JP3900442B2

JP3900442B2 - トナー濃度センサー

Info

Publication number: JP3900442B2
Application number: JP21792397A
Authority: JP
Inventors: 雄三丸山
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1997-08-13
Filing date: 1997-08-13
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2017-08-13
Also published as: JPH1164292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトナー濃度センサーに関し、例えば複写機やプリンターなどに用いられてトナーの濃度や残量を検知するトナーセンサーに用いるのに適したトランス及びそのトナー濃度センサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機やプリンター等に各種のトナーセンサーが多く用いられている。これら公知のトナーセンサーとしては、例えば、磁性キャリアとトナーとからなる二成分系現像剤においてトナー濃度を検知する方式と、磁性トナーの残量又は磁性トナーの有無を検知する方式とがあり、従来より差動トランス方式のトナーセンサーが用いられている。
【０００３】
差動トランス方式のトナー濃度センサーはその回路構成図を図５に示すように、差動トランスの一次コイル５１に交流電源５４が供給される。その二次側にはほぼ同じ巻き数で逆極性の２個のコイルが直列に巻かれていて、その一方のコイルが基準コイル５２、もう一方のコイルが検知コイル５３となる。一次コイル５１と基準コイル５２の近くには高透磁率のねじコア５５が磁心として働くように挿入されており、ねじコア５５の位置を調整して一次コイル５１と基準コイル５２の間のインダクタンスを調整することが出来る。一次コイル５１と検知コイル５３の近くに測定されるべき現像剤５６あるいは磁性トナーが流れ、その現像剤あるいは磁性トナーが磁心として働いて一次コイル５１と検知コイル５３の間のインダクタンスを変化させる。このインダクタンスの大きさは、磁心として働いている現像剤５６あるいは磁性トナーの磁粉量によって決まるので、検知コイル５３の出力電圧によって磁粉量すなわちトナー濃度を測定できる。
【０００４】
基準コイル５２と検知コイル５３は略同じ巻き数で逆極性のものが直列に結ばれているので、その出力としては両コイルの差が取り出せる。一次コイルへ供給される交流電圧と二次側のコイルの出力とは位相比較回路５７で排他的論理和を取った上で、その出力信号を平滑回路５８で平滑化して直流電圧として取り出して、トナーの補給などを行う。
【０００５】
この差動トランスの部分はその正面図を図７に示すように、コイルボビン７１の中央に一次コイル５１が巻回されており、その上と下に二次コイルである検知コイル５３と基準コイル５２が巻回されている。コイルボビンの下側端部に台座７２があり、検知コイルと一次コイルの間、一次コイルと基準コイルの間、およびコイルボビンの上側端部にコイル鍔７３が設けられており、一番上のコイル鍔と二番目のコイル鍔の間に検知コイル５３が、二番目のコイル鍔と三番目のコイル鍔の間に一次コイル５１が、三番目のコイル鍔と台座の間に基準コイル５２が挟まれて配置されていることになる。
【０００６】
台座７２の一方の端部に複数例えば５個の入出力端子７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅが設けられており、これらの端子のうち端子７４ａと７４ｂには一次コイル５１からの引出線７５ａ、７５ｂの各々が巻き付け接続されている。端子７４ｃには基準コイル５２の一方の引出線７５ｃが巻き付け接続されている。端子７４ｄには、基準コイル５２の他方の引出線７５ｄと検知コイルの一方の引出線７５ｆが巻き付け接続されている。端子７４ｅには、検知コイル５３の他方の引出線７５ｅが巻き付け接続されている。ここで検知コイル５３と基準コイル５２はほぼ同じ巻き数で方向が反対に巻かれており、それらの引出線は、図５に示しているように、これらのコイルが直列に結ばれているようになっている。台座に設けられた端子は、図５の端子７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅに対応し、端子７４ａ、７４ｂは交流電源につながれているとともに、その一方の端子は位相比較回路５７につながれる。基準コイル５２に接続されている端子７４ｃは接地される。共通端子である端子７４ｄは、必要により調整用出力につながれて高透磁率のねじコア５５の位置調整のときのモニターとなる。端子７４ｅは出力端子として位相比較回路５７の入力となる。
