CN108072852A - 差动变压器式导磁率传感器 - Google Patents

Abstract

差动变压器式导磁率传感器具备：基板，其是将绝缘层以及布线层层叠而形成的；在布线层形成的平面状的第一驱动线圈、平面状的第一感应线圈、平面状的第二驱动线圈、平面状的第二感应线圈、以及平面状的调整用线圈；闭合电路，其是将电流调整用元件并联连接于调整用线圈而构成的；以及振荡电路。振荡电路的振荡信号被施加于各个驱动线圈，各感应电流流入第一感应线圈、第二感应线圈、以及调整用线圈中，形成输出第一感应线圈的感应电流以及第二感应线圈的感应电流的差分的电路构成。调整用线圈的感应电流是与可变电阻器的电阻值对应地调节的。根据该差动变压器式导磁率传感器，能够使传感器的输出连续地变化以高精度地进行调整。

Description

差动变压器式导磁率传感器

技术领域

本发明涉及一种检测磁性体的差动变压器式导磁率传感器，特别涉及一种用于调整传感器的技术。

背景技术

例如在电子照相方式的图像形成装置中，为了检测双成分显像剂的色粉浓度、磁性色粉的余量、或者色粉的有无，利用差动变压器式导磁率传感器。该差动变压器式导磁率传感器具备多个线圈，是将各个线圈漩涡状地形成在基板或多层基板上，并使其薄化的装置。

在此种基板或多层基板上的线圈中，由于因为制造时的尺寸误差而在传感器的输出中产生误差，因而需要进行传感器的调整。例如，公开了将旋涡状的线圈的最外周的线材分支为多个分支线，并以通过这些分支线的各个磁通量不同的方式进行设定，选择这些分支线中的任一者的调整方法。

发明内容

但是，在所述调整方法中，由于传感器的输出阶梯地变化，因而无法使传感器的输出连续地变化以高精度地进行调整。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于使传感器的输出连续地变化以高精度地进行调整。

一方面，本发明所涉及的差动变压器式导磁率传感器，具备：

基板，其是将绝缘层以及布线层层叠而形成的；

在所述布线层形成的平面状的第一驱动线圈、平面状的第一感应线圈、平面状的第二驱动线圈、平面状的第二感应线圈、以及平面状的调整用线圈；

闭合电路，其是将电流调整用元件并联连接于所述调整用线圈的两端而构成的；以及

振荡电路，其输出振荡信号，

所述第一驱动线圈、所述第一感应线圈、以及所述调整用线圈相互同心状地配置，并且所述第二驱动线圈以及所述第二感应线圈相互同心状地配置，

所述振荡电路的振荡信号被施加于所述第一驱动线圈以及所述第二驱动线圈，各自的感应电流流入所述第一感应线圈、所述第二感应线圈、以及所述调整用线圈中，形成输出所述第一感应线圈的感应电流以及所述第二感应线圈的感应电流的差分的电路构成，

在所述调整用线圈，设有调节流入所述调整用线圈中的感应电流的所述电流调整用元件。

根据本发明，能够使传感器的输出连续地变化以高精度地进行调整。

附图的简单说明

图1是表示本发明的差动变压器式导磁率传感器的一种实施方式的框图。

图2是表示形成有构成图1的差动变压器式导磁率传感器的多个线圈等的多层基板的立体图。

图3是表示差动变压器式导磁率传感器的变形例的框图。

图4是表示多层基板的变形例的立体图。

本发明的具体实施方式

以下，参照附图说明作为本发明的一个方面的实施方式所涉及的差动变压器式导磁率传感器。

图1是表示本发明的差动变压器式导磁率传感器的一种实施方式的框图。本实施方式的差动变压器式导磁率传感器10例如设置在电子照相方式的图像形成装置的显像部中，以用于检测显像部内的双成分显像剂的色粉浓度、磁性色粉的余量、或者色粉的有无。

如图1所示，差动变压器式导磁率传感器10具备：检测侧驱动线圈(权利要求1的第一驱动线圈)1、基准侧驱动线圈(权利要求1的第二驱动线圈)2、检测线圈(权利要求1的第一感应线圈)3、基准线圈(权利要求1的第二感应线圈)4、调整用线圈5、可变电阻器(权利要求1的电流调整元件的一例)6、振荡电路7、电阻器8、电容器9、以及放大电路11。

振荡电路7生成高频驱动电流，并将该驱动电流输出到检测侧驱动线圈1以及基准侧驱动线圈2。检测侧驱动线圈1以及基准侧驱动线圈2串联连接，以生成与高频驱动电流对应的各自的磁通。在此，以它们的磁通为相同方向的方式设定检测侧驱动线圈1的极性以及基准侧驱动线圈2的极性。

