JP6617788B2 - Permeability detection method - Google Patents
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Description
本発明は、被検出物の透磁率を検出する透磁率検出方法に関する。 The present invention relates to a magnetic permeability detection method for detecting the magnetic permeability of an object to be detected.
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。
An electrophotographic copying machine or printer includes a toner sensor that magnetically detects a toner concentration or remaining amount in a developing unit used to develop an electrostatic image formed on a photoreceptor. . An example of such a toner sensor is disclosed in
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。
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。
The toner sensor of
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。
In
In
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。 In a sensor that detects magnetic permeability using two coils, the two coils are spaced apart in the horizontal direction in order to prevent the other coil from being affected by the magnetic flux generated in one coil. The configuration is common. Specifically, one coil is placed near the object to be detected (magnetic material) to be easily affected by the change in permeability, and the other coil is arranged away from the object to be detected (magnetic material). Make it less susceptible to changes in permeability. According to the arrangement of the plurality of coils extending in the horizontal direction, there is a problem that the sensor cannot be reduced in size.
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。 Further, the magnetic permeability is detected according to the change in the inductance of the plurality of coils, but many circuit components are used for this detection. There is a problem in that circuit components have variations in characteristics and the circuit components are easily affected by the detection environment, so that high-precision detection cannot be achieved.
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の透磁率センサを使用しても、高精度に被検出物の透磁率の変化を検出できる透磁率検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a magnetic permeability detection method capable of detecting a change in the magnetic permeability of an object to be detected with high accuracy even when a magnetic permeability sensor having a small and simple configuration is used. The purpose is to do.
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、前記被検出物からの距離を互いに異ならせ、かつ、前記被検出物中のトナーの減少による透磁率の変化に伴い双方の発振周波数が変化する位置に第1コイル及び第2コイルを配置し、前記第1コイル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コイル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、算出した差分を透磁率に変換することとし、前記第1発振回路を発振させてその発振周波数を計測する期間では前記第2発振回路を発振させず、また、前記第2発振回路を発振させてその発振周波数を計測する期間では前記第1発振回路を発振させないことを特徴とする。 The magnetic permeability detection method according to the present invention is a magnetic permeability detection method for detecting the magnetic permeability of an object to be detected, wherein the distances from the object to be detected are different from each other , and the permeability due to a decrease in toner in the object to be detected. The first coil and the second coil are arranged at a position where both oscillation frequencies change in accordance with the change in magnetic susceptibility, the oscillation frequency of the first oscillation circuit that oscillates including the first coil, and the second coil Measure the oscillation frequency of the second oscillation circuit that oscillates at, calculate the difference between the measured oscillation frequencies, convert the calculated difference into permeability, and oscillate the first oscillation circuit to obtain the oscillation frequency. The second oscillation circuit is not oscillated during a measurement period, and the first oscillation circuit is not oscillated during a period in which the second oscillation circuit is oscillated and its oscillation frequency is measured.
本発明の透磁率検出方法にあっては、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する。計測した両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。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。 In the magnetic permeability detection method of the present invention, the oscillation frequency of the first oscillation circuit including the first coil disposed in the vicinity of the detected object, and the first coil in the vicinity of the detected object are connected to the detected object. The oscillation frequency of the second oscillation circuit including the second coil arranged at different distances is measured. The difference between both measured oscillation frequencies is calculated, and the calculated difference is converted to magnetic permeability. As the magnetic permeability of the object to be detected increases, the inductance of the coil increases and the oscillation frequency of the oscillation circuit including the coil decreases. Here, in the coil closer to the object to be detected, the amount of change in inductance corresponding to the change in magnetic permeability increases, so the fluctuation of the oscillation frequency in the oscillation circuit also increases. Therefore, the magnetic permeability can be detected from the difference between the oscillation frequencies of the respective oscillation circuits using two coils arranged with different distances from the object to be detected.
第1発振回路を発振させてその発振周波数を計測する期間では第2発振回路を発振させず、また、第2発振回路を発振させてその発振周波数を計測する期間では第1発振回路を発振させない。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。 The second oscillation circuit is not oscillated during the period in which the first oscillation circuit is oscillated and the oscillation frequency is measured, and the first oscillation circuit is not oscillated in the period in which the second oscillation circuit is oscillated and the oscillation frequency is measured. . Therefore, when the oscillation frequency of one oscillation circuit is measured, the other oscillation circuit is not oscillating. Therefore, the measurement value of the oscillation frequency of one oscillation circuit is not affected by the oscillation of the other oscillation circuit. Therefore, accurate oscillation frequencies in both oscillation circuits can be measured, and the permeability detection accuracy is high.
