JP5820795B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、平面コイルを用いた差動トランス式磁気センサー及びこのセンサーを利用して現像部内に収容されたトナーの残量を検出する画像形成装置に関する。

現像剤としてトナーを用いる画像形成装置では、トナーの残量や濃度の検出に磁気センサーが利用される。磁気センサーには各種方式があり、差動トランス方式の磁気センサーは、駆動コイルと、検出コイルとして機能する差動コイルと、基準コイルとして機能する差動コイルと、を同一のコアに配置した構成を有する。

コイルを平面コイルにすることにより、差動トランス式磁気センサーを小型化することができる。平面コイルを用いた差動トランス式磁気センサーとして、第１層に第１のコイル(駆動コイル)、第２層に第２のコイル(差動コイル)、第３層に第３のコイル(差動コイル)、第４層に第４のコイル(駆動コイル)を配置し、各層の間に絶縁性の基板を配置したものが提案されている(例えば、特許文献１参照)。

また、平面コイルを用いた差動トランス式磁気センサーとして、絶縁性の磁性基板の一方の面に、第１のコイル(駆動コイル)と第３のコイル(差動コイル)とを並べて配置し、絶縁性の磁性基板の他方の面に、第２のコイル(駆動コイル)と第４のコイル(差動コイル)とを並べて配置したものが提案されている(例えば、特許文献２参照)。

特開２００１−１６５９１０号公報 特開平１０−１０４９３４号公報

差動トランス式磁気センサーを利用して、検出対象物の少量の変化を検出したい場合がある。検出対象物が磁性の１成分現像剤(以下、トナー)を例に説明する。現像部内に収容されたトナーの残量が少ないと、静電潜像に供給されるトナーの量が不十分となり、画像がかすれる。一方、現像部内に収容されたトナーの残量が多いと、トナーを攪拌してトナーを帯電させる際にトナーの帯電が不十分となる。いずれも画質が低下する原因となる。

そこで、磁気センサーを利用して、現像部内に収容されたトナーの基準量(言い換えれば、現像部内に収容されたトナーの基準高さ)が予め定められた設定値に制御される。高画質な画像を形成するためには、トナー量の変化の許容範囲が狭いので、現像部内に収容されたトナーの少量の変化を検出する必要がある。

本発明の目的は、現像部内に収容されたトナーの少量の変化の検出精度を向上させることができる画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、検出対象物の少量の変化の検出精度を向上させることができる差動トランス式磁気センサーを提供することである。

上記目的を達成する本発明の一局面に係る画像形成装置は、現像部内に収容されたトナーの高さに応じた出力をする差動トランス式磁気センサーを、前記現像部に備えた画像形成装置であって、前記差動トランス式磁気センサーは、基板と、縦寸法及び横寸法の一方である第１の方向の寸法が、前記縦寸法及び前記横寸法の他方である第２の方向の寸法より小さい平面コイルを含み、前記基板に配置された駆動コイルと、前記駆動コイルに駆動電流が流れることにより生じる磁束によって誘導電流が流れ、前記駆動コイルと同じ形状の平面コイルを含み、前記基板に配置された第１の差動コイルと、前記駆動コイルに駆動電流が流れることにより生じる磁束によって誘導電流が流れ、前記駆動コイルと同じ形状の平面コイルを含み、前記基板に配置された第２の差動コイルと、を備え、前記第１の差動コイルを流れる誘導電流の向きと前記第２の差動コイルを流れる誘導電流の向きとが逆になるように、前記第１の差動コイルと前記第２の差動コイルとは電気的に接続されており、前記差動トランス式磁気センサーは、前記第１の方向を垂直にし、かつ前記第２の方向を水平にして前記現像部に配置されている。

上記目的を達成する本発明の他の局面に係る差動トランス式磁気センサーは、基板と、縦寸法及び横寸法の一方である第１の方向の寸法が、前記縦寸法及び前記横寸法の他方である第２の方向の寸法より小さい多角形の平面コイルを含み、前記基板に配置された駆動コイルと、前記駆動コイルに駆動電流が流れることにより生じる磁束によって誘導電流が流れ、前記駆動コイルと同じ形状の平面コイルを含み、前記基板に配置された第１の差動コイルと、前記駆動コイルに駆動電流が流れることにより生じる磁束によって誘導電流が流れ、前記駆動コイルと同じ形状の平面コイルを含み、前記基板に配置された第２の差動コイルと、を備え、前記第１の差動コイルを流れる誘導電流の向きと前記第２の差動コイルを流れる誘導電流の向きとが逆になるように、前記第１の差動コイルと前記第２の差動コイルとは電気的に接続されており、前記基板の厚み方向から見て、前記駆動コイルの配置領域、前記第１の差動コイルの配置領域、前記第２の差動コイルの配置領域が互いに重なっている。

本発明の一局面において、駆動コイル、第１の差動コイル及び第２の差動コイルとなる平面コイルは、縦寸法及び横寸法の一方である第１の方向の寸法が、縦寸法及び横寸法の他方である第２の方向の寸法より小さい平面コイルである。このような平面コイルとして、長方形の平面コイル、四角形より角数が多く、扁平な多角形(扁平な六角形、扁平な八角形等)の平面コイル、楕円形の平面コイルが挙げられる。

本発明の一局面では、駆動コイル、第１の差動コイル及び第２の差動コイルのそれぞれの第１の方向の寸法が、第２の方向の寸法より小さい。そして、差動トランス式磁気センサーが、第１の方向を垂直にし、かつ第２の方向を水平にして現像部に配置される。このため、差動トランス式磁気センサーが第２の方向を垂直にし、かつ第１の方向を水平にして現像部に配置されている場合と比較して、本発明の一局面によれば、センサー出力の最小値と最大値との幅は同じであるが、トナーの高さの検出可能な幅が狭くなる。従って、本発明の一局面では、上記場合よりも、現像部内に収容されたトナーの高さの変化に対するセンサー出力の変化を大きくできる。

