JPH09114224A - 物体検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナーセンサ等の物体検知素子の複数個に対
して１個の制御回路を共通に用い、構成の簡素化、低コ
スト化及び小型化を図り、取付作業を容易とする。 【解決手段】 複数個のトナーセンサＳ０乃至Ｓ３を１
個の制御回路２０で制御する物体検知装置であって、制
御回路２０は、検知回路３０と、トナーセンサＳ０乃至
Ｓ３のいずれか１個を順次選択して検知回路３０に接続
するスイッチング回路４０と、スイッチング回路４０の
順次選択動作を制御するスイッチ制御信号をスイッチン
グ回路４０に印加するスイッチ制御信号発生回路５０と
を備え、検知回路３０はスイッチング回路４０を介して
接続されたトナーセンサＳ０乃至Ｓ３の出力乃至特性変
化より物体有無を検知するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機のトナー等
の物体の有無、残量を検知するための物体検知装置に係
り、とくに複数個の槽のトナー等の粉体の有無、残量を
１個の制御回路を用いる簡単な構成でばらつきなく検知
可能な物体検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機等のトナー残量検知装置と
して特開昭５６−４３５１３号に示すものが知られてい
る。この特開昭５６−４３５１３号の装置は、トナー収
容槽に１個のトナーセンサを取り付け、それを制御する
ための１個の制御回路を有する。

【０００３】図６は従来の物体検知装置としてのトナー
残量検知装置の１例を示す。この図において、１はトナ
ー収容槽であり、該トナー収容槽１内にトナー２が収容
されるようになっている。トナー収容槽１の側壁部に形
成されたセンサ取付穴３にはトナーセンサＳが固着され
ている。このトナーセンサＳは、両面に電極端子１２，
１３を形成した圧電磁器板１４を金属振動板１５の裏側
に貼りつけた圧電振動子１０を有し、該圧電振動子１０
を段付き円筒状ケース１６の先端縁に固着し（圧電磁器
板１４がケース内側になるようにし）、円筒状ケース１
６の先端開口を密閉した構造である。

【０００４】前記トナーセンサＳを制御する制御回路１
７は、例えば特開昭５６−４３５１３号のように、圧電
振動子１０を発振素子として用いた発振回路を構成し、
圧電振動子１０の発振出力を整流後、積分した積分出力
からトナー有無を検知するものであってもよい。この場
合、圧電振動子１０がトナー収容槽１内のトナーに接触
しているトナー有り状態では圧電振動子１０の振動が抑
制されて発振出力が無いのに対し、トナー無しでは圧電
振動子１０の振動は抑制されないから、発振出力有りで
積分出力にトナー無しを示す信号が現れる。

【０００５】また、制御回路を、特開平３−３７５９２
号に示す回路構成とすることもできる。すなわち、特開
平３−３７５９２号の場合、トナーセンサＳが有する圧
電振動子１０をその共振周波数近傍の高周波信号で駆動
し、圧電振動子１０の両端の出力信号の位相から圧電振
動子１０に接する位置でのトナーの有無、すなわちトナ
ー収容槽１内のトナー残量を検知するようになってい
る。ここで、圧電振動子１０がトナー収容槽１内のトナ
ーに接触しているトナー有り状態では圧電振動子１０の
振動は抑制されるのに対し、トナー無しでは圧電振動子
１０の振動は抑制されないで共振状態となるから、トナ
ー有りとトナー無し状態とでは圧電振動子１０両端に現
れる出力信号の波形、位相共に異なり、出力信号の位相
変化に着目してトナー有無を検知することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、カラ
ー複写機等の普及により、１台の装置に多種類のトナー
をそれぞれ収容した多数のトナー収容槽が搭載されるよ
うになってきているが、図６の従来装置の構成を適用し
た場合、各々のトナー収容槽にトナーセンサ（残量セン
サ）を取り付けるとともに、各トナーセンサに対して個
々に制御回路を設ける必要があった。

【０００７】しかし、各々のトナー収容槽に取り付けら
れたトナーセンサに対し個々に制御回路を設ける構成で
あると、個々のトナーを制御する制御回路の回路性能の
ばらつきにより各トナーの検出レベルを正確に揃えるの
が難しく、各トナーについての検出精度のばらつきが大
きいきらいがあった。さらに、ばらつきを抑える為に
は、性能ばらつきの少ない部品を選択して使用する必要
があるため、部品コストの低減もできず、製品の低コス
ト化ができなかった。また、トナー収容槽の個数の増大
に対応して制御回路の個数も増やさなければならず、構
成の複雑化を招くとともに装置の小型化も困難であっ
た。

