内壁面には、トナー濃度検出装置のトナー濃度
検出部20が取り付けられている。

【００１３】図２は平面コイルを含むトナー濃度検出部
20の拡大断面図、図３は該平面コイルの拡大平面図であ
る。図４はトナー濃度検出装置の発振回路図を示す。

【００１４】図２に示す磁束が通過する場所がトナー濃
度検出範囲である。通常、現像器10内には現像剤Ｄを撹
拌するための撹拌部材４が設けられていて、トナー濃度
を正確に測定するためコイルはなるべく撹拌部材４の近
傍に設置される。

【００１５】前述のインダクタンスを有する平面コイル
21は、例えばガラスエポキシからなるプリント基板22の
表面上に、ともにスルーホールになっているコイル電極
(端子)23からコイル電極(端子)24まで渦巻き状に配置さ
れている。平面コイル21の上部は例えば絶縁性樹脂等の
保護層で覆われている。プリント基板22の裏面には、発
振回路26のコンデンサＣ₁，Ｃ₂、トランジスタＱ、抵抗
Ｒ等の構成部品26ａ，26ｂ，26ｃが搭載され、平面コイ
ル21は、コイル電極23，24を介して構成部品26ａ〜26ｃ
と接続している。またプリント基板22の裏面には、電圧
Ｖの電源と接続し、外部出力とするための電極27ａ，27
ｂが配設されている。

【００１６】この平面コイル21を形成するには、プリン
ト基板22の裏面の発振回路配線用パターンをエッチング
する時に、プリント基板22の表面の銅箔もエッチングす
る。これにより平面コイル21が銅箔で形成される。尚、
平面コイル21を、銅線をプリント基板22上で渦巻き状に
配置してもよい。

【００１７】また平面コイル21をプリント基板22の銅箔
で形成した場合、平面コイル21の幅を50〜100μm、ピッ
チを100〜200μm程度にするのが適当である。即ち、イ
ンダクタンスを大きくするには巻数を大きくし、単位面
積あたりのインダクタンスを大きくするには配線ピッチ
を小さくすればよいが、配線ピッチを小さくすれば配線
パターンの断面積も小さくなって結果として平面コイル
21の抵抗成分が大きくなるため、Ｑ値が小さくなり、そ
の結果ＬＣ回路が発振しなくなるので、平面コイル21の
幅、ピッチは前記の値が適当である。

【００１８】前述のようにトナー濃度を検出する原理
は、コイルのインダクタンスがトナー濃度検出範囲内の
物質の透磁率で変化するものであるから、あまり検出範
囲が大きいと現像剤中のトナー濃度変化だけでなく、撹
拌部材等の機械部品の動作などの影響を受けてしまう。

【００１９】トナー濃度検出範囲を小さくするために
は、コイルの大きさを小さくすればよいが、平面コイル
は通常の巻線コイルに比べてインダクタンスの絶対値が
小さいため、発振回路を考慮するとあまり小さくするこ
とはできない。何故ならば、発振周波数ｆ＝1/2π（Ｌ
Ｃ）^1/2であるから、Ｌが小さい程、周波数ｆが大きく
なってしまう。発振の安定性や周波数カウンタなどの構
成により適正な周波数レンジが存在する。従ってインダ
クタンスが小さいということは、この適正な範囲を越え
てしまうことになる。

【００２０】平面コイル21のＬを大きくするには、トナ
ー濃度検出部20の面積を大きくすることや、コイルの巻
数を大きくするなどの方法がある。しかし前者は、トナ
ー濃度の検出範囲を越えて大きくすることは無意味であ
り、後者はコイル配線ルール（例えば配線ピッチはプリ
ント基板上では最小50μm程度）の制限や、前述のよう
なＱ値の制限（あまり細かいパターンでは電気抵抗成分
が大きくなりＱ値が小さくなりすぎる）があり、平面コ
イル21の１個当たりのＬには上限がある。

【００２１】図４は従来の発振回路の回路図であり、こ
の発振回路は、インダクタンスコイルＬ、コンデンサＣ
₁，Ｃ₂、トランジスタＱ、抵抗Ｒで構成された典型的な
コルピッツ発振回路であり、このインダクタンスコイル
Ｌが平面コイルで構成されている。この回路に電圧Ｖが
印加された時、発振信号がトランジスタＱのソースから
出力される。尚、発振回路はコルピッツ発振回路だけで
なく、他のＬＣ発振回路であっても構わない。

