Differential transformer type magnetic sensor

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知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、検知コイル及び基準コイル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の一例として、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(基準コイル)、第３層に第３のコイル(検知コイル)、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)。

平面コイルを用いた差動トランス式磁気センサーの場合、センサーの製造工程での誤差等が原因で、駆動コイル、検知コイル、基準コイルの形成位置にズレを生じることがある。 これにより、検知対象となる磁性体が存在しない状態で、検知コイルを通る磁束の量と基準コイルを通る磁束の量とを同じにできないので、測定精度が低下する。 特に、センサー毎にズレの大きさが異なると、検知対象となる磁性体が存在しない状態で、検知コイルを通る磁束の量と基準コイルを通る磁束の量との差が、センサー毎に異なることになる。 よって、センサー毎に、出力の大きさにバラツキが生じ、測定精度が低下する。

本発明は、平面コイルからなる検知コイル、基準コイル及び駆動コイルの形成位置にズレが生じてもセンサー毎の出力の大きさのバラツキを抑制できる差動トランス式磁気センサーを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る差動トランス式磁気センサーは、同一平面上に位置する第１の線材と第２の線材とが並行して同じ方向に巻かれたパターンで構成されるコイル層であり、前記第１の線材によって構成される平面状の検知コイルと、前記第２の線材によって構成される平面状の第１の駆動コイルと、を含む第１のコイル層と、同一平面上に位置する第３の線材と第４の線材とが並行して同じ方向に巻かれたパターンで構成されるコイル層であり、前記第３の線材によって構成される平面状の基準コイルと、前記第４の線材によって構成される平面状の第２の駆動コイルと、を含む第２のコイル層と、前記第１のコイル層と前記第２のコイル層との間に配置された第１の絶縁層と、を備え、前記第１の駆動コイルを流れる駆動電流の向きと前記第２の駆動コイルを流れる駆動電流の向きとが同じになるように、前記第１の駆動コイルと前記第２の駆動コイルとが電気的に接続されており、前記検知コイルを流れる誘導電流の向きと前記基準コイルを流れる誘導電流の向きとが逆になるように、前記検知コイルと前記基準コイルとが電気的に接続されている。

本発明において、検知コイルと第１の駆動コイルとは第１のコイル層に含まれ、同じ層に形成されている。 このため、検知コイルの形成位置にズレが生じた場合、同じ量だけ第１の駆動コイルの形成位置にズレが生じることになり、第１の駆動コイルの形成位置にズレが生じた場合、同じ量だけ検知コイルの形成位置にズレが生じる。 従って、検知コイルと第１の駆動コイルとの相対的な位置関係は変化しない。 よって、検知コイル及び第１の駆動コイルの形成位置にズレが生じても、検知対象物が存在しない状態で、検知コイルを通る磁束の量は変化しない。

同様に、基準コイルと第２の駆動コイルとは第２のコイル層に含まれ、同じ層に形成されている。 このため、基準コイルの形成位置にズレが生じた場合、同じ量だけ第２の駆動コイルの形成位置にズレが生じることになり、第２の駆動コイルの形成位置にズレが生じた場合、同じ量だけ基準コイルの形成位置にズレが生じる。 従って、基準コイルと第２の駆動コイルとの相対的な位置関係は変化しない。 よって、基準コイル及び第２の駆動コイルの形成位置にズレが生じても、検知対象物が存在しない状態で、基準コイルを通る磁束の量は変化しない。

以上のように、本発明によれば、平面コイルからなる検知コイル、第１の駆動コイル、基準コイル、第２の駆動コイルの形成位置にズレが生じても、検知対象物が存在しない状態で、検知コイルを通る磁束の量が変化したり、基準コイルを通る磁束の量が変化したりすることがない。 従って、検知対象が存在しない状態で、検知コイルを通る磁束の量と基準コイルを通る磁束の量との差が、差動トランス式磁気センサー毎に異なることを防止できるので、差動トランス式磁気センサー毎の出力の大きさのばらつきを抑制することができる。