以上のように、本発明の一局面によれば、現像部内に収容されたトナーの高さの少しの変化に対して、センサー出力の変化を大きくすることができる。このため、現像部内に収容されたトナーの高さの少しの変化に対するセンサーの感度を高くすることができるので、現像部内に収容されたトナーの高さの少しの変化、すなわち、現像部内に収容されたトナーの少量の変化の検出精度を向上させることができる。

本発明の他の局面に係る差動トランス式磁気センサーについても、本発明の一局面に係る画像形成装置と同様の理由により、検出対象物の少量の変化の検出精度を向上させることができる。

なお、本発明の他の局面に係る差動トランス式磁気センサーでは、差動トランス式磁気センサーの基板の厚み方向から見て、駆動コイルの配置領域、第１の差動コイルの配置領域、第２の差動コイルの配置領域が互いに重なっており、かつ、これらのコイルの形状を多角形に限定している。これは、先行技術と区別するためである。

本発明の一局面に係る画像形成装置は、以下の構成が可能である。前記現像部内に収容されたトナーの基準高さの位置に、前記駆動コイル、前記第１の差動コイル及び前記第２の差動コイルのそれぞれの中心部が位置するように、前記差動トランス式磁気センサーは、前記現像部に配置されている。

この構成によれば、現像部内に収容されたトナーの基準高さ近傍において、トナーの高さの少しの変化に対して、センサー出力の変化を大きくすることできる。従って、現像部内に収容されたトナーの量を基準高さに制御しながら、静電潜像をトナー像に現像する場合において、現像部内のトナー量を高精度に制御することができる。

本発明の一局面に係る画像形成装置は、以下の構成が可能である。前記基板は、第１の面と、前記第１の面と反対側に位置する第２の面とを含み、前記駆動コイルは、前記第１の面に配置された第１の駆動コイルと、前記第１の面側から見て前記第１の駆動コイルと逆向きに巻かれて前記第２の面に配置された第２の駆動コイルとを含み、前記第１の差動コイルは前記第１の駆動コイルと同じ向きに巻かれ、かつ、前記第１の差動コイルを構成する線材と前記第１の駆動コイルを構成する線材とが交互になるように、前記第１の差動コイルと前記第１の駆動コイルとが前記第１の面に配置され、前記第２の差動コイルは前記第２の駆動コイルと逆向きに巻かれ、かつ、前記第２の差動コイルを構成する線材と前記第２の駆動コイルを構成する線材とが交互になるように、前記第２の差動コイルと前記第２の駆動コイルとが前記第２の面に配置され、前記基板の厚み方向から見て、前記第１の駆動コイルの配置領域、前記第１の差動コイルの配置領域、前記第２の駆動コイルの配置領域、前記第２の差動コイルの配置領域が互いに重なっており、前記差動トランス式磁気センサーは、前記基板を貫通して形成され、前記第１の駆動コイルの一端と前記第２の駆動コイルの一端とを電気的に接続する第１の接続部材と、前記基板を貫通して形成され、前記第１の差動コイルの一端と前記第２の差動コイルの一端とを電気的に接続する第２の接続部材と、前記基板を貫通して形成された第３の接続部材と、前記第１の面に配置され、前記第２の駆動コイルの一部又は前記第２の差動コイルの一部となる接続パターンと、備え、前記接続パターンは、前記第３の接続部材によって前記第２の駆動コイルを構成する線材又は前記第２の差動コイルを構成する線材と接続されることにより、前記第２の差動コイルを構成する線材と前記第２の駆動コイルを構成する線材とを立体交差させる。

本発明の他の局面に係る差動トランス式磁気センサーは、以下の構成が可能である。前記基板は、第１の面と、前記第１の面と反対側に位置する第２の面とを含み、前記駆動コイルは、前記第１の面に配置された第１の駆動コイルと、前記第１の面側から見て前記第１の駆動コイルと逆向きに巻かれて前記第２の面に配置された第２の駆動コイルとを含み、前記第１の差動コイルは前記第１の駆動コイルと同じ向きに巻かれ、かつ、前記第１の差動コイルを構成する線材と前記第１の駆動コイルを構成する線材とが交互になるように、前記第１の差動コイルと前記第１の駆動コイルとが前記第１の面に配置され、前記第２の差動コイルは前記第２の駆動コイルと逆向きに巻かれ、かつ、前記第２の差動コイルを構成する線材と前記第２の駆動コイルを構成する線材とが交互になるように、前記第２の差動コイルと前記第２の駆動コイルとが前記第２の面に配置され、前記差動トランス式磁気センサーは、前記基板を貫通して形成され、前記第１の駆動コイルの一端と前記第２の駆動コイルの一端とを電気的に接続する第１の接続部材と、前記基板を貫通して形成され、前記第１の差動コイルの一端と前記第２の差動コイルの一端とを電気的に接続する第２の接続部材と、前記基板を貫通して形成された第３の接続部材と、前記第１の面に配置され、前記第２の駆動コイルの一部又は前記第２の差動コイルの一部となる接続パターンと、備え、前記接続パターンは、前記第３の接続部材によって前記第２の駆動コイルを構成する線材又は前記第２の差動コイルを構成する線材と接続されることにより、前記第２の差動コイルを構成する線材と前記第２の駆動コイルを構成する線材とを立体交差させる。

これらの構成では、第１の面において、第１の駆動コイルを構成する線材と第１の差動コイルを構成する線材とを交互に配置しているので、これらのコイルの磁気結合を大きくすることができる。また、第２の面において、第２の駆動コイルを構成する線材と第２の差動コイルを構成する線材とを交互に配置しているので、これらのコイルの磁気結合を大きくすることができる。

