(57)【要約】【課題】より簡単な構成であっても、より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、及び、透磁率センサを用いた透磁率検出方法を提供する。【解決手段】第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２と、第１コイル１を含んで発振する第１発振回路と、第２コイル２を含んで発振する第２発振回路と、時間を表す基準時間信号を外部装置から受信する受信部と、該基準時間信号に基づいて第１発振回路及び第２発振回路夫々における発振周波数を計測する計測部Ｕ１と、計測部Ｕ１にて計測した発振周波数の差分を算出する算出部Ｕ１と、算出部Ｕ１にて算出した差分を透磁率に変換する変換部Ｕ１とを備える。【選択図】図５
2018105759.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、
時間を表す基準時間信号を外部装置から受信する受信部と、
前記第１発振回路及び前記第２発振回路夫々における発振周波数を前記基準時間信号に基づいて計測する計測部と、
前記計測部にて計測した発振周波数の差分を算出する算出部と、
該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周波数と、前記第２発振回路における発振周波数とを交互に計測することを特徴とする請求項１記載の透磁率センサ。
【請求項３】
前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号であ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】
前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号が逓倍された信号であ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５】
前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号に基づく、前記計測部による発振周波数の計測期間を表す制御信号であ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６】
前記受信部によって受信された基準時間信号に対して逓倍処理を行なう処理部を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の透磁率センサ。
【請求項７】
透磁率の検知感度が調整可能であ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】
透磁率センサにて被検出物の透磁率を検出する透磁率検出方法において、
前記被検出物からの距離を互いに異ならせて第１コイル及び第２コイルを配置し、
時間を表す基準時間信号を外部装置から受信し、
前記基準時間信号に基づいて、前記第１コイルを含んで発振する発振回路の発振周波数、及び、前記第２コイルを含んで発振する発振回路の発振周波数を夫々計測し、
前記計測部にて計測した発振周波数の差分を算出し、
算出した差分を透磁率に変換することを特徴とする透磁率検出方法。
【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、及び、該透磁率センサを用いた透磁率検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機又はプリンタ等は、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。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、被検出物からの距離を互いに異ならせて第１コイル及び第２コイルと、第１コイル１を含んで発振する第１発振回路と、第２コイル２を含んで発振する第２発振回路とを備え、第１発振回路及び第２発振回路夫々における発振周波数を計測し、計測した発振周波数の差分を算出して該差分を透磁率に変換することによって、トナーの濃度又は残量を磁気的に検出する透磁率センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−９９１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような従来の透磁率センサでは、使用しているマイクロコンピュータに内蔵されている発振器のクロック信号に基づいて第１発振回路及び第２発振回路夫々における発振周波数が一定の時間間隔で計測される。
【０００６】
また、クロックにおいては、いわゆるＥＭＩ（放射ノイズ）問題を回避するために、一般には意図的に周波数をランダムに変動させるスペクトラム拡散等が施されている。更に、クロック信号には低周波数の揺らぎ（ジッタ）が存在し微小に周波数が変更する。従って、従来の透磁率センサでは、内蔵クロックを用いて発振周波数を計測しても、正確な計測ができず、誤差が発生するという問題がある。
【０００７】
外部に専用の発振子（発振器）を設け、このクロック信号を基準とする方法もあるが、発振器は高価であるので製品の製造コストが高くなるうえに、製品の構造を複雑にするという問題がある。
【０００８】
また、従来の透磁率センサにおいては、検知感度を調整するために、検知対象物との距離を物理的に変える必要があったが、透磁率センサ、及び透磁率センサが取付られる取付部材に個体差があるため、容易でなかった。