上記構成において、前記第１のコイル層の数と前記第２のコイル層の数とは、２以上の同じ数であり、前記第１の絶縁層の一方の面側に前記第１のコイル層と交互に積層された第２の絶縁層と、前記第１の絶縁層の他方の面側に前記第２のコイル層と交互に積層された第３の絶縁層と、を備え、各前記第１のコイル層の前記第１の駆動コイルを流れる駆動電流の向きが互いに同じになるように、各前記第１のコイル層の前記第１の駆動コイル同士が一筆書き状に電気的に接続され、各前記第２のコイル層の前記第２の駆動コイルを流れる駆動電流の向きが互いに同じになるように、各前記第２のコイル層の前記第２の駆動コイル同士が一筆書き状に電気的に接続され、各前記第１のコイル層の前記検知コイルを流れる誘導電流の向きが互いに同じになるように、各前記第１のコイル層の前記検知コイル同士が一筆書き状に電気的に接続され、各前記第２のコイル層の前記基準コイルを流れる誘導電流の向きが互いに同じになるように、各前記第２のコイル層の前記基準コイル同士が一筆書き状に電気的に接続されている。

この構成によれば、第１のコイル層、第２のコイル層がそれぞれ複数あるので、差動トランス式センサーの面積を大きくすることなく、差動トランス式磁気センサーの出力を大きくすることができる。

また、この構成によれば、以下の理由により、差動トランス式磁気センサー毎の出力の大きさのばらつきを小さくすることができる。 この構成において、検知コイルには、同じ第１のコイル層の第１の駆動コイル及び別の第１のコイル層の第１の駆動コイルを流れる駆動電流によって生じる磁束が通る。 形成位置にズレが生じている第１のコイル層の検知コイルにおいて、形成位置にズレが生じていない第１のコイル層の第１の駆動コイルを流れる駆動電流によって生じる磁束が通る量は低下する。

しかしながら、上述したように、形成位置にズレが生じている第１のコイル層の検知コイルにおいて、同じ第１のコイル層の第１の駆動コイルを流れる駆動電流によって生じる磁束が通る量は変わらない。 従って、検知コイルや第１の駆動コイルの形成位置のみにズレが生じた場合と比較して、検知対象物が存在しない状態で、検知コイルを通る磁束の量と基準コイルを通る磁束の量との差を小さくできる。

基準コイルも検知コイルと同様のことが言える。 基準コイルには、同じ第２のコイル層の第２の駆動コイル及び別の第２のコイル層の第２の駆動コイルを流れる駆動電流によって生じる磁束が通る。 形成位置にズレが生じている第２のコイル層の基準コイルにおいて、形成位置にズレが生じていない第２のコイル層の第２の駆動コイルを流れる駆動電流によって生じる磁束が通る量は低下する。

しかしながら、上述したように、形成位置にズレが生じている第２のコイル層の基準コイルにおいて、同じ第２のコイル層の第２の駆動コイルを流れる駆動電流によって生じる磁束が通る量は変わらない。 従って、基準コイルや第２の駆動コイルの形成位置のみにズレが生じた場合と比較して、検知対象物が存在しない状態で、検知コイルを通る磁束の量と基準コイルを通る磁束の量との差を小さくできる。

以上のように、この構成によれば、平面コイルからなる検知コイル、第１の駆動コイル、基準コイル、第２の駆動コイルの形成位置にズレが生じている場合に、検知対象物が存在しない状態で、検知コイルを通る磁束の量と基準コイルを通る磁束の量との差を小さくできる。 よって、差動トランス式磁気センサー毎の出力の大きさのばらつきを小さくすることができる。

上記構成において、前記第１のコイル層の数と前記第２のコイル層の数は、それぞれ２つであり、一方の前記第１のコイル層、前記第２の絶縁層、他方の前記第１のコイル層、前記第１の絶縁層、一方の前記第２のコイル層、前記第３の絶縁層、他方の前記第２のコイル層の順に積層されている。

この構成は、第１のコイル層、第２のコイル層の数がそれぞれ二つの場合の形態である。

本発明によれば、平面コイルからなる検知コイル、基準コイル及び駆動コイルの形成位置にズレが生じても、差動トランス式磁気センサー毎の出力の大きさのバラツキを抑制できる。

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を適用することができ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。

