JP3900442B2

JP3900442B2 - Toner density sensor

Info

Publication number: JP3900442B2
Application number: JP21792397A
Authority: JP
Inventors: 雄三丸山
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1997-08-13
Filing date: 1997-08-13
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2017-08-13
Also published as: JPH1164292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトナー濃度センサーに関し、例えば複写機やプリンターなどに用いられてトナーの濃度や残量を検知するトナーセンサーに用いるのに適したトランス及びそのトナー濃度センサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機やプリンター等に各種のトナーセンサーが多く用いられている。これら公知のトナーセンサーとしては、例えば、磁性キャリアとトナーとからなる二成分系現像剤においてトナー濃度を検知する方式と、磁性トナーの残量又は磁性トナーの有無を検知する方式とがあり、従来より差動トランス方式のトナーセンサーが用いられている。
【０００３】
差動トランス方式のトナー濃度センサーはその回路構成図を図５に示すように、差動トランスの一次コイル５１に交流電源５４が供給される。その二次側にはほぼ同じ巻き数で逆極性の２個のコイルが直列に巻かれていて、その一方のコイルが基準コイル５２、もう一方のコイルが検知コイル５３となる。一次コイル５１と基準コイル５２の近くには高透磁率のねじコア５５が磁心として働くように挿入されており、ねじコア５５の位置を調整して一次コイル５１と基準コイル５２の間のインダクタンスを調整することが出来る。一次コイル５１と検知コイル５３の近くに測定されるべき現像剤５６あるいは磁性トナーが流れ、その現像剤あるいは磁性トナーが磁心として働いて一次コイル５１と検知コイル５３の間のインダクタンスを変化させる。このインダクタンスの大きさは、磁心として働いている現像剤５６あるいは磁性トナーの磁粉量によって決まるので、検知コイル５３の出力電圧によって磁粉量すなわちトナー濃度を測定できる。
【０００４】
基準コイル５２と検知コイル５３は略同じ巻き数で逆極性のものが直列に結ばれているので、その出力としては両コイルの差が取り出せる。一次コイルへ供給される交流電圧と二次側のコイルの出力とは位相比較回路５７で排他的論理和を取った上で、その出力信号を平滑回路５８で平滑化して直流電圧として取り出して、トナーの補給などを行う。
【０００５】
この差動トランスの部分はその正面図を図７に示すように、コイルボビン７１の中央に一次コイル５１が巻回されており、その上と下に二次コイルである検知コイル５３と基準コイル５２が巻回されている。コイルボビンの下側端部に台座７２があり、検知コイルと一次コイルの間、一次コイルと基準コイルの間、およびコイルボビンの上側端部にコイル鍔７３が設けられており、一番上のコイル鍔と二番目のコイル鍔の間に検知コイル５３が、二番目のコイル鍔と三番目のコイル鍔の間に一次コイル５１が、三番目のコイル鍔と台座の間に基準コイル５２が挟まれて配置されていることになる。
【０００６】
台座７２の一方の端部に複数例えば５個の入出力端子７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅが設けられており、これらの端子のうち端子７４ａと７４ｂには一次コイル５１からの引出線７５ａ、７５ｂの各々が巻き付け接続されている。端子７４ｃには基準コイル５２の一方の引出線７５ｃが巻き付け接続されている。端子７４ｄには、基準コイル５２の他方の引出線７５ｄと検知コイルの一方の引出線７５ｆが巻き付け接続されている。端子７４ｅには、検知コイル５３の他方の引出線７５ｅが巻き付け接続されている。ここで検知コイル５３と基準コイル５２はほぼ同じ巻き数で方向が反対に巻かれており、それらの引出線は、図５に示しているように、これらのコイルが直列に結ばれているようになっている。台座に設けられた端子は、図５の端子７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅに対応し、端子７４ａ、７４ｂは交流電源につながれているとともに、その一方の端子は位相比較回路５７につながれる。基準コイル５２に接続されている端子７４ｃは接地される。共通端子である端子７４ｄは、必要により調整用出力につながれて高透磁率のねじコア５５の位置調整のときのモニターとなる。端子７４ｅは出力端子として位相比較回路５７の入力となる。
【０００７】
高透磁率のねじコア５５はコイルボビン７１の内側に設けた雌ねじにねじ込まれており、その位置を調整することで一次コイル５１と基準コイル５２の間のインダクタンスを調整する。コイルボビン７１の上部のコイル鍔７３の上面がトナー濃度の検知面となる。
【０００８】
上から２番目と３番目のコイル鍔７３及び台座７２に引出線を引っ掛けるスリット７６、７７が略対応する位置に入っている。このスリット７６、７７は端子側から見てコイルボビン７１の左右に１個ずつ開けられ、すなわちコイルボビン７１の円周方向には１８０度間隔で設けられている。コイルボビン７１に検知コイル５３、一次コイル５１、基準コイル５２を巻回した後、その引出線７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅ、７５ｆはコイル鍔７３及び台座７２に開けられたスリット７６、７７を通って台座７２の裏側に下ろされて各端子７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅに巻き付け接続されている。
【０００９】