ここで、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。 Here, a flat coil such as a coil formed by patterning printing on the substrate can be used as the two coils, and the configuration is downsized.
また、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。 In the case of a coil having a small inductance such as a flat coil, the oscillation frequency is high. As a result, since the clock of the computer is lower than the transmission frequency, in the case of frequency measurement, the measurement time for obtaining the same resolution can be shortened, and the measurement time can be made constant.
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。 In addition, a series of processes for measuring the oscillation frequency, calculating the difference between the oscillation frequencies, and converting the difference to the magnetic permeability can be performed by software using a microcomputer, etc., and the number of parts can be reduced. The detection accuracy is high.
本発明に係る透磁率検出方法は、前記第1コイル及び第2コイルを、同軸状に配置することを特徴とする。 The magnetic permeability detection method according to the present invention is characterized in that the first coil and the second coil are arranged coaxially.
本発明の透磁率検出方法にあっては、第1コイル及び第2コイルが同軸状に配置されている。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。 In the magnetic permeability detection method of the present invention, the first coil and the second coil are arranged coaxially. Therefore, the area required for arranging the coils is small, and the magnetic permeability sensor can be miniaturized.
本発明に係る透磁率検出方法は、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。 The magnetic permeability detection method according to the present invention is characterized in that components of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit are common except for the first coil and the second coil.
本発明の透磁率検出方法にあっては、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。 In the magnetic permeability detection method of the present invention, the first and second oscillating circuits share the same components other than the first and second coils. Therefore, the oscillation frequency measured by each of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit is not affected by variations in characteristics due to different components other than the coil, and an accurate value is measured. Therefore, the magnetic permeability detection accuracy is high.
本発明では、小型かつ簡単な構成の透磁率センサを用いても、高精度に被検出物の透磁率を検出することができる。 In the present invention, the magnetic permeability of the object to be detected can be detected with high accuracy even when a magnetic permeability sensor having a small and simple configuration is used.
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。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof. 1 and 2 are a perspective view and a cross-sectional view showing the configuration of the magnetic permeability sensor of the present invention.
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。
1 and 2,
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。
A
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。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of attaching the
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。
At this time, the
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。
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the
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。
The
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。
The
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。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the
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。 One end of the coil L1 is connected to the sixth terminal of the microcomputer U1, and one end of the coil L2 is connected to the third terminal of the microcomputer U1. The other end of the coil L1 and the other end of the coil L2 are connected to the base of the transistor Q1 via the capacitor C1. A resistor R2 is provided between the base and collector of the transistor Q1, and a capacitor C2 is provided between the base and emitter of the transistor Q1. The collector of the transistor Q1 is connected to the second terminal of the microcomputer U1 and is grounded through the resistor R3.
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。 The first terminal of the microcomputer U1 is connected to the input terminal for the power supply voltage Vdd. The input terminal of the power supply voltage Vdd is connected to the emitter of the transistor Q1 through the resistor R1. One end of a capacitor C3 is connected between the resistor R1 and the emitter of the transistor Q1, and the other end of the capacitor C3 is grounded. One end of a capacitor C6 is connected between the input terminal of the power supply voltage Vdd and the first terminal, and the other end of the capacitor C6 is grounded. A grounding terminal is connected to the eighth terminal of the microcomputer U1.
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。 An output terminal that outputs a detection voltage Vout corresponding to the magnetic permeability is connected to the seventh terminal of the microcomputer U1 via a resistor R4. One end of a capacitor C7 is connected between the output terminal and the resistor R4, and the other end of the capacitor C7 is grounded. An input terminal for inputting a control voltage Vcont for performing offset control is connected to the fifth terminal of the microcomputer U1 via a resistor R6. One end of a capacitor C4 is connected between the fifth terminal of the microcomputer U1 and the resistor R6, and the other end of the capacitor C4 is grounded.
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。
The coil L1, the two capacitors C2 and C3, and the transistor Q1 constitute the first oscillation circuit 6 (Colpitts oscillation circuit). The coil L2, the two capacitors C2 and C3, and the transistor Q1 described above. A second oscillation circuit 7 (Colpitts oscillation circuit) is configured. Then, by the switching operation of the microcomputer U1 (the switching operation is performed at the third terminal and the sixth terminal of the microcomputer U1), the
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。
Next, the operation of the
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。
The first
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。
When the measurement of the oscillation frequency for each predetermined time (for example, 2 ms) is finished, the oscillation frequency measured in the first oscillation circuit 6 (derived from the first coil 1) and the oscillation frequency in the second oscillation circuit 7 (in the second coil 2) The difference from the measured oscillation frequency is calculated by the
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。
Further, in the period in which the
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。 The present invention has the following advantages. Depending on the type of toner used, the toner density control range may change. In this case, for example, by using an unused terminal of the microcomputer U1 and controlling the voltage level of the unused terminal from the outside, the toner density control range is adjusted to an appropriate range for the toner to be used. Offset function can be given.
