差動トランス

【課題】差動トランスのコアを形成するフェライトなどの硬くて脆い軟磁性体にネジ溝を形成しないようにする。また、工具でのコアの調節作業中に割れや欠けを発生させない。
【解決手段】ボビン（２０）の空洞（２２）内に挿入するコア（２１）の機能を、ボビン（２０）の空洞（２２）に磁性体部（２７）を保持するネジ部（２６）と、磁気機能を有する磁性体部（２７）とに分ける。こうすることで、ネジ部（２６）をネジ（２８）の加工が容易で丈夫な樹脂で形成すれば、ネジ（２８）を軟磁性体に形成しなくても良い。また、ネジ部（２６）の一方の側に係合部（２９）を設けて磁性体部（２７）を装着し、ネジ部（２６）の他方の側の端面に凹部３０を形成して、前記凹部（３０）に工具を嵌めて回動すれば、コア（２１）の位置を調節できる。このとき、ネジ部（２６）に工具を嵌めて回動するので磁性体部（２７）に割れや欠けを発生することは無い。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コアの加工を容易にした差動トランスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機、ファックスなどの機器で使用するトナーには、２成分方式と１成分方式とがある。
２成分方式のトナーは、着色トナーと磁性キャリアとからなるものがあり、着色トナーと磁性キャリアの混合濃度を一定に保つ必要がある。そのため、その濃度をトナーセンサで検出する。
また、１成分方式のトナーは、磁性トナーからなるものがあり、磁性トナーの残量を検出する必要がある。そのため、その残量をトナーセンサで検出するのである。
【０００３】
このような検知に用いられるトナーセンサは、例えば、図１０の特許文献１に示すように、差動トランス１と検出回路２で構成されている。
差動トランス１は、図１０のように、コイル６、７、８を巻きつけるボビン４ａとボビン４ａの空洞４ｂ内に挿入されるコア5とからなっている。
前記ボビン４ａは、駆動コイル６、基準コイル７と検知コイル８を設けた構成となっており、基準コイル７と検知コイル８は、逆極性となるように巻回して差動出力を得るようにしてある。また、コア５は、周囲にネジ溝を形成したイモネジ形のものとなっており、上端面にドライバーを係合するための溝１０を設けた形状となっている。
このコア５は、ボビン４ａの空洞４ｂ内に挿入する。そして、そのコア５を挿入した空洞４ｂ内にドライバーを差し込んで、ドライバーの先端をコア５の上端面の溝１０に嵌め、回動して軸方向へ移動させる。こうすることで、所定の差動出力を検出回路２に入力できるようにするのである。
【０００４】
すなわち、このように構成されるトナーセンサは、トナーの近傍に設ける。そして、検出回路２が、駆動コイル６に高周波の交流信号を入力する。すると、駆動コイル６が発生する磁束がトナーの濃度や残量によって変化するため、それを基準コイル７と検知コイル８の二個のコイル７、８で検出する。このとき、二個のコイル７、８で検出した差動出力信号は、参照信号（駆動コイル６へ入力した高周波信号に基づく）を用いて位相検波する。こうすることで、その検波出力からトナーの濃度や残量を検出するというものである。
【０００５】
ところで、上記のボビン４ａの空洞４ｂ内に挿入されるコア５は、前記コイル６、７、８の見かけ上のインダクタンスを強め、巻数の少なさを補完するため高透磁率（ハイμ）のものを使用して、前記コイル６、７、８間に相互誘導効果を与える必要がある。また、高周波帯域で渦電流による損失が小さく、基準コイル７と検知コイル８などの二次側の振幅を最大化しなければならない。そのため、このような要件を満たすコア材としてフェライトなどの軟磁性体を用いる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１９６８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のコアでは、コア自体にネジを切っているが、コアを形成するフェライトは硬くて脆いセラミックである。そのため、製造が難しく高コストである。