(57)【要約】【課題】  磁気センサの小型化及び低コストを図りつつ磁気センサの検出精度を高めることができる磁気センサ補正装置を提供する。【解決手段】  検出コイルと基準コイルと出力コイルとを備える差動トランスＴ１と、検出コイルの近傍に配設されたキャリブレーションコイルＬ４とを備える磁気センサ部１と、キャリブレーションコイルＬ４に所定の交流電流を流した際に検出コイルにより検出される磁束である標準磁束の目標値に対するずれを補正値として算出すると共に、補正値を基に、前記差動トランスにより検出された磁束を補正する制御部２とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束を検出する検出コイル、基準コイル、及び前記検出コイルと前記基準コイルとの差電圧を前記検出コイルにより検出された磁束として出力する出力コイルを備える差動トランス、並びに前記検出コイルの近傍に配設されたキャリブレーションコイルを備える磁気センサと、
前記キャリブレーションコイルに所定の交流電流を流した際に前記検出コイルにより検出される標準磁束の目標値に対するずれを補正値として算出する補正値算出手段と、
前記補正値を基に、前記検出コイルにより検出された磁束を補正する補正手段とを備えることを特徴とする磁気センサ補正装置。
【請求項２】
前記補正値を算出する補正値算出モードと、前記補正値を用いて前記検出コイルにより検出された磁束を補正する補正測定モードとのいずれかのモードに設定するモード設定手段を更に備え、
前記補正値算出手段は、前記補正値算出モードが設定されている場合、前記キャリブレーションコイルに高周波電流を流し、前記補正測定モードが設定されている場合、前記キャリブレーションコイルに高周波電流を流さないことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ補正装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記補正測定モードが設定されている場合、前記検出コイルにより検出された磁束に前記補正値を加算することを特徴とする請求項２記載の磁気センサ補正装置。
【請求項４】
前記基準コイル、前記出力コイル、前記検出コイル、及び前記キャリブレーションコイルは、センサ面側からこの順で同一のコアに巻かれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁気センサ補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサの検出精度を高め得る磁気センサ補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー濃度等を測定する磁気センサとして、出力コイルがコアの中央部に巻かれ、その両側に基準コイルと検出コイルとが巻かれた差動トランスを備える磁気センサが知られている。
【０００３】
図９は、従来の差動トランスからなる磁気センサの出力特性を示したグラフである。図９に示すように磁気センサからの出力電圧はプラスマイナス１０％ほどのバラツキがあることが分かる。そこで、従来の磁気センサでは、バラツキの少ない高精度の回路素子を用いる、或いはバラツキを高精度に補正し得る回路を用いる等して磁気センサの出力特性のバラツキを抑え、検出精度が高められていた。なお、特許文献１には、差動トランスを配線基板面に面実装することで、小型化を図った磁気センサが開示されている。
【特許文献１】特開2000-097916号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の磁気センサでは、高精度の回路素子を用いる、或いはバラツキを高精度に補正し得る回路を用いることで検出精度が高められていたため、回路規模の増大による磁気センサの大型化を招来することに加え、磁気センサの高コスト化を招くという課題を備えていた。
【０００５】
