JPH0627065A - 粉体検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化を可能にしコストダウンを図ると共に
資源の有効活用を図るようにした粉体検知装置を提供す
る。 【構成】 粉体センサとして２端子型圧電素子１を用
い、この圧電素子１をこの共振周波数を含む周波数範囲
で掃引する掃引発振回路２で駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば複写機のトナー
等の粉体の有無を検知する粉体検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば複写機に用いられているトナー等
の粉体は複写枚数の増加につれてその量が消費されるの
で、常に粉体の残量を検知して適当量に減った場合は新
たな粉体を供給する必要がある。このような目的で粉体
の有無又は残量を検知する粉体検知装置が用いられてい
る。

【０００３】図９は従来の粉体検知装置の構成を示すも
ので、粉体センサとなる３端子型圧電素子１１が用いら
れて、この３端子型圧電素子１１の固有振動周波数で発
振する自励発振回路１２が構成されている。３端子型圧
電素子１１はその表面に第１の端子（電極）Ｔ１及び第
２の端子Ｔ２が設けられると共に、その裏面には第３の
端子Ｔ３が設けられている。１３は演算増幅器，Ｒ１，
Ｒ２，Ｒ３は抵抗である。

【０００４】このような構成で、粉体容器に粉体が負荷
として加えられるように取付けられた３端子型圧電素子
１１は、粉体の有無に応じて加重状態が変化するため圧
力変化が生じるので、出力電圧の減衰量が変化してく
る。この結果、粉体の有無に応じて変化する３端子型圧
電素子１１の出力電圧によって演算増幅器１３の動作が
オン，オフするように制御されるので、自励発振回路１
２の動作はオン，オフする。

【０００５】例えば、粉体が無くなるかその残量が少な
くなると、３端子型圧電素子１１の出力電圧の減衰量は
小さくなるので、増幅器１３へ加えられる出力電圧は大
きくなるため、自励発振回路１２の動作はオンとなっ
て、端子１４から発振信号が出力される。

【０００６】一方、粉体が十分に有る場合は、３端子型
圧電素子１１の出力電圧の減衰量は大きくなるので、増
幅器１３へ加えられる出力電圧は小さくなるため、自励
発振回路１２の動作はオフとなって、端子１４から発振
信号は出力されない。

【０００７】従って、自励発振回路１２の発振出力の有
無を確認することにより、粉体の有無を検知することが
できる。これは、自励発振回路１２の端子１４に駆動回
路を介してブザー，アラーム等の出力手段を接続してお
くことで、粉体が無くなったりその残量が少なくなった
場合は、自動発振回路１２の発振出力で出力手段が駆動
されることにより、確実にその状態を検知することがで
きる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来の粉体検
知装置では、粉体センサとして３端子型圧電素子を用い
て自励発振回路を構成しているので次のような問題があ
る。

【０００９】(1) ３端子型圧電素子の狭い面積の表面に
第１及び第２の端子Ｔ１，Ｔ２の２個の端子を複雑な導
電パターンで設けなければならないので、小型化に限界
がある。

【００１０】(2) 粉体検知装置は最近使い捨てタイプの
ものが普及しているが、従来構造ではノイズによる誤動
作を避けるため３端子型圧電素子だけでなく演算増幅器
を一体化する必要があり、結果的にこれらの構成全体を
捨てることになるので、コストアップとなり、さらに希
少価値の高い資源の無駄使いとなっている。

【００１１】本発明は以上のような問題に対処してなさ
れたもので、小型化を可能にしコストダウンを図る一方
で資源の有効活用を図るようにした粉体検知装置を提供
することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、粉体が負荷として加えられる２端子型圧電
素子と、この２端子型圧電素子をこの圧電素子の共振周
波数を含む周波数範囲で掃引する発振回路と、前記２端
子型圧電素子のインピーダンスに対応した出力電圧を発
生させるように駆動する駆動回路と、予め基準電圧を設
定しこの基準電圧と前記出力電圧とを比較して粉体の有
無を判断する比較手段とを備えたことを特徴とするもの
である。

【００１３】

【作用】請求項１記載の本発明の構成によれば次のよう
に作用する。発振回路は粉体が負荷として加えられる２
端子型圧電素子をインピーダンスが変化するように、圧
電素子の共振周波数を含む周波数範囲で掃引する。駆動
回路はそのインピーダンスに比例した出力電圧を発生さ
せるように２端子型圧電素子を駆動し、比較手段は予め
基準電圧を設定してこの基準電圧と前記出力電圧とを比
較して粉体の有無を判断する。

