JP2018155504A - 誘電率センサ及び誘電率検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ高精度に被検出物の誘電率の変化を検出でき、容易に検知感度を調整できる誘電率センサ、及び、誘電率センサを用いた誘電率検出方法を提供する。【解決手段】被検出物が存在する領域に配された第１コンデンサ１１を含んで発振する第１発振回路６と、被検出物が存在しない領域に配された第２コンデンサ１２を含んで発振する第２発振回路７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、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基準時間信号に基づいて計測する計測部４１と、計測部４１にて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誘電率の変化として変換する変換部４３とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、被検出物の誘電率を検出する誘電率センサ、及び、該誘電率センサを用いた誘電率検出方法に関する。

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。

例えば、特許文献１においては、被検出物が存在する領域に配された第１コンデンサを含んで発振する第１発振回路と、被検出物が存在しない領域に配された第２コンデンサ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誘電率の変化として変換して、トナーの濃度または残量を磁気的に検出する誘電率センサが開示されている。

特開２０１６−１７６９１３号公報

上述したような従来の誘電率センサでは、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。

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、従来の誘電率センサでは、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。

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。

また、従来の誘電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、誘電率センサ、及び誘電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。

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、低コストかつ高精度に被検出物の誘電率の変化を検出できる誘電率センサ、及び、誘電率センサを用いた誘電率検出方法を提供することであり、また容易に検知感度を調整できる誘電率センサを提供することである。

本発明に係る誘電率センサは、被検出物の誘電率を検出する誘電率センサにおいて、前記被検出物が存在する領域に配された第１コンデンサを含んで発振する第１発振回路と、前記被検出物が存在しない領域に配された第２コンデンサ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、該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誘電率の変化として変換する変換部とを備えることを特徴とする。

本発明の誘電率センサにあっては、被検出物が存在する領域に配した第１コンデンサを含む第１発振回路の発振周波数と、被検出物が存在しない領域に配した第２コンデンサを含む第２発振回路の発振周波数とを、計測部で計測する。この際、計測部は、外部装置から受信部で受信した基準時間信号に基づいて計測を行う。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誘電率の変化として変換する。被検出物が多くなると誘電率が大きくなって第１コンデンサの静電容量が増えて、第１発振回路の発振周波数は低下する。よって、夫々の発振回路による発振周波数の差分から誘電率の変化を検出することができる。受信部にて、外部からの基準時間信号を受けることができる。

本発明に係る誘電率センサは、前記第１コンデンサは、前記被検出物が存在する領域に設けられた一対の電極を有し、前記第２コンデンサは、前記被検出物が存在しない領域に設けられた一対の電極を有することを特徴とする。

本発明の誘電率センサにあっては、被検出物が存在する領域に設けられた一対の電極にて第１コンデンサを形成し、被検出物が存在しない領域に設けられた一対の電極にて第２コンデンサを形成する。

本発明に係る誘電率センサは、前記第１コンデンサは、前記被検出物が存在する領域に設けられた一個の電極を有することを特徴とする。

本発明の誘電率センサにあっては、被検出物が存在する領域に設けられた一個の電極と外部の仮想電極にて第１コンデンサを形成する。

本発明に係る誘電率センサは、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。

本発明の誘電率センサにあっては、被検出物を有する外部装置からの基準時間信号は外部装置のクロック信号であり、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誘電率を検出することができる。

本発明に係る誘電率センサは、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。

本発明の誘電率センサにあっては、被検出物を有する外部装置からの基準時間信号は外部装置のクロック信号が逓倍された信号であり、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誘電率センサの感度を調整することができる。

本発明に係る誘電率センサは、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。

本発明の誘電率センサにあっては、被検出物を有する外部装置からの基準時間信号は、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、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が高い検出を行うことができる。

本発明に係る誘電率センサは、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う処理部を備えることを特徴とする。

本発明の誘電率センサにあっては、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誘電率センサの感度を調整することができる。

本発明に係る誘電率センサは、誘電率の検知感度が調整可能であることを特徴とする。

本発明の誘電率センサにあっては、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、誘電率の検知感度を調整できる。