各コイルはボビン７１に巻回した後、引出線をスリット７６、７７に引っ掛けて略９０°曲げ、端子まで引き回してからげる。ここで引出線はコイルから端子までの間最短距離を通っていないので少しでもゆるみが生じると引出線はスリット７６、７７からはずれてしまう。この対策として太い線を用いて高テンションで巻く、コイル鍔を大きく張り出してスリットを深くする、更に接着剤で固めるということが行われる。しかしこのようにするとコイルやボビンすなわちトランスが大きくなる。
【００１０】
複写機やプリンター等の小型薄肉化の要求にともなって、それらに搭載される現像装置の構成部品であるトナー濃度センサーの小型薄肉化が極めて重要な課題となっている。
【００１１】
図６にトナー濃度センサーを組み込んだ現像装置の要部断面図を示す。ここで、トナー濃度センサー６１の先端部６１ａを取付部材６２の開口に挿入して固定することにより検知面６１ｂを取付部材６２の一方の面から内部に臨ませ、複数本の小ねじで位置調整用スぺーサーを介してケース６３の外面から締め付けることによって、検知面６１ｂがケース６３の内面に露出して矢印方向に回転する現像剤の攪半パドル６４に設けられた攪半羽根と所定のギャップを持って対向するように構成されている。
【００１２】
この現像装置を小型化する場合、トナー濃度センサー６１の取り付けスペースの確保が問題になる。
現像装置の小型薄肉化を図る上で、トナー濃度センサー６１の幅寸法（ｗ）と厚み寸法（ｔ）を小さくすることが重要である。すなわち、現像装置が組み込まれる複写機やプリンターでは、現像ロールの長手方向寸法は規格化された用紙サイズ（例えば、Ａ４の横長さや縦長さ）に対応した寸法になっており、トナー濃度センサー６１の長手方向の寸法を小さくしても現像装置の長さには影響がない。そこで、現像装置の小型化のためには攪半パドル６４の半径方向の小寸法化すなわちトナー濃度センサー６１の幅寸法（ｗ）と厚み寸法（ｔ）とを小さくすることが効果的で特に重要である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上に説明した差動トランス方式のトナー濃度センサーでは、コイルボビン７１に巻回したコイルの引出線７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅ、７５ｆをコイル鍔７３に開けた深いスリット７６に引っ掛けているのでコイルよりもかなり直径の大きなコイル鍔７３が必要であった。また、コイルの巻回にテンションを上げて巻き付け、コイルの引出線７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅ、７５ｆをまっすぐに並んだ深いスリット７６を通って他のコイルの上を押さえ付けるようにしていたので、使用する電線は直径が０．０８ｍｍ以上のものを使う必要があった。このような電線を使ってコイルボビン外径５．０ｍｍの外周に１００巻のコイルを作った場合、コイルの一段の巻き数を２０とすると５段になるので、各コイルの長さは１．６ｍｍ、外径は６．０ｍｍとなっていた。外径６．０ｍｍのコイルを収容し、その引出線をスリット７６に引っ掛けて外れないだけのコイル鍔７３としては少なくとも約９ｍｍの直径のものが必要であった。この直径を持ったコイル鍔７３としてはその強度を持たせるためにその厚さとしては少なくとも０．５０ｍｍのものが必要である。台座の厚さを０．８ｍｍとすると、差動トランスの大きさとして全体の長さが７．１ｍｍ、台座を除いた直径として９ｍｍ程度のものが少なくとも要していた。
【００１４】
そこで本発明では、コイルにより細い電線を使用することが出来て、直径及び長さを小さくした差動トランスとして用いることのできるトランスを提供するものであり、それを使用することによってトナー濃度センサーの幅寸法（ｗ）と厚み寸法（ｔ）を小さくすることができ、そのトナー濃度センサーは複写機やレーザープリンター等の小型薄肉化の要求に応えられるものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のトナー濃度センサーは、交流電源に接続された一次コイルと、トナー濃度に応じて出力電圧が変化する検知コイルと、基準電圧を生じる基準コイルとが、検知コイル、一次コイル、基準コイルの順に複数の溝を持つコイル鍔を介して隣り合ってコイルボビンに同軸に設けられており、コイルボビンの基準コイル側の端部に複数の入出力端子を持った台座が設けられているトランスと、
検知コイルと基準コイルとの差動出力からトナー濃度に対応する出力を出す回路とを備えたトナー濃度センサーにおいて、
検知コイルと一次コイルとのそれぞれからその巻回方向に引き出された当該コイルの引出線を、コイル鍔の溝を通って当該コイルと入出力端子のある台座との間にある他のコイル上に当該コイルの巻回方向を変えることなく斜めに軸方向全長にわたって押さえて巻き付けて入出力端子に固定していることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は本発明のトランスをトナー濃度センサーに使用している差動トランスとしたものの正面図で、同図（Ｂ）は反対方向から見た正面図で、図２は本発明のトランスを用いたトナー濃度センサーの一実施例の平面図で、図３は図２のＡ−Ａ線断面図で、図４はトナー濃度センサーの感度とコイルボビンの外径との相関を示す図で、図５は差動トランス方式のトナー濃度センサーの回路構成図で、図６は差動トランス方式のトナー濃度センサを組み込んだ現像装置の断面図で、図７は従来の差動トランス方式のトナー濃度センサーに使用されていた差動トランス部分の正面図である。
【００１９】