【０００７】
高透磁率のねじコア５５はコイルボビン７１の内側に設けた雌ねじにねじ込まれており、その位置を調整することで一次コイル５１と基準コイル５２の間のインダクタンスを調整する。コイルボビン７１の上部のコイル鍔７３の上面がトナー濃度の検知面となる。
【０００８】
上から２番目と３番目のコイル鍔７３及び台座７２に引出線を引っ掛けるスリット７６、７７が略対応する位置に入っている。このスリット７６、７７は端子側から見てコイルボビン７１の左右に１個ずつ開けられ、すなわちコイルボビン７１の円周方向には１８０度間隔で設けられている。コイルボビン７１に検知コイル５３、一次コイル５１、基準コイル５２を巻回した後、その引出線７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅ、７５ｆはコイル鍔７３及び台座７２に開けられたスリット７６、７７を通って台座７２の裏側に下ろされて各端子７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅに巻き付け接続されている。
【０００９】
各コイルはボビン７１に巻回した後、引出線をスリット７６、７７に引っ掛けて略９０°曲げ、端子まで引き回してからげる。ここで引出線はコイルから端子までの間最短距離を通っていないので少しでもゆるみが生じると引出線はスリット７６、７７からはずれてしまう。この対策として太い線を用いて高テンションで巻く、コイル鍔を大きく張り出してスリットを深くする、更に接着剤で固めるということが行われる。しかしこのようにするとコイルやボビンすなわちトランスが大きくなる。
【００１０】
複写機やプリンター等の小型薄肉化の要求にともなって、それらに搭載される現像装置の構成部品であるトナー濃度センサーの小型薄肉化が極めて重要な課題となっている。
【００１１】
図６にトナー濃度センサーを組み込んだ現像装置の要部断面図を示す。ここで、トナー濃度センサー６１の先端部６１ａを取付部材６２の開口に挿入して固定することにより検知面６１ｂを取付部材６２の一方の面から内部に臨ませ、複数本の小ねじで位置調整用スぺーサーを介してケース６３の外面から締め付けることによって、検知面６１ｂがケース６３の内面に露出して矢印方向に回転する現像剤の攪半パドル６４に設けられた攪半羽根と所定のギャップを持って対向するように構成されている。
【００１２】
この現像装置を小型化する場合、トナー濃度センサー６１の取り付けスペースの確保が問題になる。
現像装置の小型薄肉化を図る上で、トナー濃度センサー６１の幅寸法（ｗ）と厚み寸法（ｔ）を小さくすることが重要である。すなわち、現像装置が組み込まれる複写機やプリンターでは、現像ロールの長手方向寸法は規格化された用紙サイズ（例えば、Ａ４の横長さや縦長さ）に対応した寸法になっており、トナー濃度センサー６１の長手方向の寸法を小さくしても現像装置の長さには影響がない。そこで、現像装置の小型化のためには攪半パドル６４の半径方向の小寸法化すなわちトナー濃度センサー６１の幅寸法（ｗ）と厚み寸法（ｔ）とを小さくすることが効果的で特に重要である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上に説明した差動トランス方式のトナー濃度センサーでは、コイルボビン７１に巻回したコイルの引出線７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅ、７５ｆをコイル鍔７３に開けた深いスリット７６に引っ掛けているのでコイルよりもかなり直径の大きなコイル鍔７３が必要であった。また、コイルの巻回にテンションを上げて巻き付け、コイルの引出線７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅ、７５ｆをまっすぐに並んだ深いスリット７６を通って他のコイルの上を押さえ付けるようにしていたので、使用する電線は直径が０．０８ｍｍ以上のものを使う必要があった。このような電線を使ってコイルボビン外径５．０ｍｍの外周に１００巻のコイルを作った場合、コイルの一段の巻き数を２０とすると５段になるので、各コイルの長さは１．６ｍｍ、外径は６．０ｍｍとなっていた。外径６．０ｍｍのコイルを収容し、その引出線をスリット７６に引っ掛けて外れないだけのコイル鍔７３としては少なくとも約９ｍｍの直径のものが必要であった。この直径を持ったコイル鍔７３としてはその強度を持たせるためにその厚さとしては少なくとも０．５０ｍｍのものが必要である。台座の厚さを０．８ｍｍとすると、差動トランスの大きさとして全体の長さが７．１ｍｍ、台座を除いた直径として９ｍｍ程度のものが少なくとも要していた。
