JPH0355895Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、磁性体または導電体の存在、分量、
濃度または距離等を磁気的に検知する磁気的検知
装置、特に、磁性キヤリアと絶縁性トナーとを含
む電子写真現像材のトナー濃度検知装置として好
適な磁気的検知装置に関し、励磁コイルと出力コ
イルを有する差動トランスの、励磁コイル側から
出力コイル側に抵抗回路を接続することにより、
励磁コイル側から出力コイル側にπ／２の位相差
を持つ電圧を注入し、出力コイルの出力電圧を増
幅する増幅器の引込み現象を防止すると同時に、
感度のバラツキを小さくできるようにしたもので
ある。

従来の技術 電子写真現像材中のトナー濃度を検出し、その
濃度を適正な一定のレベルに保つ手段として、従
来より種々の検知装置が提案されているが、その
内の一つに、差動トランスを使用したトナー濃度
検知装置が知られている。

第７図はトナー濃度検知装置として用いられて
いた従来の磁気的検知装置の電気回路図である。
図において、１は発振器、２は差動トランスであ
る。発振器１はインバータ１０１、コンデンサ
C₁，C₂及び抵抗R₁等でなる発振回路によつて構
成されている。差動トランス２は発振器１によつ
て駆動される励磁コイルN₁と出力コイルN₂とを
備えて構成されている。出力コイルN₂は、トナ
ー濃度に応じて出力電圧E₁が変化する検知コイ
ルN₂₁と、励磁コイルN₁に結合されているが、出
力電圧E₂がトナー濃度の影響を受けない基準コ
イルN₂₂とを具備する。検知コイルN₂₁の一端面
はトナー検知面となつている。

そして検知コイルN₂₁の出力電圧E₁と、基準コ
イルN₂₂の出力電圧E₂の差動出力（E₁−E₂）とし
て取出される出力コイルN₂の出力電圧E₀を、増
幅器３を通して位相比較器４に入力し、励磁コイ
ルN₁の励磁電流と同期した基準電圧と位相比較
することにより、位相弁別出力を生じさせる。差
動出力E₀の位相はトナー濃度に応じて変化する
ので、この位相変化を位相比較器４で弁別するこ
とにより、トナー濃度を検知することができる。
増幅器３としては、一般に、Ｃ−MOS等でなる
インバータに帰還抵抗R₂を付加したものが使用
される。

C₃は、基準コイルN₂₂のインダクタンスL₂₂及
び検知コイルN₂₁のインダクタンスL₂₁と共に、
同調回路を構成するコンデンサ、R₀は抵抗であ
る。

同調回路は共振特性を利用して大きな出力を取
り出すために設けられたものである。ところが、
トナーのない状態を考えた場合、同調回路では、
共振周波数f₀で出力は最大となるが、位相は駆動
側よりπ／２だけずれる。このような位相のズレ
があると、トナーのない状態で、位相弁別出力が
生じてしまう。

そこで、同調回路の共振周波数₀と駆動周波数
₁との間に、差周波数Δだけの同調ズレを生じ
させて、駆動側と同位相またはπだけの位相ズレ
を生じさせておき、トナーのある状態で、始めて
位相弁別出力が生じるようにしてある。そして、
抵抗R₀等を付加して、多少の位相シストを生じ
させ、感度を調整している。

考案が解決しようとする問題点 この種の差動トランス形磁気的検知装置は、検
知コイルN₂₁の出力電圧E₁と基準コイルN₂₂の出
力電圧E₂の差動出力E₀の位相が逆転する付近で、
トナー濃度を検知するものであるため、位相弁別
点では、差動出力E₀が小さい値になるのが普通
である。このため、増幅器３が飽和動作をしなく
なることがある。増幅器３が飽和しなくなると、
特にロジツクインバータに帰還抵抗R₂を付加し
た増幅器３を使用したものでは、増幅器入力イン
ピーダンスが低下して、益々、出力が飽和しなく
なり、それが一層入力インピーダンスを低下させ
るという悪循環を繰返し、いわゆる引込み現象を
生じてしまうという問題があつた。

また、基準コイルN₂₂のインダクタンスL₂₂、
検知コイルN₂₁のインダクタンスL₂₁、コンデン
サC₃等の同調回路素子、及び、抵抗R₀の定数値
のバラツキ等により、差周波数Δがバラツキ、
検出感度が大きく変動してしまうという問題点も
あつた。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本考案は、励磁コ
イル及び出力コイルを有しコイル巻軸の一端面側
を磁性対または導電体の検知面とした差動トラン
スを備え、前記出力コイルの出力電圧と、前記励
磁コイルの励磁電流と同期した基準電圧とを比較
して、その比較出力を検知出力とする磁気的検知
装置において、 抵抗回路と、同調回路と、位相比較器とを有
し、前記抵抗回路が前記励磁コイル側から前記出
力コイル側に接続され、前記同調回路が前記出力
コイルに接続され、前記位相比較器が前記同調回
路を通して得られた出力電圧と前記基準電圧とを
位相比較して前記検知出力となる位相弁別出力を
生じること を特徴とする。

