JPH0781989B2 - 磁気的検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、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
性キャリアと絶縁性トナーとを含む電子写真現像材を対
象としたトナー濃度検知装置として好適な差動トランス
型磁気的検知装置に関し、励磁コイルを、出力コイルの
両側に分割巻した２つのコイルで構成し、その一方を、
被検知物たる磁性体または導電体との対向面側に配置し
た差動トランス構成とすることにより、小型化、低コス
ト化を図りつつ、感度のバラツキを抑えることができる
ようにしたものである。

従来の技術 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、差動出力より濃度を検知する磁気的検知装置が知
られている。

第３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を備え、コンデ
ンサC₁、C₂を励磁コイルN₁の端子間に接続し、コンデン
サC₁、C₂と励磁コイルN₁のインダクタンス成分とによる
LCπ型同調回路となっている。励磁コイルN₁のインダク
タンス分とコンデンサC₁、C₂とによるLCπ型同調回路に
よる利点は、回路構成が容易であること、波形歪が少な
いこと等である。

差動トランス２は励磁コイルN₁と、この励磁コイルN₁に
結合されトナー濃度に応じて出力電圧E₁が変化する第１
の出力コイルN₂₁と、トナー濃度によって出力の変化し
ない第２の出力コイルN₂₂とを有する。そして第１の出
力コイルN₂₁と第２の出力コイルN₂₂とを差動結線し、第
１の出力コイルN₂₁の出力電圧E₁と、第２の出力コイルN
₂₂の出力電圧E₂の差動出力E₀（＝E₁−E₂）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
検波出力を生じさせる。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。

C₃は、第２の出力コイルN₂₂のインダクタンスL₂₂及び第
１の出力コイル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f₀と駆動周波数f₁との間
に、差周波数△ｆ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
フトを生じさせ、感度を調整している。

第４図は第３図に示した磁気的検知装置の差動トランス
の具体例を示す断面図であり、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、第１の出力コイル
N₂₁及び第２の出力コイル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っている。そして、第１
の出力コイル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
なっている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述した従来の磁気的検知装置には次の
ような問題点がある。

（イ）発振器１を構成する場合、小型化及びコストダウ
ンの面から、励磁コイルN₁の巻面積を大きくしてインダ
クタンス分を増大させ、コンデンサC₁、C₂としての容量
値を低下させることが望ましい。

一方、差動トランスとしての構成上、コイル間結合度を
適度に保ちながら、小型化するためには、中間に位置す
るコイルN₁の巻面積より、その両側に位置するコイルN
₂₁、N₂₂の巻面積を大きくした方が、工業的に作り易
い。

ところが、従来は中間に励磁コイルN₁を配置してあった
ため、発振器の同調コンデンサC₁、C₂の小型化及び小容
量化のために、インダクタンス分を増大させようとする
と、差動トランスの構成上、巻面積を増大させたくない
中間部配置の励磁コイルN₁の巻面積を増大させなければ
ならないという不都合が生じる。このため、励磁コイル
N₁の巻面積増大によるインダクタンス増大策をとること
ができず、コンデンサC₁、C₂として大容量のものが必要
になり、大型化及びコスト高となっていた。小型で大容
量のコンデンサも市販されているが、これを使用した場
合には、特に高価になってしまう。

（ロ）発振器１側の同調用コンデンサC₁、C₂は直列容量
として作用するので、その容量値を等しく選定した場合
には、コンデンサC₁、C₂として、同調容量Ｃに対して、
容量値2Cを持つコンデンサを使用しなければならない。

一方、第２の出力コイルN₂₂側の同調回路では、第１の
出力コイルN₂₁及び第２の出力コイルN₂₂のインダクタン
ス分と、コンデンサC₃とによる同調回路となるので、コ
ンデンサC₃の容量値は発振器１側のコンデンサC₁、C₂の
容量値より小さい値となる。

結局、コンデンサC₁、C₂及びコンデンサC₃として、互い
に容量値の異なるものを使用しなければならない。コン
デンサの場合、同一規格容量のものであれば、特性、精
度の揃ったものを入手することは容易であるが、異なっ
た容量値のものの場合、特性、精度の揃ったものを得よ
うとすると、極めてコストが高くなる。

（ハ）上述のように、発振器１側とコイル側とで、同調
用のコンデンサC₁、C₂及びC₃として、特性、精度の揃っ
たものを使用することが困難であるため、同調容量特
性、精度の変動が大きくなり易い。このため、離調度が
バラツキ、感度が変動する。

