JP4244164B2

JP4244164B2 - LC type resonance circuit electronic component, toner density detection device and image forming apparatus using the same

Info

Publication number: JP4244164B2
Application number: JP2003192698A
Authority: JP
Inventors: 加余子池上; 昇沢山
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2023-07-07
Also published as: JP2005031119A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湿度による発振周波数の変動が少ないＬＣ型共振回路を有する電子部品、又は、この電子部品を用いた電子写真方式の複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に備えられるトナー濃度検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機等の画像形成装置は、より高い画像品質を確保するために種々の検知装置を用いて作像プロセスの制御を行っている。
作像時に使用する現像剤の状態を管理する手段の１つとして、例えば、特許文献１、２、３、４に記載されているようなトナー濃度検知装置を用いて現像剤のトナー濃度を検知し、現像剤が常に一定のトナー濃度になるようにトナー濃度を調整するという制御がある。この制御では、現像剤のトナー濃度を正確に検知することが必要となるが、作像時の環境、特に高湿時には、トナー濃度検知装置の検知能力、具体的には検知電圧値が変化してしまい、トナー濃度の変化に対して、正確な制御が反映されない。
【０００３】
また、コイルとコンデンサとを用いたＬＣ型共振回路の電子部品では、これらを実装した基板が吸湿すると基板固有の誘電率が変化してしまい、共振周波数が変化するという問題があった。これを防止するために、特許文献５に記載されているように、基板そのものを薄型化し、面積を小型化して別途チップタイプの同調コンデンサを実装することにより、基板の吸湿による誘電率の変化が共振周波数に影響を及ぼさないようにしたものもあるが、薄型化による基板の強度の問題、同調コンデンサの実装によりコストアップ等が考えられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２９６８９３号公報
【特許文献２】
特開２００２−２９６８９０号公報
【特許文献３】
特開２００２−２９６２４０号公報
【特許文献４】
特開２００２−２９６２３６号公報
【特許文献５】
特開２０００−４８１５３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点に鑑み、本発明は、湿度による共振周波数のばらつきを抑えるＬＣ型共振回路を用いた電子部品を提供し、これを用いることにより、湿度によらず正確な検知ができるトナー濃度検知装置及びこのトナー濃度検知装置を用いた画像形成装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、ボビンなるコイル支持体に実装された２つのコイルと少なくとも１つのコンデンサとを含む共振回路を有する基板からなる電子部品において、前記電子部品は、ボビンなるコイル支持体を介してコイルと基板との間でコンデンサを形成し、ボビンの材質に吸水率０．３％以下の材質を用いることを特徴とする電子部品である。
【０００７】
本発明の実施態様１は、前記電子部品において、ボビンの材質に比誘電率４以下の材質を用いることを特徴とする電子部品である。
【０００８】
本発明の実施態様２は、前記電子部品において、基板の材質に吸水率０．３％以下の材質を用いることを特徴とする電子部品である。
【０００９】
本発明の実施態様３は、前記電子部品において、基板の部品実装面の裏面におけるグランド線の占める割合を、裏面の面積の４０％以下とすることを特徴とする電子部品である。
【００１０】
本発明は、前記いずれかの電子部品を用いることを特徴とするトナー濃度検知装置である。
【００１１】
本発明は、前記トナー濃度検知装置を用いることを特徴とする画像形成装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例の一つであるトナー濃度検知装置について説明する。
図１は、トナー濃度検知装置を示す斜視図である。
本トナー濃度検知装置は、図１に示すように、センサケース１１、コイル１２、コイルボビン１３、ＰＣＢ基板１４、ハーネス部１５等からなる。
【００１３】
図２は、１次コイル３１及び２次コイル３２とコンデンサ３３、３４、３４及び３５とによる共振回路を示す図である。
本トナー濃度検知装置の開発段階で、低湿（評価条件：３０％ＲＨ）から高湿（評価条件：９０％ＲＨ）へ湿度を変化させる環境試験を行ったところ、検知電圧が約１Ｖ変化するという不具合が確認された。精密なトナー濃度制御を行う為には、検知電圧変動は０．３５Ｖ以下(仕様値)とする必要があり、実力レベルとしては０．２Ｖ以下が望ましい。原因究明を行ったところ、トナー濃度検知装置の構成部材が吸湿し、共振回路の共振条件に寄与する静電容量が変化していたことが確認できた。本トナー濃度検知装置は共振回路のＬ値やＣ値の変化に敏感に反応する特徴を有することから、湿度による構成部材の静電容量の変化というものを無視することはできない。
【００１４】
まず、コンデンサを実装するＰＣＢ基板１４の吸湿に着目した。実際のＰＣＢ基板１４には配線パタンのはい回しにより、わずかながら基板浮遊容量が形成される。本トナー濃度検知装置は、ＰＣＢ基板１４が吸湿することで、基板浮遊容量が増大して容量変化を起こし、共振条件にばらつきをもたらすことがわかった。
【００１５】
そこで、吸湿性の異なる材質の基板を用いて評価を行ったところ、吸水率の高い紙フェノールＦＲ−１、紙フェノールＦＲ−２、紙フェノールＸＸＰＣは湿度による検知電圧の変動が大きく、ガラスフッ素樹脂やガラスエポキシＦＲ−４、ニューセムスリーＣＥＭ−３、変性ポリイミドＧＰＹ、ポリイミドＧＰＹ等の吸水率の低い材料を用いることで，検知電圧の変動を小さく抑えることができることを確認した。
【００１６】
図３は、基板材料の吸湿率（％）と検知電圧変動（Ｖ）との関係を示す図である。吸水率０．３％である紙エポキシＦＲ−３を用いることで、検知電圧変動は０．２Ｖに収まることも確認できた。よって、吸水率０．３％以下の材質による基板を用いることで、湿度による検知電圧の変動を抑えることができると考える。
本基板は両面基板を用い、実装裏面にグランド配線を施してある。基板浮遊容量は主にパタン端子とグランド間で形成されるため、基板パタンを工夫し、基板浮遊容量そのものを小さくすれば、吸湿による浮遊容量の変化も小さくなると考えた。コイル１２とコンデンサとからなる共振回路近傍のグランド面をできるだけ小さくし、基板裏面全体におけるグランド線の占める割合を40％以下とすることで、基板浮遊容量の吸湿による静電容量の変化を無視できる程度にまで削減できることが判明した。
【００１７】
本トナー濃度検知装置は、コイルボビン１３を介してコイル１２と基板パタンとの間でコンデンサを形成する構成となっている（コイルと基板パタンが電極、ボビンが誘電体）。ボビン材質が吸湿することで、ボビンの静電容量が変化し、ボビンの静電容量の変化は、インダクタンスの変化に寄与し、共振条件のばらつきを引き起こしたものと考える。
【００１８】
そこで、共振回路のコイル１２を固定するコイルボビン１３の材質を評価した。
図４は、コイルボビン材質の吸水率（％）と検知電圧変動（Ｖ）と関係を示す図である。トナー濃度検知装置の湿度変動が大きいという不具合が確認されたとき、ボビン材質には吸湿性の高いＰＡ（ナイロン）６６を用いていた。そこで、ＰＡ（ナイロン）６６、ＰＰＥ−Ｍ、ＰＩ、ＰＢＴ、ＰＣ、ＰＳ等の吸水率の異なる材質でコイルボビンを作成し、湿度試験を行ったところ、図４に示す結果が得られた。吸水率の高いＰＡ（ナイロン）６６やＰＩでは大きな検知電圧の変動があるのに対して、ＰＰＥ−Ｍ、ＰＢＴ、ＰＣ、ＰＳという吸水率の低い材料では検知電圧の変動は０．０５Ｖ程度とほとんど変動していない。高湿環境化において、コイルボビンの材質が検知特性に寄与していることが判明した。
【００１９】
吸水率が０．３％を超えると湿度変化に対する比誘電率も変化が大きくなる。
そこで、図４の結果を,誘電率を横軸に表したものを図５に表した。
図５は、コイルボビン材質の比誘電率と検知電圧変動（Ｖ）と関係を示す図である。図５に示すように、吸水率と同様の、比誘電率が大きい材料は湿度による検知電圧の変動が大きく、比誘電率の小さい材料は検知電圧の変動が小さいことが確認できる。コイルボビン１３には比誘電率４以下の材質を用いることで、湿度変動を抑制できることが判明した。
【００２０】
トナー濃度検知装置の部材は、図４より、吸水率が０．３％以下、図５より、比誘電率が４以下の材質を用いることで、回路構成部材の静電容量の湿度変動を小さくし、共振周波数のばらつきを小さく抑えることができると考える。即ち、ＰＰＥ−Ｍ、ＰＢＴ、ＰＣ、ＰＳ等、吸水率０．３％以下、あるいは、比誘電率４以下の材質をコイルボビンに用いることで、湿度変動に対して安定した検知が可能なトナー濃度検知装置が実現できる。