差動トランス式磁気センサーの回路図の一例を示す図である。

本発明の第１実施形態に係る差動トランス式磁気センサーの構成を示す斜視図である。

本発明の第１実施形態に係る差動トランス式磁気センサーの断面図である。

比較例に係る差動トランス式磁気センサーの構成を示す斜視図である。

コイルの形成位置にズレが発生した状態の比較例に係る差動トランス式磁気センサーの断面の例を示す図である。

コイルの形成位置にズレが発生した状態の第１実施形態に係る差動トランス式磁気センサーの断面の例を示す図である。

本発明の第２実施形態に係る差動トランス式磁気センサーの構成を示す斜視図である。

コイルの形成位置にズレが発生した状態の第２実施形態に係る差動トランス式磁気センサーの断面の例を示す図である。

第２実施形態の変形例に係る差動トランス式磁気センサーの構成を示す斜視図である。

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差動トランス式磁気センサーを適用することができる画像形成装置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の周面に照射する。 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画像が形成される。 このトナー画像は転写部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。

トナー画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、トナー画像と用紙に熱と圧力が加えられて、トナー画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、現像部１１７内のトナーの高さの変化を検知し、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。 ファクシミリ通信部６０１は相手先ファクシミリ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、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)の回路図の一例を示す図である。 差動トランス式磁気センサー３は、検知コイル４、第１の駆動コイル５、基準コイル６、第２の駆動コイル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５及び第２の駆動コイル７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５と第２の駆動コイル７とは、直列に接続されている。 第１の駆動コイル５及び第２の駆動コイル７に駆動電流が流れた際に、第１の駆動コイル５で生成される磁束と第２の駆動コイル７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５及び第２の駆動コイル７を流れる駆動電流の向きが、互いに同じ向きになるように)、第１の駆動コイル５の一端と第２の駆動コイル７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５で生成される磁束と第２の駆動コイル７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５の他端及び第２の駆動コイル７の他端は、発振回路１１に接続されている。

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

検知コイル４の他端はコンデンサー１４を介して、基準コイル６の他端は抵抗１３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５及び第２の駆動コイル７に流れると、基準コイル６に起電圧Ｖ１、検知コイル４に起電圧Ｖ２が生じる。 検知コイル４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残量が検出される。

次に、磁気センサー３として適用できる本発明の第１実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３ａ(以下、磁気センサー３ａと記載する場合もある)について説明する。 図４は、磁気センサー３ａの構成を示す斜視図である。 図５は、磁気センサー３ａの断面図である。

磁気センサー３ａは、第１のコイル層２１、第２のコイル層２３、及び、第１の絶縁層２５を備える。

第１のコイル層２１は、第１の線材４ａ及び第２の線材５ａによって構成される。 第１の線材４ａと第２の線材５ａとは同一平面上(上絶縁膜２５ａの表面上)に位置し、並行して同じ方向に渦巻き状に巻かれている。 すなわち、第１の線材４ａと第２の線材５ａとが２重渦巻き状に巻かれている。

第１の線材４ａは、端子４ｂを始点として、反時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされている。 第１の線材４ａによって、平面状のコイルである検知コイル４が構成される。

第２の線材５ａは、端子５ｂを始点として、反時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされている。 第２の線材５ａによって、平面状のコイルである第１の駆動コイル５が構成される。

第２のコイル層２３は、第３の線材６ａ及び第４の線材７ａによって構成される。 第３の線材６ａと第４の線材７ａとは同一平面上(下絶縁膜２５ｃの表面上)に位置し、並行して同じ方向に渦巻き状に巻かれている。 すなわち、第３の線材６ａと第４の線材７ａとが２重渦巻き状に巻かれている。

第３の線材６ａは、端子６ｂを始点として、反時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされている。 第３の線材６ａによって、平面状のコイルである基準コイル６が構成される。

第４の線材７ａは、端子７ｂを始点として、反時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされて、終点である端子７ｃに至る。 第４の線材７ａによって、平面状のコイルである第２の駆動コイル７が構成される。

絶縁層２５は、第１のコイル層２１と第２のコイル層２３との間に配置されている。 絶縁層２５は、上絶縁膜２５ａ、中間絶縁膜２５ｂ及び下絶縁膜２５ｃを備える。

上絶縁膜２５ａの表面に第１のコイル層２１が形成されている。 下絶縁膜２５ｃの表面に第２のコイル層２３が形成されている。 中間絶縁膜２５ｂは、上絶縁膜２５ａと下絶縁膜２５ｃとの間に形成されている。 第１の実施形態では、絶縁層２５が第１の絶縁層として機能する。

