(57)【要約】【課題】簡単な構成であっても、温度変動の影響を抑制して高精度に被検出物の透磁率の変化を検出できる透磁率センサを提供する。【解決手段】第１コイル及び第２コイルと、第１コイルを含んで発振する第１発振回路と、第２コイルを含んで発振する第２発振回路と、第１発振回路及び第２発振回路夫々における発振パルス数を計測する計測部と、計測部による第１発振回路における発振パルス数の計測時間、及び、計測部による第２発振回路における発振パルス数の計測時間を調整する調整部と、計測部にて計測した発振パルス数の差分を算出する算出部と、算出部にて算出した差分を透磁率に変換する変換部とを備え、第１コイルを除く第１発振回路、第２コイルを除く第２発振回路、計測部、調整部、算出部及び変換部を含む第１基板と第１コイル及び第２コイルをその表裏面に有する第２基板を有し、第１基板及び第２基板は異なる平面上に配されている。【選択図】図２
2020101412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出物の透磁率を検出する透磁率センサにおいて、
前記被検出物から磁気を受ける第１コイルを含んで発振する第１発振回路と、
前記被検出物から磁気を受ける第２コイルを含んで発振する第２発振回路と、
前記第１発振回路及び第２発振回路夫々における発振パルス数を計測する計測部と、
前記計測部による前記第１発振回路における発振パルス数の計測時間、及び、前記計測部による前記第２発振回路における発振パルス数の計測時間の少なくとも一方を調整する調整部と、
前記計測部にて計測した発振パルス数の差分を算出する算出部と、
前記算出部にて算出した差分を透磁率に変換する変換部と
を備え、
前記第１コイルを除く第１発振回路、前記第２コイルを除く第２発振回路、前記計測部、前記調整部、前記算出部及び前記変換部を含む第１基板と前記第１コイル及び前記第２コイルをその表裏面に有する第２基板を有し、前記第１基板及び前記第２基板は異なる平面上に配されている
ことを特徴とする透磁率センサ。
【請求項２】
前記計測部は、前記第１発振回路における発振パルス数と、前記第２発振回路における発振パルス数とを交互に計測するように構成してあることを特徴とする請求項１に記載の透磁率センサ。
【請求項３】
前記第１コイル及び第２コイルは、同軸状に配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の透磁率センサ。
【請求項４】
前記第１発振回路及び第２発振回路の構成部材は、前記第１コイル及び第２コイルを除いて共通であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の透磁率センサ。
【請求項５】
複数の感度夫々に対する初期計測時間を記憶する記憶部と、
複数の感度から１つを選択する選択信号を取得し、取得した選択信号により選択された感度に対応する初期計測時間を前記記憶部から読み出し、読み出した初期計測時間を、前記第１発振回路の発振パルス数を計測する第１計測時間、及び前記第２発振回路の発振パルス数を計測する第２計測時間に設定する初期設定部と
を備え、
前記算出部は、前記第１計測時間で、前記計測部が前記第１発振回路の計測を行って得た発振パルス数、及び、前記第２計測時間で、前記計測部が前記第２発振回路の計測を行って得た発振パルス数の差分を算出する
ことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の透磁率センサ。
【請求項６】
前記調整部は、前記初期設定部が設定した前記第１計測時間、及び、前記第２計測時間の少なくとも一方を調整し、
前記計測部は、前記調整部の調整結果に基づく、前記第１計測時間、及び、前記第２計測時間にて、前記発振パルス数の計測を行う
ことを特徴とする請求項５に記載の透磁率センサ。
【請求項７】
前記調整部は前記第２計測時間を調整する
ことを特徴とする請求項６に記載の透磁率センサ。
【請求項８】
被検出物の透磁率を検出する透磁率センサにおいて、
前記被検出物から磁気を受ける第１コイルを含んで発振する第１発振回路と、
前記被検出物から磁気を受ける第２コイルを含んで発振する第２発振回路と、
前記第１発振回路及び第２発振回路夫々における発振パルス数を計測する計測部と、
前記計測部による前記第１発振回路における発振パルス数が所定値となるように計測時間を調整する第１調整部と、
前記第１調整部で調整した前記第１発振回路における発振パルス数の計測時間、及び、前記第２発振回路における発振パルス数の計測時間の少なくとも一方を、所定の環境下にて計測したそれぞれの発振パルス数に基づいて調整する第２調整部と、
前記第１調整部及び前記第２調整部による調整後の計測時間で、前記計測部にて計測した発振パルス数の差分を算出する算出部と、
前記算出部にて算出した差分を透磁率に変換する変換部と
を備え、
前記第１コイルを除く第１発振回路、前記第２コイルを除く第２発振回路、前記計測部、前記第１調整部、前記第２調整部、前記算出部及び前記変換部を含む第１基板と前記第１コイル及び前記第２コイルをその表裏面に有する第２基板を有し、前記第１基板及び前記第２基板は異なる平面上に配されている
ことを特徴とする透磁率センサ。
【請求項９】
前記第１コイル及び第２コイルは、同軸状に配されていることを特徴とする請求項８に記載の透磁率センサ。
【請求項１０】
前記第１発振回路及び第２発振回路の構成部材は、前記第１コイル及び第２コイルを除いて共通であることを特徴とする請求項８又は９に記載の透磁率センサ。
【請求項１１】
前記第２調整部は前記第２発振回路における発振パルス数の計測時間を調整することを特徴とする請求項８から請求項１０の何れか一項に記載の透磁率センサ。
【請求項１２】
前記算出部は、前記第１調整部及び前記第２調整部による計測時間の調整後、所定の環境下で、前記計測部にて、前記第１調整部及び前記第２調整部による調整後の計測時間で計測した発振パルス数の差分を算出し、
前記算出部が算出した差分により、前記第１発振回路における発振パルス数、及び、前記第２発振回路における発振パルス数の少なくとも一方を調整する第３調整部
をさらに備えることを特徴とする請求項８から請求項１１の何れか一項に記載の透磁率センサ。
【請求項１３】
前記第３調整部は前記第２発振回路における発振パルス数を調整することを特徴とする請求項１２に記載の透磁率センサ。
【請求項１４】
上記所定の環境下は基準磁性板を用いて、実現すること
を特徴とする請求項８から請求項１３の何れか一項に記載の透磁率センサ。
【請求項１５】
複数の感度夫々に対する初期計測時間を記憶する記憶部と、
複数の感度から１つを選択する選択信号を取得し、取得した選択信号により選択された感度に対応する初期計測時間を前記記憶部から読み出し、読み出した初期計測時間を、前記第１発振回路の発振パルス数を計測する第１計測時間、及び前記第２発振回路の発振パルス数を計測する第２計測時間に設定する初期設定部と
を備え、
前記算出部は、前記第１計測時間で、前記計測部が前記第１発振回路の計測を行って得た発振パルス数、及び、前記第２計測時間で、前記計測部が前記第２発振回路の計測を行って得た発振パルス数の差分を算出する
ことを特徴とする請求項８から請求項１４の何れか一項に記載の透磁率センサ。
【請求項１６】
前記計測部は、前記第１発振回路における発振パルス数と、前記第２発振回路における発振パルス数とを交互に計測するように構成してあることを特徴とする請求項８から請求項１５の何れか一項に記載の透磁率センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出物の透磁率を検出する透磁率センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機又はプリンタは、感光体上に形成された静電画像を現像するために使用される現像ユニット内のトナーの濃度又は残量を磁気的に検出するトナーセンサを備えている。このようなトナーセンサの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたセンサでは、４つのコイルを使用し、差動トランス方式により、トナー濃度を検出している。
【０００３】
また、特許文献２には、第１検出コイルのインダクタンス変化に応じた発振波に位相ズレを生じさせる第１発振回路と、第２検出コイルのインダクタンス変化に応じた発振波に位相ズレを生じさせる第２発振回路とを備えて、両者の位相ズレの差分を求めて、金属の状態を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６５９１０号公報
【特許文献２】特開２００９−３１２５７号公報