【００１４】請求項２記載の本発明の構成によれば、比
較手段は発振回路による掃引発振周波数範囲内において
基準電圧より出力電圧が大きくなったときは粉体無しと
判断する。

【００１５】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１６】図１は本発明の粉体検知装置の実施例を示
すブロック図で、本実施例粉体検知装置１０は、粉体セ
ンサとなる２個の端子Ｔ１及びＴ２が表面及び裏面に設
けられている２端子型圧電素子１と、この圧電素子１を
インピーダンスが変化するようにこの圧電素子１の共振
周波数を含む周波数範囲で掃引する掃引発振回路２と、
この２端子型圧電素子１と掃引発振回路２とに直列に接
続され、掃引発振回路２によって駆動されてインピーダ
ンスに比例した出力電圧を発生させる抵抗Ｒのような定
電流駆動回路３と、予め基準電圧を設定しこの基準電圧
と前記出力電圧とを比較して粉体の有無を判断するコン
パレータ回路のような比較手段４と、この比較手段４の
結果を出力するディスプレイ，計器等から構成される出
力手段５とを備えている。

【００１７】掃引発振回路２によって２端子型圧電素子
１をこの共振周波数を含む周波数範囲で掃引発振させる
と、粉体の有無によって振動素子１のインピーダンスは
変化する。例えば粉体が無くなるかその残量が少なくな
ると、掃引周波数ｆに対してそのインピーダンスＺは図
３に示すような関係で変化する。一方、粉体が十分に有
る場合には、掃引周波数ｆに対してそのインピーダンス
Ｚは図４に示すような関係で変化する。

【００１８】図２は掃引発振回路２の具体的構成例を示
すもので、プリセットカウンタ１１ａと、リップルカウ
ンタ１１ｂ，１１ｃと、アップ／ダウンカウンタ１１ｄ
とから構成されている。プリセットカウンタ１１ａは一
巡毎にアップ／ダウンカウンタ１１ｄの値がロードされ
る。

【００１９】そしてプリセットカウンタ１１ａで一旦ホ
ールドされ、リップルカウンタ１１ｂが一巡する。プリ
セットカウンタ１１ａとリップルカウンタ１１ｂは交互
にカウントし、リップルカウンタ１１ｂは一巡毎にリッ
プルカウンタ１１ｃを進める。リップルカウンタ１１ｃ
が一巡するとアップダウンカウンタ１１ｄを進める。

【００２０】アップ／ダウンカウンタ１１ｄはアップ／
ダウンカウンタまたはアップカウンタとエクシブルオア
回路で構成され、最上位桁の状態により交互にアップ／
ダウンを繰り返す。

【００２１】このような構成により出力される駆動パル
スの周期Ｔはプリセットカウンタ１１ａ，リップルカウ
ンタ１１ｂ，１１ｃの各々のカウント数をＡ，Ｂ，Ｃと
して、ΔＴをクロック周期とすれば、次式で示される。

【００２２】Ｔ＝（Ａ＋Ｂ）・Ｃ・ΔＴ

【００２３】但し、Ａの最小値は１で、最大値はＡmax
となるので、周期Ｔの最大値Ｔmax及び最小値Ｔmin は
各々次式のように示され、両者の間が可変範囲となる。

【００２４】Ｔmax ＝（Ａmax ＋Ｂ）・Ｃ・ΔＴ Ｔmin ＝（１＋Ｂ）・Ｃ・ΔＴ

【００２５】一例として、粉体センサである２端子型圧
電素子１の共振周波数が２乃至８ＫＨｚにあって、掃引
周波数範囲を１乃至８ＫＨｚ以上に設定して、可変周期
のステップを約１％とすれば、プリセットカウンタ１１
ａ及びアップ／ダウンカウンタ１１ｄは７ビットすなわ
ち１２８カウント，リップルカウンタ１１ｂは４ビット
すなわち１６カウント，リップルカウンタ１１ｃは３ビ
ットすなわち８カウント（π／４位相毎），クロック周
期ΔＴは１μｓとなる。

