JPH11223620A - トナー濃度検出装置及びトナー濃度検出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像剤の透磁率からトナー濃度を検出するト
ナー濃度検出装置であり、プリントコイルを用いたトナ
ー濃度検出装置において、環境温度の変化による誤差を
押さえる。 【解決手段】 トナー濃度検出装置の濃度検知部を構成
する発振回路のインダクタンスとコンデンサ以外に抵抗
値も考慮して、下記の式により回路定数を設定する。 【数６】 また、発振回路のコイルの抵抗成分の抵抗値を２〜２０
Ωにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真装置の現像
装置における現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真装置においては、画像形成によ
って消費されるトナーを補給して常に一定した濃度の画
像が形成されるように、トナー補給の自動制御装置が装
備されている。かかる自動制御装置には、トナー濃度検
出装置が用いられ、このトナー濃度検出装置としては、
濃度変化により生ずる現像剤の透磁率の変化を発振回路
の発振周波数の変化として検出する、いわゆるＬ検知方
式トナー濃度検出装置（以下Ｌ検出装置という）が広く
使用されている。

【０００３】従来のＬ検出装置としては磁性体のコアに
コイルを巻き付けて検出対象である現像剤を包含する空
間に磁界を形成するとともに前記コイルでＬＣ発振回路
を構成したコア型Ｌ検出装置が使用されている。

【０００４】このような従来のコア型Ｌ検出装置は、製
造コストが高い、コアが焼結で形成される部品であるた
めに、一定した性能のものを製造することが困難であ
り、検出装置の性能にバラツキが出て品質管理上問題が
ある、小型にすることが困難である等の問題があった。
従来のコア型Ｌ検出装置のこのような問題を解決するた
めに、本出願人は特開平７−２４８６７６号公報におい
て、ＬＣ発振回路のインダクタンスをプリントにより形
成したコイルで構成したプリントコイル型Ｌ検出装置を
提案した。

【０００５】プリントコイル型Ｌ検出装置は、インダク
タンスを構成し、磁界を発生するコイルがプリントによ
り形成されるために、一定した特性のものが得られる、
小型化できる等コア型Ｌ検出装置に対して際だった利点
を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】Ｌ検出装置では、現像
剤中のトナー濃度の変化をＬＣ発振回路の発振周波数の
変化として検出しているが、従来のコア型Ｌ検出装置及
び前記の公報に記載されたプリントコイル型Ｌ検出装置
では、発振周波数ｆを次の式（１）により求めていた。

【０００７】

【数２】

【０００８】そして、トナー濃度検出装置の設計にあた
っては、前記（１）式に基づいてＬＣ発振回路の回路定
数であるインダクタンス及びキャパシタンスを決定して
いた。

【０００９】しかしながら、本発明の発明者の研究の結
果、ＬＣ発振回路のインダクタンスを生ずるコイルをプ
リントにより形成したプリントコイル型Ｌ検出装置で
は、発振周波数を求めるのに回路の抵抗成分を無視する
ことができず、抵抗成分を考慮して回路設計をする必要
があることが判明した。その理由は次のとおりである。

【００１０】トナー濃度検出装置は電子写真装置が設置
される環境、特に、所定の温度範囲内で正常に作動する
ことが条件となる。プリントコイル型Ｌ検出装置におい
ては、発振周波数に対する回路の抵抗の影響を無視する
ことができず、抵抗値の温度変化により発振周波数が変
化して、発振回路の構成如何によってはトナー濃度検出
装置の作動温度範囲の上限と下限における発振周波数の
差が許容値を超えてしまうことが判明した。

【００１１】従って、本発明の目的は、プリントコイル
型Ｌ検出装置における、前記の問題を解決することにあ
り、一定した性能を示し、且つ小型化が可能であり、し
かも環境温度の変化による誤差が少ないトナー濃度検出
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の本発明の目的は、
（１）ＬＣ発振回路の発振周波数から現像剤のトナー濃
度を検出するトナー濃度検出装置において、前記ＬＣ発
振回路の発振周波数ｆを下記の式（２）