【特許文献３】特許第３９００４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のトナーセンサは、差動トランス方式を採用しており、駆動コイルと差動コイルとが近傍に位置している場合、トナーの影響が両方に及ぶので、トナーが駆動コイル及び差動コイルに与える影響を完全になくすことは困難である。また扁平コイルを含めて発振回路を構成した場合、磁性体が近づいたときにインダクタンスの結合度合の変化が少なく、このような扁平コイルをアナログ回路で動作させることは困難である。
【０００６】
特許文献３にはボビンに巻きまわした駆動コイル及び差動コイルを有し、それぞれを基準コイル及び検知コイルとして用い、当該検知コイルと基準コイルとの差動出力からトナー濃度を検出する技術が開示されている。特許文献３のトナーセンサについても特許文献１同様にトナーの影響が両方のコイルに及ぶので、トナーが駆動コイル及び差動コイルに与える影響を完全になくすことは困難である。また一方のコイルで発生する磁束が他方のコイルに影響を及ぼすおそれがある。さらにボビンにワイヤを巻きまわしてコイルを形成する場合、コイルを大量に生産する際に工数が掛かりコストアップとなる恐れがある。
【０００７】
特許文献１あるいは特許文献３に記載の技術は複数コイルのインダクタンスの変化に応じて、透磁率を検出するようにしているが、この検出には多数の回路部品を用いている。回路部品には特性のばらつきが存在し、しかも回路部品は例えば温度等の検出環境の影響を受け易いので、高精度の検出を図れないという問題がある。
【０００８】
特許文献２では、高透磁率材料に巻いたコイルを使用しており発振周波数が低いので、同じ分解能を得るための時間を短くできるため、位相ズレを検出する方式が有利であるが、扁平コイルを用いる場合には有利である。しかし、特許文献２では、第１発振回路及び第２発振回路からの発振波を計測し、その計測値が所定値に達した時間を計測し、計測した時間に基づいて、蓄積された発振波の位相ズレを検出しているので、検出するプロセスが複雑であるという問題がある。また、特許文献２は、回転軸のトルクを磁気的に検出するための技術であり、トナーの濃度を検出するセンサへの適用は開示も示唆もされていない。
【０００９】
２個のコイルを用いて透磁率を検出するセンサでは、一方のコイルで発生する磁束によって他方のコイルが影響を受けることを抑止するために、２個のコイルを水平方向に離隔させて配置する構成が一般的である。具体的には、一方のコイルは被検出物(磁性体)の近傍に配して透磁率の変化の影響を受けやすくし、他方のコイルは被検出物(磁性体)から遠ざけて配して透磁率の変化の影響を受けにくくする。このような水平方向に亘る複数のコイルの配置によれば、センサの小型化を図れないという問題がある。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、小型かつ簡単な構成であっても、温度変動の影響を抑制して高精度に被検出物の透磁率の変化を検出できる透磁率センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る透磁率センサは、被検出物の透磁率を検出する透磁率センサにおいて、前記被検出物から磁気を受ける第１コイルを含んで発振する第１発振回路と、前記被検出物から磁気を受ける第２コイルを含んで発振する第２発振回路と、前記第１発振回路及び第２発振回路夫々における発振パルス数を計測する計測部と、前記計測部による前記第１発振回路における発振パルス数の計測時間、及び、前記計測部による前記第２発振回路における発振パルス数の計測時間の少なくとも一方を調整する調整部と、前記計測部にて計測した発振パルスの差分を算出する算出部と、前記算出部にて算出した差分を透磁率に変換する変換部とを備え、前記第１コイルを除く第１発振回路、前記第２コイルを除く第２発振回路、前記計測部、前記調整部、前記算出部及び前記変換部を含む第１基板と前記第１コイル及び前記第２コイルをその表裏面に有する第２基板を有し、前記第１基板及び前記第２基板は異なる平面上に配されていることを特徴とする。ここで、「磁気を受ける」とは、被検出物と磁気的に結合することを意味する。
【００１２】
本発明において発振パルス数とは、夫々の発振回路において発振したそれぞれ発振周波数における定められた計測時間内のパルス数をいう。よって計測時間が同じであれば発振パルス数の差は発振周波数の差と同義ととらえることができる。
【００１３】
本発明の透磁率センサにあっては、被検出物の近傍に配した第２コイルを含む第２発振回路の発振パルス数と、被検出物の近傍の第２コイルとは被検出物への距離を異ならせて配した第１コイルを含む第１発振回路の発振パルス数とを、計測部で計測する。算出部は、計測部が計測した両発振パルス数の差分を算出し、変換部は、算出部が算出した差分を透磁率に変換する。被検出物の透磁率が大きくなるとコイルのインダクタンスが増えて、そのコイルを含む発振回路の発振パルス数は減少する。ここで、被検出物に近い方のコイルは透磁率の変化に応じたインダクタンスの変化量が大きくなるので、発振回路での発振パルス数の変動も大きくなる。よって、被検出物からの距離を異ならせて配した２つのコイルを用いて、夫々の発振回路による発振パルス数の差分から透磁率を検出することができる。
【００１４】
ここで、第１発振回路の発振パルス数を計測した第１計測時間と第２発振回路の発振パルス数を計測した第２計測時間との少なくとも一方を、調整部により調整しておく。具体的には、被検出物からの距離が第１コイルより第２コイルの方が短い場合、第２コイルのインダクタンスは第１コイルのインダクタンスより大きくなって、第２発振回路の発振パルス数が第１発振回路の発振パルス数より小さくなるため、第２計測時間が第１計測時間より相対的に長くなるように調整し発振パルス数が同じになるように調整しておく。このような調整を行っておくことにより、実際の検出時における温度変動の影響が少なくなる。
【００１５】
この際、２つのコイルとして、基板へのパターニング印刷により形成されたコイルなどの扁平コイルを使用できる。非磁性ボビン等にワイヤを巻きまわしてコイルを構成する場合と比較して、コイル部分を大量に生産する場合にはコストを抑えることが可能となる。扁平コイル等、インダクタンスの小さいコイルの場合には発振周波数が高い（一定時間内のパルス数が多い）。結果としてコンピュータの一定時間内のクロック周波数が発振パルス数より少ないので、発振パルス数測定の場合には同じ分解能を得るための計測時間を短くすることができる。また、発振パルス数の計測、発振パルス数の差分の算出、差分から透磁率への返還の一連の処理を、マイクロコンピュータなどを用いてソフトウェアにて行えて部品点数を削減できるとともに、部品における特性のばらつきを受けることが少なく、検出精度は高くなる。
【００１６】
本発明に係る透磁率センサにおいて、前記計測部は、前記第１発振回路における発振パルス数と、前記第２発振回路における発振パルス数とを交互に計測するように構成してあることを特徴とする。
【００１７】
本発明の透磁率センサにあっては、第１発振回路における発振パルス数の計測と、第２発振回路における発振パルス数の計測とを、切り替えながら交互に行う。よって、一方の発振回路における発振パルス数の計測時に、他方の発振回路は発振していないので、一方の発振回路における発振パルス数の計測値は、他方の発振回路における発振の影響を受けない。したがって、両発振回路における正確な発振パルス数を計測でき、透磁率の検出精度は高くなる。
【００１８】
本発明に係る透磁率センサにおいて、前記第１コイル及び第２コイルは、同軸状に配されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の透磁率センサにあっては、第１コイル及び第２コイルが同軸状に配されている。よって、コイルの配置に要する面積は小さくて済み、透磁率センサの小型化を図れる。
【００２０】
本発明に係る透磁率センサにおいて、前記第１発振回路及び第２発振回路の構成部材は、前記第１コイル及び第２コイルを除いて共通であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の透磁率センサにあっては、第１発振回路と第２発振回路とにおいて、第１コイル及び第２コイルを除く他の構成部材は共通としている。よって、第１発振回路及び第２発振回路夫々で計測される発振パルス数は、コイル以外の異なる構成部材による特性のばらつきの影響を受けず、正確な値が計測される。よって、透磁率の検出精度は高くなる。
【００２２】
