特許 6361412 透磁率センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6361412

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】透磁率センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/72 20060101AFI20180712BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20180712BHJP

   G01R 33/16 20060101ALI20180712BHJP

   G03G 15/08 20060101ALI20180712BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/72

   G01R33/02 B

   G01R33/16

   G03G15/08 321B

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-191360(P2014-191360)

(22)【出願日】2014年9月19日

(65)【公開番号】特開2015-99144(P2015-99144A)

(43)【公開日】2015年5月28日

【審査請求日】2017年6月14日

(31)【優先権主張番号】特願2013-215635(P2013-215635)

(32)【優先日】2013年10月16日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】大隅 和彦

(72)【発明者】

【氏名】丸山 雄三

(72)【発明者】

【氏名】下江 治

【審査官】 藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１７１１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６６７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７１１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２９６２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３５４６５７８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／７２−２７／９０

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

Ｇ０１Ｒ ３３／１６

Ｇ０３Ｇ １５／０８

(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、
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透磁率センサ。

【請求項2】

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または２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のいずれか一項に記載の透磁率センサ。

【請求項5】

その一面に前記第１コイルが配され、その他面に前記第２コイルが配されている基板を備え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。

【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、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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【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コイルは、同軸状に配されていることを特徴とする。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

本発明に係る透磁率センサは、その一面に前記第１コイルが配され、その他面に前記第２コイルが配されている基板を備え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、基板の一面に第１コイルが形成され、基板の他面に第２コイルが形成されている。よって、簡単な構成にて、第１コイル及び第２コイルの同軸状配置を実現できる。

【発明の効果】

【0021】

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】

【0022】

【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】

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

（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。

【0064】

（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。

【0065】

（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。

【0066】

（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。

【0067】

（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。

【0068】

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。

【0069】

図１５Ａ−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１５Ａ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１５Ｂ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。

【0070】

図１５Ｃ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１５Ｃ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１５Ａ，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。

【0071】

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。

【0072】

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】

【0073】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】