本発明に係る誘電率検出方法は、被検出物の誘電率を検出する誘電率検出方法において、前記被検出物が存在する領域に第１コンデンサを配置するとともに、前記被検出物が存在しない領域に第２コンデンサを配置し、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コンデンサを含んで発振する第１発振回路の発振周波数、及び、前記第２コンデンサを含んで発振する第２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、算出した差分を誘電率の変化として変換することを特徴とする。

本発明では、小型かつ簡単な構成であっても、より低コストにて、より高精度に被検出物の誘電率を検出することができ、さらに特定の実施形態では容易に検知感度を調整することができる。

本発明の誘電率センサの構成を示す斜視図である。 本発明の誘電率センサの構成を示す断面図である。 本発明の誘電率センサの現像ユニットへの設置例を示す断面図である。 本発明の誘電率センサの機能構成を示すブロック図である。 本発明の誘電率センサの一構成例を示す回路図である。 本発明の誘電率センサの適用例を示す側面図である。 第１コンデンサ，第２コンデンサの電極形状を示す平面図である。 本発明の誘電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。 本発明の誘電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。 変形例における誘電率センサの構成の一部を示す断面図である。 プラス電極の形状を示す平面図である。 変形例における誘電率センサの構成を示す分解斜視図である。 変形例における誘電率センサの構成を示す断面図である。 変形例における誘電率センサの適用例を示す側面図である。 図１２及び図１３に示す構成のセンサと筐体との接続関係を模式的に示す図である。

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、本発明の誘電率センサ２０の構成を示す斜視図及び断面図である。

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。

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。

第１コイル１に対応する上部位置に絶縁層２１を介して一対の電極１１ａ，１１ｂを有する第１コンデンサ１１が設けられており、第２コイル２に対応する上部位置に絶縁層２２を介して一対の電極１２ａ，１２ｂを有する第２コンデンサ１２が設けられている。コイル及びコンデンサの積層構成により、センサの小型化を図れる。誘電率センサ２０は、以上のような構成をなす。

図１及び図２に示す例では、第１コンデンサ１１及び第２コンデンサ１２をそれぞれ対応する第１コイル１及び第２コイル２の上部に設けているが、第１コイル１及び第２コイル２の側部に第１コンデンサ１１及び第２コンデンサ１２をそれぞれ設けても良い。この場合には、絶縁層２１，２２の介装は不要である。

図３は、本発明の誘電率センサ２０の現像ユニットへの設置例を示す断面図である。基板１０を境界として、現像ユニット内に第１コンデンサ１１（検出用）が位置し、現像ユニット外に第２コンデンサ１２（参照用）が位置する。なお、図３にあっては、前述した第１コイル１、第２コイル２、コネクタ３、電子チップ４、回路部品５などの図示を省略している。

図４は、本発明の誘電率センサ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。

第１コイル１と第１コンデンサ１１とを含んで第１発振回路６が構成されており、第２コイル２と第２コンデンサ１２とを含んで第２発振回路７が構成されている。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誘電率の変化として変換する変換部４３とを機能的に有している。

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うことができる。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。

図５は、本発明の誘電率センサ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に該当し、コンデンサＣ１１及びコンデンサＣ１２は夫々、前述した第１コンデンサ１１及び第２コンデンサ１２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。

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。

コンデンサＣ１１は、コイルＬ１と並列に設けられており、コンデンサＣ１１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、コンデンサＣ１１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。コンデンサＣ１２は、コイルＬ２と並列に設けられており、コンデンサＣ１２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、コンデンサＣ１２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。

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。

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、誘電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。

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）１００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１００は上述した現像ユニットを有する。

複写機１００にはクロック信号を生成する高精度の発振器（図示せず）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。

本実施の形態に係る誘電率センサ２０においては、複写機１００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１００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１００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、上述したように誘電率センサ２０にて行われても良く、複写機１００にて行われても良い。