本発明に係る透磁率センサは、複数の感度夫々に対する初期計測時間を記憶する記憶部と、複数の感度から１つを選択する選択信号を取得し、取得した選択信号により選択された感度に対応する初期計測時間を前記記憶部から読み出し、読み出した初期計測時間を、前記第１発振回路の発振パルス数を計測する第１計測時間、及び前記第２発振回路の発振パルス数を計測する第２計測時間に設定する初期設定部とを備え、前記算出部は、前記第１計測時間で、前記計測部が前記第１発振回路の計測を行って得た発振パルス数、及び、前記第２計測時間で、前記計測部が前記第２発振回路の計測を行って得た発振パルス数の差分を算出することを特徴とする。
【００２３】
本発明の透磁率センサは、選択信号により感度を調整可能である。ハードウェアの構成を変更することなく、複数の感度に対応可能となる。
【００２４】
本発明に係る透磁率センサにおいて、前記調整部は、前記初期設定部が設定した前記第１計測時間、及び、前記第２計測時間の少なくとも一方を調整し、前記計測部は、前記調整部の調整結果に基づく、前記第１計測時間、及び、前記第２計測時間にて、前記発振パルス数の計測を行うことを特徴とする。
【００２５】
本発明の透磁率センサにあっては、第１発振回路の発振パルス数を計測した第１計測時間と第２発振回路の発振パルス数を計測した第２計測時間との少なくとも一方を、調整部により調整しておく。具体的には、被検出物からの距離が第２コイルより第１コイルの方が短い場合、第１コイルのインダクタンスは第２コイルのインダクタンスより大きくなって、第１発振回路の発振パルス数が第２発振回路の発振パルス数より小さくなるため、第１計測時間が第２計測時間より相対的に長くなるように調整し発振パルス数が同じになるように調整しておく。このような調整を行っておくことにより、実際の検出時における温度変動の影響が少なくなる。
【００２６】
この際、２つのコイルとして、基板へのパターニング印刷により形成されたコイルなどの扁平コイルを使用できる。非磁性ボビン等にワイヤを巻きまわしてコイルを構成する場合に比較して、コイル部分を大量に生産する場合にはコストを抑えることが可能となる。扁平コイル等、インダクタンスの小さいコイルの場合には発振周波数が高い（一定時間内のパルス数が多い）。結果としてコンピュータの一定時間内のクロック周波数が発振パルス数より少ないので、発振パルス数測定の場合には同じ分解能を得るための計測時間を短くすることができる。また、発振パルス数の計測、発振パルス数の差分の算出、差分から透磁率への変換の一連の処理を、マイクロコンピュータなどを用いてソフトウェアにて行えて部品点数を削減できるとともに、部品における特性のばらつきを受けることが少なく、検出精度は高くなる。
【００２７】
本発明に係る透磁率センサにおいて、前記調整部は前記第２計測時間を調整することを特徴とする。
【００２８】
本発明にあっては、第１発振回路を基準として動作させることが可能となる。
【００２９】
本発明に係る透磁率センサは、被検出物の透磁率を検出する透磁率センサにおいて、前記被検出物から磁気を受ける第１コイルを含んで発振する第１発振回路
と、前記被検出物から磁気を受ける第２コイルを含んで発振する第２発振回路と、前記第１発振回路及び第２発振回路夫々における発振パルス数を計測する計測部と、前記計測部による前記第１発振回路における発振パルス数が所定値となるように計測時間を調整する第１調整部と、前記第１調整部で調整した前記第１発振回路における発振パルス数の計測時間、及び、前記第２発振回路における発振パルス数の計測時間の少なくとも一方を、所定の環境下にて計測したそれぞれの発振パルス数に基づいて調整する第２調整部と、前記第１調整部及び前記第２調整部による調整後の計測時間で、前記計測部にて計測した発振パルス数の差分を算出する算出部と、前記算出部にて算出した差分を透磁率に変換する変換部とを備え、前記第１コイルを除く第１発振回路、前記第２コイルを除く第２発振回路、前記計測部、前記調整部、前記算出部及び前記変換部を含む第１基板と前記第１コイル及び前記第２コイルをその表裏面に有する第２基板を有し、前記第１基板及び前記第２基板は異なる平面上に配されていることを特徴とする。
【００３０】
本発明にあっては、２つのコイル（第１コイルと第２コイルと）を用いて、夫々の発振回路による発振パルス数の差分から透磁率を検出することができる。
【００３１】
本発明に係る透磁率センサは、前記第１コイル及び第２コイルは、同軸状に配されていることを特徴とする。
【００３２】
本発明にあっては、コイルの配置に要する面積は小さくて済み、透磁率センサの小型化を図れる。
【００３３】
本発明に係る透磁率センサは、前記第１発振回路及び第２発振回路の構成部材は、前記第１コイル及び第２コイルを除いて共通であることを特徴とする
【００３４】
本発明にあっては、第１発振回路及び第２発振回路夫々で計測される発振パルス数は、コイル以外の異なる構成部材による特性のばらつきの影響を受けず、正確な値が計測される。よって、透磁率の検出精度は高くなる。
【００３５】
本発明に係る透磁率センサは、第２発振回路における発振パルス数の計測時間を調整することを特徴とする。
【００３６】
本発明にあっては、第１発振回路を基準として動作させることが可能となる。
【００３７】
本発明に係る透磁率センサは、前記算出部は、前記第１調整部及び前記第２調整部による計測時間の調整後、所定の環境下で、前記計測部にて、前記第１調整部及び前記第２調整部による調整後の計測時間で計測した発振パルス数の差分を算出し、算出した差分により、前記第１発振回路における発振パルス数、及び、前記第２発振回路における発振パルス数の少なくとも一方を調整する第３調整部をさらに備えることを特徴とする。
【００３８】
本発明にあっては、第１調整部及び第２調整部による調整後の計測時間で計測した発振パルス数の差分を算出し、算出した差分により、第１発振回路における発振パルス数、及び、第２発振回路における発振パルス数の少なくとも一方を調整するので、測定中心とすべき所定の環境下で透磁率の差分を０とすることが可能となる。
【００３９】
本発明に係る透磁率センサにおいて、前記第３調整部は前記第２発振回路における発振パルス数を調整することを特徴とする。
【００４０】
本発明にあっては、第１発振回路を基準として動作させることが可能となる。
【００４１】
本発明に係る透磁率センサにおいて、所定の環境下は基準磁性板を用いて、実現することを特徴とする。
【００４２】
本発明にあっては、基準磁性板を用いることにより、所定の透磁率を測定範囲の中心とすることが可能となる。
【００４３】
本発明に係る透磁率センサは、複数の感度夫々に対する初期計測時間を記憶する記憶部と、複数の感度から１つを選択する選択信号を取得し、取得した選択信号により選択された感度に対応する初期計測時間を前記記憶部から読み出し、読み出した初期計測時間を、前記第１発振回路の発振パルス数を計測する第１計測時間、及び前記第２発振回路の発振パルス数を計測する第２計測時間に設定する初期設定部とを備え、前記算出部は、前記第１計測時間で、前記計測部が前記第１発振回路の計測を行って得た発振パルス数、及び、前記第２計測時間で、前記計測部が前記第２発振回路の計測を行って得た発振パルス数の差分を算出することを特徴とする。
【００４４】
本発明の透磁率センサにあっては、選択信号により感度を調整可能である。
【００４５】
本発明に係る透磁率センサにおいては、前記計測部は、前記第１発振回路における発振パルス数と、前記第２発振回路における発振パルス数とを交互に計測するように構成してあることを特徴とする。
【００４６】
本発明にあっては、一方の発振回路における発振パルス数の計測時に、他方の発振回路は発振していないので、一方の発振回路における発振パルス数の計測値は、他方の発振回路における発振の影響を受けない。したがって、両発振回路における正確な発振パルス数を計測でき、透磁率の検出精度は高くなる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明では、小型かつ簡単な構成であっても、温度変動の影響を抑制して高精度に被検出物の透磁率を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】透磁率センサの例を示す斜視図である。
【図２】透磁率センサの構成例を示す分解斜視図である。
【図３】組コイルの構成例を示す斜視図である。
【図４】コイルの形成例を示す平面図である。
【図５】透磁率センサの構成例を部分断面図である。
【図６】透磁率センサの現像ユニットへの取り付け例を示す断面図である。
【図７】透磁率センサの機能構成を示すブロック図である。
【図８】透磁率センサの一構成例を示す回路図である。