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に、本発明に係る磁気的検知
装置は、発振器によって駆動される励磁コイルと、この
励磁コイルに結合された出力コイルとを備え、前記出力
コイルの出力電圧と前記発振器から与えられる基準電圧
との比較出力を検知出力とする。前記励磁コイルは、前
記出力コイルの巻軸方向の両側に分割巻された２つのコ
イルで構成し、前記２つのコイルの一方を、被検知物た
る磁性体または導電体との対抗面側に配置してある。前
記出力コイルは、同調周波数が前記発振器の発振周波数
に対してある離調度をもつ同調回路を有し、前記同調回
路は当該出力コイルのインダクタンスと前記出力コイル
の端子間に接続されたコンデンサとによって構成されて
いる。前記発振器は、前記励磁コイルの端子間に接続さ
れて前記励磁コイルのインダクタンスとともに同調回路
を構成する少なくとも２つのコンデンサを有している。

作用 上述のように、励磁コイル及び出力コイルを有する差動
トランス形磁気的検知装置において、励磁コイルを、出
力コイルの巻軸方向の両側に分割巻された２つのコイル
で構成してあるので、励磁コイルのインダクタンス成分
を利用したLCπ型同調回路による発振器を構成する場
合、コイルによるインダクタンス分を増大させて、同調
容量値を減少させることができる。このため、同調コン
デンサとして、小型で、小容量のものを使用することが
可能になる。

しかも、出力コイルの両側に２つの励磁コイルが位置す
ることとなるので、励磁コイルの巻面積を大きくでき、
コイル間結合度を適度に保ちながら、小型化できるよう
になり、工業的に作り易くなる。

上述のように、発振器側で励磁コイルを２つのコイルで
構成したことにより、同調用インダクタンス分が増大
し、同調用コンデンサの容量値が低下する。一方、出力
コイルは一個となり、インダクタンス分が低下し、同調
容量値が大きくなる。

結果として、発振器側と出力コイル側とで、特性、精度
の揃った同一規格容量の同調コンデンサを使用すること
が可能になり、離調度のバラツキ及び感度変動を抑える
と共に、コストダウンを達成できる。

更に、出力コイルは同調周波数が発振器の発振周波数に
対してある離調度をもつ同調回路を有しているから、両
周波数の差周波数だけの同調ズレを生じさせ、トナー等
の被検知物のある状態で、確実に出力を生じさせること
ができる。

実施例 第１図は本発明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３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。従来と著しく異なる点は、
差動トランス２の励磁コイルN₁は、発振器１のインダク
タンス成分となる２つのコイルN₁₁及びN₁₂で構成したこ
とである。出力コイルN₂は差動結線を持たないコイルと
してある。

第２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って
いる。そして、２つのコイルN₁₁、N₁₂の一方、例えばコ
イルN₁₁のある非磁性ケース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ってい
る。

励磁コイルN₁を構成する２つのコイルN₁₁、N₁₂は差動的
に直列に接続し、両コイルN₁₁、N₁₂の端子間に同調用の
コンデンサC₁、C₂の直列回路を接続してある。従って、
この実施例の場合は、２つのコイルN₁₁、N₁₂が同一電流
によって駆動されることとなる。２つのコイルN₁₁、N₁₂
は並列に接続して、同一電圧で駆動するようにしてもよ
い。出力コイルN₂の端子間には同調用コンデンサC₃が接
続してある。

R₄は励磁コイルN₁側から、第２の出力コイルN₂側に接続
された抵抗回路である。

上述の実施例においては、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
スは可逆素子であり、励磁巻線N₁を差動結線した場合で
も、出力コイル側で差動結線する従来回路と同様の動作
をする。

即ち、トナー濃度に応じて変化するコイルN₁₁の出力電
圧と、コイルN₁₂の出力電圧との差動出力に応じた出力
が、励磁コイルN₁側から出力コイルN₂に伝送される。そ
して、増幅器３を通して位相比較器４に入力され、発振
器１から与えられる基準電圧と位相比較され、位相検波
出力を生じさせる。

ここで、励磁コイルN₁を、発振器１のインダクタンス成
分となる２つのコイルN₁₁及びN₁₂で構成してあるので、
コイルN₁₁、N₁₂によるインダクタンス分を増大させて、
同調コンデンサC₁、C₂の容量値を減少させることができ
る。このため、同調コンデンサC₁、C₂として、小型、小
容量で安価なものを使用することが可能になる。

しかも、２つの励磁コイルN₁₁、N₁₂が出力コイルN₂の両
側に分割配置されるので、励磁コイルN₁の巻面積を大き
くでき、コイル間結合度を適度に保ちながら、小型化で
きるようになり、工業的に作り易くなる。