図３にあっては、第１コンデンサ１１を現像ユニット内に第２コンデンサ１２を現像ユニット外に配置するようにしているが、第１コンデンサ１１及び第２コンデンサ１２の両方を現像ユニット内に配置しても良い。図６は、この場合のコンデンサの配置例を示しており、本発明の誘電率センサの適用例を示す側面図である。

図６にあって、２３は模式的に示された現像ユニットの樹脂製の筐体を示しており、筐体２３内にトナー（粉体）が収容されている。筐体２３内にコンデンサを設ける際に、トナーを検出する検出用の第１コンデンサ１１をトナー（粉体）に向かう側に配置し、参照用の第２コンデンサ１２をトナー（粉体）と反対側である筐体２３の内壁面に配置する。なお、第２コンデンサ１２にトナーが接触することを防ぐために、樹脂製のカバーを設けることが好ましい。

図７は、第１コンデンサ１１，第２コンデンサ１２の電極形状を示す平面図である。第１コンデンサ１１は、櫛歯状をなす一対の電極１１ａ，１１ｂを組み合わせて構成され、第２コンデンサ１２も同様に、櫛歯状をなす一対の電極１２ａ，１２ｂを組み合わせて構成される。

次に、誘電率検出の動作について説明する。本実施の形態では、現像剤に含まれるトナー単独の誘電率を検出する。図８は、本発明の誘電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。本実施の形態では、図５のコイルＬ１及びコンデンサＣ１１（第１コイル１及び第１コンデンサ１１）を含んで第１発振回路６が構成され、図５のコイルＬ２及びコンデンサＣ１２（第２コイル２及び第２コンデンサ１２）を含んで第２発振回路７が構成される。

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、外部装置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。この際、図８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。

また、制御信号を使用する場合には、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８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。

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（コンデンサＣ１１の静電容量に由来する）計測された発振周波数と、第２発振回路７における（コンデンサＣ１２の静電容量に由来する）計測された発振周波数との差分を算出する。そして、算出した差分を誘電率の変化として変換し、誘電率の変化量を求める。現像ユニットに取り付けられたセンサでは、トナー量の変動を検出する。

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′）の差分を算出し、算出した差分を誘電率の変化として変換し、誘電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誘電率の変化量の更新が順次行われる。

図９は、本実施の形態に係る誘電率センサ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。

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誘電率センサ２０に送信し（ステップＳ１０１）、誘電率センサ２０が斯かるクロック信号を受信する。

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誘電率センサ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。

本実施の形態に係る誘電率センサ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、または、処理部５０による逓倍処理の整数倍を変えることにより、誘電率の検知感度を調整可能である。

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）。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）。更に、変換部４３は、算出部４２により算出された差分を誘電率の変化として（すなわち電圧出力）変換する（ステップＳ２０４）。これによって、複写機１００の現像ユニットにおけるトナーの濃度を検出できる。

以降、誘電率センサ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（図示せず）等を介して出力される（ステップＳ１０２）。

本実施の形態における誘電率センサ２０においては、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のクロック信号を複写機１００にて適宜処理（例えば逓倍）しても良く、複写機１００から受信したクロック信号に対して、誘電率センサ２０にて逓倍処理を施しても良い。

以上においては、前記基準時間信号が複写機１００のクロック信号そのままである場合及び逓倍処理が施されたもの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はない。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誘電率センサ２０または複写機１００にて生成されても良い。この場合においても制御信号の開始、終了時間を変更することで検知感度の調整は可能である。

本実施の形態に係る誘電率センサ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。

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。

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誘電率の変化が小さくなる傾向にある。小さくなった誘電率の変化を正確に検知するためには小さい誘電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、誘電率の変化に直線性がなくなり、正確な誘電率の検出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、誘電率の変化を正確に把握できることが可能になる。

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誘電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。