【図９】透磁率センサの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】計測時間調整処理の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１１】初期補正処理の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１２】補正処理の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１３】強制補正処理の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１４】透磁率補正処理の補正後から強制補正の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明例と従来例とにおけるトナー濃度の検出感度特性を示すグラフである。
【図１６】本発明例と従来例とにおけるオフセット制御を行うための制御電圧特性を示すグラフである。
【図１７】透磁率センサの機能構成の他例を示すブロック図である。
【図１８】モード毎の検出トナー濃度と出力電圧との関係例を示すグラフである。
【図１９】感度選択方法を示すチャート図である。
【図２０】透磁率センサの構成例の部分断面図である。
【図２１】透磁率センサの構成例の部分断面図である。
【図２２】透磁率センサの構成例の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
（実施の形態１）
以下、実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１は透磁率センサの例を示す斜視図である。図２は透磁率センサの構成例を示す分解斜視図である。
【００５０】
透磁率センサ１０は直方体状をなす。透磁率センサ１０はカバー１１、ケース１２及びコネクタ１５を含む。透磁率センサ１０には位置決め孔１６、１２３が設けられている。カバー１１は一面が開口された箱状をなす。カバー１１は貫通孔１１１及び貫通孔１１２を含む。カバー１１は樹脂で構成する。
【００５１】
ケース１２は一面が開口された箱状をなす。ケース１２はカバー１１よりも長手方向に長い。ケース１２は収容部１２１、貫通孔１２２、位置決め孔１２３、複数の凹部１２４を含む。収容部１２１は円筒状をなす。収容部１２１はケース１２の広面から略垂直に突出している。貫通孔１２２の円周部には円環部１２２１が設けてある。凹部１２４は矩形状をなす。ケース１２の内部には、組コイル１４を固定した制御基板１３（第１基板）が収容してある。
【００５２】
制御基板１３は矩形状をなす。制御基板１３の中央部の上面には、後述する各種の処理を行うマイクロコンピュータからなる電子チップ４が実装されている。さらに、電子チップ４の近傍には、回路部品５が実装されている。回路部品５は発振回路を構成するためのコンデンサなどを含んでいる。制御基板１３には貫通孔１３１が設けてある。制御基板１３の長手方向の一端部にコネクタ１５を配してある。コネクタ１５は、ピンの一端が例えば半田付けにより、制御基板１３に固定してある。制御基板１３の他端部には組コイル１４が配してある。組コイル１４は３本のリード線１７を介して、制御基板１３と電気的に接続してある。
【００５３】
図３は組コイルの構成例を示す斜視図である。図４はコイルの形成例を示す平面図である。組コイル１４は基板１４１（第２基板）、台座１４２、３つの端子１４３を含む。基板１４１は円板状をなす、基板１４１はプリント基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）である。基板１４１の表裏面にはコイルが形成されている。基板１４１の一面に第１コイル１が、他面に第２コイル２がパターニング印刷により形成してある。基板１４１には、第１コイル１の巻き始め１１及び第２コイル２の巻き始め２１を導通するスルーホールが設けてある。基板１４１には、第１コイル１の巻き終わり１２及び第２コイル２の巻き終わり２２と導通するランドが設けてある。
【００５４】
第１コイル１が形成された面には、台座１４２が載置してある。台座１４２は角材状をなす。台座１４２は樹脂等の絶縁性の材質で形成する。台座１４２の長手方向側部には３個の端子１４３が所定間隔で、一部が台座１４２から突出するように設けてある。端子１４３は例えば半田付けによりコイルと接続される。端子１４３のうち、台座の長手方向中央の端子１４３は基板１４１中央部のランドと接続してある。当該ランドは、第１コイル１の巻き始め１１及び第２コイル２の巻き始め２１を導通するスルーホールのランドである。台座の長手方向一端部の端子１４３は第１コイル１の巻き終わり１２と導通するランドと接続してある。台座の長手方向他端部の端子１４３は第２コイル２の巻き終わり２２と導通するランドと接続してある。各端子１４３とそれに対応するランドとの接続は、例えば半田付けにより行う。３つの端子１４３は制御基板１３から伸びる３本のリード線１７とそれぞれ接続してある。端子１４３とリード線１７との接続は、例えば半田付けにより行う。
【００５５】
図５は透磁率センサの構成例を部分断面図である。図５は長手方向に平行な断面線で切った場合の断面である。台座１４２はリード線１７や端子１４３を基板１４１に載置するために用いられ、端子１４３、リード線１７は台座１４２内を貫通(点線部)している。言い換えると、台座１４２はリード線１７や端子１４３を抱持するように形成されている。リード線１７は例えば銅の単線を屈曲させたものを使用する。図５に示す例では、一端が制御基板１３に接続されたリード線１７が台座１４２を貫通したのち屈曲している。リード線１７の他端は、コイル上面に載置された端子１４３と接続している。
【００５６】
以上のように構成する透磁率センサ１０は、例えば、次のように組み立てる。台座１４２、端子１４３及び当該端子に一端が接続されたリード線１７の一体物の部品として用意する。第１コイル１及び第２コイル２を形成した基板１４１、電子チップ４、回路部品５及びコネクタ１５を搭載した制御基板１３、ケース１２並びにカバー１１を用意する。一体物の部品の端子を基板１４１のランドと半田付けする。リード線１７が接続された組コイル１４が完成する。当該組コイル１４をケース１２の収容部１２１に固定する。制御基板１３をケースに納め、リード線１７の他端を制御基板１３に半田付けする。ケース１２にカバー１１を取り付ける。カバー１１の内側には、凹部１２４に対応して、図示しない凸部が設けてある。ケース１２の凹部１２４とカバー１１の凸部とが嵌合することにより、カバー１１はケース１２に固定される。透磁率センサ１０は、以上のような構成で組み上がる。
【００５７】
図６は透磁率センサの現像ユニットへの取り付け例を示す断面図である。図６において３０は、現像ユニットの内外を仕切る隔壁である。隔壁３０には、凹部３１が形成されており、この凹部３１に嵌め込まれるように、ケース１２に収納された状態で透磁率センサ１０が現像ユニットに取り付けられる。
隔壁３０には、収容部１２１に対向する位置に孔３３が形成されており、孔３３から収容部１２１の一部が突出している。
なお、コネクタ１５の先端部はカバー１１から突出している。
【００５８】
この際、図１及び図２に示した透磁率センサ１０の下面側が隔壁３０側になるように、透磁率センサ１０が現像ユニットの隔壁３０に取り付けられる。よって、第２コイル２が第１コイル１よりも、現像ユニット内に近い位置、言い換えると現像ユニット内の現像剤に近い位置に配されることになる。透磁率センサ１０が取り付けられた凹部３１は、シール３２にて封止されている。
【００５９】
図７は、本発明の透磁率センサ１０の機能構成を示すブロック図である。図７において、図１から図５と同一又は同様な部分には同一の符号を付している。
【００６０】
第１コイル１と回路部品５の一部とにより、第１発振回路６が構成されており、第２コイル２と回路部品５の一部とにより、第２発振回路７が構成されている。本発明の透磁率センサ１０にあっては、第１発振回路６と第２発振回路７とにおいて、第１コイル１及び第２コイル２を除く他の構成部材は共通としている。よって、第１発振回路６及び第２発振回路７夫々で計測される発振パルス数は、異なる構成部材による特性のばらつきの影響を受けず、正確な値が計測される。よって、透磁率の検出精度は高くなる。
【００６１】
また、電子チップ４は、第１発振回路６及び第２発振回路７夫々における発振パルス数を計測する計測部４１と、計測部４１での第１発振回路６における発振パルス数の計測時間（第１計測時間）及び第２発振回路７における発振パルス数の計測時間（第２計測時間）の少なくとも一方を調整する調整部（第１調整部、第２調整部、第３調整部）４２と、計測部４１で計測した発振パルス数の差分を算出する算出部４３と、算出部４３にて算出した差分を透磁率に変換する変換部４４とを機能的に有している。
【００６２】