また、発振器１側で、励磁コイルN₁を２つのコイル
N₁₁、N₁₂で構成したことにより、同調用インダクタンス
分が増大し、同調用コンデンサC₁、C₂の容量値を小さく
できる。一方、出力コイルN₂は一個となり、インダクタ
ンス分が低下し、同調コンデンサC₃の容量値が大きくな
る。例えば、発振器１側と出力コイルN₂側との同調周波
数がほぼ同じに選定した場合に、励磁コイルN₁側のイン
ダクタンス分が２倍に増え、出力コイルN₂のインダクタ
ンス分が半分になったとすれば、同調コンデンサC₁、C₂
及びC₃として、特性、精度の揃った同一規格容量のもの
を使用できるようになる。従って、離調度のバラツキ及
び感度変動を抑えると共に、コストダウンを達成するこ
とが可能になる。なお、離調度の調整は、コイルN₂、N
₁₁、N₁₂によって可能である。

更にこの実施例では、抵抗回路R₄があるので、励磁コイ
ルN₁側の駆動電圧の一部を、抵抗回路R₄を通して出力コ
イルN₂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出力コイルN₂側に注入されるた
め、差周波数△ｆが小さくなると、同調回路のリアクタ
ンス分が小さくなって、注入電圧が小さくなり、感度が
上る。

一方、差周波数△ｆ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。結果として、感度変化の小さい磁気的検知装置
が得られる。

上記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って説明したが、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って出力コイルの出力電圧
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。

発明の効果 以上述べたように、本発明に係る磁気的検知装置は、発
振器によって駆動される励磁コイルと、この励磁コイル
に結合された出力コイルとを備え、出力コイルの出力電
圧と発振器から与えられる基準電圧との比較出力を検知
出力とするものであって、励磁コイルは、出力コイルの
巻軸方向の両側に分割巻された２つのコイルで構成し、
２つのコイルの一方を、被検知物たる磁性体または導電
体との対向面側に配置してあり、出力コイルは、同調周
波数が発振器の発振周波数に対してある離調度をもつ同
調回路を有し、同調回路は当該出力コイルのインダクタ
ンスと出力コイルの端子間に接続されたコンデンサとに
よって構成されており、発振器は、励磁コイルの端子間
に接続されて励磁コイルのインダンクタンスとともに同
調回路を構成する少なくとも２つのコンデンサを有して
いるから、次のような効果が得られる。

（ａ）発振器の同調コンデンサを小型、小容量化し、小
型化及び低コスト化を図った磁気的検知装置を提供でき
る。

（ｂ）小型で、工業的に作り易い差動トランスを持つ磁
気的検知装置を提供できる。

（ｃ）離調度のバラツキ及び感度変動が小さく、コスト
の安価な磁気的検知装置を提供できる。

（ｄ）出力コイルは、同調周波数が発振器の発振周波数
に対してある離調度をもつ同調回路を有しているから、
両周波数の差周波数だけの同調ズレを生じさせ、トナー
等の被検出物のある状態で、確実に出力を生じさせ得る
磁気的検知装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る磁気的検知装置の電気回路図、第
２図は本発明に係る磁気的検知装置を構成する差動トラ
ンスの断面図、第３図は従来の磁気的検知装置の電気回
路図、第４図は同じく差動トランスの断面図である。 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 N₁₁、N₁₂……励磁コイルを構成するコイル N₂……出力コイル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発振器によって駆動される励磁コイルと、
   この励磁コイルに結合された出力コイルとを備え、前記
   出力コイルの出力電圧と前記発振器から与えられる基準
   電圧との比較出力を検知出力とする磁気的検知装置であ
   って、 前記励磁コイルは、前記出力コイルの巻軸方向の両側に
   分割巻された２つのコイルで構成し、前記２つのコイル
   の一方を、被検知物たる磁性体または導電体との対向面
   側に配置してあり、 前記出力コイルは、同調周波数が前記発振器の発振周波
   数に対してある離調度をもつ同調回路を有し、前記同調
   回路は前記出力コイルのインダクタンスと前記出力コイ
   ルの端子間に接続されたコンデンサとによって構成され
   ており、 前記発振器は、前記励磁コイルの端子間に接続されて前
   記励磁コイルのインダクタンスとともに同調回路を構成
   する少なくとも２つのコンデンサを有していること を特徴とする磁気的検知装置。
2. 【請求項２】前記比較出力は、位相比較出力であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の磁気的検知
   装置。
3. 【請求項３】前記励磁コイルは、前記２つのコイルを直
   列に接続してなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項に記載の磁気的検知装置。
4. 【請求項４】前記励磁コイルは、前記２つのコイルを並
   列接続してなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項に記載の磁気的検知装置。
5. 【請求項５】前記発振器に備えられた前記２つのコンデ
   ンサ及び前記出力コイルに備えられた前記コンデンサ
   は、同一規格容量のものでなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の磁気的検知装置。