図１〜３を参照して、本発明のトランスを用いたトナー濃度センサーを説明する。差動トランス１は、コイルボビンの中央の段に一次コイル１１が巻回されており、その上と下に二次コイルである検知コイル１２と基準コイル１３が巻回されている。コイルボビン１４の下側端部（図３では上側端部）に台座１５があり、検知コイル１２と一次コイル１１の間、一次コイル１１と基準コイル１３の間、およびコイルボビン１４の上側端部に、コイル鍔１６が設けられており、コイルボビンの上側端部（図３では下側端部）がトナー濃度センサーのケースの検知面の内側に位置している。検知コイル１２と一次コイル１１の間および一次コイル１１と基準コイル１３の間にある２個のコイル鍔１６は、引出線を受け入れるための溝１７がその周りに４ヶ所設けられている。４ヶ所の溝１７は円周方向に約９０度間隔で設けることができる。台座１５には入出力端子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅが設けられている。
【００２０】
図１を参照して引出線を説明する。コイルは端子に近い側から巻く。すなわちここでは基準コイル１３、一次コイル１１、検知コイル１２の順である。基準コイル１３の巻き始め及び巻き終りの引出線１３１、１３２はそのまま台座に設けられている入出力端子１８ｄ、１８ｃに固定されている。中央のボビンに巻かれている一次コイル１１の巻き始め側の引出線１１１は、一次コイル１１から引き出されてすぐに一次コイル１１と基準コイル１３の間のコイル鍔１６の溝１７を通って基準コイル側へ出て、基準コイル１３の上を一次コイル１１の巻き方向と同じ向きに斜めに軸方向全長にわたって９０°〜１２０°の角度巻き付けて入出力端子１８ａに固定されている。一次コイル１１の巻き終り側の引出線１１２も同様に一次コイル１１と基準コイル１３の間のコイル鍔１６の引出線を受け入れる溝１７に引っ掛けられて通って、基準コイル側へ出て基準コイル１３の上を一次コイル１１の巻き方向と同じ向きに斜めに軸方向全長にわたって約１８０°の角度巻き付けて他の入出力端子１８ｂに固定されている。
【００２１】
検知コイル１２の巻き始め側の引出線１２１は、検知コイル１２と一次コイル１１の間にあるコイル鍔１６の引出線を受け入れる溝１７に引っ掛かって通って一次コイル側へ出て、一次コイル１１の上を検知コイル１２の巻き方向と同じ向きに斜めに軸方向全長にわたって１８０°の角度巻き付けて、一次コイル１１と基準コイル１３の間にあるコイル鍔１６の引出線を受け入れる溝１７に引っ掛かって通って基準コイル側へ出る。そして、基準コイル１３の上をやはり同じ向きに斜めに軸方向全長にわたって約１８０°の角度巻き付けて台座１５の入出力端子１８ｅに固定されている。検知コイル１２の巻き終り側の引出線１２２は検知コイル１２と一次コイル１１の間にあるコイル鍔１６の引出線を受け入れる溝１７に引っ掛かって通って、一次コイル側へ出る。そして、一次コイル１１の上を巻き方向と同じ向きに斜めに軸方向全長にわたって９０°の角度巻き付けて、一次コイル１１と基準コイル１３の間にあるコイル鍔１６の引出線を受け入れる溝１７を引っ掛かって通って、基準コイル側へ出る。そして、基準コイル１３の上を、同じ向きに斜めに軸方向に全長にわたって約１８０°の角度巻き付けて、台座１５の入出力端子１８ｄに固定されている。
【００２２】
引出線を他のコイルの上に巻き付けるときに、引出線を引き出されたコイルの巻いてある方向と同じ向き、すなわちその巻いてある方向でその巻き付け角度が４５°以上、望ましくは４５°〜１８０°であれば他のコイルの上を通ってそのコイルを押さえることが出来る。上に述べたような巻き方をすることによって、０．０６ｍｍ以下のように細い電線を使っても押さえる力が出せるようになった。
【００２３】
一次コイル、基準コイル、検知コイルを上に述べたような巻き方として、３．７ｍｍの径のコイルボビンの上に巻き付けた場合、０．０６ｍｍ径の電線を用いてこれらのコイルを作成すると各コイルの巻き段数を４段とすると、一段の巻き数は２５巻きとなり、各コイルの外径および長さは４．３ｍｍ径ｘ１．５ｍｍ長さとなる。ここでコイル鍔の厚さを０．２５ｍｍとした場合、差動トランスの台座を除いた大きさとしては４．３ｍｍ径ｘ５．２５ｍｍ長さとなる。このようにコイルの外径と長さが小さくなり、また本発明のような巻き回し方をすることで小さなコイル鍔とすることができて、鍔の直径も５．１ｍｍ程度とすることができた。
【００２４】
図２、図３に図１の差動トランス１を用いたトナー濃度センサーを示している。なお、便宜上、図２において、トナー濃度センサーのケース２４を外した状態で図示するとともに、そのケース２４の外周線を点線で示している。なお、図３では、２２のＩＣ部品、２３のツェナーダイオード、２５のコンデンサー、２６の抵抗等を省略している。
【００２５】
図２において、１は差動トランスであり、その一次コイルの入出力端子１８ａ、１８ｂと、二次コイルの入出力端子１８ｃ、１８ｄ，１８ｅとがコイルボビン１４と一体に樹脂成形された台座１５の下方部分に各々付設されて、これらの端子をプリント配線基板２１に半田付けすることで差動トランス１がプリント配線基板２１に面実装されるように構成されている。また、２８はコネクターである。
【００２６】
コイルボビン１４の中心軸部には、図３に示すように、出力値の設定用のねじコア１９（例えば、ソフトフェライト製）を挿入するための空間２０が設けられて、ねじコア１９がコイルボビン１４の軸方向に移動できるようにねじ込まれている。また、ねじコア１９には凹溝が設けられて、プリント配線基板２１に設けられたドライバー挿入孔を介して挿入されたドライバーの先端部を上記凹溝に差し込んでねじコア１９をその軸方向に回転移動させて出力値の設定が行えるように構成されている。
【００２７】
２７ａおよび２ヶ所の２７ｂ部分はトナー濃度センサーのケース２４（例えば、ガラスビーズ２０ｗｔ％入りのＡＢＳ樹脂製）と一体に樹脂成形されたボスピンであり、これらボスピン２７ａ、２７ｂによって、配線基板２１とトナー濃度センサーのケース２４とが強固に締結されている。その締結は、図３に示すとおり、ボスピン２７ａ、２７ｂの先端部が熱融着されてリベット状となることで達成される。従って、この構成によれば、余分な締結具を用いる必要がなく、また、配線基板２１がトナー濃度センサーのケース蓋を兼ねており、トナー濃度センサーの厚み寸法（ｔ）を小さく薄肉化できるとともに、差動トランス１の組み込まれた空間に現像剤などが侵入して電気的不都合が発生するのが抑制される。
【００２８】