【００１４】
そこで本発明では、コイルにより細い電線を使用することが出来て、直径及び長さを小さくした差動トランスとして用いることのできるトランスを提供するものであり、それを使用することによってトナー濃度センサーの幅寸法（ｗ）と厚み寸法（ｔ）を小さくすることができ、そのトナー濃度センサーは複写機やレーザープリンター等の小型薄肉化の要求に応えられるものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のトナー濃度センサーは、交流電源に接続された一次コイルと、トナー濃度に応じて出力電圧が変化する検知コイルと、基準電圧を生じる基準コイルとが、検知コイル、一次コイル、基準コイルの順に複数の溝を持つコイル鍔を介して隣り合ってコイルボビンに同軸に設けられており、コイルボビンの基準コイル側の端部に複数の入出力端子を持った台座が設けられているトランスと、
検知コイルと基準コイルとの差動出力からトナー濃度に対応する出力を出す回路とを備えたトナー濃度センサーにおいて、
検知コイルと一次コイルとのそれぞれからその巻回方向に引き出された当該コイルの引出線を、コイル鍔の溝を通って当該コイルと入出力端子のある台座との間にある他のコイル上に当該コイルの巻回方向を変えることなく斜めに軸方向全長にわたって押さえて巻き付けて入出力端子に固定していることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は本発明のトランスをトナー濃度センサーに使用している差動トランスとしたものの正面図で、同図（Ｂ）は反対方向から見た正面図で、図２は本発明のトランスを用いたトナー濃度センサーの一実施例の平面図で、図３は図２のＡ−Ａ線断面図で、図４はトナー濃度センサーの感度とコイルボビンの外径との相関を示す図で、図５は差動トランス方式のトナー濃度センサーの回路構成図で、図６は差動トランス方式のトナー濃度センサを組み込んだ現像装置の断面図で、図７は従来の差動トランス方式のトナー濃度センサーに使用されていた差動トランス部分の正面図である。
【００１９】
図１〜３を参照して、本発明のトランスを用いたトナー濃度センサーを説明する。差動トランス１は、コイルボビンの中央の段に一次コイル１１が巻回されており、その上と下に二次コイルである検知コイル１２と基準コイル１３が巻回されている。コイルボビン１４の下側端部（図３では上側端部）に台座１５があり、検知コイル１２と一次コイル１１の間、一次コイル１１と基準コイル１３の間、およびコイルボビン１４の上側端部に、コイル鍔１６が設けられており、コイルボビンの上側端部（図３では下側端部）がトナー濃度センサーのケースの検知面の内側に位置している。検知コイル１２と一次コイル１１の間および一次コイル１１と基準コイル１３の間にある２個のコイル鍔１６は、引出線を受け入れるための溝１７がその周りに４ヶ所設けられている。４ヶ所の溝１７は円周方向に約９０度間隔で設けることができる。台座１５には入出力端子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅが設けられている。
【００２０】
図１を参照して引出線を説明する。コイルは端子に近い側から巻く。すなわちここでは基準コイル１３、一次コイル１１、検知コイル１２の順である。基準コイル１３の巻き始め及び巻き終りの引出線１３１、１３２はそのまま台座に設けられている入出力端子１８ｄ、１８ｃに固定されている。中央のボビンに巻かれている一次コイル１１の巻き始め側の引出線１１１は、一次コイル１１から引き出されてすぐに一次コイル１１と基準コイル１３の間のコイル鍔１６の溝１７を通って基準コイル側へ出て、基準コイル１３の上を一次コイル１１の巻き方向と同じ向きに斜めに軸方向全長にわたって９０°〜１２０°の角度巻き付けて入出力端子１８ａに固定されている。一次コイル１１の巻き終り側の引出線１１２も同様に一次コイル１１と基準コイル１３の間のコイル鍔１６の引出線を受け入れる溝１７に引っ掛けられて通って、基準コイル側へ出て基準コイル１３の上を一次コイル１１の巻き方向と同じ向きに斜めに軸方向全長にわたって約１８０°の角度巻き付けて他の入出力端子１８ｂに固定されている。
【００２１】