检测线圈3与检测侧驱动线圈1磁性地耦合，在检测线圈3中产生与检测侧驱动线圈1的磁通对应的感应电流。同样，基准线圈4与基准侧驱动线圈2磁性地耦合，在基准线圈4中产生与基准侧驱动线圈2的磁通对应的感应电流。在此，以它们的感应电流相互抵消的方式设定检测线圈3的极性以及基准线圈4的极性并且设定检测线圈3以及基准线圈4的布线连接。由此，生成差动电压V0(＝基准线圈4的电动势(起電圧)V1-检测线圈3的电动势V2)。

检测线圈3经由电容器9连接于放大电路11，另外，基准线圈4经由电阻器8连接于放大电路11。电阻器8连接于放大电路11内的双极晶体管的基极，以用于放大电路11的放大率的设定。

电容器9断开差动电压V0的直流分量。由此，仅差动电压V0的交流分量被输入到放大电路11中。

另外，调整用线圈5与检测线圈3一同相对于检测侧驱动线圈1磁性地耦合。在调整用线圈5中，产生与检测侧驱动线圈1的磁通对应的感应电流。在该调整用线圈5的两端，并联连接有可变电阻器6，形成了由调整用线圈5以及可变电阻器6形成的闭合回路。通过可变电阻器6，能够增减流入调整用线圈5以及可变电阻器6中的感应电流的量。也就是说，调整用线圈5的感应电流是与可变电阻器6的电阻值对应地调节的。

在此，由于检测线圈3以及调整用线圈5相对于检测侧驱动线圈1磁性地耦合，因而如果通过可变电阻器6的电阻值的降低来增大流入调整用线圈5中的感应电流的量，那么流入检测线圈3中的感应电流的量减少。相反，如果通过可变电阻器6的电阻值的增大来减少流入调整用线圈5中的感应电流的量，那么流入检测线圈3中的感应电流的量增大。由此，能够使可变电阻器6的电阻值增减，以调节检测线圈3的电动势V2。

在此种构成的差动变压器式导磁率传感器10中，检测线圈3与基准线圈4相比配置在显像部内的色粉的附近。而且，在未检测色粉时，通过可变电阻器6的电阻值的增减来调节流入调整用线圈5中的感应电流的量，与基准线圈4的电动势V1相等地设定检测线圈3的电动势V2，以将差动电压V0预先设定为“0”。因此，放大电路11的输出变为“0”。

而且，在将差动电压V0预先设定为“0”之后，如果通过检测线圈3检测到色粉，那么检测线圈3的感应电流增大，检测线圈3的电动势V2变高，差动电压V0波动，差动电压V0的交流分量被通过放大电路11放大并输出。基于该放大电路11的输出，能够检测双成分显像剂的色粉浓度、磁性色粉的余量、或者色粉的有无。

但是，在设置了调整用线圈5的构成中，假如作为检测线圈3以及基准线圈4适用相同的线圈，那么检测线圈3的感应电流的量必然变得比基准线圈4的感应电流的量少。因此，即使通过可变电阻器6的电阻值的增减来调节流入调整用线圈5中的感应电流的量，检测线圈3的电动势V2也不会变得与基准线圈4的电动势V1相等，无法将差动电压V0设定为“0”。

因此，在本实施方式中，与检测线圈3的圈数相比减少基准线圈4的圈数。或者，使基准线圈4相对于基准侧驱动线圈2的间隔距离比检测线圈3相对于检测侧驱动线圈1的间隔距离长，也就是说，使基准侧驱动线圈2和基准线圈4的磁性耦合系数比检测侧驱动线圈1和检测线圈3的磁性耦合系数小。由此，在未检测色粉时，通过可变电阻器6的电阻值的增减来调节流入调整用线圈5中的感应电流的量，能够使检测线圈3的感应电流的量在基准线圈4的感应电流的量的上下增减，能够使检测线圈3的电动势V2与基准线圈4的电动势V1相等，以将差动电压V0设定为“0”。

另外，由于可变电阻器8的电阻值连续地且平滑地变化，因而能够使检测线圈3的电动势V2与基准线圈4的电动势V1精确地相等，以高精度地将差动电压V0设定为“0”。

接着，说明差动变压器式导磁率传感器10中的检测侧驱动线圈1、基准侧驱动线圈2、检测线圈3、基准线圈4、以及调整用线圈5等的具体的构造。

图2是示出了形成有检测侧驱动线圈1、基准侧驱动线圈2、检测线圈3、基准线圈4、以及调整用线圈5的多层基板21的立体图。如图2所示，多层基板21是将第一布线层22a、第二布线层22b、第三布线层22c、第四布线层22d、第一绝缘层23a、第二绝缘层23b、以及第三绝缘层23c层叠而构成的，第一至第三绝缘层23a～23c介于第一至第四布线层22a～22d之间，第一至第四布线层22a～22d被绝缘。