図３に示すとおり、差動トランス１の先端の鍔部１６側から、トナー濃度センサーのケース２４に形成された円筒状の突起部分にはめ込まれてその先端部分が接着剤を用いてトナー濃度センサーのケース２４の凹部２９に固定されて、本発明のトナー濃度センサーにおける検知部（ヘッド部）３０が構成されている。
【００２９】
上記ボスピン２７ａ、２７ｂは、プリント配線基板２１に設けられた貫通孔を貫通してその各先端部分がプリント配線基板２１の外側に突出するとともに、その突出部分を形成する樹脂の溶融温度よりも高い温度（例えば、使用する樹脂の溶融温度よりも１〜１００℃程度高い温度が樹脂の劣化を抑えて効率よく熱融着作業をする上で好ましい）に保持された加熱棒（溶融樹脂の付着を防ぐためにその表面がフッ化樹脂で被覆されている）を接触させて、上記先端部を加熱溶融状態にしてリベット状に形成した後、冷却凝固させて締結している。
【００３０】
トナー濃度センサーにおいては、感度を上げるうえで、検知コイル１２と検知面３１とのギャップＧ（すなわちこのギャップＧは現像剤と検知コイル１２との最短距離に相当する）が小さいほど有利である。本発明では、コイルの巻回にテンションを上げて巻き付ける必要がないので、例えば、ガラスビーズ４０ｗｔ％入りのＰＰＳあるいはＬＣＰ樹脂を用いて、鍔部１６部の厚み（ｔ₁₆）を０．２５ｍｍ以下に形成できている。なお、従来のトナー濃度センサーに組み込まれていたコイルボビンでは、鍔部部分の厚みが０．５０ｍｍよりも大きくなっている。従って、本発明では、従来よりも少なくともギャップ間隔が０．２５ｍｍ以上薄くなっているので、感度出力（Ｖ）の増加が可能である。
【００３１】
ここで、本発明においては、上記厚み寸法（ｔ₁₆）は０．５０ｍｍ未満とすることが感度向上の点から好ましいが、より好ましくは０．３５ｍｍ以下、特に好ましくは０．３０〜０．２０ｍｍが望ましい。なお、０．２０ｍｍ未満に形成することは実用的な射出成形を取る上で現実的ではない。
【００３２】
検知面３１におけるトナー濃度センサーのケース２４の厚み寸法は、上記ＡＢＳ樹脂を用いた場合、０．４５ｍｍに形成することができる。
差動トランスは上で説明したように例えば鍔の直径を５．１ｍｍ，コイル全体の長さ（鍔の厚さを含めて）５．１５ｍｍとすることができたので、この差動トランスを収容する検出ヘッド部２０の外径（Ｄ）も６ｍｍとすることができた。このために、トナー濃度センサーの幅寸法（ｗ）と厚み寸法（ｔ）とを小さくすることが出来る。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトランスは細い電線を用いたコイルを使用しても、コイルがばらばらになることがないので、コイルの巻回に強いテンションをかける必要がなく、コイルの引出線を引っ掛けるコイル鍔も薄く小さくすることが出来る。このために、差動トランスとして用いた場合にはそれを小型化でき、それを収容しているトナー濃度センサーも小さくなるので、現像装置を小さくするという要望に応えられるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトランスを用いた差動トランス部分の正面図である。
【図２】本発明のトランスを用いたトナー濃度センサーの一実施例の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】トナー濃度センサーの感度とコイルボビンの外径との相関を示す図である。
【図５】差動トランス方式のトナー濃度センサーの回路構成図である。
【図６】差動トランス方式のトナー濃度センサを組み込んだ現像装置の断面図である。
【図７】従来の差動トランス方式のトナー濃度センサーに使用されていた差動トランス部分の正面図である。
【符号の説明】
１差動トランス
１１一次コイル
１２検知コイル
１３基準コイル
１４コイルボビン
１５台座
１６コイル鍔
１７引出線を受け入れるための溝
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ入出力端子
１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２引出線
１９ねじコア
２０空間
２１配線基板
２２ＩＣ部品
２３ツェナーダイオード
２４ケース
２５コンデンサー
２６抵抗
２７ａ、２７ｂボスピン
２８コネクター
２９凹部
３０検知部
３１検知面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a toner density sensor, and more particularly, to a transformer suitable for use in a toner sensor that is used in a copying machine, a printer, or the like to detect the density or remaining amount of toner, and the toner density sensor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various toner sensors are often used in copying machines and printers. As these known toner sensors, for example, there are a method for detecting the toner concentration in a two-component developer composed of a magnetic carrier and toner, and a method for detecting the remaining amount of magnetic toner or the presence or absence of magnetic toner. More differential transformer type toner sensors are used.