【００１３】

【数３】

【００１４】に従って求め、前記ＬＣ発振回路のインダ
クタンスＬ、キャパシタンスＣ及びコイルの抵抗Ｒ
_Lを、前記トナー濃度検出装置の作動温度範囲における
これら回路定数の変化が許容値よりも大きな周波数ｆの
変化をもたらさないように設定したことを特徴とするト
ナー濃度検出装置、（２）インダクタンスをプリントに
より形成したコイルで構成したＬＣ発振回路を検出部材
とするトナー濃度検出装置において、前記コイルの抵抗
値を２〜２０Ωに設定したことを特徴とするトナー濃度
検出装置、及び、（３）インダクタンスをプリントによ
り形成したコイルで構成したＬＣ発振回路を検出部材と
するトナー濃度検出装置を製造するに際して、前記コイ
ルの抵抗値が予め定めた範囲内にあることを確認するこ
とを特徴とするトナー濃度検出装置の製造方法、によっ
て達成される。

【００１５】以下にプリントコイル型Ｌ検出装置におけ
る前記の問題を具体的に説明するとともに、本発明の作
用を説明する。

【００１６】コア型Ｌ検出装置の一例では、装置が使用
される環境温度の下限を１０℃、上限を５０℃とした場
合、上下限での発振周波数の差は約１４０Ｈｚであっ
た。一方、現像剤のトナー濃度は、その１％の変化まで
測定することが要求される。前記のコア型Ｌ検出装置に
おけるトナー濃度１％の変化に対応した発振周波数の変
動は、約１ＫＨｚという実験結果が得られた。即ち、１
ＫＨｚが制御目標となるが、この１ＫＨｚの制御目標に
対し、温度による変動である最大１４０Ｈｚの変動は十
分に小さな値であり、トナー濃度の測定に当たって無視
しても差し支えない値であるということができる。

【００１７】一方、プリントコイル型Ｌ検出装置の一例
では、同じく１０〜５０℃の環境における発振周波数の
変動として、４．２ＫＨｚ、トナー濃度１％の変化に対
応した発振周波数の変動として約５ＫＨｚという実験結
果がそれぞれ得られた。５ＫＨｚの制御目標に対し、最
大４．２ＫＨｚの変動は制御上無視できる値ではない。

【００１８】通常このような温度による変動を補償する
ために、適当な温度特性を有する温度補償コンデンサを
選択し、トナー濃度検出装置の温度特性を所望の範囲に
押さえ込む方法が採られる。

【００１９】しかるにプリントコイル型Ｌ検出装置にお
いて、適当と思われるコンデンサを選定し、発振周波数
の変動を確認したところ、目論見と異なる値を示すもの
であった。この原因を調査した結果、プリントコイルに
生ずる抵抗成分が発振周波数に影響を与えていることが
判明した。その理由は、プリントコイル型Ｌ検出装置に
おいては、その構造上インダクタンスを大きく取れな
く、この抵抗成分の発振周波数に与える影響が大きいた
めと考えられる。

【００２０】このような考察からプリントコイル型Ｌ検
出装置においては、プリントコイルの抵抗成分Ｒ_Lを考
慮して、発振回路は図２のように表され、発振周波数は
式（２）で表される。

【００２１】

【数４】

【００２２】図２において、発振回路は、所定のインダ
クタンスを有するコイルＬ、コンデンサＣ１、Ｃ２、ト
ランジスタＱ及び抵抗Ｒで構成された典型的なコルピッ
ツ発振回路であり、このコイルＬが平板状のプリントコ
イルで構成されている。Ｒ_Lはコイル部に生ずる抵抗で
ある。

【００２３】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。Ｒ_Lはコ
イルＬが有する抵抗である。発振回路はコルピッツ発振
回路に限られるものではない。

【００２４】一方、コア型Ｌ検出装置の場合は、その構
造上インダクタンスの値がプリントコイル型Ｌ検出装置
と比較して格段に大きく取れるために、発振回路は図１
で表すことができ、その発振周波数は式（１）で近似し
ても通常問題とならない誤差範囲に収まっている。

