(57)【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、
各層の動作を有効又は無効に変更可能な複数層からなり、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、
各層の動作を有効又は無効に変更可能な複数層からなり、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周波数を計測する計測手段と、
該計測手段にて計測した発振周波数の差分を算出する算出手段と、
該算出手段にて算出した差分を透磁率に変換する変換手段と
を備え、
前記第１コイル及び前記第２コイルは平面コイルであり、互いの中心軸が平行かつ、前記中心軸の方向に異なる位置となるように配置してある
ことを特徴とする透磁率センサ。
【請求項２】
前記第１コイル及び第２コイルは、各層の動作を無効とするための短絡線を接続可能な端子を有す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コイルのそれぞれは２層コイル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】
前記計測手段は、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ように構成してあることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の透磁率センサ。
【請求項５】
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から４のいずれか一項に記載の透磁率センサ。
【請求項６】
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５のいずれか一項に記載の透磁率センサ。
【請求項７】
被検出物の透磁率を検出する透磁率検出方法において、
各層の動作を有効又は無効に変更可能な複数層からなる第１コイル及び各層の動作を有効又は無効に変更可能な複数層からなる第２コイルを、前記被検出物からの距離を互いに異ならせて配置し、
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、
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またはプリンタは、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また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、第一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一発振回路と、第二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二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
【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、磁性体が近づいた場合の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２では、第一発振回路及び第二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。
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不利となる。
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。
【０００７】
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わた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。
【０００８】
また、複数の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。
【０００９】
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、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ことを目的とする。
【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、各層の動作を有効又は無効に変更可能な複数層からなり、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、各層の動作を有効又は無効に変更可能な複数層からなり、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周波数を計測する計測手段と、該計測手段にて計測した発振周波数の差分を算出する算出手段と、該算出手段にて算出した差分を透磁率に変換する変換手段とを備え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。
【００１１】
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、計測手段で計測する。算出手段は、計測手段が計測した両発振周波数の差分を算出し、変換手段は、算出手段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扁平コイルを使用でき、構成は小型化する。
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。結果としてコンピュータのクロックが発信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。
さらにまた、第１コイル及び第２コイルは複数の層からなり、各層の動作を有効又無効に変更することにより、第１コイル及び第２コイルの間隔を変更可能であるので、透磁率センサの感度を変更可能である。
【００１２】
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、各層の動作を無効とするための短絡線を接続可能な端子を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、第１コイル及び第２コイルは、各層の動作を無効とする短絡線を接続可能な端子を有するので、第１コイル及び第２コイルを形成後に、各層の動作を有効又は無効に設定可能となる。
【００１４】
本発明に係る透磁率センサは、前記第１コイル及び第２コイルのそれぞれは２層コイルであることを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、第１コイル及び第２コイルで全４層であり、動作を有効とする層の数を２から４まで変化させることにより、感度を３段階に切り替え可能となる。
【００１６】
本発明に係る透磁率センサは、前記計測手段は、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、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。