在第一布线层22a，平面状的检测侧驱动线圈1、平面状的检测线圈3、以及平面状的调整用线圈5同心状地形成，该各个线圈1、3、5磁性耦合。检测侧驱动线圈1的卷绕方向在从图2的上方看时按照从该线圈1的内侧到外侧的方向为逆时针方向。另外，检测线圈3以及调整用线圈5的卷绕方向在从图2的上方看时按照从该各个线圈3、5的内侧到外侧的方向为顺时针方向。

在第四布线层22d，平面状的基准侧驱动线圈2以及平面状的基准线圈4同心状地形成，该各个线圈2、4磁性耦合。基准侧驱动线圈2以及基准线圈4的卷绕方向在从图2的上方看时按照从该各个线圈2、4的内侧到外侧的方向为顺时针方向。

检测侧驱动线圈1的内侧端1a通过贯穿第一绝缘层23a的通孔(via)24a连接于第二布线层22b的导电图案25a。而且，导电图案25a通过第一绝缘层23a的通孔24b连接于第一布线层22a的导电图案25b，且该导电图案25b连接于振荡电路7。因而，检测侧驱动线圈1的内侧端1a通过通孔24a、导电图案25a、通孔24b、以及导电图案25b连接于振荡电路7。

另外，检测侧驱动线圈1的外侧端1b通过贯穿第一至第三绝缘层23a～23c以及第二、第三布线层22b、22c的通孔24c连接于基准侧驱动线圈2的外侧端2b。由此，检测侧驱动线圈1和基准侧驱动线圈2串联连接。

基准侧驱动线圈2的内侧端2a通过贯穿第三绝缘层23c的通孔24d连接于第三布线层22c的导电图案25c。而且，导电图案25c通过第三绝缘层23c的通孔24e连接于第四布线层22d的导电图案25d，且该导电图案25d连接于振荡电路7。因而，基准侧驱动线圈2的内侧端2a通过通孔24d、导电图案25c、通孔24e、以及导电图案25d连接于振荡电路7。

检测线圈3的内侧端3a通过贯穿第一至第三绝缘层23a～23c以及第二、第三布线层22b、22c的通孔24f连接于基准线圈4的内侧端4a。另外，检测线圈3的外侧端3b连接于第一布线层22a的导电图案25e，而且通过该导电图案25e连接于电容器9。另外，基准线圈4的外侧端4b连接于第四布线层22a的导电图案25f，而且通过该导电图案25f连接于电阻器8。

调整用线圈5通过贯穿第一绝缘层23a的两个通孔24g、24h以及第二布线层22b的导电图案25g而导通，并且通过贯穿第一绝缘层23a的另外两个通孔24i、24j以及第二布线层22b的另外的导电图案25h而导通。由此，在第一布线层22a，形成有用于将导电图案25e在不与调整用线圈5接触的情况下导出的空置空间。

另外，调整用线圈5的两端连接于第一布线层22a的两个导电图案25g、25h，而且通过该各个导电图案25g、25h连接于可变电阻器6。

通过此种构造的多层基板21，构成了图1的电路。此外，在图2中，检测侧驱动线圈1、基准侧驱动线圈2、检测线圈3、基准线圈4、以及调整用线圈5的卷绕方向能够与相对于该各个线圈1～5的布线连接的构成对应地适当地变更。另外，对各通孔24a～24j的内侧进行镀敷，以使该各个通孔24a～24j导通。

在此，在形成在多层基板21上的检测侧驱动线圈1、基准侧驱动线圈2、检测线圈3、以及基准线圈4中，产生制造时的尺寸误差等，这成为差动变压器式导磁率传感器10的输出的误差的原因。

在本实施方式中，如上所述地在未检测色粉时，能够通过可变电阻器6的电阻值的增减来使流入调整用线圈5中的感应电流的量连续且平滑地变化，使检测线圈3的电动势V2与基准线圈4的电动势V1精确地相等，以将差动电压V0高精度地设定为“0”。因此，能够修正上述输出的误差。