【００２５】

【数５】

【００２６】本発明においては、前記式（２）に基づい
て発振回路の回路定数を選択調整することによりトナー
濃度検出装置が使用される環境温度範囲内で、温度変化
に起因する誤差が十分押さえられたプリントコイル型Ｌ
検出装置を実現することに成功した。

【００２７】このように、プリントコイル型Ｌ検出装置
では、コイル部の抵抗を無視することができないので、
本発明のトナー濃度検出装置は、その製造に当たって、
従来とは違った方法に従って、品質管理が行われる。

【００２８】従来のトナー濃度検出装置の製造において
は、品質の検査段階において、発振周波数が所定範囲に
あるか否かの検査は行われるが、発振回路のコイル部の
抵抗値が所定の設計値の範囲にあるか否かの検査は行わ
れなかった。

【００２９】本発明においては、発振回路のコイル部の
抵抗値が予め定められた範囲内にあるか否かの検査が行
われる。

【００３０】また、プリントコイル型Ｌ検出装置におけ
る抵抗を２〜２０Ωの範囲内にすることによって、抵抗
値の選択調整と合わせてインダクタンスとキャパシタン
スの選択調整を行って、環境温度範囲内で必要な感度を
有するプリントコイル型Ｌ検出装置を作ることができ
た。抵抗値が２Ωよりも小さい場合には、印刷パターン
で形成されるコイルの長さを大きく取ることができない
ために、インダクタンスも小さくなって、必要な感度が
得られない。抵抗値が２０Ωを超えると、抵抗値の温度
変化による発振周波数の変動が大きくなり、温度変化に
よる誤差が許容値を超えてしまい、またこの温度誤差を
インダクタンス、キャパシタンスにより補正しようとす
ると、Ｑ値が小さくなって本発明の目的を達成すること
ができない。

【００３１】

【発明の実施の形態】図３は本発明のトナー濃度検出装
置が使用される現像装置の平面図、図４は図３における
線Ａ−Ａに沿った断面図である。

【００３２】これらの図において、１０はトナーとキャ
リアとから成る二成分現像剤を収容する現像器のハウジ
ング、１１はハウジング１０の上部開口を閉止する蓋
体、１２は現像剤を現像領域に搬送する現像スリーブ、
１３は現像スリーブ１２上に現像剤層を形成する磁界を
発生する複数の磁石で構成された磁石体、１４は現像ス
リーブ１２に現像剤を供給するパドルホイール、１５は
現像スリーブ１２上の現像剤層厚を所定量に規制する現
像剤層厚規制部材である。

【００３３】１６，１７は何れも現像剤を攪拌搬送する
攪拌スクリュウであり、第１攪拌スクリュウ１６は補給
トナーを受け入れる開口部１８に近接して設けられ、第
２攪拌スクリュウ１７は、パドルホイール１４に近接し
て設けられている。

【００３４】前記第１攪拌スクリュウ１６と第２攪拌ス
クリュウ１７とは、ハウジング１０の底部から直立した
仕切り壁１０Ａを挟んで両側に形成された第１の攪拌室
１０Ｂ及び第２の攪拌室１０Ｃ内にそれぞれ平行に配置
され、図示しない駆動源により図４に示すように互いに
逆方向の矢示方向に駆動回転される。

【００３５】また、第１攪拌スクリュウ１６は、その回
転により現像剤を図１に示す矢示方向に搬送する。さら
に、第１攪拌スクリュウ１６の現像剤搬送方向最下流側
には、パドル部１６Ａが一体に形成されている。第１攪
拌スクリュウ１６の回転により搬送される現像剤は、仕
切り壁１０Ａ末端の開口部１０Ｄを通過して、第２攪拌
スクリュウ１７の上流側に搬送される。