尚、本発明の実施例は、トナー濃度検知装置に限らず、ＬＣ共振回路を用いた電子部品に対して有効であると考える。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、湿度による共振周波数のばらつきを抑えるＬＣ型共振回路を用いた電子部品を提供することが可能となり、また、これを用いることにより、湿度によらず正確な検知ができるトナー濃度検知装置及びこのトナー濃度検知装置を用いた画像形成装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わるトナー濃度検知装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係わるコイルとコンデンサとによる共振回路を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係わる基板材料の吸湿率と検知電圧変動との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施例に係わるコイルボビン材質の吸水率と検知電圧変動との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例に係わるコイルボビン材質の比誘電率と検知電圧変動との関係を示す図である。
【符号の説明】
１１センサケース
１２コイル
１３コイルボビン
１４ＰＣＢ基板
１５ハーネス部
３１一次コイル
３２二次コイル
３３、３４、３５、３６コンデンサ
３７制御電圧入力部
３８発振子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic component having an LC-type resonance circuit in which fluctuations in oscillation frequency due to humidity are small, or toner density detection provided in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, facsimile, or printer using the electronic component. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
An image forming apparatus such as a copying machine controls an image forming process by using various detection devices in order to ensure higher image quality.
As one of means for managing the state of the developer used at the time of image formation, for example, the toner concentration of the developer is detected using a toner concentration detection device as described in Patent Documents 1, 2, 3, and 4. Then, there is a control to adjust the toner density so that the developer always has a constant toner density. In this control, it is necessary to accurately detect the toner concentration of the developer. However, the detection capability of the toner concentration detection device, specifically the detection voltage value, changes in the environment during image formation, particularly in high humidity. Therefore, accurate control is not reflected on the change in toner density.
[0003]
In addition, in an electronic component of an LC resonance circuit using a coil and a capacitor, there is a problem that when the substrate on which these are mounted absorbs moisture, the dielectric constant inherent to the substrate changes and the resonance frequency changes. In order to prevent this, as described in Patent Document 5, the substrate itself is thinned, the area is reduced, and a chip-type tuning capacitor is separately mounted. Some have been made so as not to affect the resonance frequency, but the problem of the strength of the substrate due to the reduction in thickness and the increase in cost due to the mounting of the tuning capacitor can be considered.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-296893 [Patent Document 2]
JP 2002-296890 A [Patent Document 3]
JP 2002-296240 A [Patent Document 4]
JP 2002-296236 A [Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-48153
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above problems, the present invention provides an electronic component using an LC type resonance circuit that suppresses variations in resonance frequency due to humidity, and using this, a toner concentration detection device capable of accurate detection regardless of humidity. It is another object of the present invention to provide an image forming apparatus using the toner density detecting device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an electronic component comprising a substrate having a resonance circuit including two coils mounted on a coil support body that is a bobbin and at least one capacitor, wherein the electronic component is a bobbin. The electronic component is characterized in that a capacitor is formed between a coil and a substrate through a coil support, and a bobbin is made of a material having a water absorption rate of 0.3% or less.
[0007]
Embodiment 1 of the present invention, the Te electronic component odor, an electronic component, which comprises using a specific dielectric constant of 4 or less of the material to the material of the ball bins.
[0008]
Embodiment 2 of the present invention, the Te electronic component odor, an electronic component, which comprises using a material of water absorption of 0.3% or less of the material of the substrate.
[0009]