本発明の目的は、磁気センサの小型化及び低コスト化を図りつつ、磁気センサの検出精度を高めることができる磁気センサ補正装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による磁気センサ補正装置は、磁束を検出する検出コイル、基準コイル、前記検出コイルと前記基準コイルとの差電圧を前記検出コイルにより検出された磁束として出力する出力コイルとを備える差動トランス、並びに前記検出コイルの近傍に配設されたキャリブレーションコイルを備える磁気センサと、前記キャリブレーションコイルに所定の交流電流を流した際に前記検出コイルにより検出される標準磁束の目標値に対するずれを補正値として算出する補正値算出手段と、前記補正値を基に、前記検出コイルにより検出された磁束を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記構成において、前記補正値を算出する補正値算出モードと、前記補正値を用いて前記検出コイルにより検出された磁束を補正する補正測定モードとのいずれかのモードに設定するモード設定手段を更に備え、前記補正値算出手段は、前記補正値算出モードが設定されている場合、前記キャリブレーションコイルに高周波電流を流し、前記補正測定モードが設定されている場合、キャリブレーションコイルに高周波電流を流さないことが好ましい。
【０００８】
また、上記構成において、前記補正手段は、前記補正測定モードが設定されている場合、前記検出コイルにより検出された磁束に前記補正値を加算することが好ましい。
【０００９】
また、上記構成において、前記基準コイル、前記出力コイル、前記検出コイル、及び前記キャリブレーションコイルは、センサ面側からこの順で同一のコアに巻かれていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、差動コイルを構成する検出コイルの近傍にキャリブレーションコイルを配設し、このキャリブレーションコイルに所定の交流電流を流した際に生じる磁束が標準磁束として検出コイルにより検出され、検出された標準磁束と予め定められた目標値とのずれ量が補正値として算出され、この補正値を基に、検出コイルにより検出された磁束が補正される。従って、高価な回路素子を採用する、或いは、素子のバラツキを補正する回路を採用しなくとも高精度な測定結果を得ることができる。そのため、装置の磁気センサの小型化及び低コスト化を図りつつ磁気センサの検出精度を高めることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、補正測定モード時にはキャリブレーションコイルに電流が流れないため、検出精度をより高めることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、検出コイルによって検出された磁束に対して補正値が加算されて補正されるため、正確な値を算出することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、キャリブレーションコイルが、基準コイル、出力コイル、及び検出コイルが巻かれているコアと同一のコアに巻かれているため、簡便な構成によりキャリブレーションコイルを検出コイルの近傍に配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態による磁気センサ補正装置のブロック図を示している。本実施の形態の磁気センサ補正装置は、複写機、プリンタ、デジタル複合機等の画像形成装置に適用されている。
【００１５】
本磁気センサ補正装置は、磁気センサ部１と制御部２とを備えている。磁気センサ部１は、画像形成装置が備える現像装置の現像タンク内に配設され、現像装置内に収容された磁性粉を含むトナーの濃度を測定する。本磁気センサ補正装置は、磁性紛を含むトナーを一定圧力でブロック状に押し固めたトナーブロックを用い、このトナーブロックと差動トランスＴ１のセンサ面Ｔ１１との間隔を変化させた際に、差動トランスＴ１に生じた電圧を測定することによりトナー濃度を検出する。磁気センサ部１は、差動トランスＴ１、キャリブレーションコイルＬ４、センサ回路３、及び定電流駆動回路４を備えている。
【００１６】
図２は、差動トランスＴ１の構成図を示している。差動トランスＴ１は、基準コイルＬ２、出力コイルＬ３、検出コイルＬ１、及び円筒状のコア（ボビン）Ｔ１２を備えている。検出コイルＬ１、出力コイルＬ３、及び基準コイルＬ２は、センサ面Ｔ１１側からこの順番でコアに巻かれている。また、検出コイルＬ１とセンサ面Ｔ１１との間にはキャリブレーションコイルＬ４が巻かれている。
【００１７】
なお、差動トランスＴ１は図２に示すものに代えて図３に示すものを採用してもよい。図３に示す差動トランスＴ１は、図２のようにコアＴ１２にキャリブレーションコイルＬ４を巻くのではなく、キャリブレーションコイルＬ４をコアＴ１２の検出コイルＬ１側の端面に貼り付けて構成されている。
【００１８】