【０００８】本発明は、トナーセンサ等の物体検知素子
の複数個に対して１個の制御回路を共通に用い、該制御
回路にスイッチング回路を設けて物体検知素子を１個ず
つ順次切り換えて選択する構成とすることで、従来の問
題点を解決するもので、構成の簡素化、低コスト化及び
小型化を図ることが可能で取付作業の容易な物体検知装
置を提供することを目的とする。

【０００９】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。

【００１０】

【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、複数個の物体検知素子を１個の制御回路
で制御する物体検知装置であって、前記制御回路は、検
知回路と、前記複数個の物体検知素子のいずれか１個を
順次選択して前記検知回路に接続するスイッチング回路
と、該スイッチング回路の順次選択動作を制御するスイ
ッチ制御信号を当該スイッチング回路に印加するスイッ
チ制御信号発生回路とを備え、前記検知回路は前記スイ
ッチング回路を介して接続された物体検知素子の出力乃
至特性変化より物体有無を検知する構成となっている。

【００１１】また、前記物体検知素子を２端子型圧電ト
ナーセンサで構成し、該トナーセンサの一方の端子はア
ース線路に接続し、他端は前記スイッチング回路に接続
するようにしてもよい。

【００１２】さらに、前記スイッチング回路を無可動接
点双方向型スイッチング素子で構成してもよく、あるい
は可動接点双方向型スイッチングリレーとしてもよい。

【００１３】また、前記スイッチ制御信号発生回路を、
パルス発生器と、該パルス発生器の出力パルスを受ける
リングカウンタとを備える構成とし、該リングカウンタ
の各段の出力を前記スイッチ制御信号として用いてもよ
い。

【００１４】前記制御回路が前記検知回路に接続中の物
体検知素子を表示する表示手段を有する構成とすること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る物体検知装置
の実施の形態を図面に従って説明する。

【００１６】図１は本発明の実施の形態の全体構成を示
し、図２は制御回路における検知回路部分の構成を詳細
に示す。これらの図において、Ｓ０乃至Ｓ３は、物体検
知素子としてのトナーセンサであり、カラー複写機等の
装置において例えば４種類のトナーを個別に収容した４
個のトナー収容槽にそれぞれ取り付けられている。トナ
ーセンサＳ０乃至Ｓ３自体の構造は図６の従来例で説明
したトナーセンサＳと同様であり、２個の電極端子を持
つ圧電振動子１０を用いた２端子型圧電トナーセンサで
ある。

【００１７】制御回路２０は、選択されたトナーセンサ
Ｓ０乃至Ｓ３を用いてトナー有無（トナー残量）を検知
する検知回路３０と、前記トナーセンサＳ０乃至Ｓ３の
いずれか１個を順次選択して検知回路３０に接続するス
イッチング回路４０と、該スイッチング回路４０の順次
選択動作を制御するスイッチ制御信号を当該スイッチン
グ回路４０に印加するスイッチ制御信号発生回路５０と
で構成されている。

【００１８】スイッチ制御信号発生回路５０は、一定周
期（一定周波数）のパルス信号を出力するパルス発生器
としての無安定マルチバイブレータ５１と、該無安定マ
ルチバイブレータ５１からのパルス信号を受けるリング
カウンタ５２と、該リングカウンタ５２に付随するゲー
ト（非反転増幅器）Ｇ０乃至Ｇ３と発光ダイオードＤ０
乃至Ｄ３の組と、インバータゲート（反転増幅器）ＩＮ
Ｖ０乃至ＩＮＶ３とを備えている。

【００１９】リングカウンタ５２は、４段のフリップフ
ロップＦＦ０乃至ＦＦ３の縦続接続（例えばＮＥＣ製μ
ＰＤ４０１３相当品を２個組み合わせたもの）及びＮＯ
ＲゲートＧ４（例えばＮＥＣ製μＰＤ４０２５相当品）
からなり、当該リングカウンタ５２の各段の出力（ＦＦ
０乃至ＦＦ３の出力）がスイッチ制御信号Ｑ０乃至Ｑ３
としてスイッチング回路４０に印加されている。

