JP4802874B2

JP4802874B2 - トナーセンサ

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Publication number: JP4802874B2
Application number: JP2006160720A
Authority: JP
Inventors: 雄三丸山
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-06-09
Also published as: JP2007328239A

Description

本発明は、例えば、複写機やプリンタなどに搭載されて、トナーの濃度や残量を検出するトナーセンサに関するものである。

複写機やプリンタなど、電子写真技術を利用した画像形成プロセスにおいては、感光体上に形成された静電荷像を現像するために、磁性現像剤、例えば鉄粉やソフトフェライト粉末等の磁性体粒子からなるキャリアと、結着樹脂と着色剤を含む非磁性トナーからなる二成分現像剤、あるいは一成分系の磁性トナーが使用されている。

二成分現像剤は、印字（複写）枚数の増加により、トナーが消費されて、磁性キャリアに対するトナーの重量比率(以下トナー濃度という)が低下すると画像濃度が低下し、一方、トナー濃度が高すぎると、地カブリが増大して、鮮明な画像が得られなくなる。そこで、通常の複写機などにおいては、例えば、現像装置の内部に設けたトナーセンサにより、現像剤中のトナー濃度を検出し、そのトナー濃度に応じた直流電圧をトナー補給手段の駆動回路に入力して、トナー補給手段を駆動することが行われている。

トナーセンサとしては、信頼性の点から一般的に、トナー濃度の変化により現像剤の見かけ透磁率が変化することを検出する方式が採用されている。この検出方式としては、差動トランス型のトナーセンサが広く実用化されている。

この差動トランス型のトナーセンサは、プラスチック等の電気絶縁材料からなるボビンに３つのコイルが巻回された差動トランスを備え、その駆動コイルを交流駆動源で駆動し、かつ、駆動コイルに結合された検知コイル及び基準コイルの差動出力によりトナー濃度を検出する方式が採用されている。差動トランス型のトナーセンサは、検出能力が高く、さらに、温度特性が良好で環境変化に対し安定した検出が可能になる。また、一成分系の磁性トナーで静電荷像を現像する場合には、トナーの残量により見掛け透磁率が変化するので、差動トランス型のトナーセンサは、一成分系の磁性トナーの残量を検出するためにも使用することができる。

従来、トナーセンサの組み立ては、トナーセンサのケースの内部に差動トランスを固定し、次いで、回路基板を装着した後、配線の結線やコネクタ等の半田付けが行なわれている。このとき、ケースへの差動トランスの固定は、差動トランスを構成するコイルボビンの上部を、センサのケースに接着することが一般的に行われている。すなわち、トナーセンサのケースの内部に差動トランスを接着により固定し、次いで、回路基板をケースに装着後、結線することにより組み立てられている。

この接着による固定は、例えば、瞬間接着剤（シアノアクリレート系接着剤など）、あるいは２液混合型接着剤（エポキシ系接着剤等）を接着面に塗布し、コイルボビンとケースを圧接後、未硬化のモノマーを除去するために８０℃以下の温度で加熱することが行われている。このように、接着剤により差動トランスをケースに固定する方法は、その組み立てに手間がかかるという不具合を有している。

また、近年において、複写機やプリンタの小型化の要求にともなって、現像装置に装着されるトナーセンサについても、磁性トナーの検出精度を落とさずに、小型化、薄肉化することが強く要求されている。トナーセンサを小型化、薄肉化するためには、トナーセンサの長さ、幅、及び厚み寸法を小さくすることが必要になる。

上記した従来のトナーセンサが抱えている課題を解決するために、本出願人は、下記特許文献１に記載の発明を提案した。

特開２００６−１０６００９号公報（第５頁〜第７頁、図１、図４）

特許文献１には、コイルボビンの台座部に設けた突起を配線基板に設けた穴に嵌着することにより差動トランスを配線基板に面実装すること、及び、ケースに設けた突起の先端を配線基板に設けた貫通穴に挿入し、配線基板を貫通して突出した突起部分を加熱してリベット状に形成することにより、トナーセンサのケースに配線基板を固定するトナーセンサの組立方法が記載されている。

