JPH10104934A

JPH10104934A - 磁気的センサ

Info

Publication number: JPH10104934A
Application number: JP25702496A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Imai; 健裕今井; Kenichi Kawabata; 賢一川畑; Masashi Goto; 真史後藤; Shiro Nakagawa; 士郎中川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化、薄型化を図りつつ、検知磁気回路と基
準磁気回路とを確実に分離できる感度の高い磁気的セン
サを提供する。【解決手段】第１のコイル２１は絶縁性磁性基板１の
一面上に、第２のコイル２２は絶縁性磁性基板１の他面
上において、第１のコイル２１とほぼ対向する位置に、
第３のコイル２３は絶縁性磁性基板１の一面上におい
て、第１のコイル２１の側方に、更に、第４のコイル２
４は絶縁性磁性基板１の他面上において第２のコイル２
２の側方に、それぞれ渦巻き状に設けられている。第１
のコイル２１及び第２のコイル２２は、コイル電流によ
って発生する磁束φ１、φ２が互いに逆向きなるよう
に、直列に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、磁性トナ
ーの残量検知に用いられる磁気的センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリンタ等の磁性トナー残量セン
サ等に用いられる磁気的センサとしては、いわゆる差動
トランスが知られている。従来のこの種の差動トランス
は、駆動コイル、検知コイル及び基準コイルの３個のコ
イルを備える。これらの各コイルは、検知コイル近傍に
被検知物である磁性体が存在するとき、駆動コイルと検
知コイルとの間の磁気結合は変化するが、駆動コイルと
基準コイルとの間の磁気結合は、殆ど変化しない関係と
なるように配置する。具体的には、同一の棒状コアの中
間部に駆動コイルを配置し、その両側に基準コイル及び
検知コイルを配置する。このようなコイル配置は、例え
ば、特開昭62ー270982号公報、特公平7ー81689号公報等に
開示されている。

【０００３】上記構成において、駆動コイルを交流電源
で駆動したとき、検知コイルに発生する誘起電圧を、基
準コイルの誘起電圧と比較することにより、検知コイル
近傍の磁性体の存在を検知することができる。

【０００４】ところで、パソコン等と組み合わされて用
いられる個人用レーザービームプリンタの普及等に見ら
れるように、当該磁気的センサの組み込まれる機器は益
々小型化されつつある。従って、プリンタ等に用いられ
る磁気的センサとしても、小型化、薄型化が強く求めら
れることは当然のことである。

【０００５】ところが、従来、磁気的センサとして用い
られていた差動トランスは、同一の棒状コアの中間部に
駆動コイルを配置し、その両側に基準コイル及び検知コ
イルを配置する構造となっているので、検知コイルと基
準コイルが磁気的に分離されない。このため、小型化、
薄型化された場合、検知コイル近傍に存在する被検知物
である磁性体が、基準コイルと駆動コイルの間の磁気結
合にも影響を与え、検知感度を低下させるという問題を
生じる。

【０００６】この問題は、検知コイル及び基準コイル間
の間隔を大きくしたり、あるいは、検知コイル及び基準
コイルの磁気回路を別々に構成する等の手段をとること
により、回避することが可能であるが、そうすると、小
型化及び薄型化の要請に応えることができなくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、小
型、かつ、薄型の磁気的センサを提供することである。

【０００８】本発明のもう一つの課題は、小型化、薄型
化を図りつつ、検知磁気回路と基準磁気回路とを確実に
分離でき、感度の高い磁気的センサを提供することであ
る。

【０００９】本発明のもう一つの課題は、外部擾乱によ
る影響を受けにくく、動作の安定した磁気的センサを提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る磁気的センサは、絶縁性磁性基板
と、第１のコイルと、第２のコイルと、第３のコイル
と、第４のコイルとを含む。前記第１のコイルは、前記
絶縁性磁性基板の一面上に渦巻き状に設けられている。
前記第２のコイルは、前記絶縁性磁性基板の他面上にお
いて、前記第１のコイルとほぼ対向する位置に渦巻き状
に設けられている。前記第３のコイルは、前記絶縁性磁
性基板の一面上において、前記第１のコイルの側方に渦
巻き状に設けられている。前記第４のコイルは、前記絶
縁性磁性基板の他面上において、前記第２のコイルの側
方に渦巻き状に設けられている。