【００２０】スイッチング回路４０は、無可動接点双方
向型スイッチング素子であり、４個の無可動双方向アナ
ログスイッチＳＷ０乃至ＳＷ３を内蔵したＣＭＯＳアナ
ログスイッチＩＣ（例えばＮＥＣ製μＰＤ５２０１相当
品）であり、前記スイッチ制御信号Ｑ０乃至Ｑ３はイン
バータゲートＩＮＶ０乃至ＩＮＶ３を介してアナログス
イッチＳＷ０乃至ＳＷ３のオン、オフをそれぞれ制御す
る信号として当該ＣＭＯＳアナログスイッチＩＣに印加
されている。

【００２１】図２に示すように、検知回路３０はスイー
プ発振器（掃引発振器）と、ＯＰアンプ部（増幅整形回
路）と、位相検出部と、後処理部とを有するカスタムＩ
Ｃ（例えばＴＤＫ製ＴＷ６４０７相当品）である。スイ
ープ発振器はトナーセンサＳ０乃至Ｓ３の共振周波数
（トナーセンサが持つ圧電振動子の共振周波数）を含む
周波数範囲で掃引発振を行うものであって、その掃引周
期は抵抗Ｒfaで定まる。このスイープ発振器の発振出力
である駆動パルスは、抵抗Ｒin及びスイッチング回路４
０のアナログスイッチＳＷ０乃至ＳＷ３のうちの１個
（選択されてオンになっているもの）を介しトナーセン
サＳ０乃至Ｓ３のいずれか１個に印加される。すなわ
ち、スイープ発振器はトナーセンサを共振周波数を含む
周波数範囲で駆動する駆動回路部として働くものであ
る。入力用コンデンサＣinを介してトナーセンサ出力を
受けるＯＰアンプ部と位相検出部と後処理部は駆動され
た（発振出力が印加された）トナーセンサＳ０乃至Ｓ３
の出力電圧波形の位相からトナーの有無を検知するため
の検出回路部として機能する。

【００２２】ここで、検知回路３０のトナー有無の検知
する動作原理を図３及び図４を用いて説明する。検知回
路３０に接続状態となっているトナーセンサが取り付け
られたトナー収容槽にトナーが有る場合（トナー残量が
十分でトナーセンサの圧電振動子がトナーに接触してい
る場合）、圧電振動子の振動がトナーで抑圧されるた
め、圧電振動子のインピーダンス及び位相の周波数特性
は図３（Ａ）のようになり、顕著な共振点は現れない。
このため、全ての掃引周波数範囲において、スイープ発
振器の出力電圧である駆動パルスａは図３（Ｂ）のよう
な方形波であるのに対し、トナーセンサの出力電圧（Ｏ
Ｐアンプ部への入力）ｂは図３（Ｃ）の三角波で位相が
略９０度遅れている。そして、ＯＰアンプ部で増幅整形
後の出力電圧ｃは図３（Ｄ）のように駆動パルスａに対
して略９０度位相が遅れた方形波となり、位相検出部の
位相基準（例えば４５度の位相遅れを基準とする）より
も位相のずれが大きい状態となり、図３（Ｅ）の位相検
出部の判定出力ｄにはパルス電圧は現れず、トナー有り
と判定される。位相検出部の判定出力ｄを受ける後処理
部はスイープ発振器の１掃引で得られた判定データを１
回分として過去何回分かの判定データを蓄積して、最終
的にトナー有無を判定するチャタリング防止機能を持つ
（例えば、瞬間的にトナー無しの判定出力ｄが現れて
も、これが複数回継続しない限りトナー無しと判定しな
い）。

【００２３】逆に、トナー収容槽にトナーが無い場合
（トナー残量が不足してトナーセンサの圧電振動子がト
ナーに接触していない場合）、圧電振動子の振動はトナ
ーで抑圧されなくなり、圧電振動子のインピーダンス及
び位相の周波数特性は図４（Ａ）のようになって、顕著
な共振点が現れる。このため、共振点近傍では、スイー
プ発振器の出力電圧である駆動パルスａは図４（Ｂ）の
ような方形波で、トナーセンサの出力電圧（ＯＰアンプ
部への入力）ｂも図４（Ｃ）の略同相の方形波に近似し
た波形となる。そして、ＯＰアンプ部で増幅整形後の出
力電圧ｃは図４（Ｄ）のように駆動パルスａに対して略
同相の方形波となり、位相検出部の位相基準（例えば４
５度の位相遅れを基準とする）よりも位相のずれが小さ
い状態となり、図４（Ｅ）の位相検出部の判定出力ｄに
はパルス電圧が周期的に現れ、トナー無し（トナー残量
無し）と判定される。位相検出部の判定出力ｄを受ける
後処理部はスイープ発振器の１掃引で得られた判定デー
タを１回分として過去何回分かの判定データを蓄積し
て、最終的にトナー無しと判定し、抵抗Ｒ１を介して発
光ダイオードＤ１１を点灯して、トナー無しを表示す
る。