ここで第１調整部は第１発振回路における発振パルス数が所定値となるように計測時間を調整する。第２調整部は第１発振回路における発振パルス数の計測時間、及び第２発振回路における発振パルス数の計測時間の少なくとも一方を、所定の環境下にて計測したそれぞれの発振パルス数に基づいて調整する。第３調整部は、第１調整部及び第２調整部による計測時間の調整後、所定の環境下で、調整後の発振パルス数の差分を計測したのち,その差分から第１発振回路における発振パルス数、及び、第２発振回路における発振パルス数の少なくとも一方を調整する。
【００６３】
図８は、本発明の透磁率センサ１０の一構成例を示す回路図である。図８において、コイルＬ１及びコイルＬ２は夫々、前述した第１コイル１及び第２コイル２に該当する。また、マイクロコンピュータＵ１は、前述した電子チップ４に相当する。
【００６４】
コイルＬ１の一端は、マイクロコンピュータＵ１の第６端子に接続され、コイルＬ２の一端は、マイクロコンピュータＵ１の第３端子に接続されている。コイルＬ１の他端及びコイルＬ２の他端はコンデンサＣ１を介してトランジスタＱ１のベースに接続されている。トランジスタＱ１のベース、コレクタ間には抵抗Ｒ２が設けられ、トランジスタＱ１のベース、エミッタ間にはコンデンサＣ２が設けられている。トランジスタＱ１のコレクタは、マイクロコンピュータＵ１の第２端子に接続されているとともに、抵抗Ｒ３を介して接地されている。
【００６５】
マイクロコンピュータＵ１の第１端子には、電源電圧Ｖｄｄの入力端子が接続されている。電源電圧Ｖｄｄの入力端子は、抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のエミッタに接続されている。抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１のエミッタとの間にはコンデンサＣ３の一端が接続され、コンデンサＣ３の他端は接地されている。電源電圧Ｖｄｄの入力端子と前記第１端子との間にはコンデンサＣ６の一端が接続され、コンデンサＣ６の他端は接地されている。マイクロコンピュータＵ１の第８端子には、接地用の端子が接続されている。
【００６６】
マイクロコンピュータＵ１の第７端子には、抵抗Ｒ４を介して、透磁率に相当する検出電圧Ｖｏｕｔを出力する出力端子が接続されている。該出力端子と抵抗Ｒ４との間にはコンデンサＣ７の一端が接続され、コンデンサＣ７の他端は接地されている。マイクロコンピュータＵ１の第５端子には、抵抗Ｒ６を介して、オフセット制御を行うための制御電圧Ｖｃｏｎｔを入力する入力端子が接続されている。マイクロコンピュータＵ１の第５端子と抵抗Ｒ６との間にはコンデンサＣ４の一端が接続され、コンデンサＣ４の他端は接地されている。
【００６７】
コイルＬ１、２個のコンデンサＣ２及びＣ３並びにトランジスタＱ１にて、前述した第１発振回路６（コルピッツ発振回路）が構成され、コイルＬ２、２個のコンデンサＣ２及びＣ３並びにトランジスタＱ１にて、前述した第２発振回路７（コルピッツ発振回路）が構成されている。そして、マイクロコンピュータＵ１の切り替え動作（マイクロコンピュータＵ１の第３端子及び第６端子で切り替え動作を行っている）により、第１発振回路６と第２発振回路７とが調整部４２にて調整された夫々の計測時間ずつ交互に発振するようになっている。
【００６８】
次に、本発明の透磁率センサ１０の動作について説明する。図９は、本発明の透磁率センサ１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００６９】
調整部４２にて調整された第１計測時間に亘って、第１発振回路６を発振させてその発振パルス数を計測部４１にて計測する処理と、調整部４２にて調整された第２計測時間に亘って、第２発振回路７を発振させてその発振パルス数を計測部４１にて計測する処理とを交互に行う。この際、図９に示すように、第１発振回路６を発振させてその発振パルス数を計測する期間では第２発振回路７を発振させず、また、第２発振回路７を発振させてその発振パルス数を計測する期間では第１発振回路６を発振させない。よって、互いに発振の影響を受けることなく、発振パルス数を計測するので、その計測値は精度が高くなる。
【００７０】
所定時間（第１計測時間及び第２計測時間）ずつの発振パルス数の計測を終了すると、第１発振回路６における（第１コイル１に由来する）計測された発振パルス数と、第２発振回路７における（第２コイル２に由来する）計測された発振パルス数との差分を、算出部４３にて算出する。そして、変換部４４により、算出した差分を透磁率に変換し、透磁率の変化量を求める。具体的には、所望する透磁率の検出範囲の中央値を０に設定し、この中央値に対応する差分と比べた算出差分の多少に基づいて中央値からの変化量を求める。現像ユニットに取り付けられた透磁率センサ（トナーセンサ）１０では、トナーの濃度を検出する。
【００７１】
また、第１発振回路６を発振させて、その発振パルス数を計測する期間では、それ以前の第１発振回路６と第２発振回路７の計測値（例えばＡ′とＢ′）の差分を、算出部４３にて算出し、変換部４４により、算出した差分を透磁率に変換し、透磁率の変化量を求めるので、各発振回路における発振パルス数の計測開始のタイミングで透磁率の変化量の更新が順次行われる。
【００７２】
以下、上述したような手順により、透磁率を検出できる（トナー濃度を検出できる）原理を説明する。
【００７３】
被検出物の透磁率が大きくなった場合、被検出物の近傍に配されたコイルのインダクタンスは、この透磁率の変動に応じて増加する。この結果、そのコイルを含む発振回路の発振パルス数は減少する。ここで、被検出物からの距離を異ならせて２個のコイルを配置している場合、何れのコイルもインダクタンスが増加して、何れの発振回路も発振パルス数は減少する。但し、被検出物に近い方のコイルは、遠い方のコイルに比べて、透磁率の変化の影響を強く受けるので、上記の場合、インダクタンスの増加量が大きくなり、発振パルス数の減少量も大きくなる。よって、２個のコイル夫々を含む２つの発振回路における発振パルス数には、透磁率の変化の程度に応じた分の差異が生じることになる。このように、両発振パルス数の差分と透磁率との間には相関関係が存在するので、本発明では、両発振回路の発振パルス数の差分に基づいて被検出物の透磁率を検出することが可能である。
【００７４】
前述した実施の形態における透磁率センサ１０では、第１コイル１が上記の被検出物に遠い方のコイルに該当し、第２コイル２が上記の被検出物に近い方のコイルに該当する。本発明においては被検出物に近い方のコイルを検知コイル、遠い方のコイルを基準コイルとする。
【００７５】
現像ユニット内の現像剤は、トナーと磁性体（鉄粉）とを混合させたものである。複写の際には、用紙にトナーが付着されて磁性体はほとんど付着されない。よって、複写処理が進むにつれて、トナーの量は減少していくが磁性体の量はほとんど変化しないので、現像剤の透磁率は増加する。よって、現像ユニット内の透磁率とトナーの濃度とには、反比例的な相関関係が存在する。本発明では、上述したように被検出物（現像剤）の透磁率を検出できるので、検出した現像ユニット内の現像剤の透磁率に基づきトナーの濃度を検出できる。
【００７６】
ここで、調整部４２における第１計測時間及び第２計測時間の少なくとも一方の調整処理について説明する。
【００７７】
被検出物から遠い第１コイル１と被検出物に近い第２コイル２とでは使用環境が異なるため、透磁率センサの検出特性は、温度変動の影響を受け易い。また、第１コイル１及び第２コイル２は、前述したように、基板１４１にパターニング印刷にて形成するため、印刷具合の違いに起因する第１コイル１及び第２コイル２の特性の差異が発生しうる。
【００７８】
本発明の透磁率センサ１０は、このような課題を解決するために、第１計測時間及び第２計測時間の少なくとも一方の調整を行う。この調整処理は、透磁率センサ１０の出荷時、又は透磁率センサ１０を備えた複写機による複写時など、実際の透磁率検出処理が実行される前に行われる。所望の検出範囲における中央値の状況にあって、第１コイル１及び第２コイル２での１回の計測期間内のパルス数に差がないように、これらの計測時間の調整を行う。なお、この検出範囲の中央値の状況を作り出すためにトナーを準備するのは面倒であるため、同じ透磁率（上記中央値）を有する金属を使用する。このときの環境温度については常温とする。
【００７９】
現像剤に近い位置に配される第２コイル２は、磁性体（現像剤）の影響を大きく受けてインダクタンスは大きくなる。一方、現像剤から遠い位置に配される第１コイル１は、磁性体（現像剤）の影響をほとんど受けずにインダクタンスもあまり大きくならない。発振周波数はインダクタンスに略反比例するため、第２発振回路７の発振パルス数は第１発振回路６の発振パルス数より少なくなる。そこで、このような磁性体（現像剤）の影響の大小による差を補償する分だけ、第２計測時間が第１計測時間より相対的に長くなるような調整を行っている。具体的には第１発振回路６の発振パルス数と、第２発振回路７の発振パルス数が同じになるように計測時間を調整する。