【００１１】前記第１のコイル及び前記第２のコイル
は、コイル電流によって発生する磁束が互いに逆向きな
るように、直列に接続されている。

【００１２】上述した本発明に係る磁気的センサは、基
本的には、差動トランスとして動作する。この場合、差
動トランスの巻線を構成する第１のコイル及び第３のコ
イルは、絶縁性磁性基板の一面上にうず巻き状に設けら
れており、第２のコイル及び第４のコイルは、絶縁性磁
性基板の他面上にうず巻き状に設けられている。この構
成によれば、小型、かつ、薄型の差動トランス型磁気的
センサを得ることができる。

【００１３】しかも、各コイルは同一の絶縁性磁性基板
上にあるため、温度等の外部擾乱による誘起電圧の変化
は検知、基準両出力に同じに現れ、相殺されて検知動作
には影響を与えない。このため、動作が非常に安定であ
る。

【００１４】第１のコイルは絶縁性磁性基板の一面上に
設けられ、第２のコイルは絶縁性磁性基板の他面上にお
いて、第１のコイルとほぼ対向する位置に設けられてい
る。これらの第１のコイル及び第２のコイルは、コイル
電流によって発生する磁束が互いに逆向きなるように、
直列に接続されている。従って、第１のコイル及び第２
のコイルにコイル電流を流した時に発生する磁束が、互
いに逆向きになり、絶縁性磁性基板内において、第１の
コイル及び第２のコイルの巻き軸と直交する方向に向き
を変える。

【００１５】第３のコイルは絶縁性磁性基板の一面上に
おいて、第１のコイルの側方に渦巻き状に設けられてい
る。従って、第１のコイルを励磁することによって発生
し、かつ、絶縁性磁性基板内を、第１のコイルの巻き軸
と直交する方向に通った磁束は、第３のコイルと鎖交
し、誘起電圧を生じさせる。第１のコイルに生じた磁束
は、絶縁性磁性基板を通って第３のコイルと鎖交した
後、絶縁性磁性基板の外部空間を通り、第１のコイルに
戻る磁気回路を形成する。

【００１６】同様の磁気回路は、第２のコイルと第４の
コイルとの間でも形成される。即ち、第４のコイルは絶
縁性磁性基板の一面上において、第２のコイルの側方に
渦巻き状に設けられている。従って、第２のコイルを励
磁することによって発生し、かつ、絶縁性磁性基板内
を、第２のコイルの巻き軸と直交する方向に通った磁束
は、第４のコイルと鎖交し、誘起電圧を生じさせる。第
２のコイルに生じた磁束は、絶縁性磁性基板を通って第
４のコイルと鎖交した後、絶縁性磁性基板の外部空間を
通り、第２のコイルに戻る磁気回路を形成する。

【００１７】第３のコイルに誘起する電圧及び第４のコ
イルに誘起する電圧は、これらを含む前述の磁気回路の
特性に依存する。従って、磁気回路の一方に、検知対象
物を存在させることにより、第３のコイルの誘起電圧
と、第４のコイルの誘起電圧とに差を持たせ、その差か
ら、検知対象物を検知することができる。

【００１８】この場合、検知対象物の存在しない磁気回
路は基準磁気回路となり、検知対象物の存在する磁気回
路は検知磁気回路を構成する。これらの２つの磁気回路
は、実質的に、磁気的に独立した回路と見ることができ
る。従って、本発明によれば、小型化、薄型化を図りつ
つ、検知磁気回路と基準磁気回路とを分離した、感度の
高い磁気的センサを実現できる。

【００１９】しかも、第１のコイル〜第４のコイルが同
一の絶縁性磁性基板上に形成されているため、温度等の
外部擾乱による誘起電圧の変化が、検知、基準両出力に
同じに現れる。このため、擾乱による誘起電圧の変化が
相殺され、検知動作には影響を与えず、非常に安定した
動作を確保することができる。

【００２０】本発明の更に具体的な特徴及び利点は、図
面を参照して更に具体的に説明する。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る磁気的センサ
の平面図、図２は図１の２ー２線に添った断面図、図３
は図１に示した磁気的センサの背面図、図４は図１〜図
３に示した磁気的センサの電気回路図である。図示する
ように、本発明に係る磁気的センサは、絶縁性磁性基板
１と、第１のコイル２１と、第２のコイル２２と、第３
のコイル２３と、第４のコイル２４とを含む。実施例に
示す絶縁性磁性基板１は、板状である。第１のコイル２
１は、絶縁性磁性基板１の一面１１上に渦巻き状に設け
られている。第２のコイル２２は、絶縁性磁性基板１の
他面１２上において、第１のコイル２１とほぼ対向する
位置に渦巻き状に設けられている。第３のコイル２３
は、絶縁性磁性基板１の一面１１上において、第１のコ
イル２１の側方に渦巻き状に設けられている。第４のコ
イル２４は、絶縁性磁性基板１の他面１２上において、
第２のコイル２２の側方に渦巻き状に設けられている。