第１の駆動コイル５を流れる駆動電流の向きと第２の駆動コイル７を流れる駆動電流の向きとが同じになるように、第１の駆動コイル５と第２の駆動コイル７とが電気的に接続されている。 これを実現するために、第１の駆動コイル５の端子５ｂと第２の駆動コイル７の端子７ｃとを電気的に接続している。

詳しく説明すると、接続プラグ２７ａは、上絶縁膜２５ａを貫通して形成されている。 接続プラグ２７ｂは、中間絶縁膜２５ｂ及び下絶縁膜２５ｃを貫通して形成されている。 接続プラグ２７ｃは、下絶縁膜２５ｃを貫通して形成される。

第１の駆動コイル５の端子５ｂは、接続プラグ２７ａと電気的に接続されている。 第２の駆動コイル７の端子７ｃは、接続プラグ２７ｂと電気的に接続されている。 接続プラグ２７ａは、第１の駆動コイル５の内側に位置する端子５ｂと接続されており、接続プラグ２７ｂは、第２の駆動コイル７の外側に位置する端子７ｃと接続されている。 従って、接続プラグ２７ａと接続プラグ２７ｂとを直接接続することができない。 そこで、接続プラグ２７ａと接続プラグ２７ｂとは、中間絶縁膜２５ｂ上に形成された配線２９ａによって電気的に接続される。

第２の駆動コイル７の端子７ｂは、第２の駆動コイル７の内側に位置するので、端子７ｂと接続する配線を第２のコイル層２３に設けることができない。 そこで、配線２９ｂを下絶縁膜２５ｃの上に形成し、配線２９ｂと端子７ｂとを接続プラグ２７ｃによって電気的に接続している。

検知コイル４を流れる誘導電流の向きと基準コイル６を流れる誘導電流の向きとが逆になるように、検知コイル４と基準コイル６とが電気的に接続されている。 これを実現するために、検知コイル４の端子４ｂと基準コイル６の端子６ｂとを、絶縁層２５に貫通して形成された接続プラグ２７ｄによって電気的に接続している。

図５に示すように、検知コイル４、第１の駆動コイル５、基準コイル６、第２の駆動コイル７の形成位置にズレが生じていない場合、第１の駆動コイル５及び第２の駆動コイル７に駆動電流が流れることによって生じる磁束の中心Ｃ１上に、検知コイル４の中心Ｃ２及び基準コイル６の中心Ｃ３が位置する。

第１の実施形態に係る磁気センサー３ａは、第１の線材４ａ、第２の線材５ａ、第３の線材６ａ及び第４の線材７ａが、同じ向きに渦巻き状に巻かれている。 しかしながら、第３の線材６ａ及び第４の線材７ａが巻かれている向きを、第１の線材４ａ及び第２の線材５ａが巻かれている向きと逆の態様も可能である。 なぜならば、この態様であっても、第１の駆動コイル５と第２の駆動コイル７との接続の仕方を変えることによって、第１の駆動コイル５を流れる駆動電流の向きと第２の駆動コイル７を流れる駆動電流の向きとを同じにすることができ、検知コイル４と基準コイル６との接続の仕方を変えることによって、検知コイル４を流れる誘導電流の向きと基準コイル６を流れる誘導電流の向きとを逆にすることができるからである。

第１実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３ａの効果を、比較例と比較して説明する。 比較例に係る差動トランス式磁気センサー２を構成する要素のうち、第１実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３ａを構成する要素と同じ要素については、同一符号を付している。

図６は、比較例に係る差動トランス式磁気センサー２の構成を示す斜視図である。 比較例において、第１の駆動コイル５は、上絶縁膜２５ａと中間絶縁膜２５ｂとの間に形成されている。 第２の駆動コイル７は、中間絶縁膜２５ｂと下絶縁膜２５ｃとの間に形成されている。 すなわち、第１の駆動コイル５は、検知コイル４と別の層に形成されている。 第２の駆動コイル７は、基準コイル６と別の層に形成されている。

第１の駆動コイル５の端子５ｂと第２の駆動コイル７の端子７ｂとは、中間絶縁膜２５ｂに貫通して形成された接続プラグ２７ｅによって電気的に接続されている。 これにより、第１の駆動コイル５を流れる駆動電流の向きと第２の駆動コイル７を流れる駆動電流の向きとを同じにしている。