【００１８】
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。
【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。
【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周波数は、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い。
【００２２】
本発明に係る透磁率検出方法は、被検出物の透磁率を検出する透磁率検出方法において、各層の動作を有効又は無効に変更可能な複数層からなる第１コイル及び各層の動作を有効又は無効に変更可能な複数層からなる第２コイルを、前記検出物からの距離を互いに異ならせて配置し、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、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】
【００２３】
本発明では、小型かつ簡単な構成であっても、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】
【００２４】
【図１】本発明の透磁率センサの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の透磁率センサの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の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】本発明の透磁率センサの機能構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の透磁率センサの一構成例を示す回路図である。
【図６】本発明の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】従来例の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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】本発明の透磁率センサの他の構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明の透磁率センサの他の構成を示す断面図である。
【図１７】本発明の他の構成におけるコイルの構造を示す説明である。
【図１８】第１コイル及び第２コイルの動作パターンを示す断面図である。
【図１９】コイルの動作パターンとジャンパ線との関係を示す一覧表である。
【図２０】透磁率センサ２０における検出透磁率とセンサ出力との関係を示すグラフである。
【図２１】本発明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２２】本発明の他の構成による透磁率センサのセンサ部を示す分解斜視図である。
【図２３】センサ部の組立方法を示す説明図である。
【図２４】センサ部の取付状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
実施の形態１
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、本発明の透磁率センサの構成を示す斜視図及び断面図である。
【００２６】
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の一端部の一面（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の一端部の他面（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。
【００２７】
基板１０の他端部の上面には、他端から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、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。本発明の透磁率センサ２０は、以上のような構成をなす。
【００２８】
図３は、本発明の透磁率センサ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、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の先端部はケース２１から突出している。
【００２９】
この際、図１及び図２に示した基板１０の下面側が隔壁３０側になるように、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。
【００３０】
図４は、本発明の透磁率センサ２０の機能構成を示すブロック図である。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。
【００３１】
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。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。
【００３２】
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。
【００３３】
図５は、本発明の透磁率センサ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、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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とが所定時間ずつ交互に発振するようになっている。
【００３８】
次に、本発明の透磁率センサ２０の動作について説明する。図６は、本発明の透磁率センサ２０の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００３９】
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計測部４１にて計測する。所定時間は、例えば２ｍｓである。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。
【００４０】
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。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。
【００４１】
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。
【００４２】
本発明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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、本発明では、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。