【００２４】なお、前記位相検出部の判定出力ｄによ
り、抵抗Ｒ２を介して発光ダイオードＤ１２を点灯し
て、位相検出状況をモニタできるようにしている。

【００２５】次に、本発明に係る実施の形態の全体的動
作説明を図５のリングカウンタのタイミングチャートを
用いて行う。

【００２６】スイッチ制御信号発生回路５０内の無安定
マルチバイブレータ５１によって作り出された図５のク
ロックパルスＣＫがリングカウンタ５２を構成している
フリップフロップＦＦ０乃至ＦＦ３のＣＫ端子部に入
る。最初、フリップフロップＦＦ０乃至ＦＦ２のＱ端子
部（Ｑ０乃至Ｑ２）は、ＬＯＷ電圧（今後Ｌｏと表記す
る）であるから、ＮＯＲゲートＧ４を通って、リングカ
ウンタ５２の初段のフリップフロップＦＦ０のＤ０端子
部には、ＨＩＧＨ電圧（今後Ｈｉと表記する）が供給さ
れる。それによりクロックパルスＣＫの立ち上がり（図
５のＰ０）をとらえて初段のフリップフロップＦＦ０の
Ｑ０端子部にＨｉのパルス電圧が出力される（図５のＰ
１）。このＨｉのパルス電圧がスイッチング回路４０の
無可動双方向アナログスイッチＳＷ０の入力部（ピン番
号Ｎｏ．９）に入り、スイッチＳＷ０が作動して閉成状
態となり、検知回路３０とトナーセンサＳ０とを接続
し、トナーセンサＳ０が装着されたトナー収容槽のトナ
ー有り無しを検出する（このときリングカウンタ５２の
他のフリップフロップＱ１乃至Ｑ３端子部はＬｏである
ので、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３は開放状態で検知回路
３０とトナーセンサＳ１乃至Ｓ３はつながれていな
い。）。

【００２７】次に、初段のフリップフロップＦＦ０のＱ
０端子部がＨｉに移行したので、ＮＯＲゲートＧ４を通
ってフリップフロップＦＦ０のＤ０端子部にはＬｏが入
力され、Ｑ０端子部はクロックパルスＣＫの立ち上がり
をとらえてＬｏへ移行する。また、前段のフリップフロ
ップＦＦ０のＱ０端子部がＨｉを受けてフリップフロッ
プＦＦ１のＤ１端子部にＨｉが入力され、クロックパル
スＣＫの立ち上がりをとらえてＱ１端子部がＨｉに移行
する。

【００２８】このような動作の繰り返しにより、図５に
示すように、リングカウンタ５２の各段のフリップフロ
ップＦＦ０乃至ＦＦ３のＱ０乃至Ｑ３端子部は順次Ｈｉ
となり（順次Ｈｉとなるスイッチ制御信号Ｑ０乃至Ｑ３
がスイッチング回路４０に出力され）、スイッチング回
路４０のスイッチＳＷ０乃至ＳＷ３はＳＷ０，ＳＷ１，
ＳＷ２，ＳＷ３の順に切り換えられて閉成状態となり、
トナーセンサＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の順に検知回路３
０に接続されて駆動、検出動作が順次に行われる。

【００２９】なお、現在選択されているトナーセンサが
どれであるかは、発光ダイオードＤ０乃至Ｄ３で表示で
き（Ｓ０選択時Ｄ０点灯、Ｓ１選択時Ｄ１点灯、Ｓ２選
択時Ｄ２点灯、Ｓ３選択時Ｄ３点灯）、選択されたトナ
ーセンサのトナー有無の最終判定結果は発光ダイオード
Ｄ１１で知ることができる（Ｄ１１点灯でトナー無
し）。