第２の駆動コイルと第２の差動コイルとは、逆向きに巻かれているので、第２の駆動コイルを構成する線材と第２の差動コイルを構成する線材との交差が不可避となる。第２の駆動コイルと第２の差動コイルとが接触すると、これらのコイルの間でショートが発生する。そこで、これら構成では、第２の駆動コイルを構成する線材と第２の差動コイルを構成する線材とを、接続パターンと第３の接続部材を用いて立体交差させている。これにより、第２の駆動コイルを構成する線材と第２の差動コイルを構成する線材とを交差させつつ、第２の駆動コイルと第２の差動コイルとの接触を防いでいる。なお、接続パターンを第２の駆動コイルの一部にすることによって立体交差させてもよいし、接続パターンを第２の差動コイルの一部にすることによって立体交差させてもよい。

そして、これらの構成では、基板の第１の面に第１の駆動コイル及び第１の差動コイルを配置し、第１の面の反対側の第２の面に第２の駆動コイル及び第２の差動コイルを配置している。このように、第１の駆動コイル、第１の差動コイル、第２の駆動コイル及び第２の差動コイルを一枚の基板に配置しているので、センサーの小型化を図れる。

本発明の一局面に係る画像形成装置及び本発明の他の局面に係る差動トランス式磁気センサーにおいて、以下の構成が可能である。前記第１の駆動コイル、前記第１の差動コイル、前記第２の駆動コイル及び前記第２の差動コイルの形状は、短辺の方向が前記第１の方向となり、長辺の方向が前記第２の方向となる長方形である。

これらの構成は、第１の駆動コイル、第１の差動コイル、第２の駆動コイル及び第２の差動コイルとなる平面コイルの形状の具体例である。

本発明の一局面に係る画像形成装置及び本発明の他の局面に係る差動トランス式磁気センサーにおいて、以下の構成が可能である。前記接続パターンは、前記第１の方向に延びて前記第１の面上に配置されている。

第１の面には、第２の駆動コイルの一部又は第２の差動コイルの一部となる接続パターンが配置されている。このため、第１の面に配置されるコイル(すなわち、第１の駆動コイルと第１の差動コイル)の長さと第２の面に配置されるコイル(すなわち、第２の駆動コイルと第２の差動コイル)の長さとのバランスを崩すことになる。バランスの崩れは、センサーの測定精度が低下する原因となるので、接続パターンの長さは小さい方が好ましい。

第１の駆動コイル、第１の差動コイル、第２の駆動コイル及び第２の差動コイルの第１の方向の寸法は、第２の方向の寸法よりも小さい。従って、これらの構成によれば、接続パターンが第２の方向に延びて第１の面上に配置されている場合と比べて、接続パターンの長さを小さくすることができるので、センサーの測定精度の低下を抑制できる。

本発明によれば、現像部内に収容されたトナーの少量の変化の検出精度を向上させることができる。また、本発明によれば、検出対象物の少量の変化の検出精度を向上させることができる。

本実施形態に係る画像形成装置の内部構造の概略を示す図である。 図１に示す画像形成装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る差動トランス式磁気センサーの回路図である。 本実施形態に係る差動トランス式磁気センサーに備えられる第１の駆動コイル、第１の差動コイル及び接続パターンのレイアウトを示す平面図である。 本実施形態に係る差動トランス式磁気センサーに備えられる第２の駆動コイル及び第２の差動コイルのレイアウトを示す平面図である。 基板をＡ１−Ａ２線に沿って切断した断面図である。 第１の駆動コイルを他のコイルと区別して示した平面図である。 第１の差動コイルを他のコイルと区別して示した平面図である。 第２の駆動コイルを他のコイルと区別して示した平面図である。 第２の差動コイルを他のコイルと区別して示した平面図である。 扁平な八角形の平面コイルの平面図である。 本実施形態に係る差動トランス式磁気センサーの平面図と現像部に取り付けられたその磁気センサーの断面を示す断面図である。 本実施形態に係る画像形成装置に備えられた差動トランス式磁気センサーの出力電圧と現像部内に収容されたトナーの高さとの関係を示すグラフである。 比較例に係る差動トランス式磁気センサーの出力電圧と現像部内に収容されたトナーの高さとの関係を示すグラフである。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の内部構造の概略を示す図である。画像形成装置１は例えば、コピー、プリンター、スキャナー及びファクシミリーの機能を有するデジタル複合機に適用することができる。画像形成装置１は装置本体１００、装置本体１００の上に配置された原稿読取部２００、原稿読取部２００の上に配置された原稿給送部３００及び装置本体１００の上部前面に配置された操作部４００を備える。

原稿給送部３００は自動原稿送り装置として機能し、原稿載置部３０１に置かれた複数枚の原稿を連続的に原稿読取部２００で読み取ることができるように送ることができる。

原稿読取部２００は露光ランプ等を搭載したキャリッジ２０１、ガラス等の透明部材により構成された原稿台２０３、不図示のＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサー及び原稿読取スリット２０５を備える。原稿台２０３に載置された原稿を読み取る場合、キャリッジ２０１を原稿台２０３の長手方向に移動させながらＣＣＤセンサーにより原稿を読み取る。これに対して、原稿給送部３００から給送された原稿を読み取る場合、キャリッジ２０１を原稿読取スリット２０５と対向する位置に移動させて、原稿給送部３００から送られてきた原稿を、原稿読取スリット２０５を通してＣＣＤセンサーにより読み取る。ＣＣＤセンサーは読み取った原稿を画像データとして出力する。

装置本体１００は用紙貯留部１０１、画像形成部１０３及び定着部１０５を備える。用紙貯留部１０１は装置本体１００の最下部に配置されており、用紙の束を貯留することができる用紙トレイ１０７を備える。用紙トレイ１０７に貯留された用紙の束において、最上位の用紙がピックアップローラー１０９の駆動により、用紙搬送路１１１へ向けて送出される。用紙は用紙搬送路１１１を通って、画像形成部１０３へ搬送される。