【０００９】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より低コストにてより高精度に被検出物の透磁率の変化を検出でき、容易に検知感度を調整できる透磁率センサ、及び、透磁率センサを用いた透磁率検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、時間を表す基準時間信号を外部装置から受信する受信部と、前記第１発振回路及び前記第２発振回路夫々における発振周波数を前記基準時間信号に基づいて計測する計測部と、前記計測部にて計測した発振周波数の差分を算出する算出部と、該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ることを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、被検出物の近傍に配した第１コイルを含む第１発振回路の発振周波数と、被検出物の近傍に第１コイルとは被検出物への距離を異ならせて配した第２コイルを含む第２発振回路の発振周波数とを、計測部で計測する。この際、前記計測部は受信部が外部装置から受信した基準時間信号に基づいて計測を行う。外部装置からの基準信号を受ける受信部を有しており、外部からの基準信号を受けることができる。算出部は、計測部が計測した両発振周波数の差分を算出し、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周波数は低下する。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、発振回路での発振周波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周波数の差分から透磁率を検出することができる。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平面コイルを使用でき、構成は小型化する。
平面コイル等、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。結果としてコンピュータのクロックが発振周波数より低いので、周波数測定の場合には同じ分解能を得るための測定時間を短くし、さらに測定時間を一定とすることができる。また、発振周波数の計測、発振周波数の差分の算出、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、検出精度は高い。
【００１２】
本発明に係る透磁率センサは、前記計測部は、前記第１発振回路における発振周波数と、前記第２発振回路における発振周波数とを交互に計測することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、前記計測部は、第１発振回路における発振周波数の計測と、第２発振回路における発振周波数の計測とを、外部装置からの基準時間信号に基づいて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周波数の計測時に、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周波数の計測値は、他方の発振回路の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周波数を計測でき、透磁率の検出精度は高い。
【００１４】
本発明に係る透磁率センサは、前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号であることを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、被検出物を有する外部装置からの基準時間信号は該外部装置のクロック信号であり、前記計測部は斯かる外部装置のクロック信号に基づいて第１発振回路及び第２発振回路における発振周波数の計測を行う。
外部クロック信号を基準時間信号とすることで正確な透磁率を知ることができる。
【００１６】
本発明に係る透磁率センサは、前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号が逓倍された信号であることを特徴とする。
【００１７】
本発明にあっては、被検出物を有する外部装置からの基準時間信号は該外部装置のクロック信号が逓倍された信号であり、前記計測部は逓倍されたクロック信号に基づいて第１発振回路及び第２発振回路における発振周波数の計測を行う。
クロック信号を逓倍化することで透磁率センサの感度を調整することができる。
【００１８】
本発明に係る透磁率センサは、前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号に基づく、前記計測部による発振周波数の計測期間を表す制御信号であることを特徴とする。
【００１９】
本発明にあっては、被検出物を有する外部装置からの基準時間信号は、該外部装置のクロック信号に基づく、発振周波数の計測期間を表す制御信号であり、前記計測部は斯かる制御信号に基づいて第１発振回路及び第２発振回路における発振周波数の計測を行う。
外部クロック信号に基づいて精度の高い測定を行うことができる。
【００２０】
本発明に係る透磁率センサは、前記受信部によって受信された基準時間信号に対して逓倍処理を行なう処理部を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明にあっては、処理部は例えばＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路を有しており、受信部によって受信された基準時間信号を整数倍にする。
クロック信号を逓倍化することで透磁率センサの感度を調整することができる。
【００２２】
本発明に係る透磁率センサは、透磁率の検知感度が調整可能であることを特徴とする。
【００２３】
本発明にあっては、例えば、受信部によって受信された基準時間信号が処理部にて逓倍処理可能であるから、計測部による発振周波数の計測の頻度（間隔）を変えることができ、透磁率の検知感度を調整できる。
【００２４】
本発明に係る透磁率検出方法は、透磁率センサにて被検出物の透磁率を検出する透磁率検出方法において、前記被検出物からの距離を互いに異ならせて第１コイル及び第２コイルを配置し、時間を表す基準時間信号を外部装置から受信し、前記基準時間信号に基づいて、前記第１コイルを含んで発振する発振回路の発振周波数、及び、前記第２コイルを含んで発振する発振回路の発振周波数を夫々計測し、前記計測部にて計測した発振周波数の差分を算出し、算出した差分を透磁率に変換することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、より低コストにて、より高精度に被検出物の透磁率の変化を検出でき、容易に検知感度を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態に係る透磁率センサの構成を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態に係る透磁率センサの構成を示す断面図である。