上記特許文献１に記載の発明は、コイルボビンを有する差動トランスを配線基板に面実装し、さらに、樹脂製のケースに設けた突起の先端を配線基板に設けた貫通穴に挿入し、配線基板を貫通して突出したこの突起部分を加熱してリベット状に形成することにより、差動トランスを実装した配線基板を、ケースに固定するようにした組立方法である。すなわち、特許文献１に記載されているトナーセンサは、差動トランスを配線基板に固定する構成としたトナーセンサである。

特許文献１に記載の組立方法により組み立てられたトナーセンサは、配線基板に差動トランスが面実装されるために、トナーセンサの検出面に対する差動トランスの取り付け位置の精度が向上するという利点を有しているが、下記の不具合を備えている。

すなわち、配線基板をケースに固定するために、配線基板の貫通穴から突出する突起を、加熱したコテを配線基板方向に押圧しながら、この突起を溶融して配線基板に圧着させる必要がある。このとき、コテの押圧力が大き過ぎると、てこの原理でトナーセンサの検出面に歪が生じる可能性がある。また、ケースに設けた突起の加熱圧着により、配線基板やケース等に残留応力が生じる。この残留応力は、時間経過と共に検出面に歪による凹凸を発生させる原因になる。トナーセンサの検出面に凹凸が発生する。検出面に凹凸が発生すると、凹部においてはトナーとの間にギャップが発生し、凸部においてはトナーと点接触になるので、トナーセンサとしての検出精度が低下することになる。

そこで、本発明の目的は、検出精度を維持しながら、小型化、薄肉化、および組立作業を容易化することができるトナーセンサを提供することにある。

本発明は、コイルボビンにコイルを巻回した差動トランスと、前記差動トランスから出力された信号に基づいて制御信号を出力する信号処理回路を有する回路基板と、前記差動トランスを収容する検出ヘッド部と前記回路基板を収容するベース部を有する熱可塑性樹脂からなるケースを備えたトナーセンサにおいて、
前記ケースのベース部は、
前記検出ヘッド部に前記差動トランスの前記コイルボビンを収容したときに、前記コイルボビンのフランジ部に配設した切欠き部に嵌合して該切欠き部から突出するボビン用ボスピンと、
前記ベース部に前記回路基板を収容したときに、前記回路基板の端部に配設した切欠き部に嵌合して該切欠き部から突出する基板用ボスピンを、備え
前記フランジ部の切欠き部から突出する前記ボビン用ボスピンと、前記回路基板の切欠き部から突出する前記基板用ボスピンは、加熱押圧により形成された圧着係止部をなし、
前記差動トランスと前記回路基板は、前記圧着係止部により前記ケースに固定されているトナーセンサである。

さらに、本発明は、前記基板用ボスピンの径は、前記ボビン用ボスピンの径より大きくされているトナーセンサである。

さらに、本発明は、前記回路基板は平面視で長方形状をなし、前記切欠き部は、前記回路基板の端部、または角部に配設されているトナーセンサである。

本発明のトナーセンサは、次のような効果を有している。

（１）トナーセンサのケースに、差動トランスと回路基板とをそれぞれ別個に固定しているので、トナーセンサの組み立て時にケースや回路基板等に発生する応力により、差動トランスを収納する検出ヘッド部の検出面が歪むことを防止できる。これにより、誤検出がなく、安定した高い検出精度を有するトナーセンサを提供することができる。

（２）ケースのベース部から突出するボビン用ボスピンと基板用ボスピンを、それぞれ差動トランスと回路基板に配設した切欠き部に嵌合し、さらに、これら切欠き部から上方に突出するボビン用ボスピンと基板用ボスピンの先端部は、加熱押圧により形成した圧着係止部としている。すなわち、本発明のトナーセンサは、ボビン用ボスピンと基板用ボスピン、および、これらボスピンの上端部に形成された圧着係止部により、差動トランスと回路基板とをそれぞれ別個にケースに強固に固定する構成にしている。これにより、本発明のトナーセンサは、接着剤を使用することなく、差動トランスと回路基板とをケースに固定することができるので、組立工数を著しく削減することができる。