【００４７】
前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。
【００４８】
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。
【００４９】
上述した実施の形態では、同軸状に基板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、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、夫々所定時間にわたって交互にマイクロコンピュータにて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。
【００５０】
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、水平方向での狭小化を図れる。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。
本発明において同軸状とは単にコイルの位置的な同軸を表す（中心軸が一致する）のみならず電気的に同軸と等価であれば良い。
言い換えると中心軸の位置がずれていても、同軸の場合と同様に本発明の効果を奏すれば、同軸とみなす。
【００５１】
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。
【００５２】
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。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
次に、本発明例と従来例との特性（トナー濃度の検出）の比較について説明する。本発明例の透磁率センサ（トナーセンサ）は、前述した図１及び図２に示した構成を有し、前述した図３に示すように現像ユニットに取り付けられている。
【００５６】
図７は、従来例の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において、図３と同一または同様な部分には同一番号を付している。
【００５７】
基板１０の一端部の上面側には差動トランス５１が設けられている。差動トランス５１は、交流の発振信号が印加される駆動コイル、並びに駆動コイルに結合した差動コイル（基準コイル及び検知コイル）から構成されている。隔壁３０には、差動トランス５１に対向する位置に孔３３が形成されており、孔３３から差動トランス５１の一部（検知コイル側）が突出し、検知コイルが現像ユニット内の現像剤に直接触れるようになっている。基板１０の他端部の下面には、他端から一部を突出させてコネクタ３が形成されており、基板１０の中央部の下面には、各種の回路部品５が実装されている。このような構成をなす透磁率センサが、ケース２１に収納された状態で隔壁３０の凹部３１に取り付けられている。
【００５８】
従来例の透磁率センサでは、差動トランス５１が突出しているため、ケース２１の形状が複雑になるという不都合があるとともに、本発明例と比べて構成が大型である。また、隔壁３０に孔３３が形成されているため、現像剤が漏れる虞がある。
【００５９】
図８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８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８中の（ａ）、（ｂ）は夫々、本発明例、従来例の特性を示している。
【００６０】
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い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。
【００６１】
図９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９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９中の（ａ）、（ｂ）は夫々、本発明例、従来例の特性を示している。
【００６２】
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わた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。
【００６３】
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を現像ユニットに取り付けることとしたが、本発明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。
【００６４】
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。
【００６５】
（第１変形例）
図１０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。なお、図１０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、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とを同心円状に形成している。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。
【００６６】
（第２変形例）
図１１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状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１１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。
【００６７】
（第３変形例）
図１２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。
【００６８】
（第４変形例）
図１３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１３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１３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。
【００６９】
（第５変形例）
図１４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１４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と同軸をなして、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。
【００７０】
実施の形態２