図１に示す制御部２は、１チップＣＰＵから構成され、ＣＰＵ２１、Ａ／Ｄ変換器２２、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、分周器（１／Ｎ）２５、オシュレータ（ＯＳＣ）２６、及びスイッチ２７を備えている。オシュレータ２６には水晶発振器２８が接続されている。また、オシュレータ２６は分周器２５及びスイッチ２７を介して定電流駆動回路４と接続されている。ＣＰＵ２１は、Ａ／Ｄ変換器２２を介してセンサ回路３と接続されると共に、ＲＯＭ２３及びＲＡＭ２４と接続されている。また、ＣＰＵ２１は、スイッチ２７をオンオフするための制御信号をスイッチ２７に出力する。なお、本実施の形態では、制御部２は、補正値算出手段、補正手段、及びモード設定手段に相当する。
【００１９】
ＣＰＵ２１は、例えば、操作部５により受け付けられたユーザによる操作指令に従って、補正値算出モード及び補正測定モードのいずれかのモードに磁気センサ補正装置の動作モードを設定する。操作部５としては、例えば本磁気センサ補正装置が適用される画像形成装置が備えるタッチパネルが該当する。
【００２０】
また、ＣＰＵ２１は、補正値算出モードを設定している場合、スイッチ２７をオンにして、オシュレータ２６により生成され、分周器２５により周波数がＮ分の１に分周された高周波信号を定電流駆動回路４に出力する。
【００２１】
図４は、センサ回路３及び定電流駆動回路４の回路図を示している。センサ回路３は、交流増幅回路３１、発振回路３２、及び検波回路３３を備えている。交流増幅回路３１は、差動トランスＴ１、キャリブレーションコイルＬ４、コンデンサＣ５、及び抵抗Ｒ６を備えている。差動トランスＴ１は検出コイルＬ１、基準コイルＬ２、及び出力コイルＬ３を備えている。検出コイルＬ１及び基準コイルＬ２は出力される電圧が逆相となるように巻かれている。出力コイルＬ３は検出コイルＬ１及び基準コイルＬ２と磁気的に接続されている。コンデンサＣ５及び抵抗Ｒ６は、出力コイルＬ３と並列接続され、一端が接地され、他端がコンデンサＣ４に接続されている。検出コイルＬ１はコンデンサＣ６を介して接地されると共に、定電流駆動回路４に接続されている。
【００２２】
また、交流増幅回路３１は、トランジスタＱ１、抵抗Ｒ２〜Ｒ５、及びコンデンサＣ３，Ｃ４を備えている。トランジスタＱ１は、ｎｐｎバイポーラトランジスタから構成され、エミッタは抵抗Ｒ３を介して接地され、抵抗Ｒ３にはコンデンサＣ３が並列接続されている。トランジスタＱ１のベースは抵抗Ｒ５を介して接地されると共に、コンデンサＣ４を介して出力コイルＬ３と接続されている。トランジスタＱ１のベースコレクタ間には抵抗Ｒ４，Ｒ２が接続されている。トランジスタＱ１のコレクタは、検波回路３３と接続されていると共に、抵抗Ｒ２を介して電源Ｖｃｃと接続されている。
【００２３】
発振回路３２は、トランジスタＱ２、抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１８、及びコンデンサＣ７〜Ｃ９を備えるコルピッツ型ＬＣ発振回路であり、差動トランスＴ１を駆動させる。トランジスタＱ２は、ｎｐｎバイポーラトランジスタから構成され、エミッタには抵抗Ｒ７が接続されると共に、コンデンサＣ１０が接続されている。抵抗Ｒ７にはコンデンサＣ８が並列接続されている。トランジスタＱ２のコレクタエミッタ間にはコンデンサＣ７が接続されている。トランジスタＱ２のベースは、抵抗Ｒ８を介して接地され、抵抗Ｒ８にはコンデンサＣ９が並列接続されている。また、トランジスタＱ２のベースは、抵抗Ｒ１８を介して検出コイルＬ１及びキャリブレーションコイルＬ４と接続されている。トランジスタＱ２のコレクタは基準コイルＬ２と接続されている。
【００２４】
検波回路３３は、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１，Ｃ２、及びダイオオードＤ１，Ｄ２を備えている。ダイオードＤ１はアノードがコンデンサＣ２を介してトランジスタＱ１のコレクタに接続されると共に、ダイオードＤ２のカソードと接続されている。ダイオードＤ２のアノードは接地されている。ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ１を介して接地され、コンデンサＣ１は抵抗Ｒ１と並列接続され、制御部２の入力ポートに接続されている。ＧＮＤは制御部２のグランドポートを示し、接地されている。
【００２５】