以下、上述したような手順により、誘電率の変化を検出できる（トナー量の変動を検出できる）原理を説明する。

現像ユニット内に配された第１コンデンサ１１（コンデンサＣ１１）は、トナー量の変動に応じて誘電率（静電容量）が変化する。そして、この誘電率（静電容量）の変化に応じて第１発振回路６の発振周波数が変化する。具体的には、誘電率（静電容量）が増えると発振周波数は低減する。なお、トナーは樹脂製であって磁性体ではないので、コイルＬ１のインダクタンスは変動しない。この第１発振回路６の発振周波数と対照用である第２発振回路７の発振周波数とには、誘電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誘電率の変化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誘電率の変化を検出することが可能である。そして、このようにして被検出物（トナー）の誘電率の変化を検出できるので、検出した誘電率の変化に基づき現像ユニット内のトナー量の変動を検出できる。

ところで、図５に示すような回路構成を有するセンサでは、第１コイルＬ１と第１コンデンサＣ１１、及び、第２コイルＬ２と第２コンデンサＣ１２を夫々並列に接続してある。よって、当該コイルの近傍に磁性体が存在する場合には、磁性体とコイルとの相互作用で変化するインダクタンスの変化を透磁率の変化として捉えることも可能であり、被検出物が磁性体の場合には透磁率の変化を検出することも可能である。即ち、一つのセンサにて、透磁率の変化の検出と誘電率の変化の検出とを選択的に行うことが可能である。

上述した実施の形態では、基板１０の上下面側にそれぞれ一対ずつの電極を設けて２つのコンデンサを形成するようにしたが、基板１０の上下面側にそれぞれ一個ずつの電極を設けて周囲の仮想電極を利用して２つのコンデンサを形成するようにしても良い。以下、このようなコンデンサの構成について変形例として説明する。

図１０は、変形例における誘電率センサの構成の一部を示す断面図である。図１０において、１０は扁平矩形状の基板であり、この基板１０は、前述した図１〜図３に示した基板１０に該当する。現像ユニット内に位置する基板１０の上面には、平面視で図１１に示すような櫛歯状をなすプラス電極１３（検出用）が形成されている。また、現像ユニット外に位置する基板１０の下面には、平面視で同じく図１１に示すような櫛歯状をなすプラス電極１４（参照用）が形成されている。なお、図１０にあっては、前述した第１コイル１、第２コイル２、コネクタ３、電子チップ４、回路部品５などの図示を省略している。

図１２及び図１３は、変形例における誘電率センサの構成を示す分解斜視図及び断面図であり、図１０の構成に、前述した第１コイル１、第２コイル２、コネクタ３、電子チップ４及び回路部品５を加えて図示している。第１コイル１に対応する上部位置に絶縁層２１を介してプラス電極１３が設けられており、第２コイル２に対応する上部位置に絶縁層２２を介してプラス電極１４が設けられている。コイル及び電極の積層構成により、センサの小型化を図れる。参照用のコンデンサを構成するプラス電極１４は、コンデンサの容量変動を少なくするために、その表面を例えば樹脂等の誘電体で覆うことが好ましい。

図１２及び図１３に示す例では、プラス電極１３及びプラス電極１４をそれぞれ対応する第１コイル１及び第２コイル２の上部に設けているが、第１コイル１及び第２コイル２の側部にプラス電極１３及びプラス電極１４をそれぞれ設けても良い。この場合には、絶縁層２１，２２の介装は不要である。

このプラス電極１３は、近くのマイナス電極と組み合わさって、図５のコンデンサＣ１１に該当する。また、プラス電極１４は、近くのマイナス電極と組み合わさって、図５のコンデンサＣ１２に該当する。なお、近くのマイナス電極として、現像ユニットの筐体、プリンタの金属筐体などを使用できる。

図１４は、変形例における誘電率センサの適用例を示す側面図である。図１４にあって、模式的に示された現像ユニットの樹脂製の筐体２３の内壁面に、図１２及び図１３に示す構成のセンサを、プラス電極１３（検出用）がトナー（粉体）に向かう側に位置してプラス電極１４（参照用）がトナー（粉体）と反対側に位置するように、配置し、この内壁面と対向する筐体２３の内壁面に金属板２４を配置している。