[0003]
The differential transformer type toner density sensor is supplied with an AC power supply 54 to the primary coil 51 of the differential transformer as shown in FIG. On the secondary side, two coils having approximately the same number of turns and opposite polarities are wound in series, one of which is the reference coil 52 and the other is the detection coil 53. A high-permeability screw core 55 is inserted near the primary coil 51 and the reference coil 52 so as to act as a magnetic core, and the position of the screw core 55 is adjusted to provide an inductance between the primary coil 51 and the reference coil 52. Can be adjusted. The developer 56 or magnetic toner to be measured flows near the primary coil 51 and the detection coil 53, and the developer or magnetic toner acts as a magnetic core to change the inductance between the primary coil 51 and the detection coil 53. Since the magnitude of this inductance is determined by the amount of magnetic powder of the developer 56 or magnetic toner acting as a magnetic core, the amount of magnetic powder, that is, the toner concentration can be measured by the output voltage of the detection coil 53.
[0004]
Since the reference coil 52 and the detection coil 53 are connected in series with substantially the same number of turns and opposite polarity, the difference between the two coils can be taken out as the output. The AC voltage supplied to the primary coil and the output of the secondary coil are exclusive ORed by the phase comparison circuit 57, and then the output signal is smoothed by the smoothing circuit 58 and taken out as a DC voltage. Replenish toner.
[0005]
As shown in a front view of this differential transformer, a primary coil 51 is wound around the center of a coil bobbin 71, and a detection coil 53 and a reference coil 52, which are secondary coils, are wound above and below the coil bobbin 71, as shown in FIG. It has been turned. A pedestal 72 is provided at the lower end of the coil bobbin, and a coil rod 73 is provided between the detection coil and the primary coil, between the primary coil and the reference coil, and at the upper end of the coil bobbin. The detection coil 53 is interposed between the second coil cage and the second coil cage, the primary coil 51 is sandwiched between the second and third coil cages, and the reference coil 52 is sandwiched between the third coil cage and the pedestal. Will be placed.
[0006]
A plurality of, for example, five input / output terminals 74 a, 74 b, 74 c, 74 d, 74 e are provided at one end of the pedestal 72. Of these terminals, the terminals 74 a and 74 b have lead wires 75 a from the primary coil 51. , 75b are wound and connected. One lead wire 75c of the reference coil 52 is wound and connected to the terminal 74c. The other lead wire 75d of the reference coil 52 and one lead wire 75f of the detection coil are wound and connected to the terminal 74d. The other lead wire 75e of the detection coil 53 is wound around and connected to the terminal 74e. Here, the detection coil 53 and the reference coil 52 are wound in approximately the same number of turns and in opposite directions, and their lead lines appear to be connected in series as shown in FIG. It has become. The terminals provided on the pedestal correspond to the terminals 74 a, 74 b, 74 c, 74 d, and 74 e in FIG. 5, and the terminals 74 a and 74 b are connected to the AC power source, and one of the terminals is connected to the phase comparison circuit 57. . A terminal 74c connected to the reference coil 52 is grounded. The terminal 74d, which is a common terminal, is connected to an adjustment output as necessary, and serves as a monitor when adjusting the position of the high permeability screw core 55. The terminal 74e is an input to the phase comparison circuit 57 as an output terminal.
[0007]
The screw core 55 having a high magnetic permeability is screwed into a female screw provided inside the coil bobbin 71, and the inductance between the primary coil 51 and the reference coil 52 is adjusted by adjusting the position thereof. The upper surface of the coil rod 73 above the coil bobbin 71 serves as a toner density detection surface.
[0008]
The slits 76 and 77 for hooking the lead wires to the second and third coil rods 73 and the pedestal 72 from the top are in substantially corresponding positions. The slits 76 and 77 are opened one by one on the left and right sides of the coil bobbin 71 as viewed from the terminal side, that is, are provided at intervals of 180 degrees in the circumferential direction of the coil bobbin 71. After winding the detection coil 53, the primary coil 51, and the reference coil 52 around the coil bobbin 71, the lead wires 75a, 75b, 75c, 75d, 75e, 75f have slits 76, 77 opened in the coil rod 73 and the pedestal 72. It passes down to the back side of the pedestal 72 and is wound and connected to each terminal 74a, 74b, 74c, 74d, 74e.