【００８０】
このような第２計測時間が第１計測時間より相対的に長くなる調整を行う場合、第２計測時間は変更せずに第１計測時間を短くする調整、第１計測時間は変更せずに第２計測時間を長くする調整、第１計測時間を短くして第２計測時間を長くする調整の何れであっても良い。
【００８１】
計測時間の調整は、計測にあたってはまず、夫々の計測時間は同じとし、第１発振回路６による発振パルス数の計測と第２発振回路７による発振パルス数の計測を行った後、その差分を測定し差分が無くなるようにどちらか一方の計測時間を調整する。この場合、１回の計測時間の調整で同じ発振パルス数にならない場合がありその場合には以下のように調整する。具体的には、調整された計測時間で再度第１発振回路６による発振パルス数と、第２発振回路７による発振パルス数を計測し、発振パルス数の差分を計算し、差分が無くなるようにどちらか一方の計測時間を調整する。最終的には、第１発振回路６による発振パルス数と第２発振回路７による発振パルス数の差が最も小さい状態を初期値と設定し（検出範囲の中央値と設定し）、実際の測定を行っても良い。この補正は後述のステップ２（補正処理）に該当している。
【００８２】
以上に述べた計測時間の調整の全体について、フローチャートを用いて、説明する。図１０は計測時間調整処理の処理手順例を示すフローチャートである。計測時間調整処理は電子チップ４の調整部４２が主体となって行う処理である。調整部４２は初期補正処理を行う（ステップＳ１）。初期補正処理は主として電子チップ４のクロックの誤差を補正することを目的とする処理である。調整部４２は補正処理を行う（ステップＳ２）。補正処理は主として測定範囲の中央値と想定する環境で第１発振回路６と第２発振回路７との計測パルス数の差分を最小値（０を含む）にすることを目的とする処理である。調整部４２は強制補正処理を行う（ステップＳ３）。強制補正処理は主として測定範囲の中央値と想定する環境で第１発振回路６と第２発振回路７との計測パルス数の差分を強制的に０にする処理である。強制補正処理は補正処理にて得られた差分の最小値を強制的に０とする処理であり、補正処理にて差分が最小値となったことを確認する意味を含む処理である。調整部４２は計測時間調整処理を終了する。
その後、図１０に示す手順にて透磁率の測定を繰り返し行う（ステップＳ４）。
【００８３】
図１１は初期補正処理の処理手順例を示すフローチャートである。第１発振回路６を構成するコイルを基準コイル、第２発振回路７を構成するコイルを検知コイルとし、また第１発振回路６を基準発振回路、第２発振回路７を検知発振回路とする。調整部４２は初期計測時間（ｔ０）で第１発振回路６の発振パルス数を、計測部４１で計測する（ステップＳ１１）。調整部４２は算出部４３により計測したパルス数と所定値との差分を算出する（ステップＳ１２）。所定値に基づき、第１発振回路６の発振パルス数が所定値となるように、第１発振回路６の計測時間を補正する（ステップＳ１３）。調整部４２は初期補正処理を終了し、処理を呼び出し元に戻す。補正後の計測時間は例えば、ｔ０＋αとする。ステップＳ１３で初期補正は完了する。なお、ステップＳ１３の後に、計測時間ｔ０＋αで、計測部４１により第１発振回路６の発振パルス数を計測し、計測した発振パルス数が所定値となる否かを確認する処理を行う。計測時間ｔ０＋αで、第１発振回路６の発振パルス数を計測する（ステップＳ１４）。調整部４２は発振パルス数が所定値となったか否かを判定する（ステップＳ１５）。調整部４２は発振パルス数が所定値となっていないと判定した場合（ステップＳ１５でＮＯ）、処理をステップＳ１２に戻す。調整部４２は発振パルス数が所定値となっていると判定した場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、処理を終了し呼び出し元に戻す。なお、発振パルス数が所定値とならない場合やαが収束しない場合は、発振パルス数と所定値の差分が最も小さくなる値をαに設定する。なお、処理を簡略化するため、ステップＳ１４、Ｓ１５の処理を省略してもよい。
【００８４】
例えば、第１発振回路６が１０ＭＨｚで発振する設計とする。そして、発振パルス数を３万回、計測するものとする。この場合、初期計測時間ｔ０を３ｍｓとする。計測部４１で３ｍｓ間、第１発振回路６の発振パルス数を計測する。計測した発振パルス数が３万を下回る場合は下回るパルス数の分、計測時間を長くする。すなわち、αを正の値とする。計測した発振パルス数が３万を上回る場合は上回るパルス数の分、計測時間を短くする。すなわち、αを負の値とする。計測した発振パルス数が３万となった場合は、αを０とする。初期補正処理における調整部４２の動作は、上述の第１調整部としての動作例である。
【００８５】
図１２は補正処理の処理手順例を示すフローチャートである。補正処理は測定範囲の中心と透磁率を測定されるような環境で行う。例えば、そのような環境を作り出す磁性板（基準磁性板）を用いる。調整部４２は初期補正処理で求めた計測時間ｔ０＋αで、計測部４１により第１発振回路６の発振パルス数を計測する（ステップＳ２１）。調整部４２は計測した第１発振回路６の発振パルス数を記憶する（ステップＳ２２）。調整部４２は初期補正処理で求めた計測時間ｔ０＋αで、計測部４１により第２発振回路７の発振パルス数を計測する（ステップＳ２３）。調整部４２は算出部４３により計測した第２発振回路７の発振パルス数と記憶した第１発振回路６の発振パルス数との差分を算出する（ステップＳ２４）。調整部４２は補正処理を終了し、処理を呼び出し元に戻す。差分が０となるように、第２発振回路７の計測時間を補正する（ステップＳ２５）。調整部４２は補正後の計測時間は例えば、ｔ０＋α＋βとする。第２発振回路７のパルス数が第１発振回路６の発振パルス数よりも小さい場合は、βを正の値とする。第２発振回路７のパルス数が第１発振回路６の発振パルス数よりも大きい場合は、βを負の値とする。第２発振回路７のパルス数が第１発振回路６の発振パルス数と等しい場合は、βは０とする。ステップＳ２５の後に、計測時間ｔ０＋αで第１発振回路６の発振パルス数を計測し、計測時間ｔ０＋α＋βで第２発振回路７のパルス数を計測し、両パルス数が等しいか否かを確認する処理を行ってもよい。等しくない場合には、再度、βを設定し直す。βが収束しない場合は、発振パルス数と所定値の差分が最も小さくなる値とする。具体的にはステップＳ２５の後に、調整部４２は計測した第１発振回路６の発振パルス数と第２発振回路７のパルス数とが一致するかを判定する。調整部４２は両パルス数が一致すると判定した場合、補正処理を終了する。調整部４２は両パルス数が一致しないと判定した場合、Ｓ２１へ戻り、ステップＳ２１以降を繰り返す工程となる。この際の計測時間は第１発振回路６ではｔ０+αであり（ステップＳ２１）、第２発振回路７ではｔ０+α+βとする（ステップＳ２５）。同様の要領で第２発振回路７の時間を補正しながら発振パルス数が同じになるように補正する。また、第２発振回路７の計測時間を補正するのではなく、第１発振回路６の計測時間を補正してもよい。補正処理における調整部４２の動作は、上述の第２調整部としての動作例である。
【００８６】
図１３は強制補正処理の処理手順例を示すフローチャートである。強制補正処理は補正処理にて設定した計測時間での発振パルス数も差分を最終確認し差分を強制的に０とする処理である。強制補正処理も補正処理と同様に基準磁性板を用い測定範囲の中心となる透磁率が測定されるような環境で行う。調整部４２はｔ０＋αで、計測部４１により第１発振回路６の発振パルス数を計測する（ステップＳ３１）。調整部４２は計測した第１発振回路６の発振パルス数を記憶する（ステップＳ３２）。調整部４２はｔ０＋α＋βで、計測部４１により第２発振回路７の発振パルス数を計測する（ステップＳ３３）。調整部４２は計測した第２発振回路７の発振パルス数を記憶する（ステップＳ３４）。調整部４２は算出部４３により、第１発振回路６の発振パルス数と第２発振回路７の発振パルス数との差分を算出する（ステップＳ３５）。その後差分を強制的に０とする。この処理により基準磁性板で測定した値を透磁率の中央値と設定することとなる（ステップＳ３６）。この工程は後述のＳ５２からＳ５７を示している。強制補正処理における調整部４２の動作は、上述の第３調整部としての動作例である。
【００８７】