Embodiment 3 of the present invention is an electronic component characterized in that, in the electronic component, the proportion of the ground line in the back surface of the component mounting surface of the substrate is 40% or less of the area of the back surface .
[0010]
The present invention is a toner concentration detection device using any one of the electronic components described above.
[0011]
The present invention is an image forming apparatus, characterized by using the toner concentration detecting device.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A toner concentration detection apparatus according to one embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a perspective view showing a toner concentration detection device.
As shown in FIG. 1, the present toner concentration detection device includes a sensor case 11, a coil 12, a coil bobbin 13, a PCB substrate 14, a harness portion 15, and the like.
[0013]
FIG. 2 is a diagram showing a resonance circuit including the primary coil 31 and the secondary coil 32 and the capacitors 33, 34, 34 and 35.
In the development stage of this toner concentration detection device, an environmental test was performed in which the humidity was changed from low humidity (evaluation condition: 30% RH) to high humidity (evaluation condition: 90% RH). A bug was confirmed. In order to perform precise toner density control, the detection voltage fluctuation needs to be 0.35 V or less (specification value), and the ability level is preferably 0.2 V or less. As a result of investigating the cause, it was confirmed that the constituent members of the toner concentration detecting device absorbed moisture, and the capacitance contributing to the resonance condition of the resonance circuit was changed. Since this toner concentration detection device has a feature that reacts sensitively to changes in the L value and C value of the resonance circuit, it is impossible to ignore the change in capacitance of the component due to humidity.
[0014]
First, attention was paid to moisture absorption of the PCB substrate 14 on which the capacitor is mounted. Substrate stray capacitance is slightly formed on the actual PCB substrate 14 by turning the wiring pattern. It has been found that the toner concentration detection device causes the substrate floating capacity to increase due to the moisture absorption of the PCB substrate 14 to cause a change in the capacitance, resulting in variations in resonance conditions.
[0015]
Therefore, when evaluation was made using substrates of materials having different hygroscopic properties, paper phenol FR-1, paper phenol FR-2, and paper phenol XXPC having high water absorption have large fluctuations in detection voltage due to humidity, and glass fluororesin. It was confirmed that the fluctuation of the detection voltage can be suppressed to a small value by using a material having a low water absorption rate, such as glass epoxy FR-4, NewSem3 CEM-3, modified polyimide GPY, and polyimide GPY.
[0016]
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the moisture absorption rate (%) of the substrate material and the detection voltage fluctuation (V). By using paper epoxy FR-3 having a water absorption rate of 0.3%, it was confirmed that the detection voltage fluctuation was within 0.2V. Therefore, it is considered that fluctuation of the detection voltage due to humidity can be suppressed by using a substrate made of a material having a water absorption rate of 0.3% or less.
This board uses a double-sided board, and ground wiring is applied to the back surface of the mounting. Since the substrate stray capacitance is mainly formed between the pattern terminal and the ground, if the substrate pattern is devised and the substrate stray capacitance itself is reduced, the change in the stray capacitance due to moisture absorption will be reduced. By making the ground plane in the vicinity of the resonance circuit consisting of the coil 12 and the capacitor as small as possible and making the proportion of the ground line in the entire back surface of the substrate 40% or less, the change in capacitance due to moisture absorption of the substrate stray capacitance can be ignored. It has been found that it can be reduced to the extent.
[0017]