[0009]
After each coil is wound around the bobbin 71, the lead wire is hooked on the slits 76 and 77, bent approximately 90 °, and then pulled to the terminal. Here, since the leader line does not pass through the shortest distance from the coil to the terminal, the leader line comes off from the slits 76 and 77 if any looseness occurs. As a countermeasure, a thick wire is used to wind at a high tension, the coil rod is greatly extended to deepen the slit, and further solidified with an adhesive. However, this will increase the size of the coil, bobbin, that is, the transformer.
[0010]
With the demand for miniaturization and thinning of copying machines, printers, etc., miniaturization and thinning of the toner concentration sensor, which is a component of the developing device mounted on them, has become an extremely important issue.
[0011]
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of a developing device incorporating a toner density sensor. Here, by inserting the tip 61a of the toner density sensor 61 into the opening of the mounting member 62 and fixing it, the detection surface 61b faces from one surface of the mounting member 62, and the position is adjusted with a plurality of small screws. The detection surface 61b is exposed on the inner surface of the case 63 by being tightened from the outer surface of the case 63 through a spacer, and a stirring half blade provided on the developer stirring paddle 64 rotating in the direction of the arrow It is configured to face each other with a gap.
[0012]
When this developing device is downsized, securing a mounting space for the toner concentration sensor 61 becomes a problem.
In order to reduce the size and thickness of the developing device, it is important to reduce the width dimension (w) and the thickness dimension (t) of the toner density sensor 61. That is, in a copying machine or printer in which a developing device is incorporated, the longitudinal dimension of the developing roll is a dimension corresponding to a standardized paper size (for example, A4 horizontal length or vertical length). Even if the size in the longitudinal direction is reduced, the length of the developing device is not affected. Therefore, in order to reduce the size of the developing device, it is effective and particularly important to reduce the size of the stirring paddle 64 in the radial direction, that is, to reduce the width (w) and thickness (t) of the toner density sensor 61. It is.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described differential transformer type toner density sensor, the coil lead wires 75 a, 75 b, 75 c, 75 d, 75 e, and 75 f wound around the coil bobbin 71 are hooked on the deep slit 76 opened in the coil rod 73. A coil rod 73 having a considerably larger diameter than the coil was required. In addition, the coil is wound with an increased tension, and the coil lead lines 75a, 75b, 75c, 75d, 75e, and 75f are passed through a deep slit 76 that is arranged in a straight line and pressed on the other coils. Therefore, it was necessary to use a wire having a diameter of 0.08 mm or more. When 100 coils are formed on the outer periphery of the coil bobbin having an outer diameter of 5.0 mm using such an electric wire, if the number of turns of one stage of the coil is set to 20, the length of each coil is 1.6 mm. The outer diameter was 6.0 mm. A coil rod 73 that accommodates a coil having an outer diameter of 6.0 mm and cannot be removed by hooking the lead wire to the slit 76 has to have a diameter of at least about 9 mm. The coil rod 73 having this diameter needs to have a thickness of at least 0.50 mm in order to have the strength. If the thickness of the pedestal was 0.8 mm, the differential transformer had a total length of 7.1 mm and a diameter excluding the pedestal of about 9 mm.
[0014]
Accordingly, the present invention provides a transformer that can be used as a differential transformer having a diameter and a length that can use a thin electric wire by a coil. By using the transformer, a toner density sensor is provided. The width dimension (w) and the thickness dimension (t) can be reduced, and the toner density sensor can meet the demands for miniaturization and thinning of copying machines and laser printers.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The toner concentration sensor of the present invention includes a primary coil connected to an AC power source, a detection coil whose output voltage changes according to the toner concentration, and a reference coil that generates a reference voltage. A transformer having a base with a plurality of input / output terminals at the end on the reference coil side of the coil bobbin, which are adjacent to each other via a coil rod having a plurality of grooves in order and coaxially provided ,
In a toner concentration sensor having a circuit that outputs an output corresponding to the toner concentration from the differential output of the detection coil and the reference coil,
The lead wire of the coil drawn in its winding direction from each of the sensing coil and the primary coil, through the grooves of the coil flange on the other coil is between the pedestals with input and output terminals with the coil The coil is fixed to the input / output terminal by pressing and winding it over the entire axial length without changing the winding direction of the coil.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A is a front view of a differential transformer in which the transformer of the present invention is used for a toner density sensor, FIG. 1B is a front view seen from the opposite direction, and FIG. 3 is a plan view of an embodiment of a toner density sensor using a transformer, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram showing a correlation between the sensitivity of the toner density sensor and the outer diameter of the coil bobbin. 5 is a circuit configuration diagram of a differential transformer type toner density sensor, FIG. 6 is a cross-sectional view of a developing device incorporating the differential transformer type toner density sensor, and FIG. 7 is a conventional differential transformer type toner. It is a front view of the differential transformer part used for the density sensor.