しかも、折角ネジを形成しても脆いため、ドライバーでの調節作業中に割れたり欠けたりするなどの問題がある。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、フェライトなどの硬くて脆い軟磁性体にネジを形成しなくても良いようにする。また、ドライバー（工具）での調節作業中に割れや欠けを発生させないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、この発明では、コイルを巻き付けるボビンの空洞内に挿入されるコアを、ネジ部と軟磁性体で形成された磁性体部で構成し、前記ネジ部は、周囲に前記空洞のネジ溝と螺合するネジを形成するとともに、一方の側に磁性体部を直列に装着するための係合部を設け、他方の側の端面に回動用の工具を嵌める凹部を形成した構成を採用したのである。
【００１０】
このような構成を採用することにより、コアをネジ部と磁性体部とで構成し、コアの機能を分ける。
すなわち、磁性体部をボビンの空洞に保持する機能を有するネジ部と、フェライトなどの軟磁性体で形成され、磁気機能を有する磁性体部とに分ける。
こうすることで、ネジ部はネジの加工が容易で、かつ、丈夫で脆くないもの、例えば非磁性体の樹脂や金属あるいは機能性セラミックなどで形成することができる。
また、ネジ部は、ネジ部の一方の側に設けた係合部に磁性体部を直列に装着して、前記磁性体部を下側にしてボビンの空洞内に挿入し、挿入したネジ部の他方の側の端面に形成された凹部に工具を嵌めて回動する。こうすることで、コイルに対する相対位置を調節できる。このとき、ネジ部に工具を嵌めて回動するので磁性体部に力が加わることは無く、磁性体部が割れたり欠けたりすることは無い。したがって、ネジ部と磁性体部で構成されるコアは、磁気特性に合わせて所定の差動出力が得られるように空洞内の位置を調節することができる。
【００１１】
このとき、上記ボビンの空洞内壁のネジ溝を１回転分だけ形成した構成を採用することができる。
【００１２】
このような構成を採用することにより、ネジ溝を少なくすることでボビンの製作を容易にできる。また、コアは、ボビンの空洞に挿入して回動すると、コアのネジ部が空洞内の１回転分のネジ溝に螺合して、ネジ部の条数分だけ位置を調整できる。
【００１３】
また、上記ボビンのネジ溝に換えて、複数本の軸方向に伸びる突条を空洞の周に沿って間隔を置いて設け、一方、上記コアのネジ部の硬度を前記突条より高くした構成を採用することができる。
【００１４】
このような構成を採用することにより、コアは、ボビンの空洞内に挿入して回動させると、前記コアは、ネジ部のネジで突条を切り開きながら軸方向へ移動することができる。このように、ボビン側にネジ溝を設けなくてもコアを移動できる。
【００１５】
また、このとき、上記係合部が、磁性体部を内蔵するようにした構成を採用することができる。
【００１６】
このような構成を採用することにより、磁性体部を保持部に内蔵させることでネジ部に磁性体部を装着できる。
【００１７】
また、このとき、上記いずれかの差動トランスを用いたトナーセンサを構成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、上記のように構成したことにより、差動トランス及びトナーセンサの製造を容易にして安価にできる。また、工具を使った調節作業中に割れが発生しないようにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態の斜視図
【図２】（ａ）ボビンの上面図、（ｂ）同側面図、（ｃ）同底面図、（ｄ）同縦断面図
【図３】コアネジ部の（ａ）上面図、（ｂ）縦断面図、（ｃ）磁性体部の縦断面図
【図４】トナーセンサの（ａ）斜視図、（ｂ）同側面図、（ｃ）要部の縦断面図
【図５】実施例１の（ａ）試料の断面図、（ｂ）比較試料の断面図（ｃ）インダクタンス値を示す図
【図６】実施例１の（ａ）Ｒｓ−ｆ特性図、（ｂ）Ｌｓ−ｆ特性図、
【図７】実施例２の斜視図
【図８】実施例３の断面図
【図９】実施例４の斜視図