【００２６】定電流駆動回路３としての抵抗Ｒによって
２端子型圧電素子１を駆動すると、圧電素子１は粉体の
有無に応じて図３及び図４のインピーダンス特性に対応
した図５に示すような関係の出力電圧を発生する。比較
手段４としてのコンパレータ回路４Ａは、図６に示すよ
うに予め基準電圧ＶR を有していて圧電素子１からの出
力電圧Ｖと基準電圧Ｖとを掃引周波数範囲内において比
較し、図７のように基準電圧ＶR より出力電圧Ｖが大き
くなったときは、粉体無しと判断する。一方、図８のよ
うに基準電圧ＶR より出力電圧Ｖが掃引周波数範囲内に
おいて常に下回っているときは、粉体有りと判断する。

【００２７】次に本実施例の作用を説明する。

【００２８】粉体が十分に有って２端子型圧電素子１に
負荷として加わっている場合には、振動素子１は掃引発
振回路２によって共振周波数を含む周波数範囲で掃引発
振されることで、図４に示すようなインピーダンス特性
が得られる。定電流駆動回路３としての抵抗Ｒは図４の
インピーダンス特性のインピーダンスに比例した出力電
圧を発生させて、比較手段４としてのコンパレータ４Ａ
に出力する。コンパレータ４Ａは予め設定した基準電圧
ＶR と出力電圧Ｖとを比較して、図８のような出力特性
を得ることにより、粉体有りと判断する。

【００２９】一方、粉体が無くなるかその残量が少なく
なると、掃引周波数範囲で図３に示すようなインピーダ
ンス特性が得られる。定電流駆動回路３としての抵抗Ｒ
は図３のインピーダンス特性のインピーダンスに比例し
た出力電圧を発生させて、比較手段４としてのコンパレ
ータ４Ａに出力する。コンパレータ４Ａは予め設定した
基準電圧ＶR と出力電圧Ｖとを比較して、図７のような
出力特性を得ることにより、粉体無しと判断する。

【００３０】コンパレータ回路４Ａによる判断の結果
は、出力電圧が出力手段５に加えられてこの出力手段５
のディスプレイ，計器等に粉体の有無が表示される。

【００３１】このように本実施例によれば、粉体センサ
として２端子型圧電素子１を用いこの圧電素子１をこの
共振周波数を含む周波数範囲で掃引発振させる掃引発振
回路２と組合せるようにしたので、次のような効果が得
られる。

【００３２】(1) ２端子型圧電素子１の狭い面積の表面
には１個のみの端子Ｔ１の導電パターンを設ければよい
ので、この分導電パターンの形成に余裕ができるため、
小型化が可能となる。

【００３３】(2) 粉体センサとしての２端子型圧電素子
１を掃引発振回路２によって駆動するので、使い捨てタ
イプの粉体検知装置の場合でも２端子型圧電素子のみを
取出して捨てることができるため、コストダウンを図る
ことができると共に資源の有効活用を図ることができ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、粉体
センサとして２端子型圧電素子を用いこれに掃引発振回
路を組合わせて粉体検知装置を構成するようにしたの
で、小型化を可能にしコストダウンを図ると共に資源の
有効活用を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の物体検知装置の実施例を示すブロック
図である。

【図２】本実施例に用いられる掃引発振回路の構成を示
すブロック図である。

【図３】本発明の動作原理を示す粉体無しの場合のイン
ピーダンス特性図である。

【図４】本発明の動作原理を示す粉体有りの場合のイン
ピーダンス特性図である。

【図５】本発明の動作原理を示す出力電圧特性図であ
る。

【図６】本実施例に用いられるコンパレータ回路の構成
を示す結線図である。

【図７】本実施例における粉体無しの場合の出力電圧特
性図である。

【図８】本実施例における粉体有りの場合の出力電圧特
性図である。

【図９】従来例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ ２端子型圧電素子 ２ 掃引発振回路 ３ 定電流駆動回路 ４Ａ コンパレータ回路 ４ 比較手段 ５ 出力手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉体が負荷として加えられる２端子型圧
   電素子と、この２端子型圧電素子をこの圧電素子の共振
   周波数を含む周波数範囲で掃引する発振回路と、前記２
   端子型圧電素子のインピーダンスに対応した出力電圧を
   発生させるように駆動する駆動回路と、予め基準電圧を
   設定しこの基準電圧と前記出力電圧とを比較して粉体の
   有無を判断する比較手段とを備えたことを特徴とする粉
   体検知装置。
2. 【請求項２】 前記比較手段が、前記発振回路による掃
   引発振周波数範囲内において前記基準電圧より出力電圧
   が大きくなったときは、粉体無しと判断する請求項１記
   載の粉体検知装置。