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。 In recent years, depending on the electrophotographic method, the particle size of the toner itself tends to be small in order to obtain high image quality. Further, the amount of unnecessary toner is reduced as much as possible to reduce the cost and weight, and as a result, the change in magnetic permeability that can be detected tends to be small. In order to accurately detect the change in the reduced magnetic permeability, it is necessary to increase the measurement sensitivity by a method such as amplification in order to increase the change in the small magnetic permeability. In this case, the change in the magnetic permeability is not linear, and the magnetic permeability cannot be measured accurately. According to the present invention, by using a method using software such as linear correction, it becomes possible to improve the deteriorated linearity, and it is possible to accurately grasp the change in magnetic permeability.
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。 Note that although FIG. 5 shows a microcomputer having eight terminals as an example, it is not limited to this configuration. If necessary, it is possible to use a microcomputer with a different number of terminals and transmit information such as permeability change to the upper control side by means of serial communication etc. and receive control signals from the upper side. is there.
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。 Hereinafter, the principle that the magnetic permeability can be detected (the toner density can be detected) by the above-described procedure will be described.
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。 When the magnetic permeability of the object to be detected increases, the inductance of the coil arranged in the vicinity of the object to be detected increases according to the fluctuation of the magnetic permeability. As a result, the oscillation frequency of the oscillation circuit including the coil decreases. Here, when two coils are arranged at different distances from the object to be detected, the inductance of each coil increases, and the oscillation frequency of any oscillation circuit decreases. However, the coil closer to the object to be detected is more affected by the change in permeability than the coil farther away, so in the above case, the amount of increase in inductance is large and the amount of decrease in oscillation frequency is also large. Become. Therefore, a difference corresponding to the degree of change in the magnetic permeability occurs in the oscillation frequency in the two oscillation circuits including the two coils. Thus, since there is a correlation between the difference between both oscillation frequencies and the magnetic permeability, in the present invention, the magnetic permeability of the object to be detected can be detected based on the difference between the oscillation frequencies of both oscillation circuits. Is possible.
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。
In the
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。 The developer in the developing unit is a mixture of toner and magnetic material (iron powder). At the time of copying, the toner adheres to the paper and the magnetic material hardly adheres. Therefore, as the copying process proceeds, the amount of toner decreases but the amount of magnetic material hardly changes, so the magnetic permeability of the developer increases. Therefore, there is an inversely proportional correlation between the magnetic permeability in the developing unit and the toner density. In the present invention, since the magnetic permeability of the detection target (developer) can be detected as described above, the toner concentration can be detected based on the detected magnetic permeability of the developer in the developing unit.
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。
In the embodiment described above, the change in inductance of the two coils (the
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。
In the present embodiment, since the
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。 Since the measurement of the oscillation frequency in the two oscillation circuits is alternately performed, the measurement of the oscillation circuit including one coil is not affected by the magnetic flux generated in the other coil (inductance change in the other coil). Therefore, an accurate oscillation frequency can be measured, and as a result, the magnetic permeability can be detected with high accuracy.
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。 In this embodiment, since the transistors and capacitors constituting the two oscillation circuits are shared, and the coils are arranged in the oscillation circuits, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced. In addition, since the number of parts is small, variations in part characteristics can be reduced, and further accurate measurement is possible without being affected by disturbances such as temperature changes and noise.
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。 Since various processes are performed by software using a microcomputer, the number of circuit parts as hardware can be reduced and the influence of variations in characteristics of circuit parts is reduced. In addition, since it is processed by software, it is less affected by the environment (temperature, humidity, etc.). Therefore, the accuracy of the detected magnetic permeability can be increased.
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。 Further, even when the set toner density is different, it can be easily dealt with only by changing the contents of the software. Therefore, since management for each set value with different toner density is not required, mass production is facilitated, and cost can be reduced.
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。 Next, a comparison of characteristics (toner density detection) between the example of the present invention and the conventional example will be described. The magnetic permeability sensor (toner sensor) of the present invention example has the configuration shown in FIGS. 1 and 2 described above, and is attached to the developing unit as shown in FIG. 3 described above.