透磁率の補正処理における一連の流れ（補正後から強制補正）について、フローチャートを用いて、説明する。図１４は透磁率補正処理の補正後から強制補正の処理手順例を示すフローチャートである。調整部４２は第１発振回路６の計測時間（第１計測時間ｔ１）をｔ０＋αとする。調整部４２は第２発振回路７の計測時間（第２計測時間ｔ２）をｔ０＋α＋βとする（ステップＳ５１）。計測部４１は第１計測時間ｔ１で第１発振回路６の発振パルス数を計測する（ステップＳ５２）。計測部４１は計測した第１発振回路６の発振パルス数を記憶する（ステップＳ５３）。計測部４１は第２計測時間ｔ２で第２発振回路７の発振パルス数を計測する（ステップＳ５４）。計測部４１は計測した第２発振回路７の発振パルス数を記憶する（ステップＳ５５）。調整部４２は強制補正処理で求めた差分（強制差分）で、第１発振回路６の発振パルス数又は第２発振回路７の発振パルス数を補正する。強制補正処理で、第１発振回路６の発振パルス数が第２発振回路７の発振パルス数より大きかった場合、第２発振回路７の発振パルス数の値に強制差分を足す。第１発振回路６の発振パルス数が第２発振回路７の発振パルス数より小さかった場合、第２発振回路７の発振パルス数の値に強制差分を引く（差分を強制的に０とする）ことで補正は完了する（ステップＳ５６、Ｓ５７）。この処理により、基準磁性板での測定値が透磁率の中央値として設定される。
【００８８】
上述したような調整を行っておくことにより、温度変動による検出出力の変動を抑えることができる。また、上述したような形成時における第１コイル１及び第２コイル２の特性についての差異分などの補償も結果的に行えていることになる。したがって、本発明の透磁率センサ１０では、温度変動の影響を抑制して高精度に現像剤の透磁率を検出することができ、トナーの正確な濃度を得ることが可能である。
【００８９】
なおステップＳ１の初期補正、ステップＳ３の強制補正は必須ではなく、要求される仕様に応じて適宜組み合わせても良い。
【００９０】
初期補正を行ったのちに補正及び強制補正を行う場合には、基準コイル（本明細書では第１コイル１）の計測時間を一定とし検知コイル（本明細書では第２コイル２）の計測時間を調整するのが望ましい。
【００９１】
本発明において下記のような利点もあげられる。使用されるトナーの種類によっては、トナー濃度の制御範囲が変わる場合がある。この場合、例えばマイクロコンピュータＵ１の未使用端子を利用して、この未使用端子の電圧レベルを外部から制御することで、トナー濃度の制御範囲を、使用するトナーに適切な範囲になるように調節するオフセット機能を与えることができる。
【００９２】
また近年は、電子写真方式によっては高画質を得るためにトナー自体の粒径も小さくなる傾向にある。また、不要なトナーの量を極力減らして低コスト、軽量化の傾向にあり、結果として検出できる透磁率の変化が小さくなる傾向にある。小さくなった透磁率の変化を正確に検知するためには小さい透磁率の変化を大きくするために増幅等の方法で測定感度を大きくする必要がある。この場合、透磁率の変化に直線性がなくなり、正確な透磁率の測定ができないことがある。本発明によれば、線形補正等のソフトウェアを利用した方法を用いることにより、悪くなった直線性を改善することが可能になり、透磁率の変化を正確に把握できることが可能になる。
【００９３】
なお、図８には一例として端子を８個有するマイクロコンピュータを記載したが、この構成に限定されるものではない。必要な場合には異なる端子数のマイクロコンピュータを使用し透磁率の変化などの情報をシリアル通信などの手段で、上位の制御側に伝達し、また上位側からの制御信号を受けることも可能である。
【００９４】
上述した実施の形態では、同軸状に配した２個のコイル（第１コイル１及び第２コイル２）のインダクタンスの変化を、マイクロコンピュータ（電子チップ４）に内蔵された発振器の正確なクロック信号で駆動される２つの発振回路（第１発振回路６及び第２発振回路７）における発振パルス数の差分として検出し、その差分（発振パルス数の変化量）をマイクロコンピュータにて演算処理して透磁率の変化を検出している。ここで、２個のコイル夫々を交互に発振回路に接続させて、夫々所定時間に亘って交互にマイクロコンピュータにて発振パルス数を計測し、その差分を算出して透磁率の変化を検出している。
【００９５】
本実施の形態においては、第１コイル１及び第２コイル２を基板へのパターニング印刷により形成している。従来の非磁性ボビン等にワイヤを巻きまわしてコイルを構成する場合と比較して、コイル部分を大量に生産する場合にはコストを抑えることが可能となる。本実施の形態では、第１コイル１及び第２コイル２を同軸状に配しているので、コイルの配置に必要な面積を低減できる。さらに、マイクロコンピュータを用いて各種の処理を行うようにしたので、部品点数を低減できて、回路部品を実装する面積は少なくて済む。以上のことから、透磁率センサの大幅な小型化を実現できる。
【００９６】
２つの発振回路における発振パルス数の計測を交互に行うようにしているので、一方のコイルを含む発振回路の計測が他方のコイルで発生する磁束（他方のコイルでのインダクタンス変化）の影響を受けないため、正確な発振パルス数を計測することができ、この結果、高い精度にて透磁率を検出することが可能である。
【００９７】
本実施の形態では、２つの発振回路を構成するトランジスタとコンデンサを共通とし、コイルを発振回路それぞれに配置したので、部品の数を少なくすることができて、コストダウンが図れる。又部品数が少ないため部品特性のばらつきを低減でき、さらに温度変化、ノイズといった外乱の影響を受け難く、正確な測定が可能となる。
【００９８】
マイクロコンピュータを用いてソフトウェアにより種々の処理を行うようにしたので、ハードウェアとしての回路部品の点数を減少できて、回路部品における特性のばらつきの影響を受けることが少なくなる。また、ソフトウェアにて処理するので、環境（温度、湿度など）の影響を受けにくくなる。よって、検出される透磁率の精度を高めることができる。
【００９９】
また、設定されるトナーの濃度が異なる場合にあっても、ソフトウェアの内容を変更するのみで簡単に対応できる。よって、トナー濃度の異なる設定値毎の管理が不要であるため、大量生産が容易となって、低コスト化を図ることができる。
【０１００】
図１５は、本発明例と従来例とにおけるトナー濃度の検出感度特性を示すグラフである。図１５において、横軸はトナー濃度を表し、縦軸は透磁率の検出結果としての出力電圧を表している。また、図１５中の（ａ）、（ｂ）は夫々、本発明例、従来例の特性を示している。
【０１０１】
本発明例と従来例とを比較した場合、本発明例では、トナー濃度の変化に対して出力電圧がリニアに変動して行く部分が従来例に比べて広くなっている。よって、本発明例の検出精度は、従来例の検出精度より優れていることが分かる。
【０１０２】
図１６は、本発明例と従来例とにおけるオフセット制御を行うための制御電圧特性を示すグラフである。図１６において、横軸は印加する制御電圧を表し、縦軸は出力電圧を表している。また、図１６中の（ａ）、（ｂ）は夫々、本発明例、従来例の特性を示している。
【０１０３】
本発明例と従来例とを比較した場合、従来例では制御電圧の変化に対して出力電圧が一部でしかリニアに変動していないのに対して、本発明例では、制御電圧の変化に対して出力電圧が全体に亘ってリニアに変動している。よって、本発明例におけるオフセット制御の精度は、従来例の精度より優れていることが分かる。
【０１０４】
（実施の形態２）
本実施の形態の透磁率センサ１０は感度の設定を可能とする。本実施の形態の透磁率センサ１０の構成は一部を除き、実施の形態１と同様である。以下の説明においては、実施の形態１と異なる点を主に説明する。
【０１０５】
図１７は透磁率センサの機能構成の他例を示すブロック図である。実施の形態１と異なる点は電子チップ４の機能構成である。電子チップ４は実施の形態１と同様に計測部４１、調整部４２、算出部４３及び変換部４４を機能的に有している。加えて、本実施の形態における電子チップ４は記憶部４５及び初期設定部４６を機能的に有している。計測部４１から変換部４４の機能は実施の形態１と同様である。記憶部４５は感度に応じた発振パルス数の初期値を記憶する。初期設定部４６は外部から入力される選択信号に基づいて感度を選択し、選択した感度に対応する初期値を記憶部４５から読み出し、発振パルス数の計測時間の初期値（初期計測時間）として設定する。
【０１０６】
本実施の形態において、図８に示したマイクロコンピュータＵ１の第５端子には抵抗Ｒ６を介して、感度選択を行うための制御電圧Ｖｒｅｆを出力する出力端子が接続されている。制御電圧Ｖｒｅｆを第５端子に入力し、感度の設定を行う。
【０１０７】
本実施の形態では、３つの動作モード（以下、単にモードと記す。）を用意し、モード毎に異なる感度を対応させる。計測を開始する前にモードを選択する。３つのモードは感度が高い順に、高感度モード、中感度モード、低感度モードという。以降、高感度モードを単に高感度、中感度モードを単に中感度、低感度モードを単に低感度ともいう。
【０１０８】