【００２２】第１のコイル２１及び第２のコイル２２
は、コイル電流Ｉｃによって発生する磁束φ１、φ２が
互いに逆向きなるように、直列に接続されている。

【００２３】上述した本発明に係る磁気的センサは、基
本的には、差動トランスとして動作する。この場合、差
動トランスの巻線を構成する第１のコイル２１及び第３
のコイル２３は、絶縁性磁性基板１の一面１１上にうず
巻き状に設けられており、第２のコイル２２及び第４の
コイル２４は、絶縁性磁性基板１の他面１２上にうず巻
き状に設けられている。この構成によれば、小型、か
つ、薄型の差動トランス型磁気的センサを得ることがで
きる。

【００２４】第１のコイル２１は絶縁性磁性基板１の一
面１１上に設けられ、第２のコイル２２は絶縁性磁性基
板１の他面１２上において、第１のコイル２１とほぼ対
向する位置に設けられている。これらの第１のコイル２
１及び第２のコイル２２は、コイル電流Ｉｃによって発
生する磁束φ１、φ２が互いに逆向きなるように、直列
に接続されている。

【００２５】図５は本発明に係る磁気的センサの動作を
説明する図である。図５に示すように、第１のコイル２
１及び第２のコイル２２にコイル電流Ｉｃを流した時に
発生する磁束φ１、φ２は互いに逆向きになり、絶縁性
磁性基板１内において、第１のコイル２１及び第２のコ
イル２２の巻き軸Ｏ１と直交する方向ａ１に向きを変え
る。

【００２６】第３のコイル２３は絶縁性磁性基板１の一
面１１上において、第１のコイル２１の側方に渦巻き状
に設けられている。従って、第１のコイル２１を励磁す
ることによって発生し、かつ、絶縁性磁性基板１内を、
第１のコイル２１の巻き軸Ｏ１と直交する方向ａ１に通
った磁束φ１は、第３のコイル２３と鎖交し、誘起電圧
Ｖ３を生じさせる。第１のコイル２１に生じた磁束φ１
は、絶縁性磁性基板１を通って第３のコイル２３と鎖交
した後、絶縁性磁性基板１の外部空間を通り、第１のコ
イル２１に戻る磁気回路Ｍ１を形成する。

【００２７】同様の磁気回路は、第２のコイル２２と第
４のコイル２４との間でも形成される。即ち、第４のコ
イル２４は絶縁性磁性基板１の一面１１上において、第
２のコイル２２の側方に渦巻き状に設けられている。従
って、第２のコイル２２を励磁することによって発生
し、かつ、絶縁性磁性基板１内を、第２のコイル２２の
巻き軸Ｏ１と直交する方向ａ１に通った磁束φ２は、第
４のコイル２４と鎖交し、誘起電圧Ｖ４を生じさせる。
第２のコイル２２に生じた磁束φ２は、絶縁性磁性基板
１を通って第４のコイル２４と鎖交した後、絶縁性磁性
基板１の外部空間を通り、第２のコイル２２に戻る磁気
回路Ｍ２を形成する。

【００２８】第３のコイル２３の誘起電圧Ｖ３及び第４
のコイル２４の誘起電圧Ｖ４は、磁気回路Ｍ１、Ｍ２の
磁気特性に依存する。従って、磁気回路Ｍ１、Ｍ２の一
方に、検知対象物３を存在させることにより、第３のコ
イル２３の誘起電圧Ｖ３と、第４のコイル２４の誘起電
圧Ｖ４とに差を持たせ、その差（Ｖ３〜Ｖ４）から、検
知対象物３を検知することができる。検知対象物３は、
一般には磁性体である。

【００２９】この場合、検知対象物３の存在しない磁気
回路Ｍ１が基準磁気回路となり、検知対象物３の存在す
る磁気回路Ｍ２が検知磁気回路となる。これらの２つの
磁気回路Ｍ１、Ｍ２は、実質的に、磁気的に独立した回
路と見ることができる。従って、本発明によれば、小型
化、薄型化を図りつつ、検知磁気回路Ｍ２と基準磁気回
路Ｍ１とを分離し、検知感度を高めた磁気的センサを実
現できる。