検知コイル４の端子４ｂと基準コイル６の端子６ｂとは、絶縁層２５に貫通して形成された接続プラグ２７ｆによって電気的に接続されている。 これにより、検知コイル４を流れる誘導電流の向きと基準コイル６を流れる誘導電流の向きとを逆にしている。

図７は、コイルの形成位置にズレが発生した状態の図６に示す比較例に係る差動トランス式磁気センサー２の断面の例を示す図である。 図７の(Ａ)は、検知コイル４の形成位置にズレを生じている例であり、図７の(Ｂ)は、第１の駆動コイル５の形成位置にズレを生じている例である。

検知コイル４又は第１の駆動コイル５の形成位置にズレが生じると、検知対象となるトナー(磁性体)が存在しない状態において、検知コイル４を通る磁束の量が基準コイル６を通る磁束の量より小さくなり、検知コイル４を通る磁束の量と基準コイル６を通る磁束の量とが等しくならない。 言い換えれば、検知対象となるトナーが存在しない状態において、検知コイル４を流れる誘導電流が基準コイル６を流れる誘導電流より小さくなり、検知コイル４を流れる誘導電流と基準コイル６を流れる誘導電流とが等しくならない。 磁気センサー２毎にコイルの形成位置のズレの大きさが異なると、検知コイル４を通る磁束の量と基準コイル６を通る磁束の量との差にばらつきが生じ、磁気センサー２毎に出力が異なることになる。 このため、測定精度が低下する。

図８は、コイルの形成位置にズレが発生した状態の第１実施形態に係る磁気センサー３ａの断面の例を示す図である。 図５は、既に説明したように、コイルの形成位置にズレが発生していない状態の第１実施形態に係る磁気センサー３ａの断面の例を示す図である。 図５と図８とを比較すれば分かるように、図８では、検知コイル４及び第１の駆動コイル５の形成位置にズレが生じている。

第１実施形態において、検知コイル４と第１の駆動コイル５とは第１のコイル層２１に含まれ、同じ層に形成されている。 このため、検知コイル４の形成位置にズレが生じた場合、同じ量だけ第１の駆動コイル５の形成位置にズレが生じることになり、第１の駆動コイル５の形成位置にズレが生じた場合、同じ量だけ検知コイル４の形成位置にズレが生じることになる。 従って、検知コイル４と第１の駆動コイル５との相対的な位置関係は変化しない。 よって、検知コイル４及び第１の駆動コイル５の形成位置にズレが生じても、検知対象物が存在しない状態で、検知コイル４を通る磁束の量は変化しない。

同様に、基準コイル６と第２の駆動コイル７とは第２のコイル層２３に含まれ、同じ層に形成されている。 このため、基準コイル６の形成位置にズレが生じた場合、同じ量だけ第２の駆動コイル７の形成位置にズレが生じることになり、第２の駆動コイル７の形成位置にズレが生じた場合、同じ量だけ基準コイル６の形成位置にズレが生じることになる。 従って、基準コイル６と第２の駆動コイル７との相対的な位置関係は変化しない。 よって、基準コイル６及び第２の駆動コイル７の形成位置にズレが生じても、検知対象物が存在しない状態で、基準コイル６を通る磁束の量は変化しない。

以上のように、第１実施形態によれば、平面コイルからなる検知コイル４、第１の駆動コイル５、基準コイル６、第２の駆動コイル７の形成位置にズレが生じても、検知対象物が存在しない状態で、検知コイル４を通る磁束の量が変化したり、基準コイル６を通る磁束の量が変化したりすることがない。 従って、検知対象が存在しない状態で、検知コイル４を通る磁束の量と基準コイル６を通る磁束の量との差が、差動トランス式磁気センサー３ａ毎に異なることを防止できるので、差動トランス式磁気センサー３ａ毎の出力の大きさのばらつきを抑制することができる。

次に、第２実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３ｂ(以下、磁気センサー３ｂと記載する場合もある)について、第１実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３ａとの相違点を中心に説明する。 第１実施形態では、第１のコイル層２１、第２のコイル層２３がそれぞれ１つであったが、第２の実施形態では、第１のコイル層２１、第２のコイル層２３がそれぞれ２つある。