【図１０】従来例の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、この形態の差動トランス１９は、ボビン２０とコア２１とからなり、コア２１をボビン２０の空洞２２内に挿入するようになっている（なお、図は、差動トランス１９の構造を理解しやすくするため、コイル６、７、８を巻回していない状態を記している）。
前記ボビン２０は、樹脂により成型したもので、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、外周に仕切り（鍔）２３を設けて三個のコイル６、７、８を巻回するようになっている。この形態では、図２（ｂ）に示すように、上から順に、基準コイル７、駆動コイル６、検知コイル８を巻回する。
また、ボビン２０の空洞２２内には、図２（ｄ）のように、複数本の軸方向に伸びる突条（柱）２４を設けてある。前記突条２４は、空洞２２の内周に沿って、間隔を置いて設けた構成となっている。
なお、図中の符号２５は接続端子（ターミナル）である。
【００２１】
一方、コア２１は、図１のように、ネジ部２６と磁性体部２７で構成されている。ネジ部２６は、樹脂成形によるもので、図１のように、周囲にボビン２０の空洞２２の突条２４と螺合するためのネジ２８を形成するとともに、ネジ部２６の一方の側に、図３（ｂ）のように、磁性体部２７を直列に装着するための係合部２９を設け、他方の側の端面に、図３（ａ）のような回動用の工具を嵌める凹部３０を形成した構造となっている。
すなわち、この形態のネジ部２６は、ネジ（例えば、メートルネジ）２８を形成した頭部の一方の側に、係合部２９として軸を設けたもので、「おねじ」と似た外形形状となっている。また、その軸は、図３（ｂ）のように、ネジ溝を形成せずに段付きとし、後述のように、リング状の磁性体部２７を嵌入するようになっている。
さらに、頭部の他方の側の端面に、図３（ａ）のように、凹部３０としてプラス溝を形成し、ドライバーを嵌めて回動できるようにしているのである。
なお、この形態では、プラスドライバーを使用するため、前記端面の凹部３０の形状はプラス溝としたが、これに限定されるものではない。これ以外にも、例えば、マイナスドライバー用のマイナス溝としたり、あるいは、凹部３０の形状は、４角や６角レンチなどを使用できるように４角や６角にしたりすることもできる。
【００２２】
磁性体部２７は、図３（ｃ）のように、前述したリング状のもので、フェライトからなる軟磁性体で形成されている。また、前記リングは、ネジ部２６の段の径に合致するようになっており、段に嵌めて超音波あるいは熱溶着などで一体にしてユニット化する。
なお、この形態では、軟磁性体にフェライトを採用したが、軟磁性体はフェライトに限定されるものではない。これ以外にも、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンシュール、アモルファス磁性合金、ナノクリスタル磁性合金・・・など軟磁性を呈するものであって、ネジ部２６の係合部２９に係合させることのできる形状にできるものであれば何でも良い。
【００２３】
このように構成される差動トランス１９は、ボビン２０に基準コイル７、駆動コイル６、検知コイル８を巻回し、ボビン２０の空洞２２にコア２１を挿入して、例えば、図４（ａ）、（ｂ）のような調節孔３１の設けられたセンサケースに収容されてトナーセンサ３２として用いられる。
すなわち、このセンサケースには、センサ回路を搭載した回路基板３３が配置されており、図４（ｃ）のように、回路基板３３に差動トランス１９の端子２５を直接接続して取り付けてある。
ちなみに、このように端子２５を直接取り付けたのは、検知信号がノイズの影響を受けず、微少信号を扱えるようにするためである。
【００２４】
このように構成されるトナーセンサ３２は、例えば、複写機などのトナー（現像剤）の攪拌パドルに設けられた攪拌羽根と一定のギャップで対向するようにセットするのであるが、その前にトナーセンサ３２のキャリブレーションを行って出荷する。
【００２５】