画像形成部１０３は搬送されてきた用紙にトナー画像を形成する。画像形成部１０３は感光体ドラム１１３、露光部１１５、現像部１１７及び転写部１１９を備える。露光部１１５は画像データ(原稿読取部２００から出力された画像データ、パソコンから送信された画像データ、ファクシミリー受信の画像データ等)に対応して変調された光を生成し、一様に帯電された感光体ドラム１１３(像担持体)の周面を走査する。これにより、感光体ドラム１１３の周面には画像データに対応する静電潜像が形成される。この状態で感光体ドラム１１３の周面に現像部１１７からトナーを供給することにより、周面には画像データに対応するトナー像が形成される。このトナー像は転写部１１９によって先ほど説明した用紙貯留部１０１から搬送されてきた用紙に転写される。

トナー像が転写された用紙は定着部１０５に送られる。定着部１０５において、トナー像と用紙に熱と圧力が加えられて、トナー像は用紙に定着される。用紙はスタックトレイ１２１又は排紙トレイ１２３に排紙される。以上のようにして、画像形成装置１はモノクロ画像を印刷する。

操作部４００は操作キー部４０１と表示部４０３を備える。表示部４０３はタッチパネル機能を有しており、ソフトキーを含む画面が表示される。ユーザーは画面を見ながらソフトキーを操作することによって、コピー等の機能の実行に必要な設定等をする。

操作キー部４０１にはハードキーからなる操作キーが設けられている。具体的にはスタートキー４０５、テンキー４０７、ストップキー４０９、リセットキー４１１、コピー、プリンター、スキャナー及びファクシミリーを切り換えるための機能切換キー４１３等が設けられている。

スタートキー４０５はコピー、ファクシミリー送信等の動作を開始させるキーである。テンキー４０７はコピー部数、ファクシミリー番号等の数字を入力するキーである。ストップキー４０９はコピー動作等を途中で中止させるキーである。リセットキー４１１は設定された内容を初期設定状態に戻すキーである。

機能切換キー４１３はコピーキー及び送信キー等を備えており、コピー機能、送信機能等を相互に切り替えるキーである。コピーキーを操作すれば、コピーの初期画面が表示部４０３に表示される。送信キーを操作すれば、ファクシミリー送信及びメール送信の初期画面が表示部４０３に表示される。

図２は、図１に示す画像形成装置１の構成を示すブロック図である。画像形成装置１は装置本体１００、差動トランス式磁気センサー３、トナー用コンテナー１２７、原稿読取部２００、原稿給送部３００、操作部４００、制御部５００及び通信部６００がバスによって相互に接続された構成を有する。装置本体１００、原稿読取部２００、原稿給送部３００及び操作部４００に関しては既に説明したので、説明を省略する。

トナー用コンテナー１２７にはトナー(磁性の１成分現像剤)が収容されており、トナー用コンテナー１２７から現像部１１７にトナーが補給される。

差動トランス式磁気センサー３は、本発明の一実施形態に係る差動トランス式磁気センサーであり、現像部１１７内のトナーの高さの変化を検出し、これを基にして現像部１１７内のトナー残量が計測される。差動トランス式磁気センサー３については、後で詳細に説明する。

制御部５００はＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)及び画像メモリ等を備える。ＣＰＵは画像形成装置１を動作させるために必要な制御を、装置本体１００等の画像形成装置１の上記構成要素に対して実行する。ＲＯＭは画像形成装置１の動作の制御に必要なソフトウェアを記憶している。ＲＡＭはソフトウェアの実行時に発生するデータの一時的な記憶及びアプリケーションソフトの記憶等に利用される。画像メモリは画像データ(原稿読取部２００から出力された画像データ、パソコンから送信された画像データ、ファクシミリー受信の画像データ等)を一時的に記憶する。

通信部６００はファクシミリー通信部６０１及びネットワークＩ／Ｆ部６０３を備える。ファクシミリー通信部６０１は相手先ファクシミリーとの電話回線の接続を制御するＮＣＵ(Network Control Unit)及びファクシミリー通信用の信号を変復調する変復調回路を備える。ファクシミリー通信部６０１は電話回線６０５に接続される。

ネットワークＩ／Ｆ部６０３はＬＡＮ(Local Area Network)６０７に接続される。ネットワークＩ／Ｆ部６０３はＬＡＮ６０７に接続されたパソコン等の端末装置との間で通信を実行するための通信インターフェイス回路である。

図３は、本実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３(以下、磁気センサー３と記載する場合もある)の回路図である。差動トランス式磁気センサー３は、第１の駆動コイル４、第２の駆動コイル５、基準コイルとして機能する第１の差動コイル６、検出コイルとして機能する第２の差動コイル７、発振回路１１、増幅回路１２、抵抗１３及びコンデンサー１４を備える。

発振回路１１は、第１の駆動コイル４及び第２の駆動コイル５を駆動させる高周波の駆動電流を生成する。第１の駆動コイル４と第２の駆動コイル５とは、直列に接続されている。第１の駆動コイル４及び第２の駆動コイル５に駆動電流が流れた際に、第１の駆動コイル４で生成される磁束と第２の駆動コイル５で生成される磁束とが同じ向きになるように(言い換えれば、第１の駆動コイル４を流れる誘導電流の向きと第２の駆動コイル５を流れる駆動電流の向きとが互いに同じになるように)、第１の駆動コイル４の一端と第２の駆動コイル５の一端とが接続されている。これにより、第１の駆動コイル４で生成される磁束と第２の駆動コイル５で生成される磁束とが打ち消し合わないようにしている。第１の駆動コイル４の他端及び第２の駆動コイル５の他端は、発振回路１１に接続されている。