第１のコイル層２１、第２のコイル層２３の数がそれぞれ、２つを例に説明するが、これらの数が２より大きい整数でも第２実施形態を適用することができる。 第２実施形態に係る磁気センサー３ｂを構成する要素のうち、第１実施形態に係る磁気センサー３ａを構成する要素と同じ要素については、同一符号を付している。

図９は、磁気センサー３ｂの構成を示す斜視図である。 第１のコイル層２１ａ及び第１のコイル層２１ｂは、いずれも、検知コイル４と第１の駆動コイル５とを含む。 第２のコイル層２３ａ及び第２のコイル層２３ｂは、いずれも、基準コイル６と第２の駆動コイル７とを含む。

第１のコイル層２１ａは、上絶縁膜２５ａの上面に形成されている。 第１のコイル層２１ｂは、上絶縁膜２５ａと中間絶縁膜２５ｂとの間に形成されている。 第２のコイル層２３ｂは、中間絶縁膜２５ｂと下絶縁膜２５ｃとの間に形成されている。 第２のコイル層２３ａは、下絶縁膜２５ｃの下面(すなわち、下絶縁膜２５ｃの面のうち、第２のコイル層２３ｂが形成されている面と反対側の面)に形成されている。

上絶縁膜２５ａ、下絶縁膜２５ｃの観点から説明すると、上絶縁膜２５ａは、第１のコイル層２１ａと第１のコイル層２１ｂとの間に形成されている(上絶縁膜２５ａは、中間絶縁膜２５ｂの一方の面側に第１のコイル層と交互に積層されている)。 下絶縁膜２５ｃは、第２のコイル層２３ａと第２のコイル層２３ｂとの間に形成されている(下絶縁膜２５ｃは、中間絶縁膜２５ｂの他方の面側に第２のコイル層と交互に積層されている)。 第２の実施形態では、中間絶縁膜２５ｂが第１の絶縁層として機能し、上絶縁膜２５ａが第２の絶縁層として機能し、下絶縁膜２５ｃが第３の絶縁層として機能する。

第１のコイル層２１ａ、上絶縁膜２５ａ、第１のコイル層２１ｂ、中間絶縁膜２５ｂ、第２のコイル層２３ｂ、下絶縁膜２５ｃ、第２のコイル層２３ａの順に積層されている。

第１のコイル層２１ａと第１のコイル層２１ｂとの違いは、線材が巻かれている向きである。 第１のコイル層２１ａにおいて、第１の線材４ａは、端子４ｂを始点として、反時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされている。 第１の線材４ａによって、平面状のコイルである検知コイル４が構成される。 第２の線材５ａは、端子５ｂを始点として、反時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされている。 第２の線材５ａによって、平面状のコイルである第１の駆動コイル５が構成される。

一方、第１のコイル層２１ｂにおいて、第１の線材４ａは、端子４ｂを始点として、時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされている。 第１の線材４ａによって、平面状のコイルである検知コイル４が構成される。 第２の線材５ａは、端子５ｂを始点として、時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされている。 第２の線材５ａによって、平面状のコイルである第１の駆動コイル５が構成される。

第２のコイル層２３ａと第２のコイル層２３ｂとの違いは、線材が巻かれている向きである。 第２のコイル層２３ａにおいて、第３の線材６ａは、端子６ｂを始点として、反時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされている。 第３の線材６ａによって、平面状のコイルである基準コイル６が構成される。 第４の線材７ａは、端子７ｂを始点として、反時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされている。 第４の線材７ａによって、平面状のコイルである第２の駆動コイル７が構成される。

一方、第２のコイル層２３ｂにおいて、第３の線材６ａは、端子６ｂを始点として、時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされている。 第３の線材６ａによって、平面状のコイルである基準コイル６が構成される。 第４の線材７ａは、端子７ｂを始点として、時計回りに渦巻きの半径が大きくなるようにパターニングされている。 第４の線材７ａによって、平面状のコイルである第２の駆動コイル７が構成される。

第１のコイル層２１ａ，２１ｂにおいて、各第１の駆動コイル５を流れる駆動電流の向きが互いに同じになるように、各第１の駆動コイル５が一筆書き状に電気的に接続されている。 これを実現するために、第１のコイル層２１ａの第１の駆動コイル５の端子５ｂと第１のコイル層２１ｂの第１の駆動コイル５の端子５ｂとが、上絶縁膜２５ａを貫通して形成されている接続プラグ２７ｇによって電気的に接続されている。