（３）回路基板に配設した切欠き部は、回路基板の端部、角部、あるいは端部と角部に形成している。これにより、回路基板の長さ及び幅方向の寸法を少しでも少なくすることが可能になるので、トナーセンサの小型化に貢献することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施の形態に係わるトナーセンサの平面図、図２はトナーセンサを構成するケースの平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４はコイルボビンの平面図、図５は図４をＢ方向からみた矢視図、図６はコンデンサ、ＩＣ等の部品を搭載していないときの回路基板の平面図、図７はケースに差動トランスと回路基板を固定したときのトナーセンサの斜視図である。なお、図７にては回路基板に搭載される電子部品等は図示していない。

図1に示すように、トナーセンサ１は、略直方体状のケース２と、その内部に収容された、現像剤中のトナー濃度を検出する差動トランス３と、その検出信号を処理して外部に制御信号を出力する信号処理回路を搭載する回路基板４と、入力端子及び出力端子を含む複数の端子５ａを有するコネクタ５を備えている。コネクタ５は、トナーセンサ１で検出した信号を複写機等の制御装置への送信、及びトナーセンサ１に電源を供給するケーブル線の中継用コネクタとなる。従って、トナーセンサ１を複写機等に組み込んだときには、コネクタ５にこれらケーブル線を接続した他のコネクタ（図示せず）が接続されることになる。

トナーセンサ１の各部の詳細を図２〜６に基づいて説明する。図２に示すように、ケース２の形状は平面視で、例えば、長さＬが６５ｍｍ、幅Ｗが１０ｍｍの略長方形をなしている。ケース２の底部となるベース部２１は、平板状をなしその一方の表面２１ａには、表面２１ａの縁部から平面視でコ字形に立設するフレーム部２２を設けている。また、図３に示すように、ベース部２１の他方の表面２１ｂには、表面２１ｂから突出する検出ヘッド部２３を設けている。ケース２の材質は、硬質の熱可塑性樹脂、例えば、ＡＢＳ樹脂（アクリルニトリル／ブタジェン／スチレン樹脂）を使用することができる。

ベース部２１の表面２１ａには、この表面２１ａから突出するボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂと、基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを設けている。ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂは、ケース２と一体に形成されたピン状の部材であって、ケース２の検出ヘッド部２３に挿入した差動トランス３を固定するために使用するものである。これら２個のボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂは、ベース部２１（表面２１ｂ）から円筒状に突出するように形成した検出ヘッド部２３の縁部に沿うように、表面２１ａ上に設けている。

基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、ケース２と一体に形成された部材であって、ケース２のベース部２１の表面２１ａとフレーム部２２とが形成する凹部に収容した回路基板４を固定するために使用するものである。本発明において、基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの径（直径）ｂは、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂの直径ａより大きくしている。この理由は、下記の通りである。

すなわち、回路基板４の一方の端部に装着されているコネクタ５には、前記したように他のコネクタが接続される。従って、このコネクタを接続するときに、回路基板４には長手方向に押圧力が負荷される。この押圧力は、回路基板４をケース２に固定する基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄに作用する。従って、基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの直径ｂは、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂの直径ａより大きくして、この押圧力に耐えられるようにする必要があるからである。なお、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂの直径ａは、０．４〜０．８ｍｍ、基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの直径ｂは、０．９〜１．２ｍｍ程度に設定するとよい。また、コネクタ５側に設ける基板用ボスピン２５ｃ、２５ｄの直径を、検出ヘッド部２３側に設ける基板用ボスピン２５ａ、２５ｂの直径より大きくしてもよい。

ケース２の長手方向の一端部近傍には、取付穴２６を設けている。取付穴２６は、複写機等に配置されている現像装置のケース等に、トナーセンサ１を固着するための取付用の穴である。なお、フレーム部２２の各長辺には、ケース２をカバー（図示せず）で密閉するために、カバーに設けた爪を案内するためのテーパ形状面を有するガイド面（図示せず）を形成してもよい。