第１の差動コイル６(基準コイル)は、第１の駆動コイル４と磁気的に結合される。第２の差動コイル７(検出コイル)は、第２の駆動コイル５と磁気的に結合される。第１の差動コイル６と第２の差動コイル７とは、直列に差動接続されている。言い換えれば、第１の差動コイル６及び第２の差動コイル７を流れる誘導電流の向きが、互いに逆向きになるように、第１の差動コイル６と第２の差動コイル７とが電気的に接続されている。これにより、差動電圧Ｖ０(＝第１の差動コイル６の起電圧Ｖ１−第２の差動コイル７の起電圧Ｖ２)が増幅回路１２に入力される。

第１の差動コイル６の他端は抵抗１３を介して、第２の差動コイル７の他端はコンデンサー１４を介して、増幅回路１２に接続されている。抵抗１３は増幅回路１２内のバイポーラトランジスタのベースに接続されており、増幅回路１２の増幅率の設定に用いられる。

コンデンサー１４は差動電圧Ｖ０のうち、直流成分をカットする機能を有する。これにより、増幅回路１２には差動電圧Ｖ０の交流成分だけが入力される。

磁気センサー３の動作を簡単に説明する。発振回路１１で生成された駆動電流が、第１の駆動コイル４及び第２の駆動コイル５に流れると、第１の差動コイル６に起電圧Ｖ１、第２の差動コイル７に起電圧Ｖ２が生じる。第２の差動コイル７の付近にトナーが存在すると、起電圧Ｖ２は起電圧Ｖ１よりも大きくなるので、差動電圧Ｖ０は０Ｖにならない。差動電圧Ｖ０を増幅回路１２で増幅し、増幅回路１２から出力された信号を用いてトナーの残量が検出される。

次に、差動トランス式磁気センサー３の構造について説明する。図４は、磁気センサー３に備えられる第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６及び接続パターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄのレイアウトを示す平面図である。図５は、磁気センサー３に備えられる第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７のレイアウトを示す平面図である。

磁気センサー３は、基板２１、第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、接続パターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７を備える。接続パターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを区別する必要がなければ、接続パターン８と記載する。

長方形の形状を有する基板２１の短辺の方向を、第１の方向Ｄ１、長辺の方向を第２の方向Ｄ２とする。第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とは、直交している。基板２１は、第１の面３１と、第１の面３１と反対側に位置する第２の面４１とを含む。図５は、第１の面３１側から、第２の面４１、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７を透視した図である。

第１の面３１の配置領域３３に、第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６及び接続パターン８が配置されている。第２の面４１の配置領域４３に、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７が配置されている。基板２１の厚み方向から見て、第１の駆動コイル４の配置領域、第１の差動コイル６の配置領域、第２の駆動コイル５の配置領域、第２の差動コイル７の配置領域が互いに重なっている。

基板２１をＡ１−Ａ２線に沿って切断した図が、図６である。基板２１は、絶縁性の一層のプリント基板である。

第１の駆動コイル４について説明する。図７は、第１の駆動コイル４を他のコイルと区別して示した平面図である。(Ａ)は、第１の面３１の配置領域３３を示し、(Ｂ)は、第２の面４１の配置領域４３を示している。実線で示す線が、第１の駆動コイル４を示し、点線で示す線が、第１の差動コイル６、接続パターン８、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７を示している。

第１の駆動コイル４は、長方形状に巻かれた線材４ａにより構成され、端子４ｂを始点とし、反時計回りの方向において、長方形の寸法が徐々に大きくなるように、線材４ａがパターニングされている。

第１の差動コイル６について説明する。図８は、第１の差動コイル６を他のコイルと区別して示した平面図である。(Ａ)は、第１の面３１の配置領域３３を示し、(Ｂ)は、第２の面４１の配置領域４３を示している。実線で示す線が、第１の差動コイル６を示し、点線で示す線が、第１の駆動コイル４、接続パターン８、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７を示している。

第１の差動コイル６は、長方形状に巻かれた線材６ａにより構成され、端子６ｂを始点とし、反時計回りの方向において、長方形の寸法が徐々に大きくなるように、線材６ａがパターニングされている。

第１の駆動コイル４を構成する線材４ａと第１の差動コイル６を構成する線材６ａとは、並行して同じ向きに巻かれている。これにより、第１の駆動コイル４を構成する線材４ａと第１の差動コイル６を構成する線材６ａとが交互に配置されている。

第２の駆動コイル５について説明する。図９は、第２の駆動コイル５を他のコイルと区別して示した平面図である。(Ａ)は、第１の面３１の配置領域３３を示し、(Ｂ)は、第２の面４１の配置領域４３を示している。実線で示す線が、第２の駆動コイル５を示し、点線で示す線が、第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、接続パターン８及び第２の差動コイル７を示している。

第２の駆動コイル５は、第１の面３１側から見て第１の駆動コイル４と逆向きに巻かれている。詳しくは、第２の駆動コイル５は、長方形状に巻かれた線材５ａにより構成され、端子５ｂを始点とし、時計回りの方向において、長方形の寸法が徐々に大きくなるように、線材５ａがパターニングされている。

第２の駆動コイル５の端子５ｂは、図６に示すように、基板２１に貫通して形成された第１の接続部材５２によって、第１の駆動コイル４の端子４ｂと電気的に接続されている。これにより、第２の駆動コイル５は、第１の駆動コイル４を流れる駆動電流の向きと同じ向きに駆動電流が流れるように、第１の駆動コイル４と電気的に接続される。

第２の差動コイル７について説明する。図１０は、第２の差動コイル７を他のコイルと区別して示した平面図である。(Ａ)は、第１の面３１の配置領域３３を示し、(Ｂ)は、第２の面４１の配置領域４３を示している。実線で示す線が、第２の差動コイル７を示し、点線で示す線が、第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６及び第２の駆動コイル５を示している。