キャリブレーションは、基準にする磁性体を使用する。この基準磁性体とは、例えば、磁性体を樹脂で固めることで、基準とする磁束密度を呈するようにしたものである（磁性体には、磁性トナーや磁性キャリアを使用することもできる）。
そして、この基準磁性体から所定の距離を置いてトナーセンサ３２を配置する。このように配置したトナーセンサ３２にＬＣＲメータを接続して、その出力が許容範囲内に収まるように、調整孔３１からドライバーを挿入して内部の差動トランス１９のコア２１を回動する。
すると、ネジ部２６は、頭部に形成したタッピング用のネジ溝２８が空洞２２内の突条２４を切り進めながら軸方向の位置を変える。そのため、それに応じて磁性体部２７と基準コイル７及び検知コイル８との相互誘導及び相互インダクタンスを調節することができる。
このように、相相互誘導及び相互インダクタンスを調節できればよいので、磁性体部２７の形状は、中央部分の無いリング状としても支障が無いのである。
【００２６】
ここで、ボビン２０は、図１のように、ハンダ付けなどに用いられる端子（ターミナル）２５を有することから、例えば、高耐熱性のＬＣＰ（液晶ポリマ）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの熱可塑性樹脂を使用しており硬度が高い。そのため、コア２１は、硬度の高い空洞（一体成形ならボビン２０）２２をネジ部２６が研削しながら移動しなければならず（セルフタッピング）、ネジ部２６には、ボビン２０より硬度の高いものが要求される。
よって、ネジ部２６に、ガラスフィラー比率を高めたエンプラ（エンジニアリングプラスチック）を採用することが好ましく、また、ボビン素材のＧＦ率も並行して下げることが好ましい。
故に、多少コスト高になるが、ネジ部２６をセラミックス（脆弱でないもの）製とし、コア２１を挿入した後バインダで固着してもよい。こうするとネジ溝２８が磨耗したり破損したりすることが無いので、精度を保持できる。
【００２７】
このように、ドライバー（工具）でネジ部２６を回動することで、先に述べたように、基準コイル７及び検知コイル８に対する磁性体部２７の相対位置を調節する。このとき、ドライバーは、ネジ部２６の凹部３０に嵌めて回動し、直接ドライバーで磁性体部２７を回動しないので、磁性体部２７が割れたり欠けたりすることは無い。その結果、空洞２２内の磁性体部２７は、相互誘導作用により磁気特性に合わせて所定の差動出力が得られるように、バランスを調節することができる。
そのため、磁性体部２７にネジ２８を形成する必要がなく、コストを下げることができる。また、ネジ２８を形成しないので、その分だけ磁性体部２７の正味の体積を減らすことができるという効果も期待できる。
【００２８】
なお、ネジ部２６が切り進め難い場合は、事前に真ちゅうネジなどで仮通しをしておくとスムースに切り進められる。
【実施例１】
【００２９】
この実施例１は、コア２１のネジ部２６の材質について考察したものである。そのため、図５（ａ）に示すようなネジ部２６を、黄銅、樹脂で形成し、フェライトによる磁性体部２７を装着したものを準備した。また、比較のため、図５（ｂ）のような従来のムクのコア５を準備した（ここでは以後、「ムク」と称する）。
次に、ボビン２０に、駆動コイル６、基準コイル７、検知コイル８を巻回したものを準備してＬＣＲメータと接続した。
そして、前記ボビン２０に上記の３つのコア２１（磁性体部２７を装着したもの）を順次挿入してＬＣＲメータにより基準コイル７と検知コイル８のインダクタンス（５００ｋＨｚ）を測定した。その値を図５（ｃ）に示す。
さらに、それらのＲｓ−ｆ（抵抗）周波数特性、Ｌｓ−ｆ（インダクタンス）周波数特性、を測定した。そのグラフを図６（ａ）、（ｂ）に示す。なお、図６（ａ）、（ｂ）での「なし」とは、コア２１を挿入していない「空芯コイル」のときの測定値である。
【００３０】
上記の結果から以下のことがわかった。
金属（黄銅）は、高周波領域（数十ｋＨｚ〜）で渦電流による損失が発生する。この損失により，ネジ部２６を黄銅とするコア２１は、図６（ｂ）のように、見掛けのＬが低下することがわかった。また、図６（ａ）から数百ｋＨｚ付近より表皮効果による抵抗損失が現れることが解った。