上記したように、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂは検出ヘッド部２３の空間部に収容（挿入）した差動トランス３を固定するために、さらに、基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、ベース部２１に収容した回路基板４を固定するために使用する部材である。従って、トナーセンサ１を組み立てるときに、これらボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂ、基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが変形（倒れる）、または折損するのを防止する必要がある。このため、ケース２はＡＢＳ樹脂等からなる硬質の熱可塑性樹脂を使用し、例えば、射出成形により、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂ、及び基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、ベース部２１から突出するようにケース２と一体に成形する。

なお、ケース２として使用する硬質の熱可塑性樹脂は、引張弾性率が１０³〜１０⁴ＭＰａの範囲にあり、例えば、引張弾性率が１．８６×１０³〜２．７６×１０³ＭＰａの範囲にあるＡＢＳ樹脂を使用することが望ましい。

差動トランス３は、図４及び図５に示すように、全体が絶縁性（１０¹⁵Ω・ｃｍ以上の体積固有抵抗）を有する熱可塑性樹脂、例えば、ＰＰＳ等のエンジニアリングプラスチックからなる円筒状のコイルボビン３１と、コイルボビン３１に巻回されたコイル３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有する。

コイルボビン３１は、中空円板状のフランジ部３２ａ、３２ｂ、３２ｃと矩形状のフランジ部３２ｄとで３つの空間に仕切られている。各空間に回巻されたコイル３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、発振回路に接続された駆動コイルＬ１と、駆動コイルＬ１に結合されトナー濃度に応じて出力電圧が変化する検知コイルＬ２と、駆動コイルＬ１に結合されトナー濃度に応じて出力電圧が変化しない基準コイルＬ３を構成する。なお、検知コイルＬ２と基準コイルＬ３は、出力電圧が相互に打消し合う方向に巻回されている。

また、各コイル３１ａ、３１ｂ、３１ｃの巻き始めと巻き終わりは、フランジ部３２ｄに設けた２つの案内溝３３ａ、３３ｂから引出されて、５つのガイド３５を通って各ガイドに設けられた端子３６に結線されている。コイルボビン３１の一端部に設けたフランジ部３２ｄには、長孔状の切欠き（切欠け）部３４ａ、３４ｂが形成され、その幅ｃ（図４参照）はボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂの直径ａ（図３参照）よりも大なる寸法を有する。切欠き部３４ａ、３４ｂは、トナーセンサ１を組み立てるときに、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂをそれぞれ嵌合させる切込みになる。なお、コイルボビン３１の内部には、差動出力を調整するために、ソフトフェライトなどの高透磁率材料からなるネジコア３７（図１参照）がねじ込まれている。

上記ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂは、細長いピン状部材であり、補強のためにネック部に厚肉部２７ａ、２７ｂが表面２１ａから突出するように形成されている（図２及び図３参照）。このボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂは、その直径ａと高さｈを、例えば、次のような寸法に設定することが好ましい。なお、以下の説明では、図３に示すように、ボビン用ボス２４ａ、２４ｂの直径をａ、ベース部２１の表面２１ａからの高さをｈ、コイルボビン３１の厚さをｔ０（図５参照）、トナーセンサ１を組み立てる前におけるボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂがフランジ部３２ｄの切欠き部３４ａ、３４ｂの上面から突出する高さをｈ１、検出ヘッド部２３の底面（検出面）からフレーム２２の上面までの高さをｈ０とする。

なお、本発明のトナーセンサ１の組立方法については後記するが、組み立て前におけるボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂがフランジ部３２ｄの切欠き部３４ａ、３４ｂの上面から突出する先端部分は、組み立て時において、加熱しながら押圧して圧着係止部２８ａ、２８ｂ（図１、図７参照）を形成する。この圧着係止部２８ａ、２８ｂにより、差動トランス３はケース２に固定される。