検知コイル１２の巻き始め側の引出線１２１は、検知コイル１２と一次コイル１１の間にあるコイル鍔１６の引出線を受け入れる溝１７に引っ掛かって通って一次コイル側へ出て、一次コイル１１の上を検知コイル１２の巻き方向と同じ向きに斜めに軸方向全長にわたって１８０°の角度巻き付けて、一次コイル１１と基準コイル１３の間にあるコイル鍔１６の引出線を受け入れる溝１７に引っ掛かって通って基準コイル側へ出る。そして、基準コイル１３の上をやはり同じ向きに斜めに軸方向全長にわたって約１８０°の角度巻き付けて台座１５の入出力端子１８ｅに固定されている。検知コイル１２の巻き終り側の引出線１２２は検知コイル１２と一次コイル１１の間にあるコイル鍔１６の引出線を受け入れる溝１７に引っ掛かって通って、一次コイル側へ出る。そして、一次コイル１１の上を巻き方向と同じ向きに斜めに軸方向全長にわたって９０°の角度巻き付けて、一次コイル１１と基準コイル１３の間にあるコイル鍔１６の引出線を受け入れる溝１７を引っ掛かって通って、基準コイル側へ出る。そして、基準コイル１３の上を、同じ向きに斜めに軸方向に全長にわたって約１８０°の角度巻き付けて、台座１５の入出力端子１８ｄに固定されている。
【００２２】
引出線を他のコイルの上に巻き付けるときに、引出線を引き出されたコイルの巻いてある方向と同じ向き、すなわちその巻いてある方向でその巻き付け角度が４５°以上、望ましくは４５°〜１８０°であれば他のコイルの上を通ってそのコイルを押さえることが出来る。上に述べたような巻き方をすることによって、０．０６ｍｍ以下のように細い電線を使っても押さえる力が出せるようになった。
【００２３】
一次コイル、基準コイル、検知コイルを上に述べたような巻き方として、３．７ｍｍの径のコイルボビンの上に巻き付けた場合、０．０６ｍｍ径の電線を用いてこれらのコイルを作成すると各コイルの巻き段数を４段とすると、一段の巻き数は２５巻きとなり、各コイルの外径および長さは４．３ｍｍ径ｘ１．５ｍｍ長さとなる。ここでコイル鍔の厚さを０．２５ｍｍとした場合、差動トランスの台座を除いた大きさとしては４．３ｍｍ径ｘ５．２５ｍｍ長さとなる。このようにコイルの外径と長さが小さくなり、また本発明のような巻き回し方をすることで小さなコイル鍔とすることができて、鍔の直径も５．１ｍｍ程度とすることができた。
【００２４】
図２、図３に図１の差動トランス１を用いたトナー濃度センサーを示している。なお、便宜上、図２において、トナー濃度センサーのケース２４を外した状態で図示するとともに、そのケース２４の外周線を点線で示している。なお、図３では、２２のＩＣ部品、２３のツェナーダイオード、２５のコンデンサー、２６の抵抗等を省略している。
【００２５】
図２において、１は差動トランスであり、その一次コイルの入出力端子１８ａ、１８ｂと、二次コイルの入出力端子１８ｃ、１８ｄ，１８ｅとがコイルボビン１４と一体に樹脂成形された台座１５の下方部分に各々付設されて、これらの端子をプリント配線基板２１に半田付けすることで差動トランス１がプリント配線基板２１に面実装されるように構成されている。また、２８はコネクターである。
【００２６】
コイルボビン１４の中心軸部には、図３に示すように、出力値の設定用のねじコア１９（例えば、ソフトフェライト製）を挿入するための空間２０が設けられて、ねじコア１９がコイルボビン１４の軸方向に移動できるようにねじ込まれている。また、ねじコア１９には凹溝が設けられて、プリント配線基板２１に設けられたドライバー挿入孔を介して挿入されたドライバーの先端部を上記凹溝に差し込んでねじコア１９をその軸方向に回転移動させて出力値の設定が行えるように構成されている。
【００２７】
２７ａおよび２ヶ所の２７ｂ部分はトナー濃度センサーのケース２４（例えば、ガラスビーズ２０ｗｔ％入りのＡＢＳ樹脂製）と一体に樹脂成形されたボスピンであり、これらボスピン２７ａ、２７ｂによって、配線基板２１とトナー濃度センサーのケース２４とが強固に締結されている。その締結は、図３に示すとおり、ボスピン２７ａ、２７ｂの先端部が熱融着されてリベット状となることで達成される。従って、この構成によれば、余分な締結具を用いる必要がなく、また、配線基板２１がトナー濃度センサーのケース蓋を兼ねており、トナー濃度センサーの厚み寸法（ｔ）を小さく薄肉化できるとともに、差動トランス１の組み込まれた空間に現像剤などが侵入して電気的不都合が発生するのが抑制される。
【００２８】
図３に示すとおり、差動トランス１の先端の鍔部１６側から、トナー濃度センサーのケース２４に形成された円筒状の突起部分にはめ込まれてその先端部分が接着剤を用いてトナー濃度センサーのケース２４の凹部２９に固定されて、本発明のトナー濃度センサーにおける検知部（ヘッド部）３０が構成されている。
【００２９】