第１のコイル層２１ａ，２１ｂにおいて、各検知コイル４を流れる誘導電流の向きが互いに同じになるように、各検知コイル４が一筆書き状に電気的に接続されている。 これを実現するために、第１のコイル層２１ａの検知コイル４の端子４ｂと第１のコイル層２１ｂの検知コイル４の端子４ｂとが、上絶縁膜２５ａを貫通して形成されている接続プラグ２７ｈによって電気的に接続されている。

第２のコイル層２３ａ，２３ｂにおいて、各第２の駆動コイル７を流れる駆動電流の向きが互いに同じになるように、各第２の駆動コイル７が一筆書き状に電気的に接続されている。 これを実現するために、第２のコイル層２３ａの第２の駆動コイル７の端子７ｂと第２のコイル層２３ｂの第２の駆動コイル７の端子７ｂとが、下絶縁膜２５ｃを貫通して形成されている接続プラグ２７ｉによって電気的に接続されている。

第２のコイル層２３ａ，２３ｂにおいて、各基準コイル６を流れる誘導電流の向きが互いに同じになるように、各基準コイル６が一筆書き状に電気的に接続されている。 これを実現するために、第２のコイル層２３ａの基準コイル６の端子６ｂと第２のコイル層２３ｂの基準コイル６の端子６ｂとが、下絶縁膜２５ｃを貫通して形成されている接続プラグ２７ｊによって電気的に接続されている。

第１のコイル層２１ｂの第１の駆動コイル５の端子５ｃは、第１の駆動コイル５の外側に位置する。 第２のコイル層２３ａの第２の駆動コイル７の端子７ｃは、第２の駆動コイル７の外側に位置する。 端子５ｃと端子７ｃとが、中間絶縁膜２５ｂ及び下絶縁膜２５ｃを貫通して形成されている接続プラグ２７ｋによって電気的に接続されている。 これによって、第１の駆動コイル５を流れる駆動電流の向きと第２の駆動コイル７を流れる駆動電流の向きとを同じにしている。

第１のコイル層２１ｂの検知コイル４の端子４ｃは、検知コイル４の外側に位置する。 第２のコイル層２３ｂの基準コイル６の外側の端子６ｃは、基準コイル６の外側に位置する。 端子４ｃと端子６ｃとが、中間絶縁膜２５ｂを貫通して形成されている接続プラグ２７ｌによって電気的に接続されている。 これによって、検知コイル４を流れる誘導電流の向きと基準コイル６を流れる誘導電流の向きとを逆にしている。

第２実施形態によれば、第１のコイル層、第２のコイル層がそれぞれ２つあるので(第１のコイル層２１ａ，２１ｂ、第２のコイル層２３ａ，２３ｂ)、磁気センサー３ｂの面積を大きくすることなく、磁気センサー３ｂの出力を大きくすることができる。

また、第２実施形態によれば、磁気センサー３ｂ毎の出力の大きさのばらつきを小さくすることができる。 この効果について、詳細に説明する。

図１０は、コイルの形成位置にズレが発生した状態の第２実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３ｂの断面の例を示す図である。 図１０の(Ａ)は、第１のコイル層２１ａの検知コイル４及び第１の駆動コイル５の形成位置にズレを生じている例であり、図１０の(Ｂ)は、第１のコイル層２１ｂの検知コイル４及び第１の駆動コイル５の形成位置にズレを生じている例である。

第２実施形態において、検知コイル４には、同じ層の第１の駆動コイル５及び別の層の第１の駆動コイル５を流れる駆動電流によって生じる磁束が通る。 図１０の(Ａ)の場合、形成位置にズレが生じている第１のコイル層２１ａの検知コイル４において、形成位置にズレが生じていない第１のコイル層２１ｂの第１の駆動コイル５を流れる駆動電流によって生じる磁束が通る量は低下する。

しかしながら、第１実施形態で説明したように、形成位置にズレが生じている第１のコイル層２１ａの検知コイル４において、同じ層(第１のコイル層２１ａ)の第１の駆動コイル５を流れる駆動電流によって生じる磁束が通る量は変わらない。 従って、図７に示す比較例のように検知コイル４や第１の駆動コイル５の形成位置のみにズレが生じた場合と比較して、検知対象物が存在しない状態で、検知コイル４を通る磁束の量と基準コイル６を通る磁束の量との差を小さくできる。 図１０の(Ｂ)に示す第１のコイル層２１ｂの検知コイル４及び第１の駆動コイル５の形成位置にズレが生じている場合についても、同じことが言える。