第２の差動コイル７は、第２の駆動コイル５と逆向きに巻かれている。詳しくは、第２の差動コイル７は、長方形状に巻かれた線材７ａにより構成され、端子７ｂを始点とし、反時計回りの方向において、長方形の寸法が徐々に大きくなるように、線材７ａがパターニングされている。第２の差動コイル７を構成する線材７ａと第２の駆動コイル５を構成する線材５ａとが交互に配置されている。

第２の差動コイル７は、第２の面４１に配置された断続パターンである。理由は以下の通りである。第２の差動コイル７は、第２の駆動コイル５と逆向きに巻かれているので、第２の差動コイル７と第２の駆動コイル５とが交差する。第２の差動コイル７と第２の駆動コイル５とが接触するのを防止するために、接続パターン８を利用して、第２の差動コイル７と第２の駆動コイル５とを立体交差させている。

図１０の(Ｂ)に示すように、第２の面４１の配置領域４３において、第２の差動コイル７が第２の駆動コイル５と立体交差される箇所では、第２の差動コイル７が途切れており、途切れた部分に端子７ｃ１〜７ｃ８が形成されている。端子７ｃ１と端子７ｃ２、端子７ｃ３と端子７ｃ４、端子７ｃ５と端子７ｃ６、端子７ｃ７と端子７ｃ８は、それぞれ第１の方向Ｄ１に沿って並んだ位置に設けられている。

図１０の(Ａ)に示すように、接続パターン８は、第１の方向Ｄ１に延びる直線パターンであり、上述した第２の差動コイル７が第２の駆動コイル５と立体交差される箇所と対向する箇所に配置されている。

接続パターン８ａの両端の端子８ａ１，８ａ２は、それぞれ、図１０の(Ｂ)に示す端子７ｃ１，７ｃ２と電気的に接続され、接続パターン８ｂの両端の端子８ｂ１，８ｂ２は、それぞれ、図１０の(Ｂ)に示す端子７ｃ３，７ｃ４と電気的に接続され、接続パターン８ｃの両端の端子８ｃ１，８ｃ２は、それぞれ、図１０の(Ｂ)に示す端子７ｃ５，７ｃ６と電気的に接続され、接続パターン８ｄの両端の端子８ｄ１，８ｄ２は、それぞれ、図１０の(Ｂ)に示す端子７ｃ７，７ｃ８と電気的に接続されている。これらの接続は、不図示の第３の接続部材によって行われる。第３の接続部材は、図６に示す第１の接続部材５２と同様に、基板２１に貫通して形成された接続プラグである。

第１の差動コイル６の端子６ｂと第２の差動コイル７の端子７ｂとは、不図示の第２の接続部材によって電気的に接続されている。第２の接続部材は、図６に示す第１の接続部材５２と同様に、基板２１に貫通して形成された接続プラグである。

磁気センサー３の精度を高めるには、図３に示す差動電圧Ｖ０の出力範囲(例えば、０．２〜３．３Ｖ)で、差動電圧Ｖ０を大きく変化させる必要がある。このためには、磁気センサー３の付近に磁性体が存在しない状態で、第１の差動コイル６により生じる起電圧Ｖ１と第２の差動コイル７により生じる起電圧Ｖ２とが釣り合っていることが好ましい。起電圧Ｖ１と起電圧Ｖ２とが釣り合うようにするために、次のようにされている。

第１の差動コイル６のターン数と第２の差動コイル７のターン数とを同じにし、第１の差動コイル６のパターンと第２の差動コイル７のパターンとが基板２１を介して可能な限り重なるように、第１の差動コイル６が第１の面３１に配置され、第２の差動コイル７が第２の面４１に配置されている。同様に、第１の駆動コイル４のターン数と第２の駆動コイル５のターン数とを同じにし、第１の駆動コイル４のパターンと第２の駆動コイル５のパターンとが基板２１を介して可能な限り重なるように、第１の駆動コイル４が第１の面３１に配置され、第２の駆動コイル５が第２の面４１に配置されている。

第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７は、長方形の平面コイルであり、短辺の方向が第１の方向Ｄ１であり、長辺の方向が第２の方向Ｄ２である。

第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７となる平面コイルとして、長方形の平面コイルを例に説明しているが、これに限定されない。第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７となる平面コイルは、縦寸法及び横寸法の一方である第１の方向Ｄ１の寸法が、縦寸法及び横寸法の他方である第２の方向Ｄ２の寸法より小さい平面コイルである。

このような平面コイルとして、図１１に示す扁平な八角形の平面コイル９が挙げられる。また、このような平面コイルとして、図示はしないが、四角形より角数が多く、扁平な多角形(扁平な六角形等)の平面コイルや楕円形の平面コイルが挙げられる。

図１２は、差動トランス式磁気センサー３の平面図と現像部１１７に取り付けられたその磁気センサー３の断面を示す断面図である。磁気センサー３は、第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７の短辺の方向である第１の方向Ｄ１を垂直にし、これらのコイルの長辺の方向である第２の方向Ｄ２を水平にして、現像部１１７のキャビネットの外側面に取り付けられている。

符合Ｈで示す線は、現像部１１７に収容されたトナー(１成分現像剤)の基準高さを示している。基準高さＨの位置に、第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７のそれぞれの中心部が位置するように、磁気センサー３は、現像部１１７のキャビネットの外側面に配置されている。