【００３０】しかも、第１のコイル２１〜第４のコイル
２４が同一の絶縁性磁性基板１上に形成されているた
め、温度等の外部擾乱による誘起電圧の変化が、検知、
基準両出力に同じに現れる。このため、外部擾乱による
誘起電圧の変化が相殺され、検知動作には影響を与え
ず、非常に安定した動作を確保することができる。

【００３１】実施例において、絶縁性磁性基板１は薄い
板状に形成され、その一面１１に、メッキ等の手法で、
第１のコイル２１及び第３のコイル２３を平面状に形成
してある。絶縁性磁性基板１の他面１２にも、同様の手
法により、第２のコイル２２及び第４のコイル２４を平
面状に形成してある。第１のコイル２１及び第２のコイ
ル２２は、絶縁性磁性基板１の一面１１（または他面１
２）からみて巻き方向が逆になっている。第１のコイル
２１の内側端子211及び第２のコイル２２の内側端子221
はスルーホール４で電気的に互いに接続されている。第
３のコイル２３及び第４のコイル２４は、絶縁性磁性基
板１の一面１１（または他面１２）からみて、巻き方向
が同一方向にある。第３のコイル２３の内側端子231及
び第４のコイル２４の内側端子241をスルーホール５で
接続されている。

【００３２】図５を参照すると、外側端子212、222は交
流電源ｅで駆動される。コイル２１、２２で発生した磁
束φ１、φ２の一部は、それぞれ、第３のコイル２３及
び第４のコイル２４に位相が逆の電圧Ｖ３、Ｖ４を発生
させる。実施例の場合、第３のコイル２３及び第４のコ
イル２４の内側端子231、241をスルーホール５で接続し
てあるので、被検知物３が存在しない場合、誘起電圧Ｖ
３、Ｖ４が互いに打ち消しあい、外側端子232ー242間に
は電圧は現れない。

【００３３】他面１２を検出面として、磁性体を含む被
検知物３を近付けると、磁気回路Ｍ２の磁気効率が上が
り、第２のコイル２２から生じる磁束φ２の多くの部分
は、第４のコイル２４を通過し、大きな電圧Ｖ４を発生
させる。

【００３４】ここで、基準面となる一面１１側と、検知
面となる他面１２側とは絶縁性磁性基板１で磁気的に遮
断され、検知面１２の近傍の被検知物３の存在が、基準
面１１に影響を与えない。これは本発明の重要な効果の
一つである。これにより、非常に感度の高いセンサを構
成できる。

【００３５】しかも、第１のコイル２１〜第４のコイル
２４が同一の絶縁性磁性基板１上にあるため、温度等の
外部擾乱による誘起電圧の変化が、検知出力及び基準出
力の両者に同じに現れ、相殺される。このため、検知動
作が外部擾乱による影響を受けなくなり、非常に安定し
た動作特性が得られる。また、各コイル２１〜２４はメ
ッキ等のバッチ処理で構成できるため、巻線工程など費
用や時間のかかる工程がなく、非常に安価である。

【００３６】絶縁性磁性基板１は、磁性粉と合成樹脂と
を混合した複合組成物を用いて形成することができる。
絶縁性磁性基板１をかかる複合組成物によって構成する
と、駆動用交流電源や出力検出のための回路を、絶縁性
磁性基板１の上に設け、全体の構成を簡素化すると共
に、小型化することができる。そのような複合組成物の
具体例は、MnーMgーZn系フェライト粉を、例えば、７０重
量％含むエポキシ系複合プラスチック材料である。フェ
ライト粉の含有量は、絶縁性磁性基板１に要求される磁
気特性、物性的特性等を考慮して、選定される。フェラ
イト粉に限らず、他の磁性粉を用いてもよい。

【００３７】更に、絶縁性磁性基板１は可撓性を有する
ことが望ましい。可撓性を有する絶縁性磁性基板１は、
上述した複合組成物を用いて容易に得ることができる。
絶縁性磁性基板１が可撓性を有すると、トナー容器が平
らでなくても、磁気的センサを容器に密着させることが
でき、トナー容器の外側から十分検知することができ
る。

【００３８】図６は本発明に係る磁気的センサを用いた
磁気的検知装置の電気回路図である。図示された磁気的
検知装置は、磁性トナー残量を検知するトナー濃度検知
装置として用いるのに好適なものである。

【００３９】磁性トナー残量検知に適した構成として、
磁気的センサの絶縁性磁性基板１は、Ni-Zn系フェライ
ト粉を７０重量％含むエポキシ系プラスチック板で、大
きさは１０mm×２０mm、厚さ１mmとした。この絶縁性磁
性基板１の比透磁率は約１０である。