上述した透磁率センサ２０において、第１コイル１及び第２コイル２は単層のコイルを前提としていたが、一方又は両方のコイルを多層コイルとしてもよい。図１５は、本発明の透磁率センサの他の構成を示す斜視図である。図１６は本発明の透磁率センサの他の構成を示す断面図である。図１５及び図１６において、図１及び図２と同一又は同様な部材には同一番号を付している。図１６に示すように、基板１０は４層のプリント基板である。すなわち、基板１０は、４つの配線層と３つの絶縁体層１１、１２、１３とを含む。実施の形態２では、第１コイル１及び第２コイル２は複数層からなる多層コイルとしてある。第１コイル１は第１サブコイル１ａ及び第２サブコイル１ｂの２層構造としてある。同様に、第２コイル２は第１サブコイル２ａ及び第２サブコイル２ｂの２層構造としてある。第１コイル１の第１サブコイル１ａと第２サブコイル１ｂとは直列接続されている。同様に、第２コイル２の第１サブコイル２ａと第２サブコイル２ｂとは直列接続されている。第１コイル１及び第２コイル２の各サブコイルは、プリント配線パターンで形成してある。すなわち、基板１０の各配線層に第１コイル１及び第２コイル２の各サブコイルが形成されている。図１６において、基板１０の各配線層を、上から順に第１層、第２層、第３層、第４層とすると、第１層に第２コイル２の第１サブコイル２ａが形成されている。第２層に第２コイル２の第２サブコイル２ｂが形成されている。第３層に第１コイル１の第１サブコイル１ａが形成されている。第４層に第１コイル１の第２サブコイル１ｂが形成されている。これら各サブコイルは、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。第１コイル１及び第２コイル２の各サブコイルの外形は矩形状となっている。それに限らず、実施の形態１と同様に、各サブコイルの外形を楕円形状としてもよい。
【００７１】
図１７Ａ−Ｂは、本発明の他の構成におけるコイルの構造を示す説明である。図１７Ａは、各層に設けられたコイルとスルーホールとの接続関係を示す説明図である。図１７Ｂは、図１７Ａを回路図で表現した説明図である。図１７Ａ及び図１７Ｂに示すＡ、Ｂ、Ｃが付された矢印は、第１コイル１及び第２コイル２の入出力端を示している。第１コイル１の２つの入出力端はＡとＣであり、第２コイル２の２つの入出力端はＢとＣである。第１コイル１及び第２コイル２のそれぞれの入出力端のうち、一方は共通（Ｃ）としてある。
【００７２】
図１７Ａに示すｈ１１、ｈ１２、…、ｈ６１は、各スルーホールと導通する各層のランドである。例えばｈ１１とｈ１２とは導通している。図１７Ｂにおいても、ランドの符号を付し、図１７Ａのランドとの対応を示している。図１７Ａ及び図１７Ｂには、２つのジャンパ線Ｊ１、Ｊ２を示している。ジャンパ線Ｊ１は、ランドｈ１１とランドｈ３１とを接続している。それにより、ランドｈ１２とランドｈ３２は導通されるので、図１７Ｂに示すように、ジャンパ線Ｊ１により第２コイル２の第２サブコイル２ｂの両端（ランドｈ１２及びランドｈ３２）が短絡されるので、第２サブコイル２ｂの動作が無効となる。同様に、ジャンパ線は、ランドｈ２１及びｈ５１を接続しており、それにより、ランドｈ２３とランドｈ５３とが短絡される。その結果、第１コイル１の第１サブコイル１ａの動作が無効となる。
【００７３】
図１８Ａ−Ｄは、第１コイル１及び第２コイル２の動作パターンを示す断面図である。各サブコイルのうち、ハッチを付したものは動作を有効に設定していることを示し、ハッチを付していないものは動作を無効に設定していることを示す。図１８Ｂでは、第２コイル２の第１サブコイル２ａは動作有効に設定してあり、第２サブコイル２ｂは動作無効に設定してある。第１コイル１については、第１サブコイル１ａ及び第２サブコイル１ｂが動作有効に設定してある。図１８Ｄは、図１７に示した設定であり、２本のジャンパ線により、第１コイル１の第１サブコイル１ａ及び第２コイル２の第２サブコイル２ｂの動作が無効と設定されている。
【００７４】
図１９は、コイルの動作パターンとジャンパ線との関係を示す一覧表である。図１９において、パターン列は動作パターンを示している。動作パターンのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ、図１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄに対応する。ジャンパ線１列及びジャンパ線２列はそれぞれジャンパ線の設定を示している。動作パターンＤが図１７に示した設定に対応している。動作パターンＤにおいては、ジャンパ線１はランドｈ１１及びランドｈ３１を接続する旨を示している。ジャンパ線２はランドｈ２１及びランドｈ５１を接続する旨を示している。
【００７５】
次に、コイルの動作パターンと透磁率センサ２０の感度との関係について説明する。上述したように透磁率センサ２０は、被検出物からの距離が異なるように第１コイル１及び第２コイル２を配置している。これは、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という性質を用いるためである。そして、第１コイル１及び第２コイル２それぞれより求まる透磁率の時間的な変化量を比較し、２つの変化量の大小により、被検出物の透磁率の変化を検出している。それにより、単一のコイルで透磁率を検出得る場合に比べて、高い精度を確保している。このようなことから、透磁率センサ２０の検出感度は、被検出物から第１コイル１及び第２コイル２の距離の差異が大きいほど高くなり、小さいほど低くなる。
【００７６】
以上のことから、図１８に示した動作パターンにおいては、第１コイル１と第２コイル２との距離が最も大きくなる動作パターンＤ（図１８Ｄ）が最も感度が高くなる。また、第１コイル１と第２コイル２との距離が最も小さくなる動作パターンＡが最も感度が低くなる。そして、以上の中間の状態となる動作パターンＢ及び動作パターンＣが感度も中間となる。なお、第１コイル１と第２コイル２との距離とは、図１８の紙面上下方向の距離であり、２つのコイルの中心間の距離である。つまり、２つのサブコイルを動作有効とする場合は、２つのサブコイルの中間が距離計測点の一端となる。
【００７７】
図２０は透磁率センサ２０における検出透磁率とセンサ出力との関係を示すグラフである。図２０に示すグラフの横軸は透磁率であり、単位はＨ／ｍである。縦軸はセンサ出力電圧であり、単位はＶである。凡例の２層、３層、４層は動作を有効にしてあるサブコイルの数を示している。４層が動作パターンＡを、３層が動作パターンＢ及びＣを、２層が動作パターンＤを示している。透磁率センサ２０の感度はグラフの傾きで表され、傾き急峻なほど、すなわち傾きの絶対値が大きいほど、感度が高いことを示す。図２０に示したグラフは、上述の説明に即しており、２層（動作パターンＤ）の傾きの絶対値が最も大きく、４層（動作パターンＡ）の傾きの絶対値が最も小さい。３層（動作パターンＢ及びＣ）の傾きの絶対値は中間となっている。
【００７８】
実施の形態２は以下の効果を奏する。第１コイル１及び第２コイル２を構成するサブコイルの動作の有効／無効を切り替えることにより、透磁率センサの感度を切り替えることが可能となる。
【００７９】
また、第１コイル１は、２つのサブコイル１ａ、１ｂにより構成したことにより、２つのサブコイル１ａ、１ｂを使用した場合には、第１コイル１のインダクタンス量を増加するので、出力のＳ／Ｎが向上する。第２コイル２についても同様である。
【００８０】