【００３６】第２攪拌スクリュウ１７は、第１攪拌スク
リュウ１６とほぼ同一形状をなし、ハウジング１０に前
後逆位置に支持されている。即ち、第２攪拌スクリュウ
１７にも、現像剤搬送方向下流端にパドル部１７Ａが一
体に形成されている。第２攪拌スクリュウ１７の回転に
より、現像剤は矢印で示すように搬送されるとともに、
パドルホイール１４側に供給される。第２攪拌スクリュ
ウ１７により第２の攪拌室１０Ｃの下流側に搬送された
現像剤は、仕切り壁１０Ａの他の末端の開口部１０Ｅを
通過して、第１攪拌室１０Ｂ内の第１攪拌スクリュウ１
６の上流側に還流する。

【００３７】感光体ドラム１と現像スリーブ１２とが近
接して対向する長手方向の空間は、感光体ドラム１上に
形成された静電潜像を現像スリーブ１２により搬送され
た現像剤により現像する現像領域Ｅである。

【００３８】図３に示す１８は蓋体１１の上部に開口し
たトナー補給用の開口部で、第２攪拌スクリュウ１７の
現像剤搬送方向の最上流付近に設けられ、図示しないト
ナーカートリッジからトナー貯蔵手段、トナー搬送手段
及び開口部１８を経て補給されたトナーを受け入れて第
１の攪拌室１０Ｂに投入する。

【００３９】トナーカートリッジからトナー貯蔵手段、
トナー搬送手段を経て現像装置の開口部１８に投入され
た新規補給トナーは、第１の攪拌室１０Ｂ内で回転する
第１攪拌スクリュウ１６により、現像剤と攪拌混合され
つつ図示矢印方向に搬送され、パドル部１６Ｃにより仕
切り壁１０Ａ末端の開口部１０Ｄを通過して第２の攪拌
室１０Ｃ内に送り込まれる。第２の攪拌室１０Ｃ内に送
り込まれた現像剤は、第２攪拌スクリュウ１７により、
更に攪拌されつつパドルホイール１４に供給され、パド
ルホイール１４により現像スリーブ１２上に供給され
る。

【００４０】現像領域Ｅにおいて潜像を現像し、トナー
が消費された現像剤は、現像スリーブ１２内の磁石体１
３の反発磁界により現像スリーブ１２面から剥離され、
パドルホイール１４により第２攪拌スクリュウ１７に還
流される。第２攪拌スクリュウ１７はそのパドル部１７
Ａで環流現像剤を開口１０Ｅを通して第１攪拌室１０Ｂ
に搬送する。

【００４１】トナー補給用の開口部１８の直ぐ上流には
現像剤のトナ濃度を検出するトナー濃度センサ２０が設
けられる。このトナー濃度センサ２０の設置位置は、現
像部から環流し、新トナーが補給される前の現像剤を測
定することができる位置である。

【００４２】トナー濃度センサ２０の取り付け構造は図
５に示される。図５において、２０はプリント基板から
なるトナー濃度センサであり、第１攪拌スクリュウ１６
の下方に配置される。第１攪拌スクリュウ１６はハウジ
ング１０に対して、ハウジング１０の内側壁Ｓ１と、第
１攪拌スクリュウ１６のスクリュウ羽の外周Ｓ２との間
に間隙Ｄができるように設置され、第１攪拌スクリュウ
１６のスムーズな回転が確保されている。

【００４３】トナー濃度センサ２０が設けられている部
分では現像器ハウジング１０の内側壁Ｓ１と第１攪拌ス
クリュウ１６との間に間隙Ｄを埋めるスペーサ３０が設
けられる。このスペーサ３０は、第１攪拌スクリュウ１
６のスクリュウ羽の外周Ｓ２とスペーサ３０の間に現像
剤が滞留するような間隙ができないようにするために設
けられている。