図１８はモード毎の検出トナー濃度と出力電圧との関係例を示すグラフである。図１８において、横軸はトナー濃度で、単位は重量％（ｗｔ％）である。縦軸は出力電圧で、単位はボルト（Ｖ）である。グラフ７１は高感度のグラフ例を示す。グラフ７２は中感度のグラフ例を示す。グラフ７３は低感度のグラフ例を示す。各モードにおいて、検出範囲の中央値において、出力電圧を２．５Ｖとする。中央値の前後で、それぞれ出力電圧を２Ｖ、３Ｖとする濃度を定めることで、検出濃度に対する出力電圧の変化量が決まるので、感度が設定できる。検出濃度の変化に対する出力電圧の変化量をあげるためには、発振パルス数を計測する時間を長くする。
【０１０９】
図１８に示す感度の設定では、高感度モード、中感度モード、低感度モードの各モードにおける中央値は異なるようにしているが、それに限らない。全てのモードにおいて、中央値を一致させてもよい。任意の２つのモードで中央値を一致させてもよい。さらにまた、複数のモード間で検出範囲に重なりがあってもよいし、重なりがなくてもよい。
【０１１０】
感度の設定にあたっては、トナー濃度に対応する透磁率を有する磁性板（基準磁性板）を用意する。図１８に示す値を用いて説明すると、高感度の設定用として、濃度の低い方から、濃度Ｈｂ、濃度Ｈｃ、濃度Ｈｔに対応する透磁率を持った磁性板をそれぞれ計３枚用意する。中感度用として、濃度Ｍｂ、濃度Ｍｃ、濃度Ｍｔに対応する透磁率を持った磁性板を用意する。低感度用として、濃度Ｌｂ、濃度Ｌｃ、濃度Ｌｔに対応する透磁率を持った磁性板を用意する。計９枚用意した磁性板を透磁率センサ１０で計測し、計測時間を決定する。決定した感度毎の計測時間は、電子チップ４に記憶する。
【０１１１】
続いて、動作時の感度選択方法について説明する。感度の選択は、外部の機器から、マイクロコンピュータＵ１の第５端子に入力されるＶｒｅｆ（選択信号）を用いて行う。図１９は感度選択方法を示すチャート図である。図１９の上から、低感度を選択する場合、中感度を選択する場合、高感度を選択する場合を示している。図１９はＶｒｅｆの波形を示している。縦軸はＶｒｅｆに与える電圧を示している。横軸は経過時間を示している。Ｖｒｅｆを１秒間、Ｈレベル（５Ｖ）にすると、マイクロコンピュータＵ１は初期設定モードに移行する。その次の１秒間で、Ｖｒｅｆの電圧により、感度の指定を行う。Ｖｒｅｆを０Ｖに保つと、低感度で動作する。Ｖｒｅｆを２．５Ｖに保つと、中感度で動作する。Ｖｒｅｆをオープン状態（ハイインピーダンス）に保つと、中感度で動作するようにしてもよい。Ｖｒｅｆを５Ｖに保つと、高感度で動作する。図１９に示す例では、感度選択後の１秒間で、中央値を設定する。Ｖｒｅｆに入力した電圧が、検出範囲の中央値の出力電圧となる。感度は３段階としたが、それに限らない。感度を指定するためのＶｒｅｆの値を増やすことにより、４段階以上としてもよい。また、感度指定をマイクロコンピュータＵ１の１つの端子ではなく、２つ以上の端子で行えるようにしてもよい。
【０１１２】
調整部４２における第１計測時間及び第２計測時間の少なくとも一方の調整処理は、実施の形態１と同様である。計測時間調整の全体は次の点を除き、図１０に示した実施の形態１と同様である。本実施の形態において、電子チップ４は、まず感度の設定を行う。初期設定部４６は制御電圧Ｖｒｅｆの値から対応する感度を決定し、決定した感度に対する初期計測時間を記憶部４５から読み出す。電子チップ４は図１０に示したステップＳ１以降を実行する。
【０１１３】
初期補正処理の処理手順は図１１に示した実施の形態１の手順と同様である。補正処理の処理手順は図１２に示した実施の形態２の手順と同様である。但し、本実施の形態において、補正処理は検出範囲の中心と透磁率を計測されるような環境で行う。すなわち、感度に応じた磁性板（基準磁性板）を用いる。強制補正処理の処理手順は図１３に示した実施の形態１の手順と同様である。透磁率の補正処理における一連の流れ（補正後から強制補正）についても、図１４に示した実施の形態１の流れと同様である。
【０１１４】
本実施の形態においては、実施の形態１が奏する効果に加えて、次の効果を奏する。予め複数の感度を用意し動作時に選択可能とした。それにより、使用されるトナーの種類によって、トナー濃度の制御範囲が変わる場合であっても、感度を変更することにより対応可能となる。なお、感度は３つとしたが、それに限らない。２つでもよいし、４つ以上でもよい。
【０１１５】
（変形例１）
以下、組コイル１４の変形例について、説明する。図２０は透磁率センサの構成例の部分断面図である。断面線は図５と同様である。図２０に示す透磁率センサ１０においては、端子１４３が側面視Ｌ字状をなす。端子１４３は土台部１４３１と垂直部１４３２とを含む。土台部１４３１と垂直部１４３２との一部が、台座１４２に埋め込まれている。土台部１４３１は直方体状をなす。土台部１４３１は基板１４１の表面と平行な面が、基板１４１のランドと半田付けにより接続される。垂直部１４３２の上面において、リード線１７の一端が半田付けにより接続されている。リード線１７はより線などの剛性の低い線を用いる。リード線１７の剛性が低い場合、組コイル１４は収容部１２１でガタつくおそれがある。そのため、ケース１２の収容部１２１の内面には円環状の突起１２１１が形成してある。当該突起１２１１により、基板１４１が収容部１２１の内部で固定される。
【０１１６】
（変形例２）
図２１は透磁率センサの構成例の部分断面図である。断面線は図５と同様である。図２１に示す形態では、端子１４３を台座１４２の下部に配している。リード線１７は台座１４２を貫通し、端子１４３の上面に接続される。端子１４３の下面と基板１４１のランドとは、リフロー半田により半田付けされる。
【０１１７】
当該変形例では、端子１４３をリフロー半田により、基板１４１に半田付けするため、組立時の手作業工程が減り、製造コストを抑制することが可能となる。リフロー半田で端子１４３と基板１４１のランドとを接続するので、手半田に比べ半田付けの品質が向上し、歩留まりがよくなる。
【０１１８】
（変形例３）
図２２は透磁率センサの構成例の部分断面図である。断面線は図５と同様である。図２２に示す形態では、台座１４２及び端子１４３を省いた構成である。制御基板１１３と基板１４１とをリード線１７のみで接続する。リード線１７の一端を基板１４１のランドと半田付けする。リード線１７の他端を制御基板１３のランド等と半田付けする。リード線１７は半田付けをしやすいように、剛性の低いより線で構成する。
【０１１９】
当該変形例では、台座１４２及び端子１４３を省いたことにより、部品コストを削減することが可能となる。また、部品点数が減るため、部品の調達、在庫確保等の管理作業が軽減される。
【０１２０】
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２１】
１０      透磁率センサ
１１      カバー
１２      ケース
１２１    収容部
１２１１  突起
１３      制御基板
１４      組コイル
１４１    基板
１４２    台座
１４３    端子
１５      コネクタ
１        第１コイル
２        第２コイル
４        電子チップ
４１      計測部
４２      調整部
４３      算出部
４４      変換部
４５      記憶部
４６      初期設定部
５        回路部品
６        第１発振回路
７        第２発振回路
【図１】
2020101412.tif 000003
【図２】
2020101412.tif 000004
【図３】
2020101412.tif 000005
【図４】
2020101412.tif 000006
【図５】
2020101412.tif 000007
【図６】
2020101412.tif 000008
【図７】
2020101412.tif 000009
【図８】
2020101412.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2020101412.tif 000014
【図１３】
2020101412.tif 000015
【図１４】
2020101412.tif 000016
【図１５】
2020101412.tif 000017
【図１６】
2020101412.tif 000018
【図１７】
2020101412.tif 000019
【図１８】
2020101412.tif 000020
【図１９】
2020101412.tif 000021
【図２０】
2020101412.tif 000022
【図２１】
2020101412.tif 000023
【図２２】
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