本実施形態に係る画像形成装置１によれば、現像部１１７内に収容されたトナーの少量の変化の検出精度を向上させることができる。これについて図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、本実施形態に係る画像形成装置１に備えられた差動トランス式磁気センサー３の出力電圧と現像部１１７内に収容されたトナーの高さとの関係を示すグラフである。図１４は、比較例に係る差動トランス式磁気センサーの出力電圧と現像部１１７内に収容されたトナーの高さとの関係を示すグラフである。比較例に係る磁気センサーは、図１２に示す本実施形態と異なり、第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７の短辺の方向である第１の方向Ｄ１を水平にし、これらのコイルの長辺の方向である第２の方向Ｄ２を垂直にして、現像部１１７のキャビネットの外側面に取り付けられている。

図１３及び図１４に示すグラフの横軸がセンサーの出力電圧を示し、縦軸がトナーの高さを示している。トナーの高さは、言い換えれば、現像部１１７内に収容されたトナーの残量である。

トナーの基準高さＨ、制御したいトナーの高さの範囲、磁気センサーの出力電圧幅、及び、磁気センサーの出力電圧のばらつきは、図１３に示す本実施形態、図１４に示す比較例のいずれも同じとする。出力電圧幅とは、出力電圧の最小値と最大値との幅である。出力電圧のばらつきは、磁気センサーが配置されている箇所の温度等の原因で生じる。

本実施形態では、第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７の短辺の方向である第１の方向Ｄ１を垂直にしてトナーの高さを検出し、比較例では、それらのコイルの長辺の方向である第２の方向Ｄ２を垂直にしてトナーの高さを検出している。このため、トナーの高さの検出可能な幅は、本実施形態の方が比較例よりも狭くなる。出力電圧幅は本実施形態と比較例とでは同じなので、トナーの高さの変化に対するセンサーの出力電圧の変化は、本実施形態の方が比較例より大きくなる。

以上のように、本実施形態によれば、現像部１１７内に収容されたトナーの高さの少しの変化に対して、センサーの出力電圧の変化を大きくすることができる。このため、現像部１１７内に収容されたトナーの高さの少しの変化、すなわち、現像部１１７内に収容されたトナーの少量の変化の検出精度を向上させることができる。

上述したように、比較例において、トナーの高さの変化に対するセンサーの出力電圧の変化が小さい。このため、比較例ではセンサーの出力電圧のばらつきを吸収できず、図１４に示すように、トナーの高さが、制御したいトナーの高さの範囲外となる。一方、本実施形態において、トナーの高さの変化に対するセンサーの出力電圧の変化が大きい。このため、本実施形態ではセンサーの出力電圧のばらつきを吸収でき、図１３に示すように、トナーの高さを、制御したいトナーの高さの範囲に収めることができる。

本実施形態の他の効果を説明する。本実施形態によれば、図１２に示すように、現像部１１７内に収容されたトナーの基準高さＨの位置に、第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７のそれぞれの中心部が位置するように、差動トランス式磁気センサー３は、現像部１１７に配置されている。

このため、現像部１１７内に収容されたトナーの基準高さＨ近傍において、トナーの高さの少しの変化に対して、センサーの出力電圧の変化を大きくすることできる。従って、現像部１１７内に収容されたトナーの残量を基準高さＨに制御しながら、静電潜像をトナー像に現像する場合において、現像部１１７内のトナーの残量を高精度に制御することができる。

また、図１０に示すように、本実施形態において、第１の面３１には、第２の差動コイル７の一部となる接続パターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが配置されている。このため、第１の面３１に配置されるコイル(すなわち、第１の駆動コイル４と第１の差動コイル６)の長さと第２の面４１に配置されるコイル(すなわち、第２の駆動コイル５と第２の差動コイル７)の長さとのバランスを崩すことになる。バランスの崩れは、センサーの測定精度が低下する原因となるので、接続パターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの長さは小さい方が好ましい。

本実施形態によれば、接続パターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、第１の方向Ｄ１に延びて第１の面３１上に配置されている。第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７の第１の方向Ｄ１の寸法は、第２の方向Ｄ２の寸法よりも小さい。従って、接続パターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが第２の方向Ｄ２に延びて第１の面３１上に配置されている場合と比べて、本実施形態によれば、接続パターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの長さを小さくすることができるので、センサーの測定精度の低下を抑制できる。

さらに、本実施形態は、以下の効果を有する。本実施形態では、図４に示すように、第１の駆動コイル４を構成する線材４ａと第１の差動コイル６を構成する線材６ａとを交互に配置しているので、これらのコイルの磁気結合を大きくすることができる。また、図５に示すように、第２の駆動コイル５を構成する線材５ａと第２の差動コイル７を構成する線材７ａとを交互に配置しているので、これらのコイルの磁気結合を大きくすることができる。

第２の駆動コイル５と第２の差動コイル７とは、逆向きに巻かれているので、第２の駆動コイル５を構成する線材５ａと第２の差動コイル７を構成する線材７ａとの交差が不可避となる。第２の駆動コイル５と第２の差動コイル７とが接触すると、これらのコイルの間でショートが発生する。そこで、本実施形態では、第２の駆動コイル５を構成する線材５ａと第２の差動コイル７を構成する線材７ａとを、接続パターン８ａ〜８ｄと基板２１に貫通して形成された第３の接続部材(不図示)を用いて立体交差させている。これにより、第２の駆動コイル５を構成する線材５ａと第２の差動コイル７を構成する線材７ａとを交差させつつ、第２の駆動コイル５と第２の差動コイル７との接触を防いでいる。

そして、本実施形態では、基板２１の第１の面３１に第１の駆動コイル４及び第１の差動コイル６を配置し、第１の面３１の反対側の第２の面４１に第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７を配置している。このように、第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７を、一枚の基板に配置しているので、磁気センサー３の小型化を図れる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１の駆動コイル４と第１の差動コイル６との磁気結合及び第２の駆動コイル５と第２の差動コイル７との磁気結合を大きくし、かつ、磁気センサー３を小型化することができる。また、第１の駆動コイル４、第１の差動コイル６、第２の駆動コイル５及び第２の差動コイル７を、複数層の基板でなく、一層の基板に配置しているので、磁気センサーのコストを下げることが可能となる。