第１コイル１及び第２コイル２を構成するサブコイルをプリント配線パターンにて形成することで、基板１０を構成する回路パターンと同時に形成することが可能となる。それにより、コイルを別体として準備し、基板に取り付ける必要がなくなり、組立工数の低減が図れる。それとともに、コイル自体の厚さを実質的にゼロとすることが可能となる。すなわち、第１コイル１及び第２コイル２を形成することによって、基板１０の厚さは増加しない。また、第１コイル１及び第２コイル２の外形を矩形状としたため、扁平矩形状の基板１０におけるコイルの設置領域を有効活することが可能となる。なお、第１コイル１及び第２コイル２はそれぞれ２層としたが、それに限らず第１コイル１及び第２コイル２を３層以上としてもよい。また、第１コイル１及び第２コイル２の層の数は同一でなくてもよい。例えば、第１コイル１を３層とし、第２コイル２を２層としてもよい。第１コイル１は単層とし、第２コイル２を３層としてもよい。
【００８１】
本発明においては、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。本発明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、本発明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。
【００８２】
図２１Ａ−Ｃは、本発明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２１Ａ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２１Ｂ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。
【００８３】
図２１Ｃ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２１Ｃ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、但し、図２１Ａ、Ｂに示すようなコイル６０を上から覆う形態に比べて、シールド効果は小さい。
【００８４】
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。
【００８５】
また、図２１Ａ−Ｃは、実施の形態１の透磁率センサ２０においてシールド部材を設ける場合を図示している。実施の形態２においても、同様にシールド部材を設けてもよい。
【００８６】
実施の形態３
上述の実施の形態１及び２における透磁率センサ２０を構成する基板１０は、ガラス・コンポジット基板、ガラス・エポキシ基板などある。そのため、透磁率センサ２０は平坦な面にしか装着できない。実施の形態３では、センサ部となるコイルをフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）で構成する。それにより、透磁率センサのセンサ部を曲面に取付可能とする。具体的には、現像剤槽の湾曲部へ固定可能とする。
【００８７】
図２２は、本発明の他の構成による透磁率センサのセンサ部２００を示す分解斜視図である。透磁率センサのセンサ部２００は、第１コイル２０１、基体２０２、第２コイル２０３を含む。第１コイル２０１、第２コイル２０３はＦＰＣとして構成している。基体２０２は、第１コイル２０１と第２コイル２０３との間に配される。基体２０２は、第１コイル２０１及び第２コイル２０３が、被検出物からの距離が異なるよう配置する役目を担う。基体２０２はナイロンやポリエステルなどの絶縁体で弾性がある材料で形成する。また、基体２０２は、成形時にセンサ部２００の取付面に沿うように成形可能な材料を用いるのであれば、硬質の材料で形成してもよい。例えば、基体２０２を硬質プラスチックで形成しても良い。基体２０２の厚さは、例えば０．５〜１．０ｍｍである。
【００８８】
図２３Ａ−Ｂは、センサ部２００の組立方法を示す説明図である。図２３Ａは、基体２０２を弾性材料で形成した場合を示す。この場合、基体２０２の両面それぞれに第１コイル２０１、第２コイル２０３を両面テープや接着剤で貼り付ける。組み立てられたセンサ部２００は、現像剤槽の湾曲面に沿うように変形させ取付けられる。
【００８９】
図２３Ｂは、基体２０２を硬質材料で形成した場合を示す。この場合、基体２０２の両面に、第１コイル２０１、第２コイル２０３を基体２０２の曲面に沿うように変形させながら、両面テープや接着剤で貼り付ける。組み立てられたセンサ部２００を現像剤槽の湾曲面に取り付ける。基体２０２の曲面の曲率は、取付面である現像剤槽の湾曲面に沿った値としてあるので、そのまま変形させることなく取り付け可能である。センサ部２００の取り付けは、基体２０２がいずれの材質の場合においても、両面テープや接着剤等により行う。それに限らず、センサ部２００と取付面との間に隙間ができないように取り付け可能であれば、他の取付方法を採用してもよい。
【００９０】
図２４は、センサ部２００の取付状態を示す断面図である。センサ部２００は現像剤槽のケース８１の湾曲した取付面に取り付けられている。センサ部２００は取付面に沿うように取り付け可能である。センサ部２００は第１コイル２０１、第２コイル２０３への配線２１０もＦＰＣで構成してある。第１発振回路６、第２発振回路７などの回路部２２０はガラス・エポキシ基板などに形成してある。回路部２２０は現像剤槽のケース８１の一部に平坦な取り付け面を設け、取付面に取り付けられる。
【００９１】
図２４に示す現像剤槽においては、磁気ローラ８３の近傍に設けられた攪拌パドル８２に設けられた攪拌羽根８２１により、現像剤が撹拌され、透磁率が計測される。したがって、図２４に示すように、センサ部２００は攪拌羽根８２１と対向し、攪拌羽根８２１との距離がなるべく小さく、一様となるように取り付けられることが望ましい。
【００９２】
実施の形態３は、以下の効果を奏する。透磁率センサのセンサ部２００を構成する第１コイル２０１、第２コイル２０３をＦＰＣで形成するので、曲面である取付面に隙間なく取り付けることが可能である。それにより、透磁率センサの測定誤差を小さくすることが可能となる。測定誤差が小さくなることにより、現像剤槽における現像剤の濃度をより正確に測定可能となる。
【００９３】
実施の形態３においては、第１コイル１及び第２コイル２を単層コイルとしたが、実施の形態２と同様の構成としてもよい。すなわち、第１コイル１及び第２コイル２を構成するサブコイルそれぞれをＦＰＣで形成する。形成したサブコイルそれぞれの間に基体を設けて積層することにより、多層コイルとして形成可能である。
【００９４】
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】
【００９５】
１  第１コイル
１ａ  第１サブコイル
１ｂ  第２サブコイル
２  第２コイル
２ａ  第１サブコイル
２ｂ  第２サブコイル
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
２００  センサ部
２０１  第１コイル
２０２  基体
２０３  第２コイル
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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