作 用 上述のように、差動トランス形磁気的検知装置
において、励磁コイル側と出力コイルとの間に、
抵抗回路を接続すると、励磁コイルに印加される
駆動電圧の一部が、抵抗回路を通して出力コイル
の出力電圧に注入される。このため、増幅器に入
力される電圧を、増幅器の非飽和防止に必要な値
に保ち、引込み現象を防止できる。

また、抵抗回路を通して、励磁コイル側から出
力コイル側に、π／２の位相差を持つ電圧が注入
されるので、出力コイルに同調回路を付加し、位
相弁別方式の回路構成を採つた場合、駆動周波数
と同調周波数との差周波数Δの変動に対する感
度変化を小さくできる。

実施例 第１図は本考案に係る磁気的検知装置の電気回
路接続図である。図において、第７図と同一の参
照符号は同一性ある構成部分を示している。R₄
は励磁コイルN₁側から、出力コイルN₂を構成す
る基準コイルN₂₂側に接続された抵抗回路であ
る。この抵抗回路R₄は高抵抗である。

上述のような抵抗回路R₄があると、励磁コイ
ルN₁側の駆動電圧の一部を、抵抗回路R₄を通し
て基準コイルN₂₂に注入し、増幅器３に対して、
飽和動作を確保するのに必要な電圧を与え、非飽
和による引込み現象を防止できる。

また、抵抗回路R₄により、励磁コイルN₁側か
らの定電流が同調回路を構成する基準コイルN₂₂
側に注入されるため、差周波数Δが大きくなる
と、同調回路のリアクタンス分が小さくなつて、
注入電圧が小さくなり、感度が上る。

一方、差周波数Δが大きくなると、同調回路
の同調ズレが大きくなり、出力電圧が小さくなる
ので、感度は低くなる。

差周波数Δが小さくなつた場合には、上述と
逆の動作が得られる。この結果、差周波数Δの
変動に対して、感度変化の小さい磁気的検知装置
が得られる。

第２図ａ〜ｃは上述の動作を説明するベクトル
図で、Ｙは差動出力電圧、Ｘは差動出力電圧Ｙに
対してπ／２の位相差を持つ注入電圧、θは位相
角、E₀は合成出力電圧である。注入電圧Ｘが一
定のままで、差動出力電圧Ｙが小さくなると、そ
れにつれて、位相角θが第２図ａ→ｂ→ｃのよう
に小さくなり、合成出力電圧E₀が差動出力電圧
Ｙの低下に伴う位相変化と共に回転して行く。位
相角θの変化は、注入電圧Ｘが一定である場合、
差動出力電圧Ｙが小さくなるほど、小さくなる。
位相角θの変化が小さくなる方向は感度が低くな
る方向は感度が高くなる方向である。従つて、差
周波数Δが大きくなつて、同調回路の同調ズレ
が大きくなり、出力電圧が小さくなれば、感度は
低くなる。

この第２図のベルトル図から、差動出力電圧Ｙ
が一定であるときに、注入電圧Ｘが小さくなる
と、位相角θの変化はそれにつれて大きくなるこ
とも、容易に推測できる。位相角θの変化が大き
くなる方向である。従つて、差周波数Δが大き
くなつて、同調回路のリアクタンス分が小さくな
り、注入電圧Ｘが小さくなると、感度が高くな
る。

上述の動作原理について、数式により更に詳し
く説明する。差動出力電圧Ｙはトナー濃度Ｔ（％）
がある範囲内にある場合には、近似的に次式で表
わされる。

Ｙ＝Y₀．（Ｔ−T₀） ……(1) ただし、 Y₀；トナーがないときの差動出力電圧 Ｔ；トナー濃度（例えば３％〜７％） T₀；標準トナー濃度（例えば５％） 位相角θは、第２図から、 θ＝tan^-1（Ｙ／Ｘ） ……(2) となる。式(1)，(2)より、位相角θは、 θ＝tan^-1［Y₀．（Ｔ−T₀）］／Ｘ ……(3) となる。ここで、具体例として、トナー濃度Ｔが
４％であるときの位相出力θ（４％）と、同じく
６％であるときの位相出力θ（６％）の差［θ（４
％）−θ（６％）］を感度とすると、 感度［θ（６％）−θ（４％）］ ＝tan^-1［Y₀．（６−５）］／Ｘ −tan^-1［Y₀．（４−５）］／Ｘ ＝2tan^-1Y₀／Ｘ ……(4) 式(4)において、出力電圧Y₀が一定であるとき
に、注入電圧Ｘが小さくなると、tan^-1Y₀／Ｘが
大きくなり、感度［θ（６％）−θ（４％）］が高く
なる。また、注入電圧Ｘが一定であるときに、出
力電圧Y₀が小さくなると、tan^-1Y₀／Ｘが小さく
なり、感度［θ（６％）−θ（４％）］は低くなる。