[0019]
A toner density sensor using the transformer of the present invention will be described with reference to FIGS. In the differential transformer 1, a primary coil 11 is wound around a central stage of a coil bobbin, and a detection coil 12 and a reference coil 13, which are secondary coils, are wound above and below the coil. There is a pedestal 15 at the lower end (upper end in FIG. 3) of the coil bobbin 14, between the detection coil 12 and the primary coil 11, between the primary coil 11 and the reference coil 13, and at the upper end of the coil bobbin 14. A coil rod 16 is provided, and the upper end portion (lower end portion in FIG. 3) of the coil bobbin is located inside the detection surface of the case of the toner density sensor. The two coil rods 16 between the detection coil 12 and the primary coil 11 and between the primary coil 11 and the reference coil 13 are provided with four grooves 17 around them for receiving the lead wires. The four grooves 17 can be provided at intervals of about 90 degrees in the circumferential direction. The pedestal 15 is provided with input / output terminals 18a, 18b, 18c, 18d, and 18e.
[0020]
The leader line will be described with reference to FIG. The coil is wound from the side close to the terminal. That is, the reference coil 13, the primary coil 11, and the detection coil 12 are in this order. Lead wires 131 and 132 at the start and end of winding of the reference coil 13 are fixed to input / output terminals 18d and 18c provided on the base as they are. The lead wire 111 on the winding start side of the primary coil 11 wound around the central bobbin passes through the groove 17 of the coil rod 16 between the primary coil 11 and the reference coil 13 as soon as the lead wire 111 is drawn from the primary coil 11. It goes out to the coil side, and is fixed to the input / output terminal 18a by winding the reference coil 13 on the reference coil 13 at an angle of 90 ° to 120 ° obliquely over the entire axial length in the same direction as the winding direction of the primary coil 11. Similarly, the lead wire 112 on the winding end side of the primary coil 11 is hooked in the groove 17 that receives the lead wire of the coil rod 16 between the primary coil 11 and the reference coil 13, passes through to the reference coil side, and passes through the reference coil 13. Is fixed to the other input / output terminal 18b by winding it at an angle of about 180 ° obliquely over the entire length in the axial direction in the same direction as the winding direction of the primary coil 11.
[0021]
The lead wire 121 on the winding start side of the detection coil 12 is caught in the groove 17 that receives the lead wire of the coil rod 16 between the detection coil 12 and the primary coil 11, passes out to the primary coil side, and the primary coil 11. The top is obliquely wound in the same direction as the winding direction of the detection coil 12 at an angle of 180 ° over the entire axial length, and hooked into the groove 17 that receives the lead wire of the coil rod 16 between the primary coil 11 and the reference coil 13. To the reference coil side. The reference coil 13 is fixed to the input / output terminal 18e of the pedestal 15 by wrapping the reference coil 13 obliquely in the same direction at an angle of about 180 ° over the entire axial length. The lead wire 122 on the winding end side of the detection coil 12 is caught in the groove 17 for receiving the lead wire of the coil rod 16 between the detection coil 12 and the primary coil 11 and goes out to the primary coil side. Then, the upper surface of the primary coil 11 is obliquely wound in the same direction as the winding direction at an angle of 90 ° over the entire axial length, and the groove 17 for receiving the lead wire of the coil rod 16 between the primary coil 11 and the reference coil 13 is hooked. And go out to the reference coil side. The reference coil 13 is fixed to the input / output terminal 18d of the pedestal 15 by wrapping the reference coil 13 at an angle of about 180 ° over the entire length in the axial direction obliquely.
[0022]
When the lead wire is wound on another coil, the winding angle is 45 ° or more, preferably 45 ° to 180 ° in the same direction as the winding direction of the coil from which the lead wire is drawn, that is, the winding direction. If it's °, you can hold it over another coil. By winding as described above, a pressing force can be obtained even with a thin electric wire of 0.06 mm or less.
[0023]
When the primary coil, the reference coil, and the detection coil are wound on the coil bobbin having a diameter of 3.7 mm as described above, when these coils are created using a 0.06 mm diameter electric wire, each coil is wound. When the number of winding stages is 4, the number of windings per stage is 25, and the outer diameter and length of each coil are 4.3 mm diameter x 1.5 mm length. Here, when the thickness of the coil cage is 0.25 mm, the size excluding the base of the differential transformer is 4.3 mm diameter × 5.25 mm length. In this way, the outer diameter and length of the coil are reduced, and by winding as in the present invention, a small coil cage can be obtained, and the diameter of the cage can be reduced to about 5.1 mm. It was.
[0024]
2 and 3 show a toner density sensor using the differential transformer 1 of FIG. For convenience, in FIG. 2, the toner density sensor is shown with the case 24 removed, and the outer peripheral line of the case 24 is shown by a dotted line. In FIG. 3, 22 IC components, 23 Zener diodes, 25 capacitors, 26 resistors, and the like are omitted.
[0025]
In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a differential transformer. The primary coil input / output terminals 18 a, 18 b and the secondary coil input / output terminals 18 c, 18 d, 18 e are formed of a pedestal 15 integrally molded with the coil bobbin 14. The differential transformer 1 is attached to the lower part and soldered to the printed wiring board 21 so that the differential transformer 1 is surface-mounted on the printed wiring board 21. Reference numeral 28 denotes a connector.
[0026]
As shown in FIG. 3, a space 20 for inserting a screw core 19 (for example, made of soft ferrite) for setting an output value is provided in the central shaft portion of the coil bobbin 14, and the screw core 19 is connected to the coil bobbin 14. It is screwed so that it can move in the axial direction. Further, the screw core 19 is provided with a concave groove, and the tip of the driver inserted through the driver insertion hole provided in the printed wiring board 21 is inserted into the concave groove so that the screw core 19 is moved in the axial direction. The output value can be set by rotating it.