基準コイル６も検知コイル４と同様のことが言える。 基準コイル６には、同じ層の第２の駆動コイル７及び別の層の第２の駆動コイル７を流れる駆動電流によって生じる磁束が通る。 図示はしていないが、例えば、第２のコイル層２３ａの基準コイル６及び第２の駆動コイル７の形成位置にズレが生じている場合で説明する。 第２のコイル層２３ａの基準コイル６において、形成位置にズレが生じていない第２のコイル層２３ｂの第２の駆動コイル７を流れる駆動電流によって生じる磁束が通る量は低下する。

しかしながら、第１実施形態で説明したように、第２のコイル層２３ａの基準コイル６において、同じ層(第２のコイル層２３ａ)の第２の駆動コイル７を流れる駆動電流によって生じる磁束が通る量は変わらない。 従って、基準コイル６や第２の駆動コイル７の形成位置のみにズレが生じた場合と比較して、検知対象物が存在しない状態で、検知コイル４を通る磁束の量と基準コイル６を通る磁束の量との差を小さくできる。

以上のように、第２実施形態によれば、平面コイルからなる検知コイル４、第１の駆動コイル５、基準コイル６、第２の駆動コイル７の形成位置にズレが生じている場合に、検知対象物が存在しない状態で、検知コイル４を通る磁束の量と基準コイル６を通る磁束の量との差を小さくできる。 よって、差動トランス式磁気センサー３ｂ毎の出力の大きさのばらつきを小さくすることができる。

第２実施形態の変形例について説明する。 図１１は、第２実施形態の変形例に係る差動トランス式磁気センサー３ｃの構成を示す斜視図である。 磁気センサー３ｃが、図９に示す第２実施形態に係る磁気センサー３ｂと相違するのは、第２のコイル層２３ａと第２のコイル層２３ｂとの位置が逆である点である。

第１のコイル層２１ｂの第１の駆動コイル５の端子５ｃと、第２のコイル層２３ａの第２の駆動コイル７の端子７ｃとは、中間絶縁膜２５ｂを貫通して形成されている接続プラグ２７ｍによって電気的に接続されている。 これによって、第１の駆動コイル５を流れる駆動電流の向きと第２の駆動コイル７を流れる駆動電流の向きとを同じにしている。

第１のコイル層２１ｂの検知コイル４の端子４ｃと、第２のコイル層２３ｂの基準コイル６の端子６ｃとは、中間絶縁膜２５ｂ及び下絶縁膜２５ｃを貫通して形成されている接続プラグ２７ｎによって電気的に接続されている。 これによって、検知コイル４を流れる誘導電流の向きと基準コイル６を流れる誘導電流の向きとを逆にしている。

このように、変形例では、第２実施形態に係る磁気センサー３ｂに対して、第１の駆動コイル５と第２の駆動コイル７との接続の仕方を変えることによって、第１の駆動コイル５を流れる駆動電流の向きと第２の駆動コイル７を流れる駆動電流の向きとを同じにしている。

同様に、変形例では、第２実施形態に係る磁気センサー３ｂに対して、検知コイル４と基準コイル６との接続の仕方を変えることによって、検知コイル４を流れる誘導電流の向きと基準コイル６を流れる誘導電流の向きとを逆にしている。

変形例に係る磁気センサー３ｃは、第２実施形態に係る磁気センサー３ｂと同じ効果を有する。

１ 画像形成装置３，３ａ，３ｂ，３ｃ 差動トランス式磁気センサー４ 検知コイル４ａ 第１の線材５ 第１の駆動コイル５ａ 第２の線材６ 基準コイル６ａ 第３の線材７ 第２の駆動コイル７ａ 第４の線材２１，２１ａ，２１ｂ 第１のコイル層２３，２３ａ，２３ｂ 第２のコイル層２５ 絶縁層２５ａ 上絶縁膜(第２の絶縁層)
２５ｂ 中間絶縁膜(第１の絶縁層)
２５ｃ 下絶縁膜(第３の絶縁層)