定電流駆動回路４は、トランジスタＱ３，Ｑ４、抵抗Ｒ９〜Ｒ１７、及びコンデンサＣ１０〜Ｃ１４を備えている。トランジスタＱ３は、ｎｐｎバイポーラトランジスタから構成され、エミッタは、抵抗Ｒ１２及び抵抗Ｒ１３を介して接地されると共に、コンデンサＣ１４及び抵抗Ｒ１７を介してトランジスタＱ４のコレクタに接続されている。コンデンサＣ１３は抵抗Ｒ１３と並列接続されている。トランジスタＱ３のコレクタはコンデンサＣ１１を介してトランジスタＱ４のベースに接続されている。トランジスタＱ３のベースコレクタ間には、抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒ９が接続されている。トランジスタＱ３のベースはコンデンサＣ１０を介して発振回路３２が接続されると共に、抵抗Ｒ１０を介して接地されている。コンデンサＣ１０は発振回路３２から交流電圧を取り出す為の結合コンデンサである。
【００２６】
トランジスタＱ４は、ｎｐｎバイポーラトランジスタから構成され、エミッタは、抵抗Ｒ１６を介して接地されている。また、抵抗Ｒ１６にはコンデンサＣ１２が並列接続されている。
【００２７】
また、定電流駆動回路４は、トランジスタＱ５及び抵抗Ｒ１９，Ｒ２０を備えている。トランジスタＱ５はｐｎｐバイポーラトランジスタから構成され、エミッタは電源Ｖｃｃと接続され、コレクタは、トランジスタＱ４のエミッタと接続されている。トランジスタＱ５のエミッタベース間には抵抗Ｒ１９が接続され、ベースは抵抗Ｒ２０を介して制御部２の出力ポートに接続されている。
【００２８】
次に、磁気センサ補正装置の動作について説明する。補正値算出モードが設定されている場合、スイッチ２７がオンされ、トランジスタＱ５がオフされ、キャリブレーションコイルＬ４を駆動するための交流電圧が発振回路３２からコンデンサＣ１０を介して取り出される。コンデンサＣ１０からの交流電圧は、トランジスタＱ３，Ｑ４で増幅されて、キャリブレーションコイルＬ４を駆動させる。キャリブレーションコイルＬ４に流れる高周波電流は抵抗Ｒ１９とトランジスタＱ４とによって制限される。又、この高周波電流は、抵抗Ｒ１７とコンデンサＣ１４とによってトランジスタＱ３のエミッタに負帰環がかけられることにより、振幅が一定に保たれる。これにより、キャリブレーションコイルＬ４からは一定の磁束（標準磁束）が発生する。
【００２９】
検出コイルＬ１はこの標準磁束の影響を受けて基準コイルＬ２との磁気バランス崩して差電圧を出力コイルＬ３に発生させる。この差電圧はトランジスタＱ１で増幅されて検波回路３３で直流電圧に変換されてＡ／Ｄ変換器２２によりＡ／Ｄ変換され、ＣＰＵ２１により標準電圧Ｖｃとして取得される。ＣＰＵ２１は、この標準電圧Ｖｃと予め定められた目標値Ｖｐとの差を補正値Ｖｄ（＝Ｖｐ−Ｖｃ）として算出し、補正値ＶｄをＲＡＭ２４に保持させる。なお、目標値Ｖｐは実験等によって得られた値である。
【００３０】
一方、補正測定モードが設定されている場合、スイッチ２７がオフされ、トランジスタＱ５がオンされるため、トランジスタＱ４がオフとなる結果、キャリブレーションコイルＬ４は駆動されない。
【００３１】
そして、検出コイルＬ１にトナーブロックが接近すると、検出コイルＬ１と基準コイルＬ２との磁気バランスが崩れ、出力コイルＬ３に交流の差電圧が発生する。この差電圧はトランジスタＱ１で増幅され、ダイオードＤ１，Ｄ２で整流されて直流電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換器２２に入力され、Ａ／Ｄ変換され、測定電圧ＶｍとしてＣＰＵ２１に入力される。ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２４から補正値Ｖｄを読み出し、入力された測定電圧Ｖｍに加算し、測定電圧Ｖｍを補正する。これにより、トナー濃度、又はトナー残量が検出される。
【００３２】
図５は、磁気センサ部１のセンサ面Ｔ１１及びトナーブロックの間隔と、磁気センサ部１の出力電圧との関係を表したグラフである。縦軸は磁気センサ部１の出力電圧（Ｖ）を示し、横軸はセンサ面Ｔ１１とトナーブロックとの距離（ｍｍ）を示している。図５に示すように、センサ面Ｔ１１とトナーブロックとの隙間が狭くなるにつれて出力電圧が上昇していることが分かる。
【００３３】
図６は、キャリブレーションコイルＬ４を駆動させたときの磁気センサ部１の出力特性を示したグラフである。縦軸は磁気センサ部１の出力電圧を示し、横軸はキャリブレーションコイルＬ４に流れる高周波電流を示している。図６に示すように高周波電流が増大するにつれて出力電圧が上昇していることが分かる。これら二つのグラフが示すように、キャリブレーションコイルＬ４に流す高周波電流はセンサ面Ｔ１１とトナーブロックとの距離に対応しており、両グラフは同じような曲線を描いているため、キャリブレーションコイルＬ４に流す高周波電流を制御すれば、任意の濃度を持ったトナーブロックを擬似的に作り出す事が可能である。