或者，由于如上所述地与检测线圈3的圈数相比减少基准线圈4的圈数，或者使基准线圈4相对于基准侧驱动线圈2的间隔距离比检测线圈3相对于检测侧驱动线圈1的间隔距离长，以使基准侧驱动线圈2和基准线圈4的磁性耦合系数比检测侧驱动线圈1和检测线圈3的磁性耦合系数小，因而在未检测色粉时，能够通过可变电阻器6的电阻值的增减来将差动电压V0设定为“0”。

此外，虽然在上述实施方式中，使调整用线圈5与检测侧驱动线圈1磁性耦合，但还可以使调整用线圈5与基准侧驱动线圈2磁性耦合，以将可变电阻器6并联连接于该调整用线圈5。在该情况下，基准侧驱动线圈2与权利要求1的第一驱动线圈对应，检测侧驱动线圈1与权利要求1的第二驱动线圈对应，基准线圈4与权利要求1的第一感应线圈对应，检测线圈3与权利要求1的第二感应线圈对应。另外，将调整用线圈5配置在多层基板21的第四布线层22d，并将调整用线圈5设置在基准线圈4的外侧。而且，使检测线圈3的圈数与基准线圈4的圈数相比减少，或者使检测侧驱动线圈1和检测线圈3的磁性耦合系数比基准侧驱动线圈2和基准线圈4的磁性耦合系数小。而且，在未检测色粉时，通过可变电阻器6的电阻值的增减来将差动电压V0设定为“0”。

[变形例1]

在变形例1中，作为如上所述地与检测线圈3的圈数相比减少基准线圈4的圈数，或者使基准侧驱动线圈2和基准线圈4的磁性耦合系数比检测侧驱动线圈1和检测线圈3的磁性耦合系数小的代替，如图3所示地设置由补正用线圈31以及并联连接在该补正用线圈31两端的固定电阻32形成的闭合电路，以使补正用线圈31与基准线圈4一同与基准侧驱动线圈2磁性耦合。

由于在该补正用线圈31中，产生与基准侧驱动线圈2的磁通对应的感应电流，因而与未设置补正用线圈31的情况相比较，流入基准线圈4中的感应电流减少。因而，与调整用线圈5相比检测线圈3的感应电流减少，并且由于设置了补正用线圈31，因而基准线圈4的感应电流减少。

例如，使检测侧驱动线圈1、检测线圈3、调整用线圈5的磁性耦合系数以及圈数与基准侧驱动线圈2、基准线圈4、补正用线圈31的磁性耦合系数以及圈数一致，以包含在可变电阻器6的电阻值的范围内的方式设定固定电阻器32的电阻值。具体而言，将可变电阻器6的电阻值的范围设定为10Ω～1KΩ，并且将固定电阻32的电阻值设定为100Ω。由此，通过可变电阻器6的电阻值的增减来调节流入调整用线圈5中的感应电流的量，能够使检测线圈3的感应电流的量在基准线圈4的感应电流的量的上下增减，能够将检测线圈3的电动势V2设定得与基准线圈4的电动势V1相等，以将差动电压V0设定为“0”。

此外，虽然在变形例1中，使调整用线圈5与检测侧驱动线圈1磁性耦合，并且使补正用线圈31与基准侧驱动线圈2磁性耦合，但还可以相反地使调整用线圈5与基准侧驱动线圈2磁性耦合，并且使补正用线圈31与检测侧驱动线圈1磁性耦合。而且，将可变电阻器6并联连接于调整用线圈5，并将固定电阻器32并联连接于补正用线圈31。在该情况下，在未检测色粉时，也能够通过可变电阻器6的电阻值的增减来将差动电压V0设定为“0”。

[变形例2]

在变形例2中，如图4所示地将检测线圈3以及调整用线圈5设置于第一布线层22a，并且将检测侧驱动线圈1设置于第二布线层22b，另外，将基准线圈4设置于第四布线层22d，并且将基准侧驱动线圈2设置于第三布线层22c。另外，设置各个通孔24c、24e、24f以及各个导电图案25a、25c，并将检测侧驱动线圈1、基准侧驱动线圈2、基准线圈4、以及调整用线圈5适当地连线，以构成图1的电路。

在此种构造中，也能够使检测线圈3以及调整用线圈5相对于检测侧驱动线圈1磁性耦合，或者使基准线圈4相对于基准侧驱动线圈2磁性耦合，实现了与上述实施方式同样的作用以及效果。

此外，通过将检测侧驱动线圈1、基准侧驱动线圈2、检测线圈3、基准线圈4、以及调整用线圈5的全部形成于同一个布线层，并使检测侧驱动线圈1、检测线圈3、以及调整用线圈5、基准侧驱动线圈2以及基准线圈4、在该布线层上相互间隔地设置，也能够构成图1的电路。