すなわち、ボビン用ボスピンの直径ａは０．４ｍｍ未満であると、トナーセンサ１の組み立て時においてコイルボビン３１を検出ヘッド部２３内に挿入するときに、強度不足により変形又は折損し易くなる。一方、直径ａが０．８ｍｍを越えると、その先端部を加熱しながら押圧し、その溶融部分をフランジ部４２ｄの上面に圧着して形成した圧着係止部２８ａ、２８ｂが、フレーム２２の端面から大きくはみ出し、ケース２にカバーを装着できなくなる。従って、ボビン用ボス部の直径ａは、０．４〜０．８ｍｍの範囲がよい。また、検出ヘッド２３の高さｈ０は、コイルボビン３１の厚さｔ０（図５参照）よりもやや大きくすることが好ましく、具体的には両者間の段差が、例えば、０．０５〜０．２ｍｍの範囲になるように設定すればよい。

さらに、トナーセンサ１の組み立て前において、フランジ部３２ｄの切込み３４ａ、３４ｂに嵌合したボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂの先端部が、切込み３４ａ、３４ｂの上面からから突出する高さｈ１は、２ａ＜ｈ１＜４ａとなるように設定することが好ましい。この理由は、ｈ１が４ａ以上になると、トナーセンサ１の組み立て時にボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂの先端部を加熱押圧すると、溶融したボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂの圧着係止部２８ａ、２８ｂがフレーム部２２の端面からはみ出し易くなり、不都合である。また、ｈ１が２ａ以下では、溶融したボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂの圧着係止部２８ａ、２８ｂとコイルボビン３１のフランジ部３２ｄとの接触面積が小さくなるので、差動トランス３に対する固定強度が不足し、これも不都合になるからである。

図１または図６に示すように、回路基板４は平面視で略長方形状をなしている。回路基板４は、パターン化された配線を有する基板に、発振回路、検出回路、増幅回路、位相比較回路に必要なコンデンサ、抵抗、デジタルＩＣチップ等がハンダ付けされている。また、回路基板４の短辺側の一端部近傍には、差動トランス３のフランジ部３２ｄに設けた各端子３６とハンダ付けするための接続部４１ａ（図１参照）が配置されている。さらに、短辺側の他の端部近傍には、コネクタ５の端子５ａとハンダ付けするための接続部４１ｂが配置されている。

回路基板４の長手方向の端部には、図６に示すように、複数個の切欠き（切欠け）部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを設けている。図６に示す例においては、回路基板４の長手方向の一端部における端面から長孔状（または半円状）の切欠き部４２ａ、４２ｂを設け、同じく長手方向の他端部の角部に円弧状の切欠き部４２ｃ、４２ｄを設けた例を示している。

これら切欠き部のうち、切欠き部４２ａ、４２ｂは、トナーセンサ１を組み立てるときに、ベース部２１から突出する基板用ボスピン２５ａと２５ｂを嵌合させると共に、この嵌合した基板用ボスピン２５ａと２５ｂが回路基板４の上面から高さｈ２（図示せず）ほど突出させるための切込みになる。なお、切欠き部４２ａに基板用ボスピン２５ａが嵌合し、切欠き部４２ｂに基板用ボスピン２５ｂが嵌合する。このため、切欠き部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４３ｄの幅ｄは、基板用ボスピン部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの直径ｂより大きくする。例えば、幅ｄは１．０〜１．４ｍｍ程度にする。

同様に、回路基板４の長手方向の他端部であってその角部に設けた円弧状の切欠き部４２ｃ、４２ｄは、トナーセンサ１を組み立てるときに、ベース部２１から突出する基板用ボスピン２５ｃ、２５ｄを嵌合させると共に、この嵌合した基板用ボスピン２５ｃと２５ｄが回路基板４の上面から高さｈ２ほど突出させるための切込みになる。なお、切欠き部４２ｃに基板用ボスピン２５ｃが嵌合し、切欠き部４２ｄに基板用ボスピン２５ｄが嵌合する。

基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが、それぞれ切欠き部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄに嵌合して、回路基板４の上面から突出する部分は、組立て時において、加熱しながら押圧して圧着係止部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ（図１、図７参照）を形成する。この圧着係止部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄにより、回路基板４はケース２に固定されることになる。