【００４４】トナー濃度センサ２０は、該トナー濃度セ
ンサ２０が形成する磁界中に存在する現像剤の透磁率を
測定することにより現像剤の濃度を検出するものであ
る。スペーサ３０を前記のように設置することによっ
て、トナー濃度センサ２０が形成する磁界中には、現像
剤が滞留することがなく、磁界中に存在する現像剤は第
１攪拌スクリュウ１６のスクリュウ羽の間を埋めている
現像剤、即ち、図５における空間Ｓ４を埋めている現像
剤のみである。この現像剤は滞留現像剤ではなく、第１
攪拌スクリュウ１６により搬送されている現像剤であ
る。

【００４５】このような濃度検出部の構成によって、滞
留現像剤によるノイズが除去されて、正確な濃度検出を
することができる。

【００４６】トナー濃度センサ２０は現像剤の透磁率を
検出するＬ検知方式を採用している。Ｌ検知方式はキャ
リアが磁性体であることを利用し、現像剤中に磁界を形
成して、現像剤の透磁率を測定することによって現像剤
のトナー濃度を検知するものである。

【００４７】図６はコイルＬを形成したプリント基板の
平面図である。

【００４８】

【実施例】（１）実施例１ プリントコイル型Ｌ検出装置の発振回路において使用で
きる市販のコンデンサを選択し、選択したコンデンサに
対してコイル部の抵抗Ｒ_Lの最適値を前記式（２）に従
って計算して、採用しうるものの評価を行った。

【００４９】図７は発振回路におけるコイル部の抵抗Ｒ
_LとコンデンサＣの選択に使用される発振回路の回路定
数の温度変化を示すグラフである。

【００５０】線ＰＨ＋ＲＨ、ＰＨ＋ＰＨ、ＲＨ＋ＲＨ、
ＣＨ＋ＣＨ、ＣＨ＋ＰＨ、ＣＨ＋ＲＨは各種のコンデン
サを使用した場合の発振回路の周波数特性を示してい
る。ＣＨは温度係数（温度に対するキャパシタンスの変
化）が０±６０（ｐｐｍ／℃）、のコンデンサを、ＰＨ
は温度計数が−１５０±６０（ｐｐｍ／℃）のコンデン
サを、ＲＨは温度係数が−２２０±６０（ｐｐｍ／℃）
のコンデンサをそれぞれ示す。例えば、ＰＨ＋ＲＨは図
２の発振回路のコンデンサＣ１、Ｃ２にコンデンサＰＨ
とＲＨを使用した場合の特性を示している。

【００５１】図７において、周波数変動が±１７５Ｈｚ
の範囲が許容される温度誤差であり、線ｍと線ｎで挟ま
れた領域が許容誤差内の領域である。

【００５２】環境温度の上下限での発振回路の抵抗値の
変動範囲内で、周波数変動が許容範囲に入る、という条
件でコンデンサが選択される。図７の例では、ＰＨ＋Ｐ
Ｈ及びＰＨ＋ＲＨがこの条件に合致したコンデンサとし
て選択される。このようにして、コンデンサＰＨ＋ＲＨ
に対しては６〜１２Ω、コンデンサＰＨ＋ＰＨに対して
は４〜１１Ωに抵抗Ｒ_Lの抵抗値を設定すれば、目的に
合ったＬ検出装置を得ることができる。そして、図７に
示した計算例は実験結果と一致することが確認された。

【００５３】なお、図７において、インダクタンスの温
度係数は２５．９５ＰＰＭである。

【００５４】（２）実施例２ コイル部の抵抗Ｒ_Lの抵抗値が７±３Ωの範囲内に収ま
るように、プリントコイルを作成して発振回路を構成
し、できあがった発振回路の発振周波数の温度特性及び
抵抗値を測定した。図８に測定結果を示す。図８のグラ
フにおける縦軸（温度特性）は温度１℃の変化に対する
変動周波数値を示している。なお、発振回路のインダク
タンス、キャパシタンスはそれぞれ約３μＨ、Ｃ１＝Ｃ
２＝１５００ＰＦであった。