以上のことから、発振周波数は、数百ｋＨｚ程度が適切であり、ネジ部２６の材質に樹脂を用いれば、「ムク」と同等の特性が得られることが解った。
【実施例２】
【００３１】
この実施例２は、ボビン２０の他の態様を示すもので、図７のように、空洞２２の内壁にネジ溝４０を形成したものである。このようにネジ溝４０を形成したものでは、コア（ネジ部）２１を回転させて、突条２４を切り進めるときのように、偏心する恐れがないので、精度を向上できるというものである。
他の構成及び作用効果については実施形態と同じなので、同一符号を付して説明は省略する。
【実施例３】
【００３２】
実施例３は、図８のように、ボビン２０に一回転分だけネジ溝４０´を形成したものである。このようにすると、使用する金型構造を簡略化できるため、ボビン２０の製作を容易にできるというものである。
すなわち、図７のように、空洞２２全周にネジ溝４０を形成したボビン２０では、上下左右の金型と、その内側に装着するネジ溝４０を形成した筒型の金型を要する。
ここで、図８のように、１回転分だけのネジ溝４０´とした場合、ネジ溝４０´を上下左右の金型に設けることは容易である。そのため、ねじ溝４０を形成するための金型を省いて金型構造を簡略化できるのである。
【００３３】
このように構成されるボビン２０では、空洞２２にコア２１を挿入すると、コア２１のネジ部２６が空洞２２の内壁の１回転分のネジ溝４０´に螺合して位置を変えることができる。しかしながら、ネジ溝４０´は、１回転分だけなので、位置の調整範囲はコア２１のネジ部２６の条数分だけとなり、実施例２のものより小さくなる。
他の構成及び作用効果は、実施形態と同じなので、同一符号を付して説明は省略する。
【実施例４】
【００３４】
この実施例４は、コア２１の他の態様を示すもので、ネジ部２６の係合部２９が、磁性体部２７を内蔵するようにしたものである。
すなわち、係合部２９に開口４１を設けて磁性体部２７を内蔵するようにしたものである。この場合、開口４１は、磁性体部２７の形状に合わせることができる。そのため、磁性体部２７はリング状以外の例えば、円柱状やキューブ状とすることができる。このようにすれば、磁束の収束を向上できるので、トランスの巻線数を減らすこともできると考えられる。
他の構成及び作用効果については、実施形態と同じなので、同一符号を付して説明は省略する。
【符号の説明】
【００３５】
６駆動コイル
７基準コイル
８検知コイル
１９差動トランス
２０ボビン
２１コア
２２空洞
２４突条
２６ネジ部
２７磁性体部
２８ネジ
２９係合部
３０凹部
３２トナーセンサ
４０ネジ溝
４０´ ネジ溝
４１開口

【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル（６、７、８）を巻き付けるボビン（２０）と、前記ボビン（２０）の空洞（２２）内に挿入されるコア（２１）とからなり、
前記ボビン（２０）は、空洞（２２）内に軸方向に向けてネジ溝（４０）が形成され、
前記コア（２１）は、ネジ部（２６）と軟磁性体で形成された磁性体部（２７）で構成され、そのネジ部（２６）は、周囲に前記空洞（２２）のネジ溝（４０）と螺合するネジ（４０）を形成するとともに、一方の側に磁性体部（２７）を直列に装着するための係合部（２９）を設け、他方の側の端面に回動用の工具を嵌める凹部（３０）を形成した差動トランス（１９）。
【請求項２】
上記ボビン（２０）の空洞（２２）内壁のネジ溝（４０）を１回転分だけ形成した請求項１に記載の差動トランス（１９）。
【請求項３】
上記ボビン（２０）のネジ溝（４０）に換えて、複数本の軸方向に伸びる突条（２４）を空洞（２２）の周に沿って間隔を置いて設け、
一方、上記コア（２１）のネジ部（２６）の硬度を前記突条（２４）より高くした請求項１または２に記載の差動トランス（１９）。
【請求項４】
上記係合部（２９）が、磁性体部（２７）を内蔵するようにした請求項１乃至３のいずれかに記載の差動トランス（１９）。
【請求項５】
上記請求項１〜４のいずれかの差動トランス（１９）を用いたトナーセンサ。

【図１】