トナーセンサ１の組み立て前において、上記した基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを切欠き部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄに嵌合したときに、回路基板４の上面から突出する高さｈ２は、２ｂ＜ｈ２＜４ｂとなるように設定することが好ましい。なお、ｂは、基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの直径を示す。

ｈ２とｂの寸法関係を、上記のように２ｂ＜ｈ２＜４ｂの範囲に設定する理由は、次の通りである。ｈ２が４ｂ以上になると、トナーセンサ１の組み立て時に基板用ボスピン２５ａ等の先端部を加熱押圧すると、溶融により形成された圧着係止部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄが回路基板４上からフレーム部２２の端面方向にはみ出し易くなり、不都合である。また、ｈ２が２ｂ以下では、溶融により形成された圧着係止部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄと回路基板４との接触面積が小さくなるので、回路基板４に対する固定強度が不足し、これも不都合になるからである。

本発明において、回路基板４に設ける切欠き部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、図６に示すように、回路基板４の端部、あるいは角部に設けている。通常、回路基板の端部から０．５ｍｍ程度以内の領域には、コンデンサ、抵抗、ＩＣ等の電子部品を搭載しないようにしている。従って、回路基板４の端部、あるいは角部に切欠き部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを設けるようにすると、回路基板の端部から離れた位置に基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを嵌合させる貫通穴を設ける手段と比較して、電子部品の実装密度をより向上させることができるので、長方形状の回路基板４の長さ、及び幅寸法をより小さくすることができるという効果が生じる。

続いて、本発明のトナーセンサ１について、その組み立ての手順について説明する。トナーセンサ１の組み立ては、トナーセンサ１を構成する部品であるケース２、差動トランス３、回路基板４、コネクタ５等を準備した後、例えば、次の手順１〜手順７により組み立てることができる。

（手順１）
まず、ケース２の検出ヘッド部２３内に差動トランス３を挿入する。このとき、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂは、各々、コイルボビン３１のフランジ部３２ｄに設けられた切欠き部３４ａ、３４ｂ内に嵌合し、さらに、その先端部がフランジ部３２ｄの上面から突出させる。

（手順２）
次に、コイルボビン３１のフランジ部３２ｄの切欠き部３４ａ、３４ｂから突出しているボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂの先端部に加熱ヘッド（図示せず）を被せ、図３の矢印Ｚ方向から加熱ヘッドによりこの先端部を押圧しながら、加熱ヘッドを押し下げる。これにより、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂの先端部が溶融して、フランジ部３２ｄの上面を覆うことになる。そして、所定時間冷却すると、図７に示すように、切欠き部３４ａ、３４ｂの幅ｃよりも大きい幅を有する圧着係止部２８ａ、２８ｂがフランジ部３２ｄの上面に形成される。これにより、差動トランス３は、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂと、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂの上端（先端）部に形成された圧着係止部２８ａ、２８ｂにより、ケース１に強固に固定されることになる。この圧着係止部２８ａ、２８ｂは、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂが上記した特定の寸法関係を有するように形成されているので、フレーム部２２の端面から殆ど浮き上がらずに、ケース２内に収容される。

（手順３）
続いて、ベース部２１から立設するフレーム部２２内に回路基板４を装着する。このとき、基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、各々、回路基板４に設けた切欠き部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄに嵌合し、さらに、その先端部が回路基板４の上面から突出させる。

（手順４）
続いて、上記手順２と同様に、回路基板４に設けた切欠き部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄから突出している基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの先端部に加熱ヘッドを被せ、図３の矢印Ｚ方向から加熱ヘッドを押し下げる。これにより、基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの先端部が溶融する。そして、所定時間冷却すると、図７に示すように、切欠き部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの幅ｄよりも大きい幅を有する圧着係止部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄが形成される。これにより、回路基板４は、基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの上端部に形成された圧着係止部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄにより、ケース１の表面２１ａに密着した状態でケース１に強固に固定されることになる。