【００５５】図８において、−１７５Ｈｚの線はこの実
施例における許容しうる発振周波数の温度特性（絶対値
での）の上限である。

【００５６】図から明らかなように、各サンプルの温度
特性はすべて−１７５℃よりも小さな値であり、目標値
７±３Ω内にある抵抗値に対応する発振周波数の温度特
性が許容範囲内にあり、図示の温度特性を有する発振回
路がトナー濃度検出装置に十分に使えることが証明され
た。

【００５７】（３）実施例３ 実施例２と同様に、コイル部の抵抗Ｒ_Lの抵抗値を７±
３Ωに設定した。インダクタンス、キャパシタンスはそ
れぞれ３μＨ、Ｃｌ＝Ｃ２＝１５００ＰＦであった。

【００５８】図９は、作成した発振回路の温度特性（Ｈ
ｚ／℃）で見たサンプル数の分布を、図１０はトナー濃
度４％の変化に対応した発振周波数の変動値で見たサン
プル数の分布を、図１１は発振周波数で見たサンプル数
の分布をそれぞれ示す。

【００５９】実施例２と同様に、温度特性の許容値は−
１７５Ｈｚである。図９から明らかなように、温度特性
の絶対値の最大のものは−１４０〜−１４９℃の幅にあ
り、これらは許容範囲内の値であって、図９〜１１に示
したサンプルがトナー濃度検出装置に十分に使えること
を示している。

【００６０】

【発明の効果】プリントコイル型Ｌ検出装置において、
環境温度の変化による発振回路の周波数変動を許容範囲
内に押さえることができる。その結果、一定した性能の
トナー濃度検出装置を製造することが可能になり、小
型、且つ高い検出感度のトナー濃度検出装置が実現され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の表現方法により記載したトナー濃度検出
装置用ＬＣ発振回路の回路図である。

【図２】本発明において使用される表現方法により記載
したトナー濃度検出装置用ＬＣ発振回路の回路図であ
る。

【図３】本発明のトナー濃度検出装置が使用される現像
装置の平面図である。

【図４】図３における線Ａ−Ａに沿った断面図である。

【図５】図１における線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。

【図６】図２に示した回路を作成したプリント基板の平
面図である。

【図７】本発明の実施例１にかかるトナー濃度検出装置
における、インダクタンス、キャパシタンス及び抵抗の
温度変化を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例２にかかるサンプルの温度特性
上の分布を示すグラフである。

【図９】本発明の実施例３にかかるサンプルの温度特性
上の分布を示すグラフである。

【図１０】本発明の実施例３にかかるサンプルの感度の
分布を示す。

【図１１】本発明の実施例３にかかるサンプルの発振周
波数の分布を示す。

【符号の説明】

２０ トナー濃度センサ Ｌ コイル Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ Ｒ_L コイルの抵抗

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＬＣ発振回路の発振周波数から現像剤の
   トナー濃度を検出するトナー濃度検出装置において、前
   記ＬＣ発振回路の発振周波数ｆを下記の式（２） 【数１】 に従って求め、前記ＬＣ発振回路のインダクタンスＬ、
   キャパシタンスＣ及びコイルの抵抗Ｒ_Lを、前記トナー
   濃度検出装置の作動温度範囲におけるこれら回路定数の
   変化が許容値よりも大きな周波数ｆの変化をもたらさな
   いように設定したことを特徴とするトナー濃度検出装
   置。
2. 【請求項２】 インダクタンスをプリントにより形成し
   たコイルで構成したＬＣ発振回路を検出部材とするトナ
   ー濃度検出装置において、 前記コイルの抵抗値を２〜２０Ωに設定したことを特徴
   とするトナー濃度検出装置。
3. 【請求項３】 インダクタンスをプリントにより形成し
   たコイルで構成したＬＣ発振回路を検出部材とするトナ
   ー濃度検出装置を製造するに際して、前記コイルの抵抗
   値が予め定めた範囲内にあることを確認することを特徴
   とするトナー濃度検出装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記ＬＣ発振回路の発振周波数が予め定
   めた範囲内にあることを確認することを特徴とする請求
   項３に記載のトナー濃度検出装置の製造方法。