【図３】本実施の形態に係る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４】本実施の形態に係る透磁率センサの機能構成を示す機能ブロック図である。
【図５】本実施の形態に係る透磁率センサの一構成例を示す回路図である。
【図６】本実施の形態に係る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７】本実施の形態に係る透磁率センサの動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】第１変形例におけるコイルの構成を示す斜視図である。
【図９】第２変形例における透磁率センサの構成を示す断面図である。
【図１０】第３変形例における透磁率センサの構成を示す断面図である。
【図１１】第４変形例における透磁率センサの構成を示す断面図である。
【図１２】第５変形例における透磁率センサの構成を示す断面図である。
【図１３】本実施の形態の透磁率センサに適したシールド部材の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１及び図２は、本実施の形態に係る透磁率センサ２０の構成を示す斜視図及び断面図である。
【００２８】
図１及び図２において、１０は扁平矩形状の基板である。基板１０の長手方向における一端部の一面（図示下面）には第１コイル１が形成されている（図２参照）。また、基板１０の前記一端部の他面（図示上面）には、第１コイル１と同軸をなして、第２コイル２が形成されている。これらの第１コイル１及び第２コイル２は、例えば、基板１０への銅箔パターンの印刷により形成される。
【００２９】
基板１０の長手方向における他端部の上面には、該他端部の端から、前記長手方向にその一部を突出させてコネクタ３が実装されている。基板１０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を含む電子チップ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、第１コイル１または第２コイル２と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。透磁率センサ２０は、以上のような構成をなす。
【００３０】
図３は、本実施の形態に係る透磁率センサ２０の現像ユニットへの取り付け例を示す断面図である。図３において３０は、例えば複写機の現像ユニットの内外を仕切る隔壁である。隔壁３０の外側には、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２１に収納された状態で透磁率センサ２０が現像ユニットに取り付けられる。なお、コネクタ３は先端部がケース２１から外側に抜き出されている。
【００３１】
この際、図１及び図２に示した基板１０の下面が隔壁３０と対向するように、透磁率センサ２０が現像ユニットの隔壁３０に取り付けられる。よって、第１コイル１が第２コイル２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（被検出物）に近い位置に配されることになる。透磁率センサ２０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。
【００３２】
図４は、本実施の形態に係る透磁率センサ２０の機能構成を示す機能ブロック図である。図４において、図１及び図２と同一または同様な部分には同一の符号を付している。
【００３３】
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。すなわち、本実施の形態に係る透磁率センサ２０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ので、部品の点数を減らすことが出来る。更に、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周波数は、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い。
【００３４】
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夫々における発振周波数を計測する計測部４１と、計測部４１で計測した発振周波数の差分を算出する算出部４２と、算出部４２にて算出した差分を透磁率に変換する変換部４３とを機能的に有している。
【００３５】
更に、回路部品５は、例えば、ＰＬＬ回路を有する処理部５０を備えており、処理部５０は後述する第５端子（受信部）によって受信された、時間を表す基準時間信号に対して逓倍処理を行なうことが出来る。このように処理部５０によって逓倍処理された基準時間信号に基づいて、計測部４１は発振周波数の計測を行う。
【００３６】
図５は、本実施の形態に係る透磁率センサ２０の一構成例を示す回路図である。図５において、コイルＬ１及びコイルＬ２は夫々、上述した第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、上述した電子チップ４に相当する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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４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４端子と抵抗Ｒ６との間にはコンデンサＣ５の一端が接続され、コンデンサＣ５の他端は接地されている。
【００４０】
更にマイクロコンピュータＵ１の第５端子には、抵抗Ｒ５を介して、複写機（外部装置）のクロック信号出力端子１０１が接続されている。第５端子と抵抗Ｒ５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。複写機は上述した現像ユニットを有する。