プラス電極１３及びプラス電極１４にはプラスの電位が印加されるので、対向する金属板２４にはマイナスの電位が誘起される。ここで、金属板２４は接地されていても良いが、接地されていなくてもマイナスの電位は誘起される。ところで、金属板２４が無かった場合でも、プラス電極１３及びプラス電極１４へのプラス電位の印加により、筐体２３の表面にマイナスの誘起電位は発生する。ここで、筐体２３は接地されていても接地されていなくても良い。

マイナスの電位が誘起される金属板２４または筐体２３表面は、図１２及び図１３に示す構成のセンサと直接配線にて接続されているわけではないので、仮想電極といえる。そして、検出用のプラス電極１３と仮想電極としての金属板２４または筐体２３表面とにて検出用のコンデンサは形成され、参照用のプラス電極１４と仮想電極としての筐体２３表面とにて参照用のコンデンサは形成される。

図１５は、このような図１２及び図１３に示す構成のセンサと筐体２３との接続関係を模式的に示す図である。図１５は、仮想電極を用いて形成されたコンデンサとコンデンサ以外の回路との接続関係を示している。図１５にあって、図５と同一部分には同一符号を付している。図１５を回路図で表した場合、図５と同じものとなるが、この場合にコンデンサのマイナス電極は存在しないので、表された回路図は等価回路であるといえる。

なお、筐体２３内のトナーが参照用のプラス電極１４に接触しないように、プラス電極１４の表面を樹脂等の誘電体で覆っても良い。

このような構成をなす変形例であっても、センサのプラス電極と仮想のマイナス電極との間の誘電率がトナー量に応じて変動することを利用して、トナー量の変動を検出できる。なお、誘電率の変化量を求めてトナー量の変動を検出する手順は、前述した図１及び図２に示す構成例の場合と同様である。このように変形例にあっては、プラス電極のみを有するセンサを用い、このプラス電極と仮想電極との間でコンデンサを形成して誘電率の変化（トナー量の変動）を検出できる。

なお、上述した例では、プラス電極１４と仮想電極とを用いて参照用のコンデンサを形成することとしたが、参照用のコンデンサについては、一対の電極を用いて形成しても良く、この場合には、図７に示したような一対の電極１２ａ，１２ｂを基板１０に配置する。

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。

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
１１ 第１コンデンサ
１２ 第２コンデンサ
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ 電極
１３，１４ プラス電極
２０ 誘電率センサ
４１ 計測部
４２ 算出部
４３ 変換部
５０ 処理部
１００ 複写機（外部装置）

Claims (9)

1. 被検出物の誘電率を検出する誘電率センサにおいて、
   前記被検出物が存在する領域に配された第１コンデンサを含んで発振する第１発振回路と、
   前記被検出物が存在しない領域に配された第２コンデンサ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、
   該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誘電率の変化として変換する変換部と
   を備えることを特徴とする誘電率センサ。
2. 前記第１コンデンサは、前記被検出物が存在する領域に設けられた一対の電極を有し、前記第２コンデンサは、前記被検出物が存在しない領域に設けられた一対の電極を有することを特徴とする請求項１記載の誘電率センサ。
3. 前記第１コンデンサは、前記被検出物が存在する領域に設けられた一個の電極を有することを特徴とする請求項１記載の誘電率センサ。
4. 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から３のいずれか一項に記載の誘電率センサ。
5. 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から３のいずれか一項に記載の誘電率センサ。
6. 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から３のいずれか一項に記載の誘電率センサ。
7. 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う処理部を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の誘電率センサ。
8. 誘電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５から７のいずれか一項に記載の誘電率センサ。
9. 被検出物の誘電率を検出する誘電率検出方法において、
   前記被検出物が存在する領域に第１コンデンサを配置するとともに、前記被検出物が存在しない領域に第２コンデンサを配置し、
   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コンデンサを含んで発振する第１発振回路の発振周波数、及び、前記第２コンデンサを含んで発振する第２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、
   算出した差分を誘電率の変化として変換することを特徴とする誘電率検出方法。

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