另外，虽然作为检测侧驱动线圈1、基准侧驱动线圈2、检测线圈3、基准线圈4、以及调整用线圈5，例示了旋涡状线圈，但可以是绕一圈的环状的线圈，另外环状的线圈也可以没有闭合，而且，在俯视线圈时，该线圈的形状可以是圆形，也可以是多边形。

另外，虽然在上述实施方式中，作为电流调整用元件例示了可变电阻器，但作为该可变电阻器的代替，还可以将晶体管(包括FET)等器件并联连接于调整用线圈5的两端，并从外部对该器件施加电流、电压，以使得流入调整用线圈5中的感应电流增减。

另外，使用图1至图4说明了的构成以及构造，不过是本发明的一种实施方式，并不意味着将本发明限定于该构成以及处理。

Claims (10)

1.一种差动变压器式导磁率传感器，具备：

基板，其是将绝缘层以及布线层层叠而形成的；在所述布线层形成的平面状的第一驱动线圈、平面状的第一感应线圈、平面状的第二驱动线圈、平面状的第二感应线圈、以及平面状的调整用线圈；

闭合电路，其是将电流调整用元件并联连接于所述调整用线圈的两端而构成的；以及

振荡电路，其输出振荡信号，

所述第一驱动线圈、所述第一感应线圈、以及所述调整用线圈相互同心状地配置，并且所述第二驱动线圈以及所述第二感应线圈相互同心状地配置，

所述振荡电路的振荡信号被施加于所述第一驱动线圈以及所述第二驱动线圈，各自的感应电流流入所述第一感应线圈、所述第二感应线圈、以及所述调整用线圈中，形成输出所述第一感应线圈的感应电流以及所述第二感应线圈的感应电流的差分的电路构成，

在所述调整用线圈，设有调节流入所述调整用线圈中的感应电流的所述电流调整用元件。

2.根据权利要求1所述的差动变压器式导磁率传感器，其特征在于，

所述第二感应线圈的圈数被设定为比相对于所述调整用线圈同心状地配置的所述第一感应线圈的圈数少。

3.根据权利要求1所述的差动变压器式导磁率传感器，其特征在于，

所述第二感应线圈和所述第二驱动线圈的磁性耦合系数被设定为比相对于所述调整用线圈同心状地配置的所述第一感应线圈和所述第一驱动线圈的磁性耦合系数低。

4.根据权利要求1所述的差动变压器式导磁率传感器，其特征在于，具备：

相对于所述第二驱动线圈以及所述第二感应线圈同心状地配置的补正用线圈；以及

将固定电阻器并联连接于所述补正用线圈的两端而构成的另外的闭合电路，

若所述振荡电路的振荡信号被施加于所述第二驱动线圈，则感应电流流入所述补正用线圈中。

5.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的差动变压器式导磁率传感器，其特征在于，

所述第一感应线圈与所述第二感应线圈相比配置在为检测对象的磁性体的附近。

6.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的差动变压器式导磁率传感器，其特征在于，

所述第二感应线圈与所述第一感应线圈相比配置在为检测对象的磁性体的附近。

7.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的差动变压器式导磁率传感器，其特征在于，

所述第一驱动线圈、所述第一感应线圈、以及所述调整用线圈、所述第二驱动线圈以及所述第二感应线圈在所述基板的布线层处相互间隔地设置。

8.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的差动变压器式导磁率传感器，其特征在于，

所述基板具有隔着绝缘层而层叠的两个布线层，

所述第一驱动线圈、所述第一感应线圈、以及所述调整用线圈设置在所述各个布线层中的一者，

所述第二驱动线圈以及所述第二感应线圈设置在所述各个布线层中的另一者。

9.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的差动变压器式导磁率传感器，其特征在于，

所述基板具有隔着各自的绝缘层依次层叠的第一布线层、第二布线层、第三布线层、以及第四布线层，

所述第一感应线圈以及所述调整用线圈设于所述第一布线层，

所述第一驱动线圈设于所述第二布线层，

所述第二驱动线圈设于所述第三布线层，且

所述第二感应线圈设于所述第四布线层。

10.根据权利要求4所述的差动变压器式导磁率传感器，其特征在于，

所述第一驱动线圈、所述第一感应线圈、所述调整用线圈的磁性耦合系数以及圈数和所述第二驱动线圈、所述第二感应线圈、补正用线圈的磁性耦合系数以及圈数一致，

所述固定电阻器的电阻值包含在所述电流调整用元件的电阻值的范围内。