【００４１】
複写機のような装置にはクロック信号を生成する高精度の発振器が内蔵されており、斯かるクロック信号に基づいて各種デジタル処理が行われる。マイクロコンピュータＵ１が有する発振器が生成するクロック信号に対して一般にはいわゆるＥＭＩの対策としてスペクトラム拡散等が施されている。
【００４２】
本実施の形態に係る透磁率センサ２０においては、その一例である複写機の発振器が生成する、スペクトラム拡散等が施されていないクロック信号（以下、基準時間信号ともいう。）をマイクロコンピュータＵ１の第５端子が受信できるように構成されている。（第５端子をクロック信号の受信端子(受信部)に割り当てている）受信した前記基準時間信号に基づいて、計測部４１が発振周波数の計測を行う。また、複写機からマイクロコンピュータＵ１の第５端子が前記基準時間信号を受信した場合、処理部５０が受信した前記基準時間信号の周波数を逓倍する処理を行ない、逓倍処理された基準時間信号に基づいて、計測部４１が発振周波数の計測を行うように構成しても良い。すなわち、前記基準時間信号は複写機のクロック信号が逓倍処理された信号であっても良い。なお、斯かる逓倍処理は、上述したように透磁率センサ２０にて行われても良く、複写機にて行われても良い。
【００４３】
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、上述した第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、上述した第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とが所定時間ずつ交互に発振するようになっている。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る透磁率センサ２０の動作について説明する。図６は、本実施の形態に係る透磁率センサ２０の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００４５】
第１発振回路６と第２発振回路７とを交互に所定時間ずつ発振させ、夫々の発振における発振周波数を、複写機からの前記基準時間信号を用いて、計測部４１が計測する。所定時間は、例えば２ｍｓである。詳しくは、計測部４１による計測の開始タイミング及び終了タイミング（図６中の矢印参照）を表す制御信号が前記基準時間信号を用いて生成され、計測部４１は斯かる制御信号に応じて第１発振回路６及び第２発振回路７における発振周波数を計測する。
【００４６】
この際、図６に示すように、第１発振回路６を発振させてその発振周波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周波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、発振周波数を計測するので、その計測値は精度が高い。
【００４７】
所定時間（例えば２ｍｓ）ずつの発振周波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）計測された発振周波数と、第２発振回路７における（第２コイル２に由来する）計測された発振周波数との差分を、算出部４２にて算出する。そして、変換部４３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。このようにして、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）２０では、トナーの濃度を検出する。
【００４８】
また、第１発振回路６を発振させて、その発振周波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４２にて算出し、変換部４３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、各発振回路の発振周波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。
【００４９】
図７は、本実施の形態に係る透磁率センサ２０の動作を説明するためのフローチャートである。以下においては、説明の便宜上、複写機１００のクロック信号を用いる場合を例に挙げて説明する。
【００５０】
先ず、複写機１００は自機の発振器が生成するクロック信号を透磁率センサ２０に送信し（ステップＳ１０１）、透磁率センサ２０が斯かるクロック信号を受信する。
【００５１】
一般に、このようなクロック信号は周波数が高い場合が多いので、処理部５０は受信されたクロック信号に対して逓倍処理を行う（ステップＳ２０１）。しかし、本実施の形態に係る透磁率センサ２０はこれに限るものでなく、複写機１００にて既に逓倍処理されたクロック信号を受信しても良い。この場合は処理部５０による逓倍処理を省いても良い。
【００５２】
更に、本実施に係る透磁率センサ２０においては、周波数を異にしたクロック信号を受信することにより、又は、処理部５０による逓倍処理の整数倍を変えることにより、透磁率の検知感度を調整可能である。
【００５３】
次いで、計測部４１は逓倍処理済みのクロック信号を基準時間信号としてこれに基づいて、第１発振回路６と第２発振回路７とを交互に所定時間ずつ発振させて発振周波数を計測する（ステップＳ２０２）。
【００５４】
また、算出部４２は第１発振回路６にて計測された発振周波数と、第２発振回路７にて計測された発振周波数との差分を算出する（ステップＳ２０３）。
【００５５】
更に変換部４３は算出部４２により算出された差分を透磁率（すなわち電圧出力）に変換する（ステップＳ２０４）。これによって、複写機１００の前記現像ユニットにおけるトナーの濃度が検出できる。
【００５６】
以降、透磁率センサ２０による検出結果は、例えば、複写機１００に送信され（ステップＳ２０５）、複写機１００の表示部等（図示せず）を介して出力される（ステップＳ１０２）。
【００５７】
本実施の形態に係る透磁率センサ２０は以上の記載に限るものでない。例えば、複写機１００から受信したクロック信号の周波数が所定閾値以上であるか否かを判定する判定部（図示せず）を設け、該判定部によって前記所定閾値以上であると判定された場合のみ斯かる逓倍処理を行うように構成しても良い。