【００３４】
なお、図５に示す磁気センサ部１の出力特性は、図７に示すような回路構成を採用することで測定された。図７は、磁気センサ部１の出力特性を測定する際の機器構成を示す図面である。図７に示すように、磁気センサ部１は、電圧計を介して電源供給装置ＰＳと接続されている。この電圧計により図４に示す入力ポート及びＧＮＤポート間の電圧が測定される。キャリブレーションコイルＬ４は交流電流計を介してファンクションジェネレータＦＧと接続されている。この電流計によりキャリブレーションコイルＬ４に流れる高周波電流が測定される。ファンクションジェネレータＦＧによりキャリブレーションコイルＬ４に流す高周波電流が生成される。
【００３５】
以上説明したように、本磁気センサ補正装置によれば、検出コイルＬ１の近傍にキャリブレーションコイルＬ４を設け、補正値算出モードが設定されている場合、このキャリブレーションコイルＬ４により所定の高周波電流を流したときに生じる標準磁束が標準電圧Ｖｃとして検出され、検出された標準電圧Ｖｃと、この標準電圧Ｖｃに対して予め定められた目標値Ｖｐとの差が補正値Ｖｄとして算出され、ＲＡＭ２４に保持される。
【００３６】
一方、補正測定モードが設定されている場合、キャリブレーションコイルＬ４への高周波電流が遮断され、トナーブロックをセンサ面Ｔ１１に近づけたときに差動トランスＴ１にて生じた電圧が測定電圧Ｖｍとして取得され、測定電圧Ｖｍに補正値Ｖｄが加算され、測定電圧が補正される。そのため、高価な回路素子を用いなくとも、高精度にトナー濃度を測定することができる。その結果、磁気センサ部１の小型化及び低コスト化を図りつつ、磁気センサ部１の検出精度を高めることができる。
【００３７】
なお、磁気センサ補正装置は、図１に示す構成に限定されず、図８に示す構成を採用してもよい。図１に示す磁気センサ補正装置では、制御部２が補正値Ｖｄを測定電圧Ｖｍに加算するというようにソフトウェア的に測定電圧Ｖｍを補正していたが、図８に示す磁気センサ補正装置では、測定電圧Ｖｍに補正値Ｖｄが加算され、補正された測定電圧Ｖｍが制御部２に入力されるように交流増幅回路３１のゲインを調節して、測定電圧Ｖｍを補正する。すなわち、ハードウェア的に測定電圧Ｖｍを補正することを特徴としている。また、制御部２からの信号に代えて、発振回路３２からの信号を用いてキャリブレーションコイルＬ４を駆動させることを特徴としている。
【００３８】
但し、この場合、図８に示すように、制御部２にＤ／Ａ変換器２９を加える必要があることに加えて、交流増幅回路３１に制御部２からゲインを調整するために出力された制御信号を受けてゲインを変動させる回路を交流増幅回路３１に設ける必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態による磁気センサ補正装置のブロック図を示している。
【図２】差動トランスの構成図を示している。
【図３】差動トランスの別の構成図を示している。
【図４】センサ回路及び定電流駆動回路の回路図である。
【図５】磁気センサ部のセンサ面及びトナーブロックの間隔と、センサの出力電圧との関係を表したグラフである。
【図６】キャリブレーションコイルを駆動させたときの磁気センサ部の出力特性を示したグラフである。
【図７】磁気センサ部の出力特性を測定する際の機器構成を示す図面である。
【図８】図１に示す磁気センサ補正装置とは別の実施の形態による磁気センサ補正装置の構成を示す図面である。
【図９】従来の差動トランスからなる磁気センサの出力特性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
Ｔ１  差動トランス
３  センサ回路
４  定電流駆動回路
５  操作部
２１  ＣＰＵコア
２２  Ａ／Ｄ変換器
２５  分周器
２６  オシュレータ
２７  スイッチ
２８  水晶発振器
２９  Ｄ／Ａ変換器
３１  交流増幅回路
３２  発振回路
３３  検波回路
Ｔ１１  センサ面
Ｔ１２  コア
Ｖｃｃ  電源
Ｖｃ  標準電圧
Ｖｄ  補正値
Ｖｍ  測定電圧
Ｖｐ  目標値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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