【００２２】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、現像剤の流れを妨げることなく平面コイ
ルと現像剤とを十分近づけることが可能であり、しかも
平面コイルのインダクタンスを小さくすることなく、ト
ナー濃度検出範囲を必要な範囲に小さくすることにより
高精度の検知能力を発揮することの出来るトナー濃度検
出装置の提供を目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、検知用コイ
ルのインダクタンスとキャパシタンスによる共振回路の
周波数変化によって現像剤中のトナー成分の濃度を検出
するトナー濃度検出装置において、前記検知用コイル
は、回路基板に形成された複数個の螺旋状の平面コイル
が電気的に直列に接続されたものであり、且つ隣り合う
前記平面コイルの作る磁束の方向が互いに反対であるこ
とを特徴とするトナー濃度検出装置によって達成され
る。

【００２４】また上記目的は、前記複数個の螺旋状の平
面コイルは、前記共振回路の一部を含む回路基板の片側
に形成されたことを特徴とするトナー濃度検出装置によ
って達成される。

【００２５】

【作用】上記の構成によれば、共振回路の基板に渦巻き
状の平面コイルが配置されているため、基板を現像剤ケ
ース内に入れれば、平面コイルと現像剤とを十分近づけ
ることが可能となると共に検出能力の安定化によってト
ナー濃度の感度が向上し、しかも現像剤の流れの妨げに
ならず、大きさも小さくなる。

【００２６】また、平面コイルの磁束の流れが、コイル
表面に集中するため、トナー濃度検出範囲が、平面コイ
ルを形成する面に限定される。一方、平面コイルのイン
ダクタンスは、複数のコイルを直列接続することにより
単体のコイルより大きくできる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。なお、図１ないし図４と同一要素のものにつ
いては同一符号を付して説明は省略する。

【００２８】図５は、本発明に係るトナー濃度検出装置
の平面コイルの平面図を示す。図６は図５の平面コイル
を含んだ発振回路の回路図である。図５中のＡ１，Ａ
２，Ａ３は、平面コイル31，32の電極（端子）であり、
図６の発振回路中の端子位置に対応している。これらの
図に示すように、２個の平面コイル31，32は同一のプリ
ント基板22上に並べられ、電極Ａ１，Ａ２，Ａ３により
接続され、電気的に直列に接続したものを、トナー濃度
検出部としている。その際に、隣り合う平面コイル31，
32が発生する磁束の方向が互いに反対になるようにして
ある。このように検出コイルのインダクタンスは、複数
の平面コイルを直列接続することにより単体の平面コイ
ルより大きくできる。

【００２９】図７は図５に示した平面コイルのＡ−Ａ拡
大断面図である。コイルの巻方向が、平面コイル31と平
面コイル32では逆であるから、磁束の方向も図示のよう
に逆方向である。平面コイル31，32が隣接している場合
は、図示Ｅ部の磁束は打ち消し合って二重矢印のような
流れになる。このような構成では、磁束は平面コイル面
に近い所に集中する。トナー濃度検出は、現像剤中のイ
ンダクタンス変化を検出するものであるから、従って検
出範囲も平面コイル面に近い領域に限定される。

【００３０】図８は、コイル面からの距離ｘに対するト
ナー濃度の検出感度変化を示した特性図である。従来の
ように平面コイル21が１個の場合に比べて、本発明の複
数の平面コイルを直列接続したものは、距離ｘの増加と
ともに感度が急速に減少していることがわかる。この例
では、撹拌部材４の外周面を３mm以上離せば、本発明で
は検出出力値に影響を及ぼさないことがわかる。また、
図８に示すように、感度がなくなるまでの距離ｘは、平
面コイルを小さくすれば短かくなるが、同時にインダク
タンスも小さくなってしまう。本発明の実施例では平面
コイルを２個直列接続したものであるから、インダクタ
ンスを小さくすることなく検出範囲を狭めることを可能
にした。

【００３１】図９は、本発明によるトナー濃度検出装置
の第２の実施例を示す平面図である。コイル電極（端
子）Ａ１，Ａ２，Ａ３は図６の発振回路の端子に対応し
ている。図５に示す前記第１の実施例では、２個の平面
コイル31，32のコイルの巻く方向が互いに反対で、電流
は両コイルともに渦の中心から外に向って流れている。
このコイルの巻方向を逆にしたものが図９に示す第２の
実施例である。この場合でも、発生する磁束の向きは、
平面コイル41，42で反対であるから、前述と同じ効果が
得られる。