第３図は本考案に係る磁気的検知装置の別の実
施例における電気回路図であつて、励磁コイル
N₁の端子間に可変抵抗VR₁と抵抗R₅とよりなる
抵抗分圧回路を設け、この抵抗分圧回路の可変抵
抗VR₁を、抵抗回路R₄に接続した回路となつて
いる。この実施例の場合、注入電圧を、可変抵抗
VR₁によつて可変調整できるので、感度の可変調
整が可能である。

なお、抵抗回路R₄は検知コイルN₂₁側に接続し
てもよい。

第４図は第１図及び第３図の実施例における磁
気的検知装置を構成する差動トランスの具体例を
示す断面図である。この実施例では、棒状のコア
５を挿着させたコイルボビン６に、励磁コイル
N₁、検知コイルN₂₁及び基準コイルN₂₂をそれぞ
れ巻装したものを、筒状のコア７内に挿着し、更
に全体を、非磁性ケース８内に挿入配置した構造
となつている。そして、検知コイルN₂₁のある非
磁性ケース８の表面８１側を、トナー９と接触す
るトナー検知面として利用する構造となつてい
る。

第５図は本考案に係る磁気的検知装置の更に別
の実施例における電気回路図である。この実施例
では、差動トランス２の励磁コイルN₁を、２つ
のコイルN₁₁，N₁₂で構成し、出力コイルN₂は差
動結線を持たないコイルとしてある。励磁コイル
N₂を構成する２つのコイルN₁₁，N₁₂は、差動結
線してある。従つて、この実施例の場合には、２
つのコイルN₁₁，N₁₂が同一電流によつて駆動さ
れることとなる。２つのコイルN₁₁，N₁₂を並列
に接続して、同一電圧で駆動してもよい。

そして、コイルN₁₁の一端から出力コイルN₂
に、抵抗回路R₄を接続してある。

第６図は励磁コイルN₁と出力コイルN₂との巻
線構造を示す図で、コア５を挿着させたコイルボ
ビン６の中間部に、出力コイルN₂を巻装すると
共に、この出力コイルN₂の両側に励磁コイルN₁
を構成する２つのコイルN₁₁，N₁₂を同軸状に分
割巻し、これを筒状コア７内に挿着し、更に全体
を、非磁性ケース８内に挿入配置した構造となつ
ている。そして、２つのコイルN₁₁，N₁₂の内、
コイルN₁₁の軸方向の一端両側ある非磁性ケース
８の表面８１側を、被検知物たるトナー９の検知
面として利用する構造となつている。

第５図及び第６図に示した実施例においては、
励磁コイルN₁を構成する２つのコイルN₁₁，N₁₂
が差動結線されているが、差動トランスの可逆性
により、出力コイルN₂側で差動結線した場合と
同様の回路動作が得られる。

実施例では説明の具体化のため、トナー濃度を
検知する磁気的検知装置を例にとつて説明した
が、これに限らず、磁性体の存在、分量、濃度ま
たは距離等、磁性体検知一般に広く利用でき、更
に磁性体に限らず、導電体検知にも利用すること
ができる。導電体検知の場合には、導電体の渦電
流損に伴なつて検知コイルの出力電圧が低下し、
差動出力が変化するので、それを利用することと
なる。

考案の効果 以上述べたように、本考案は、励磁コイル側か
ら検知コイルまたは基準コイル側に、抵抗回路を
接続するだけの簡単な構成で、増幅器の引込み現
象を防止して、安定な動作を確保すると共に、感
度のバラツキを抑えた磁気的検知装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る磁気的検知装置の電気回
路図、第２図ａ〜ｃは本考案に係る磁気的検知装
置の動作を説明するベクトル図、第３図は本考案
に係る磁気的検知装置の別の実施例における電気
回路図、第４図は第１図及び第３図に示した実施
例における差動トランスの断面図、第５図は本考
案に係る磁気的検知装置の別の実施例における電
気回路図、第６図は第５図に示した実施例におけ
る差動トランスの断面図、第７図は従来の磁気的
検知装置の電気回路図である。 １……発振器、２……差動トランス、３……増
幅器、４……位相比較器、N₁……励磁コイル、
N₂……出力コイル、R₄……抵抗。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 励磁コイル及び出力コイルを有しコイル巻軸
   の一端面側を磁性体または導電体の検知面とし
   た差動トランスを備え、前記出力コイルの出力
   電圧と、前記励磁コイルの励磁電流と同期した
   基準電圧とを比較して、その比較出力を検知出
   力とする磁気的検知装置において、 抵抗回路と、同調回路と、位相比較器とを有
   し、前記抵抗回路が前記励磁コイル側から前記
   出力コイル側に接続され、前記同調回路が前記
   出力コイルに接続され、前記位相比較器が前記
   同調回路を通して得られた出力電圧と前記基準
   電圧とを位相比較して前記検知出力となる位相
   弁別出力を生じること を特徴とする磁気的検知装置。 (2) 前記抵抗分圧回路は、可変抵抗器を含み前記
   励磁コイル両端間に接続された抵抗分圧回路
   と、この抵抗分圧回路の前記可変抵抗器から前
   記出力コイルに接続される抵抗とを備えること
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項に
   記載の磁気的検知装置。