[0027]
27a and two 27b portions are boss pins integrally molded with a case 24 (for example, made of ABS resin containing glass beads 20 wt%) of the toner concentration sensor, and these boss pins 27a and 27b allow the wiring board 21 and the toner to be formed. The case 24 of the density sensor is firmly fastened. As shown in FIG. 3, the fastening is achieved by heat-sealing the front ends of the boss pins 27a and 27b to form rivets. Therefore, according to this configuration, it is not necessary to use an extra fastener, and the wiring board 21 also serves as a case lid of the toner concentration sensor, so that the thickness dimension (t) of the toner concentration sensor can be reduced and thinned. Thus, it is possible to suppress the occurrence of electrical inconvenience due to the developer or the like entering the space in which the differential transformer 1 is incorporated.
[0028]
As shown in FIG. 3, from the flange 16 side of the tip of the differential transformer 1, the toner concentration sensor is fitted into a cylindrical protrusion formed on the case 24 of the toner concentration sensor, and the tip portion uses an adhesive. The detection unit (head unit) 30 in the toner density sensor of the present invention is configured to be fixed to the recess 29 of the case 24.
[0029]
The bospins 27a and 27b pass through through holes provided in the printed wiring board 21 so that their tip portions protrude outside the printed wiring board 21 and are higher than the melting temperature of the resin forming the protruding portions. A heating rod held at a temperature (for example, a temperature about 1 to 100 ° C. higher than the melting temperature of the resin to be used is preferable for efficiently performing heat fusion work while suppressing deterioration of the resin). In order to prevent this, the surface is covered with a fluororesin), the tip is heated and melted to form a rivet, and then cooled, solidified, and fastened.
[0030]
In the toner density sensor, in order to increase sensitivity, it is more advantageous that the gap G between the detection coil 12 and the detection surface 31 (that is, the gap G corresponds to the shortest distance between the developer and the detection coil 12) is small. In the present invention, since it is not necessary to increase the tension when winding the coil, for example, using PPS or LCP resin containing 40 wt% of glass beads, the thickness (t ₁₆ ) of the flange portion 16 parts is 0.25 mm or less. Can be formed. In the coil bobbin incorporated in the conventional toner density sensor, the thickness of the collar portion is larger than 0.50 mm. Therefore, in the present invention, the gap output is at least 0.25 mm thinner than in the prior art, so that the sensitivity output (V) can be increased.
[0031]
Here, in the present invention, the thickness dimension (t ₁₆ ) is preferably less than 0.50 mm from the viewpoint of improving sensitivity, more preferably 0.35 mm or less, and particularly preferably 0.30 to 0.20 mm. Is desirable. In addition, forming less than 0.20 mm is not practical in taking practical injection molding.
[0032]
The thickness dimension of the toner density sensor case 24 on the detection surface 31 can be formed to 0.45 mm when the ABS resin is used.
As explained above, for example, the differential transformer can have a diameter of 5.1 mm and a total coil length (including the thickness of the collar) of 5.15 mm. The outer diameter (D) of the detection head unit 20 to be performed could be 6 mm. For this reason, the width dimension (w) and the thickness dimension (t) of the toner density sensor can be reduced.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, the transformer according to the present invention does not fall apart even if a coil using a thin electric wire is used, so that it is not necessary to apply a strong tension to the winding of the coil. The coil cage that hooks can be made thinner and smaller. For this reason, when it is used as a differential transformer, it can be reduced in size, and the toner density sensor that accommodates it can also be reduced, so that the demand for a smaller developing device can be met.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a differential transformer portion using a transformer of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of an embodiment of a toner density sensor using a transformer according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a correlation between the sensitivity of the toner density sensor and the outer diameter of the coil bobbin.
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a differential transformer type toner density sensor.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a developing device incorporating a differential transformer type toner density sensor.
FIG. 7 is a front view of a differential transformer portion used in a conventional differential transformer type toner density sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Differential transformer 11 Primary coil 12 Detection coil 13 Reference coil 14 Coil bobbin 15 Base 16 Coil rod 17 Grooves 18a, 18b, 18c, 18d, 18e Input / output terminals 111, 112, 121, 122, 131, 132 Leader 19 Screw core 20 Space 21 Wiring board 22 IC component 23 Zener diode 24 Case 25 Capacitor 26 Resistor 27a, 27b Bospin 28 Connector 29 Recess 30 Detection unit 31 Detection surface

Claims

A primary coil connected to an AC power source, a detection coil whose output voltage changes according to the toner concentration, and a reference coil that generates a reference voltage are a coil having a plurality of grooves in the order of the detection coil, the primary coil, and the reference coil. adjacent via is provided coaxially coil bobbin, a transformer pedestal having a plurality of input and output terminals to the ends of the reference coil side of the coil bobbin is provided,
In a toner concentration sensor having a circuit for outputting an output corresponding to the toner concentration from a differential output between a detection coil and a reference coil,
The lead wire of the coil drawn in its winding direction from each of the sensing coil and the primary coil, through the grooves of the coil flange on the other coil is between the pedestals with input and output terminals with the coil A toner concentration sensor , characterized in that the winding direction of the coil is obliquely pressed and wound over the entire length in the axial direction and fixed to the input / output terminal.