【００５８】
本実施の形態において下記のような利点があげられる。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。
【００５９】
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に対して増幅等を行って検知感度を大きくする必要がある。しかし、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。本実施の形態によれば、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。
【００６０】
なお、図５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。
【００６１】
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。
【００６２】
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周波数は低下する。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周波数は低下する。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、発振周波数の低下量も大きくなる。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周波数には、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、両発振周波数の差分と透磁率との間には相関関係が存在するので、本実施の形態では、両発振回路の発振周波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。
【００６３】
上述した実施の形態における透磁率センサ２０では、第１コイル１が上記の被検出物に近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遠い方のコイルに該当する。
【００６４】
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（残量）とには、反比例的な相関関係が存在する。本実施の形態では、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。
【００６５】
上述した実施の形態では、同軸上にて基板１０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、前記基準時間信号に基づいて駆動される２つの発振回路（第１発振回路６及び第２発振回路７）における発振周波数の差分として検出し、その差分（発振周波数の変化量）をマイクロコンピュータＵ１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、前記基準時間信号に基づき、夫々所定時間にわたってマイクロコンピュータＵ１にて交互に発振周波数を計測し、その差分を算出して透磁率の変化を検出している。
【００６６】
本実施の形態では、第１コイル１及び第２コイル２を基板１０の上下面に同軸上に配しているので、コイルの配置に必要な面積を低減でき、水平方向でのコンパクト化を図れる。また、基板１０に導体パターンを印刷してコイルを形成するようにしたので、高さ方向（基板１０の厚み方向）における低背化を図れる。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。
【００６７】
２つの発振回路における発振周波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、正確な発振周波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。
【００６８】
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、コストダウンがはかれる。また、部品数が少ないため部品特性のばらつきを低減でき、更に温度変化、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。
【００６９】
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。
【００７０】
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ごと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。
【００７１】
本実施の形態に係る透磁率センサ２０においては前記基準時間信号を変化させることにより、前記制御信号、すなわち発振周波数の計測の計測時間を変更することができるから、検知感度を容易に調整できる。より詳しくは、複写機１００のクロック信号を適宜処理（例えば、逓倍）してもよく、複写機１００から受信したクロック信号に対して透磁率センサ２０にて逓倍処理を施しても良い。
【００７２】
以上においては、前記基準時間信号が複写機１００のクロック信号である場合について説明したが本実施の形態はこれに限られるものでない。例えば、前記基準時間信号は複写機１００のクロック信号に基づく、計測部４１による発振周波数の計測の開始時及び／又は終了時を表す制御信号であっても良い。すなわち、計測部４１による発振周波数の計測に用いられる制御信号が、複写機１００のクロック信号に基づいて、透磁率センサ２０又は複写機１００にて生成されても良い。
【００７３】
ところで、上述した実施の形態では、ケース２１内に収納した状態で透磁率センサ２０を複写機１００の現像ユニットに取り付けることとしたが、本実施の形態では現像剤が漏れる虞がないため、ケース２１は必ずしも設けなくて良い。このような場合には、基板１０の複数箇所に切欠きを形成し、この切欠きに現像ユニットの爪を引っ掛けて透磁率センサ２０を現像ユニットに取り付けるか、または、両面テープにより基板１０及び隔壁３０を接着させて透磁率センサ２０を現像ユニットに取り付けるようにすれば良い。
【００７４】