（手順５）
次いで、差動トランス３の端子３６を、回路基板４の一端側に配設した接続部４１ａに半田付けにより接続する。さらに、回路基板４の他端側に配設した接続部４１ｂに、コネクタ５の端子５ａを半田付けして、コネクタ５を接続する。

（手順６）
続いて、ネジコア３７を検出面に対して近接、または離間することにより所定の差動出力が得られるように、ネジコア３７の位置を調整して固定する操作を行なう。

（手順７）
続いて、フレーム部２２に平板上のカバー（図示せず）を被せてケース２を密閉する。このとき、圧着係止部２８ａ、２８ｂ、及び圧着係止部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの上面は、フレーム２２の端面と同一の高さであることが最も好ましいが、カバーを柔軟性を有する樹脂等で形成すれば、ケース２にカバーを被せるときに、カバーが弾性変形して撓むので、これら圧着係止部２８ａ、２９ａ等がフレーム２２の上端面より若干高く形成されても、センサの組み立てに支障を生じることがなくなる。

上記した手順により組み立てられたトナーセンサ１は、ケース２を現像装置の筐体の所定位置にセットし、次いで、ベース部２１の取付穴２６に、例えば、ネジを挿入し、筐体にねじ込むことにより、現像装置に装着される。

上記したように、本発明のトナーセンサ１は、差動トランス３と回路基板４とを別々にケース２に固定しているので、トナーセンサ１を組み立てるときに、ボビン用ボスピン２４ａ、２４ｂと基板用ボスピン２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの各先端部を加熱ヘッドにより加熱しながら押圧するときに発生する応力が、トナーセンサ１の検出面に与える歪や残留応力を極めて少なくすることができる。これにより、検出面の変形を防ぐことが可能になり、検出精度を向上させるとともに、上記手順６による差動出力の調整作業も容易になり、かつ、調整バラツキ、調整ムラを無くすることが可能になる。

続いて、本発明のトナーセンサ１の回路構成、及び位相比較回路の演算動作を示すタイミングについて説明する。

図８に示すトナーセンサ１の回路は、コンデンサＣ１、Ｃ２とディジタルＩＣ（ＩＣ１）を含む発振回路４Ａと、発振回路４Ａにより駆動され、トナー濃度に応じた出力電圧が出力される検出回路４Ｂと、コンデンサＣ３とディジタルＩＣ（ＩＣ２）とそれに負帰還をかける抵抗Ｒ３からなる増幅回路４Ｃと、増幅された出力電圧（信号Ｓ₂）と発振回路４Ａの高周波電圧（信号Ｓ₁）の位相差に基づく電圧（信号Ｓ₃）を出力するディジタルＩＣ（ＩＣ３）を有する位相比較回路４Ｄと、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ６からなる積分回路４Ｅとを備えている。

上記した本発明のトナーセンサ１においては、次のようにしてトナー濃度の検出が行われる。

差動トランス１の検知コイルＬ２の近傍に磁性キヤリアと非磁性トナーからなる２成分系の現像剤１０（図８に示す）が存在していると、発振回路４Ａから出力された高周波電圧が駆動コイルＬ１に印加される。このとき、基準コイルＬ３のインダクタンスは変化しないが、検知コイルＬ２のインダクタンスはトナー濃度の変化に基づく現像剤の見かけ透磁率の変化に応じて変化し、差動出力電圧の振幅と位相が変化する。この出力電圧（図９に示す信号Ｓ₁）が、位相比較回路４Ｄに入力されると、基準電圧の位相（信号Ｓ₂）と比較されて、位相差に応じた電圧（信号Ｓ₃）が出力される。

この位相比較回路４Ｄでは、論理ゲートとしてＥＸ−ＯＲ（排他的論理和）演算が行われて、図９に示すように基準となる発振出力（信号Ｓ₁）と差動出力（信号Ｓ₂）の位相が同相の場合には０Ｖ、位相が丁度１８０°異なる場合には、５Ｖの直流となり、その中間の場合には位相差が大きいほど５Ｖの比率が高くなる。このようにして作成されたパルス状の出力信号（信号Ｓ₃）は積分回路４Ｅで平滑化されて、センサから所定の値（例えば３．３Ｖ）を示す直流電圧（信号Ｓ₄）が得られる。この信号Ｓ₄は、複写機等の制御装置に入力される。