上記ボスピン２７ａ、２７ｂは、プリント配線基板２１に設けられた貫通孔を貫通してその各先端部分がプリント配線基板２１の外側に突出するとともに、その突出部分を形成する樹脂の溶融温度よりも高い温度（例えば、使用する樹脂の溶融温度よりも１〜１００℃程度高い温度が樹脂の劣化を抑えて効率よく熱融着作業をする上で好ましい）に保持された加熱棒（溶融樹脂の付着を防ぐためにその表面がフッ化樹脂で被覆されている）を接触させて、上記先端部を加熱溶融状態にしてリベット状に形成した後、冷却凝固させて締結している。
【００３０】
トナー濃度センサーにおいては、感度を上げるうえで、検知コイル１２と検知面３１とのギャップＧ（すなわちこのギャップＧは現像剤と検知コイル１２との最短距離に相当する）が小さいほど有利である。本発明では、コイルの巻回にテンションを上げて巻き付ける必要がないので、例えば、ガラスビーズ４０ｗｔ％入りのＰＰＳあるいはＬＣＰ樹脂を用いて、鍔部１６部の厚み（ｔ₁₆）を０．２５ｍｍ以下に形成できている。なお、従来のトナー濃度センサーに組み込まれていたコイルボビンでは、鍔部部分の厚みが０．５０ｍｍよりも大きくなっている。従って、本発明では、従来よりも少なくともギャップ間隔が０．２５ｍｍ以上薄くなっているので、感度出力（Ｖ）の増加が可能である。
【００３１】
ここで、本発明においては、上記厚み寸法（ｔ₁₆）は０．５０ｍｍ未満とすることが感度向上の点から好ましいが、より好ましくは０．３５ｍｍ以下、特に好ましくは０．３０〜０．２０ｍｍが望ましい。なお、０．２０ｍｍ未満に形成することは実用的な射出成形を取る上で現実的ではない。
【００３２】
検知面３１におけるトナー濃度センサーのケース２４の厚み寸法は、上記ＡＢＳ樹脂を用いた場合、０．４５ｍｍに形成することができる。
差動トランスは上で説明したように例えば鍔の直径を５．１ｍｍ，コイル全体の長さ（鍔の厚さを含めて）５．１５ｍｍとすることができたので、この差動トランスを収容する検出ヘッド部２０の外径（Ｄ）も６ｍｍとすることができた。このために、トナー濃度センサーの幅寸法（ｗ）と厚み寸法（ｔ）とを小さくすることが出来る。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトランスは細い電線を用いたコイルを使用しても、コイルがばらばらになることがないので、コイルの巻回に強いテンションをかける必要がなく、コイルの引出線を引っ掛けるコイル鍔も薄く小さくすることが出来る。このために、差動トランスとして用いた場合にはそれを小型化でき、それを収容しているトナー濃度センサーも小さくなるので、現像装置を小さくするという要望に応えられるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトランスを用いた差動トランス部分の正面図である。
【図２】本発明のトランスを用いたトナー濃度センサーの一実施例の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】トナー濃度センサーの感度とコイルボビンの外径との相関を示す図である。
【図５】差動トランス方式のトナー濃度センサーの回路構成図である。
【図６】差動トランス方式のトナー濃度センサを組み込んだ現像装置の断面図である。
【図７】従来の差動トランス方式のトナー濃度センサーに使用されていた差動トランス部分の正面図である。
【符号の説明】
１差動トランス
１１一次コイル
１２検知コイル
１３基準コイル
１４コイルボビン
１５台座
１６コイル鍔
１７引出線を受け入れるための溝
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ入出力端子
１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２引出線
１９ねじコア
２０空間
２１配線基板
２２ＩＣ部品
２３ツェナーダイオード
２４ケース
２５コンデンサー
２６抵抗
２７ａ、２７ｂボスピン
２８コネクター
２９凹部
３０検知部
３１検知面

Claims

交流電源に接続された一次コイルと、トナー濃度に応じて出力電圧が変化する検知コイルと、基準電圧を生じる基準コイルとが、検知コイル、一次コイル、基準コイルの順に複数の溝を持つコイル鍔を介して隣り合ってコイルボビンに同軸に設けられており、コイルボビンの基準コイル側の端部に複数の入出力端子を持った台座が設けられているトランスと、
検知コイルと基準コイルとの差動出力からトナー濃度に対応する出力を出す回路とを備えたトナー濃度センサーにおいて、
検知コイルと一次コイルとのそれぞれからその巻回方向に引き出された当該コイルの引出線を、コイル鍔の溝を通って当該コイルと入出力端子のある台座との間にある他のコイル上に当該コイルの巻回方向を変えることなく斜めに軸方向全長にわたって押さえて巻き付けて入出力端子に固定していることを特徴とするトナー濃度センサー。