上述した実施の形態では、基板１０の上面及び下面に夫々導体パターンを印刷して、第１コイル１及び第２コイル２を同軸状に形成するようにしたが、第１コイル１及び第２コイル２の形成手法は、これに限らず、他の手法であっても良い。以下、これらの他の手法について変形例として説明する。
【００７５】
（第１変形例）
図８は、第１変形例におけるコイルの構成を示す斜視図である。図８において、図１及び図２と同一または同様な部材には同一番号を付している。なお、図８では、基板１０の上下面を図１と逆にして図示している。第１変形例では、図８における基板１０の上面に、例えば銅箔のパターン印刷により、第１コイル１と第２コイル２とを同心円状に形成している。図８における基板１０の下面には、コイルは形成されておらず、上述した実施の形態と同様な電子チップ４、回路部品５及びコネクタ３が実装されている。
【００７６】
（第２変形例）
図９は、第２変形例における透磁率センサの構成を示す断面図である。図９において、図１及び図２と同一または同様な部材には同一番号を付している。第２変形例では、基板１０の下面に、例えば銅箔のパターン印刷により、第１コイル１と第２コイル２とを、絶縁層を挟んで同軸上に積層させて形成している。また、基板１０の上面には、コイルは形成されておらず、上述した実施の形態と同様な電子チップ４、回路部品５及びコネクタ３が実装されている。第１コイル１及び第２コイル２は、電子チップ４及び回路部品５の実装位置の直下に形成されている。よって、透磁率センサの構成の更なる小型化を図ることができる。なお、図９に示す構成とは異なり、上記第１変形例に述べたような同心円状の第１コイル１及び第２コイル２を、電子チップ４及び回路部品５の実装位置の直下に形成するようにしても良い。
【００７７】
（第３変形例）
図１０は、第３変形例における透磁率センサの構成を示す断面図である。図１０において、図１及び図２と同一または同様な部材には同一番号を付している。第３変形例では、基板１０の一端部の下面に、別部品の空心コイルを実装して第１コイル１を形成し、基板１０の一端部の上面に、第１コイル１と同軸をなして、別部品の空心コイルを実装して第２コイル２を形成している。基板１０の上面の残りの領域には、上述した実施の形態と同様な電子チップ４、回路部品５及びコネクタ３が実装されている。
【００７８】
（第４変形例）
図１１は、第４変形例における透磁率センサの構成を示す断面図である。図１１において、図１及び図２と同一または同様な部材には同一番号を付している。第４変形例では、基板１０の一端部の上面に、別部品の２個の空心コイルを積層実装して第１コイル１及び第２コイル２を形成している。基板１０の上面の残りの領域には、上述した実施の形態と同様な電子チップ４、回路部品５及びコネクタ３が実装されている。なお、図１１に示す構成とは異なり、基板１０の下面に、上記のような２個の空心コイルの積層構成をなす第１コイル１及び第２コイル２を形成するようにしても良い。
【００７９】
（第５変形例）
図１２は、第５変形例における透磁率センサの構成を示す断面図である。図１２において、図１及び図２と同一または同様な部材には同一番号を付している。第５変形例では、基板１０の一端部の下面に、複数のチップコイルを実装して第１コイル１を形成し、基板１０の一端部の上面に、第１コイル１と整合するように、複数のチップコイルを実装して第２コイル２を形成している。基板１０の上面の残りの領域には、上述した実施の形態と同様な電子チップ４、回路部品５及びコネクタ３が実装されている。
【００８０】
本実施の形態においては、第１コイル及び第２コイルを静電シールドで覆ってもよい。本実施の形態に記載のコイルは空芯コイルを使用しており、コイル近傍に誘電率の近いものがあると静電容量の変化により測定値がばらつく場合がある。このような場合にはコイルを銅等からなるシールド部材で覆うことで、外部からの影響を抑えることができる。但し、本実施の形態の透磁率センサの場合には、透磁率の変化、即ち、磁力線の変化によりシールド部材に渦電流が発生し、この渦電流により透磁率センサに測定誤差が生じることが考えられる。よって、渦電流への対策を考慮したシールド部材を設けることが必要である。
【００８１】
図１３Ａ−Ｃは、本実施の形態の透磁率センサに適したシールド部材の構成を示す平面図である。図１３Ａに示す例では、複数の櫛歯を同一方向に延設させた形状をなす銅製のシールド部材６１を、基板１０に形成したコイル６０の上方に設けている。シールド部材６１は接地している。また、図１３Ｂに示す例では、複数の櫛歯を交互に逆方向きに延設させた形状をなす銅製のシールド部材６２を、基板１０に形成したコイル６０の上方に設けている。シールド部材６２は接地している。このような構成のシールド部材を設けることにより、渦電流を低減できる。
【００８２】
図１３Ｃは、環状のシールド部材を示している。銅製のリングの一部を欠損してＣ字状にしたシールド部材６３が、基板１０に形成したコイル６０の外周側に設けられている。シールド部材６３は接地している。シールド部材６３を設けることにより、渦電流を低減することが可能である。この図１３Ｃの例では、コイル６０と同一平面にシールド部材６３を設けるため、透磁率センサの薄肉化を図れる。
【００８３】
なお、上記のようなシールド部材は、基板１０の両面側に設けても良く、現像ユニットとは反対側の面にのみ設けても良い、また、上述したようにシールド部材は接地することが好ましいが、接地していなくても効果は得られる。
【００８４】
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。本実施の形態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】
【００８５】
１  第１コイル
２  第２コイル
３  コネクタ
４  電子チップ
５  回路部品
６  第１発振回路
７  第２発振回路
１０  基板
２０  透磁率センサ
４１  計測部
４２  算出部
４３  変換部
５０  処理部
１００  複写機
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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