上記した本発明の実施の形態において、ケース２を構成する熱可塑性樹脂としてＡＢＳ樹脂を使用する例について説明したが、熱溶融が可能な硬質の熱可塑性樹脂であれば、これ以外の樹脂を使用することができる。

また、回路基板４の端部に設ける切欠き部の配置と形状は、図６に示す例の他に、回路基板４に設ける配線のパターン、コンデンサ、抵抗、ＩＣ等の実装密度に応じて、回路基板４の端部、角部の適切な位置に切欠き部を配置するようにするとよい。

図１０に示す回路基板４においては、平面視で長方形の回路基板４の４つの角部に、それぞれ円弧状の切欠き部４２ｃを形成した例を示している。トナーセンサ１の幅Ｗの寸法をより小さくする場合には、この図１０に示すような回路基板４を使用するとよい。

図１１に示す回路基板４は、長方形の回路基板４においてその短辺側の端部に半円状、あるいは長孔状の切欠き部４２ａ、４２ｂを設けた例を示している。トナーセンサ１に要求される寸法のうち、長手方向に余裕があり、幅Ｗの寸法の要求が厳しい場合には、図１１に示すような回路基板４を使用するとよい。また、図６、図１０、図１１に示す回路基板４において、その長辺側の端部に半円または円弧状、あるいは長孔状の切欠き部を１個または複数個配設してもよい。

本発明のトナーセンサについて、実施の形態の一例を示す平面図である。図１に示すケースの形状を示す平面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すコイルボビンの形状を示す平面図である。図４に示すコイルボビンを、Ｂ方向からみた矢視図である。図１に示す回路基板の形状を説明するための平面図である。本発明のトナーセンサについて、ケースに差動トランスと回路基板を固定したときの状態を示す斜視図である。本発明のトナーセンサについて、その電気回路の一例を示す図である。図８に示す電気回路において、ＥＸ−ＯＲ回路の演算動作を示すタイミング図である。図６に示す回路基板について、他の形状を示す平面図である。同じく、回路基板について、他の形状を示す平面図である。

符号の説明

１：トナーセンサ
２：ケース
２１：ベース部
２３：検出ヘッド
２４ａ、２４ｂ：ボビン用ボスピン
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ：基板用ボスピン
２８ａ、２８ｂ：圧着係止部
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ：圧着係止部
３：差動トランス
３１：コイルボビン
３２ｄ：フランジ部
３４ａ、３４ｂ：切欠き部
４：回路基板
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ：切欠き部

Claims

コイルボビンにコイルを巻回した差動トランスと、前記差動トランスから出力された信号に基づいて制御信号を出力する信号処理回路を有する回路基板と、前記差動トランスを収容する検出ヘッド部と前記回路基板を収容するベース部を有する熱可塑性樹脂からなるケースを備えたトナーセンサにおいて、
前記ケースのベース部は、
前記検出ヘッド部に前記差動トランスの前記コイルボビンを収容したときに、前記コイルボビンのフランジ部に配設した切欠き部に嵌合して該切欠き部から突出するボビン用ボスピンと、
前記ベース部に前記回路基板を収容したときに、前記回路基板の端部に配設した切欠き部に嵌合して該切欠き部から突出する基板用ボスピンを、備え
前記フランジ部の切欠き部から突出する前記ボビン用ボスピンと、前記回路基板の切欠き部から突出する前記基板用ボスピンは、加熱押圧により形成された圧着係止部をなし、
前記差動トランスと前記回路基板は、前記圧着係止部により前記ケースに固定されていることを特徴とするトナーセンサ。
前記基板用ボスピンの径は、前記ボビン用ボスピンの径より大きくされていることを特徴とする請求項１に記載のトナーセンサ。
前記回路基板は平面視で長方形状をなし、前記切欠き部は、前記回路基板の端部、または角部に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のトナーセンサ。