JP6645171B2 - 透磁率センサ及び透磁率検出方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (7)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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