【００３２】図10は、本発明によるトナー濃度検出装置
の第３の実施例を示す平面図である。この実施例では、
平面コイル51，54の磁束は、平面コイル52，53の作る磁
束と反対方向である。このように隣り合う平面コイルの
磁束の向きが反対方向になるような構成であれば、平面
コイルの数は３個以上任意に選ぶことができる。

【００３３】再び図１において、本実施例のトナー濃度
検出部20の現像器筐体３に取り付けた状態を示す。また
その拡大断面図である図２に示すように、現像器筐体３
には２つの孔30ａ，30ｂが設けられている。トナー濃度
検出部20は現像器筐体３の中に配設され、夫々２つの孔
30ａ，30ｂに電極27ａ，27ｂを挿通させる。

【００３４】これにより平面コイル21（または31，32，
41，42，51，52，53，54）のコイル電極Ａ１からコイル
電極Ａ３までが保護層を介して現像剤Ｄに近接するよう
になり、感度良くトナー濃度が検出されるようになる。

【００３５】かかる構成によれば、ＬＣ発振回路のイン
ダクタンスコイルＬを有する渦巻き状の平面コイルをプ
リント基板22上に配置することにより、プリント基板22
を現像器筐体３内に入れても現像剤Ｄの流れを妨げるこ
とはなく、平面コイルと現像剤Ｄとを十分に近接させる
ことが出来、トナー濃度の検出感度が向上する。また平
面コイルがプリント基板22上に発振回路と一体に形成さ
れているため形状も小さくなる。

【００３６】なお現像器筐体３の一部に凹部を形成し、
この凹部に本実施例のトナー濃度検出部20を配設するよ
うにしてもよい。このようにすれば平面コイルと現像器
筐体３の内面と面一になるので、さらに現像剤Ｄの流れ
が妨げられなくなり望ましい。

【００３７】また本実施例では、ガラスエポキシからな
るプリント基板を使用したが、これに限らず、コイル渦
巻き状に配置するように加工できる基板であれば例えば
セラミック基板やプラスチック基板等を用いてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンダクタンスとキャパシタンスによる共振回路を備えた
画像形成装置のトナー濃度検出装置の前記インダクタン
スを有するコイルを渦巻き状の複数の平面コイルで構成
することにより、現像剤の流れを妨げることはなく、平
面コイルと現像剤とを十分近接させることが出来、トナ
ー濃度の検出感度が向上する。また検出コイルのインダ
クタンスを小さくすることなく、検出範囲を限定するこ
とで、外部の影響を排除することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置の現像部を示す断面
図。

【図２】トナー濃度検出装置のトナー濃度検出部の拡大
断面図。

【図３】平面コイルの拡大平面図。

【図４】従来の発振回路の回路図。

【図５】本発明に係るトナー濃度検出装置の平面コイル
の平面図。

【図６】本発明の発振回路の回路図。

【図７】図５の平面コイルのＡ−Ａ拡大断面図。

【図８】コイル面からの距離に対するトナー濃度の検出
感度変化を示した特性図。

【図９】本発明によるトナー濃度検出装置の第２の実施
例を示す平面図。

【図１０】本発明によるトナー濃度検出装置の第３の実
施例を示す平面図。

【符号の説明】

３ 現像器筐体 ４ 撹拌部材 10 現像器 20 トナー濃度検出部 21，31，32，41，42，51，52，53，54 平面コイル 22 プリント基板 23，24 コイル電極（端子） 27ａ，27ｂ コイル電極（端子） Ａ１，Ａ２，Ａ３ コイル電極（端子） Ｌ インダクタンスコイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検知用コイルのインダクタンスとキャパ
   シタンスによる共振回路の周波数変化によって現像剤中
   のトナー成分の濃度を検出するトナー濃度検出装置にお
   いて、前記検知用コイルは、回路基板に形成された複数
   個の螺旋状の平面コイルが電気的に直列に接続されたも
   のであり、且つ隣り合う前記平面コイルの作る磁束の方
   向が互いに反対であることを特徴とするトナー濃度検出
   装置。
2. 【請求項２】 前記複数個の螺旋状の平面コイルは、前
   記共振回路の一部を含む回路基板の片側に形成されたこ
   とを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度検出装置。