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。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of attaching a conventional magnetic permeability sensor to a developing unit. In FIG. 7, the same or similar parts as those in FIG.
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。
A
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。
In the conventional magnetic permeability sensor, since the
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。 FIG. 8 is a graph showing detection sensitivity characteristics of toner density in the present invention example and the conventional example. In FIG. 8, the horizontal axis represents the toner concentration, and the vertical axis represents the output voltage as a result of magnetic permeability detection. Further, (a) and (b) in FIG. 8 show the characteristics of the present invention example and the conventional example, respectively.
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。 When the present invention example and the conventional example are compared, in the present invention example, the portion where the output voltage fluctuates linearly with respect to the change in the toner density is wider than the conventional example. Therefore, it can be seen that the detection accuracy of the example of the present invention is superior to the detection accuracy of the conventional example.
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。 FIG. 9 is a graph showing control voltage characteristics for performing offset control in the present invention example and the conventional example. In FIG. 9, the horizontal axis represents the control voltage to be applied, and the vertical axis represents the output voltage. Also, (a) and (b) in FIG. 9 show the characteristics of the inventive example and the conventional example, respectively.
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。 When the present invention example is compared with the conventional example, the output voltage varies only linearly with respect to the change in the control voltage in the conventional example, whereas in the present invention example, the change in the control voltage occurs. On the other hand, the output voltage varies linearly throughout. Therefore, it can be seen that the accuracy of the offset control in the example of the present invention is superior to the accuracy of the conventional example.
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。
By the way, in the above-described embodiment, the
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。
In the above-described embodiment, the
(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。
(First modification)
FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the coil in the first modification. 10, the same or similar members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 10, the upper and lower surfaces of the
(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。
(Second modification)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the magnetic permeability sensor in the second modification. In FIG. 11, the same or similar members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In the second modification, the
(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。
(Third Modification)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the magnetic permeability sensor in the third modification. 12, the same or similar members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In the third modification, a
(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。
(Fourth modification)
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the magnetic permeability sensor in the fourth modification. 13, the same or similar members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In the fourth modification, the
(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。
(5th modification)
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the magnetic permeability sensor in the fifth modification. 14, the same or similar members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In the fifth modification, a plurality of chip coils are mounted on the lower surface of one end portion of the
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。 In the present invention, the first coil and the second coil may be covered with an electrostatic shield. The coil described in the present invention uses an air-core coil. If there is a coil having a dielectric constant close to the coil, the measured value may vary due to a change in capacitance. In such a case, the influence from the outside can be suppressed by covering the coil with a shield member made of copper or the like. However, in the case of the magnetic permeability sensor of the present invention, it is considered that an eddy current is generated in the shield member due to a change in magnetic permeability, that is, a change in magnetic field lines, and this eddy current may cause a measurement error in the magnetic permeability sensor. Therefore, it is necessary to provide a shield member that takes measures against eddy currents into consideration.
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。
15A to 15C are plan views showing the configuration of a shield member suitable for the magnetic permeability sensor of the present invention. In the example shown in FIG. 15A, a copper shield member 61 having a shape in which a plurality of comb teeth are extended in the same direction is provided above the
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。
FIG. 15C shows an annular shield member. A
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。
The shield member as described above may be provided on both sides of the
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。 The disclosed embodiments should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
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
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記被検出物からの距離を互いに異ならせ、かつ、前記被検出物中のトナーの減少による透磁率の変化に伴い双方の発振周波数が変化する位置に第1コイル及び第2コイルを配置し、
前記第1コイル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コイル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、
算出した差分を透磁率に変換することとし、
前記第1発振回路を発振させてその発振周波数を計測する期間では前記第2発振回路を発振させず、また、前記第2発振回路を発振させてその発振周波数を計測する期間では前記第1発振回路を発振させないことを特徴とする透磁率検出方法。 In the magnetic permeability detection method for detecting the magnetic permeability of the object to be detected,
The first coil and the second coil are arranged at positions where the distances from the object to be detected are different from each other , and both the oscillation frequencies change with a change in magnetic permeability due to a decrease in toner in the object to be detected ,
Measuring the oscillation frequency of the first oscillation circuit that oscillates including the first coil and the oscillation frequency of the second oscillation circuit that oscillates including the second coil;
Calculate the difference between the measured oscillation frequencies,
Let's convert the calculated difference into permeability,
The second oscillation circuit is not oscillated during a period in which the first oscillation circuit is oscillated and the oscillation frequency is measured, and the first oscillation is in a period during which the second oscillation circuit is oscillated and the oscillation frequency is measured. A magnetic permeability detection method characterized by not causing a circuit to oscillate.
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