This toner concentration detection device is configured to form a capacitor between the coil 12 and the substrate pattern via the coil bobbin 13 (the coil and substrate pattern are electrodes, and the bobbin is a dielectric). It is considered that the bobbin material absorbs moisture and the bobbin capacitance changes, and the change in the bobbin capacitance contributes to the change in inductance and causes variations in resonance conditions.
[0018]
Therefore, the material of the coil bobbin 13 that fixes the coil 12 of the resonance circuit was evaluated.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the water absorption rate (%) of the coil bobbin material and the detected voltage fluctuation (V). When it was confirmed that the toner concentration detector had a large humidity fluctuation, PA (nylon) 66 having high hygroscopicity was used as the bobbin material. Therefore, when a coil bobbin was made from materials having different water absorption rates such as PA (nylon) 66, PPE-M, PI, PBT, PC, PS and the like and a humidity test was performed, the result shown in FIG. 4 was obtained. PA (nylon) 66 and PI with high water absorption have large fluctuations in detection voltage, whereas materials with low water absorption such as PPE-M, PBT, PC, and PS have fluctuations in detection voltage of about 0.05V. Almost no change. It has been found that the material of the coil bobbin contributes to the detection characteristics in a high humidity environment.
[0019]
If the water absorption exceeds 0.3%, the relative permittivity with respect to the change in humidity increases.
Therefore, the results of FIG. 4 are shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the relative dielectric constant of the coil bobbin material and the detected voltage fluctuation (V). As shown in FIG. 5, it can be confirmed that a material having a large relative permittivity similar to the water absorption rate has a large variation in detection voltage due to humidity, and a material having a small relative permittivity has a small variation in detection voltage. It has been found that the humidity variation can be suppressed by using a material having a relative dielectric constant of 4 or less for the coil bobbin 13.
[0020]
The material of the toner concentration detection device uses a material having a water absorption of 0.3% or less from FIG. 4 and a relative dielectric constant of 4 or less from FIG. Therefore, it is considered that the variation of the resonance frequency can be suppressed to a small value. That is, the toner density that enables stable detection against fluctuations in humidity by using a material having a water absorption of 0.3% or less or a relative dielectric constant of 4 or less, such as PPE-M, PBT, PC, PS, etc. A detection device can be realized.
The embodiment of the present invention is considered to be effective not only for the toner concentration detection device but also for electronic components using an LC resonance circuit.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can provide an electronic component using an LC resonance circuit that suppresses variation in resonance frequency due to humidity, and by using this, accurate detection is possible regardless of humidity. Therefore, it is possible to provide a toner concentration detecting device capable of performing the above and an image forming apparatus using the toner concentration detecting device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a toner concentration detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a resonance circuit including a coil and a capacitor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a moisture absorption rate of a substrate material and a detection voltage fluctuation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the water absorption rate of the coil bobbin material and the detection voltage fluctuation according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a relative permittivity of a coil bobbin material and a detection voltage fluctuation according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Sensor case 12 Coil 13 Coil bobbin 14 PCB board 15 Harness part 31 Primary coil 32 Secondary coils 33, 34, 35, 36 Capacitor 37 Control voltage input part 38 Oscillator