なお、本実施形態では、図１０に示すように、接続パターン８ａ〜８ｄを第２の差動コイル７の一部にすることによって立体交差させている。しかしながら、接続パターン８ａ〜８ｄを第２の駆動コイル５の一部にすることによって立体交差させてもよい。

本実施形態では、図６に示すように、第１の駆動コイル４と第１の差動コイル６とを同じ層に形成し、第２の駆動コイル５と第２の差動コイル７とを同じ層に形成している。しかしながら、これらのコイルをそれぞれ別の層に形成してもよい。また、第１の駆動コイル４と第２の駆動コイル５とを一つの駆動コイルにして、第１の差動コイル６、駆動コイル、第２の差動コイル７をそれぞれ別の層に形成してもよい。

本実施形態では、画像形成装置１の現像部１１７内のトナーの残量を検出するセンサーを例にして、差動トランス式磁気センサー３を説明したが、本発明に係る差動トランス式磁気センサーの用途は、現像部１１７内のトナー残量の検出に限定されない。

図１の感光体ドラム１１３及び露光部１１５は、画像データによって示される潜像を形成する潜像形成部として機能する。本実施形態では、画像データによって示される静電潜像を感光体ドラム１１３に形成し、この静電潜像をトナーによって現像する方式で説明した。しかしながら現像の方式は、その方式に限定されない。画像データによって示される静電潜像を用紙に形成し、この静電潜像をトナーによって現像する方式でもよいし、画像データによって示される磁気潜像にトナーを供給して現像する方式でもよい。

３ 差動トランス式磁気センサー
４ 第１の駆動コイル
５ 第２の駆動コイル
６ 第１の差動コイル
７ 第２の差動コイル
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 接続パターン
２１ 基板
３１ 第１の面
３３ 配置領域
４１ 第２の面
４３ 配置領域
５２ 第１の接続部材
１１７ 現像部
Ｄ１ 第１の方向
Ｄ２ 第２の方向
Ｈ 基準高さ

Claims (4)

1. 現像部内に収容されたトナーの高さに応じた出力をする差動トランス式磁気センサーを、前記現像部に備えた画像形成装置であって、
   前記差動トランス式磁気センサーは、
   基板と、
   縦寸法及び横寸法の一方である第１の方向の寸法が、前記縦寸法及び前記横寸法の他方である第２の方向の寸法より小さい平面コイルを含み、前記基板に配置された駆動コイルと、
   前記駆動コイルに駆動電流が流れることにより生じる磁束によって誘導電流が流れ、前記駆動コイルと同じ形状の平面コイルを含み、前記基板に配置された第１の差動コイルと、
   前記駆動コイルに駆動電流が流れることにより生じる磁束によって誘導電流が流れ、前記駆動コイルと同じ形状の平面コイルを含み、前記基板に配置された第２の差動コイルと、を備え、
   前記第１の差動コイルを流れる誘導電流の向きと前記第２の差動コイルを流れる誘導電流の向きとが逆になるように、前記第１の差動コイルと前記第２の差動コイルとは電気的に接続されており、
   前記差動トランス式磁気センサーは、前記第１の方向を垂直にし、かつ前記第２の方向を水平にして前記現像部に配置されており、
   前記基板は、第１の面と、前記第１の面と反対側に位置する第２の面とを含み、
   前記駆動コイルは、前記第１の面に配置された第１の駆動コイルと、前記第１の面側から見て前記第１の駆動コイルと逆向きに巻かれて前記第２の面に配置された第２の駆動コイルとを含み、
   前記第１の差動コイルは前記第１の駆動コイルと同じ向きに巻かれ、かつ、前記第１の差動コイルを構成する線材と前記第１の駆動コイルを構成する線材とが交互になるように、前記第１の差動コイルと前記第１の駆動コイルとが前記第１の面に配置され、
   前記第２の差動コイルは前記第２の駆動コイルと逆向きに巻かれ、かつ、前記第２の差動コイルを構成する線材と前記第２の駆動コイルを構成する線材とが交互になるように、前記第２の差動コイルと前記第２の駆動コイルとが前記第２の面に配置され、
   前記基板の厚み方向から見て、前記第１の駆動コイルの配置領域、前記第１の差動コイルの配置領域、前記第２の駆動コイルの配置領域、前記第２の差動コイルの配置領域が互いに重なっており、
   前記差動トランス式磁気センサーは、
   前記基板を貫通して形成され、前記第１の駆動コイルの一端と前記第２の駆動コイルの一端とを電気的に接続する第１の接続部材と、
   前記基板を貫通して形成され、前記第１の差動コイルの一端と前記第２の差動コイルの一端とを電気的に接続する第２の接続部材と、
   前記基板を貫通して形成された第３の接続部材と、
   前記第１の面に配置され、前記第２の駆動コイルの一部又は前記第２の差動コイルの一部となる接続パターンと、備え、
   前記接続パターンは、前記第３の接続部材によって前記第２の駆動コイルを構成する線材又は前記第２の差動コイルを構成する線材と接続されることにより、前記第２の差動コイルを構成する線材と前記第２の駆動コイルを構成する線材とを立体交差させる画像形成装置。
2. 前記現像部内に収容されたトナーの基準高さの位置に、前記駆動コイル、前記第１の差動コイル及び前記第２の差動コイルのそれぞれの中心部が位置するように、前記差動トランス式磁気センサーは、前記現像部に配置されている請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第１の駆動コイル、前記第１の差動コイル、前記第２の駆動コイル及び前記第２の差動コイルの形状は、短辺の方向が前記第１の方向となり、長辺の方向が前記第２の方向となる長方形である請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記接続パターンは、前記第１の方向に延びて前記第１の面上に配置されている請求項３に記載の画像形成装置。

Images