【００４０】絶縁性磁性基板１の両面１１、１２に４個
の巻数６ターン、大きさ８mm角の第１のコイル２１〜第
４のコイル２４を銅メッキで構成した。銅メッキ厚は３
０μmとした。第１のコイル２１及び第２のコイル２２
は互いに逆向きに巻かれ、内側端子はスルーホール４で
接続した。第３のコイル２３及び第４のコイル２４は、
互いに同方向に巻かれ、内側端子231、241はスルーホー
ル５で接続した。これらの構造については、既に、図１
〜図５を参照して詳細に説明した。

【００４１】第１のコイル２１及び第２のコイル２２の
外側端子212、222は、発振回路６のインダクタンスとし
て働かせ、インバータ６１、同調コンデンサ６２、６３
とともにコルピッツ型発振回路を構成している。第３の
コイル２３及び第４のコイル２４の外側端子232、242
は、出力回路７のコンデンサ７１とともに共振回路を構
成し、検知信号の振幅を増大させる。

【００４２】共振回路の後段において、ダイオード７
２、コンデンサ７３で整流し、シュミットトリガ７５で
オン、オフ信号に変換して検知面近傍の被検知物３の存
在を出力する。なお、抵抗７４は整流コンデンサ７３の
電荷を放電するためのものである。

【００４３】実施例では、他面１２を検知面として説明
したが、一面１１及び他面１２は対称であるから、どち
らを検知面としてもよい。また、両面とも薄い保護膜
（図示しない）で覆ってある。本実施例では、磁性トナ
ーの有無を厚さ２mmのトナー容器の外側から検知でき
た。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば次の
ような効果を得ることができる。（ａ）小型、かつ、薄型の磁気的センサを提供すること
ができる。（ｂ）小型化、薄型化を図りつつ、検知磁気回路と基準
磁気回路とを確実に分離でき、感度の高い磁気的センサ
を提供することができる。（ｃ）外部擾乱による影響を受けにくく、動作の安定し
た磁気的センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気的センサの平面図である。

【図２】図１の２ー２線に添った断面図である。

【図３】図１に示した磁気的センサの背面図である。

【図４】図１〜図３に示した磁気的センサの電気回路図
である。

【図５】本発明に係る磁気的センサの動作を説明する図
である。

【図６】本発明に係る磁気的センサを用いた磁気的検知
装置の電気回路図である。

【符号の説明】

１絶縁磁性基板２１第１のコイル２２第２のコイル２３第３のコイル２４第４のコイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川士郎東京都中央区日本橋１丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性磁性基板と、第１のコイルと、第
２のコイルと、第３のコイルと、第４のコイルとを含む
磁気的センサであって、前記第１のコイルは、前記絶縁性磁性基板の一面上に渦
巻き状に設けられており、前記第２のコイルは、前記絶縁性磁性基板の他面上にお
いて、前記第１のコイルとほぼ対向する位置に渦巻き状
に設けられており、前記第３のコイルは、前記絶縁性磁性基板の一面上にお
いて、前記第１のコイルの側方に渦巻き状に設けられて
おり、前記第４のコイルは、前記絶縁性磁性基板の他面上にお
いて、前記第２のコイルの側方に渦巻き状に設けられて
おり、前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、コイル電流
によって発生する磁束が互いに逆向きなるように、直列
に接続されている磁気的センサ。
【請求項２】請求項１に記載された磁気的センサであ
って、前記第３のコイル及び前記第４のコイルは、互いの誘起
電圧の和電圧を取り出すように接続されている磁気的セ
ンサ。
【請求項３】請求項１に記載された磁気的センサであ
って、前記第２のコイル及び前記第４のコイルの設けられてい
る前記絶縁性磁性基板の前記他面側が、検知側となる磁
気的センサ。
【請求項４】請求項１に記載された磁気的検知装置で
あって、前記絶縁性磁性基板は、磁性粉と合成樹脂とを混合した
複合組成物でなる磁気的検知装置。
【請求項５】請求項４に記載された磁気的検知装置で
あって、前記絶縁性磁性基板は、可撓性を有する磁気的検知装
置。
【請求項６】磁気的センサを含む磁気的検知装置であ
って、前記磁気的センサは、請求項１乃至５の何れかに記載さ
れたものでなる磁気的検知装置。
【請求項７】請求項６に記載された磁気的検知装置で
あって、トナー濃度検出のために用いられる磁気的検知装置。