Claims

ボビンなるコイル支持体に実装された２つのコイルと少なくとも１つのコンデンサとを含む共振回路を有する基板からなる電子部品において、
前記電子部品は、ボビンなるコイル支持体を介してコイルと基板との間でコンデンサを形成し、ボビンの材質に吸水率０．３％以下の材質を用いる
ことを特徴とする電子部品。In an electronic component comprising a substrate having a resonance circuit including two coils and at least one capacitor mounted on a bobbin coil support,
The electronic component is characterized in that a capacitor is formed between a coil and a substrate via a coil support body that is a bobbin, and a bobbin is made of a material having a water absorption rate of 0.3% or less.

請求項１に記載の電子部品において、
前記電子部品は、ボビンの材質に比誘電率４以下の材質を用いる
ことを特徴とする電子部品。The electronic component according to claim 1,
The electronic component uses a material having a relative dielectric constant of 4 or less as a bobbin material.

請求項１または２のいずれかに記載の電子部品において、
前記電子部品は、基板の材質に吸水率０．３％以下の材質を用いる
ことを特徴とする電子部品。The electronic component according to claim 1 or 2,
The electronic component uses a material having a water absorption of 0.3% or less as a material of the substrate.

請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品において、
前記電子部品は、基板の部品実装面の裏面におけるグランド線の占める割合を、裏面の面積の４０％以下とすることを特徴とする電子部品。The electronic component according to any one of claims 1 to 3,
In the electronic component, the proportion of the ground line on the back surface of the component mounting surface of the substrate is 40% or less of the area of the back surface.

請求項１ないし４のいずれかに記載の電子部品を用いることを特徴とするトナー濃度検知装置。 5. A toner concentration detecting device using the electronic component according to claim 1.

請求項５に記載のトナー濃度検知装置を用いることを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus using the toner density detecting device according to claim 5.