【００３０】本発明に係る実施の形態によれば、次の通
りの効果を得ることができる。

【００３１】(1) カラー複写機等の装置において、多
種類のトナーをそれぞれ収容したトナー収容槽のトナー
有無（トナー残量）検知は、各トナー収容槽に取り付け
られたトナーセンサＳ０乃至Ｓ３をスイッチング回路４
０で順次切り換えて１個の検知回路３０に接続して行う
構成であり、複数個のトナーセンサに対し１個の制御回
路２０を共用でき、構成の簡素化、検出精度のばらつき
の低減、部品及び製品コストの低減が可能である。ま
た、構成が簡単になるため、小型化も可能で、制御回路
が１個で済むため取付作業も容易となる。

【００３２】(2) 各トナーセンサは、２端子型圧電振
動子を具備する２端子型圧電トナーセンサであり、該ト
ナーセンサの一方の端子を制御回路２０と共通のアース
線路に接続し、他端はスイッチング回路４０内のアナロ
グスイッチに接続しており、スイッチ個数を必要最小限
とすることができるとともに、各トナーセンサと制御回
路２０との接続配線も簡単にすることが可能である。な
お、トナーセンサを図６の構成とする場合、通常金属振
動板１５に接続した方の電極端子１３をアース線路に接
続する。

【００３３】(3) 前記スイッチング回路４０は無可動
双方向アナログスイッチＳＷ０乃至ＳＷ３を内蔵した無
可動接点双方向型スイッチング素子であり、ＩＣ化する
ことで小型に構成されており、小信号のスイッチ制御信
号で各スイッチの切り換え操作が可能である。

【００３４】(4) 前記スイッチング回路４０を切り換
え制御するためのスイッチ制御信号発生回路５０は、パ
ルス発生器としての無安定マルチバイブレータ５１と、
その出力パルスを受けるリングカウンタ５２とを備えて
おり、該リングカウンタ５２の各段の出力をスイッチ制
御信号Ｑ０乃至Ｑ３として用いており、回路構成の簡素
化、小型化、ＩＣ化が容易である。

【００３５】(5) 制御回路２０は、当該検知回路２０
に接続中のトナーセンサＳＷ０乃至ＳＷ３を表示する表
示手段として発光ダイオードＤ０乃至Ｄ３を備えてお
り、トナー無しを表示する発光ダイオードＤ１１が点灯
したときに、どのトナー収納槽のトナーを補給すべきか
確実に認識することができる。例えば、発光ダイオード
Ｄ０点灯中に発光ダイオードＤ１１が点灯したときは、
トナーセンサＳ０の付いたトナー収容槽のトナー補給が
必要であることを示す。

【００３６】なお、スイッチング回路として、可動接点
双方向型スイッチングリレー（継電器）を用いることも
可能である。

【００３７】また、検知回路は、図２の如きトナーセン
サの出力電圧の位相に着目した回路構成の代わりに、ト
ナーセンサの出力電圧の振幅あるいはトナーセンサを用
いた発振回路の発振の有無に着目してトナー有無検知を
行う回路構成とすることも可能である。

【００３８】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の物体検知
装置によれば、トナーセンサ等の物体検知素子の複数個
に対して１個の制御回路を共通に用い、該制御回路にス
イッチング回路を設けて物体検知素子を１個ずつ順次切
り換えて選択する構成としたので、構成の簡素化、低コ
スト化及び小型化が可能で、取付作業も容易に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る物体検知装置の実施の形態の構成
を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態における検知回路部分を示
す回路図である。

【図３】前記検知回路のトナー有りのときの動作原理を
示す説明図である。

【図４】前記検知回路のトナー無しのときの動作原理を
示す説明図である。

【図５】スイッチ制御信号を出力するリングカウンタの
動作説明のためのタイミングチャートである。

【図６】従来の物体検知装置の一例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１ トナー収容槽 ２ トナー １０ 圧電振動子 １２，１３ 電極端子 １６ 段付き円筒状ケース ２０ 制御回路 ３０ 検知回路 ４０ スイッチング回路 ５０ スイッチ制御信号発生回路 ５１ 無安定マルチバイブレータ ５２ リングカウンタ Ｓ，Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ トナーセンサ Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ１１，Ｄ１２ 発光ダイオ
ード ＦＦ０，ＦＦ１，ＦＦ２，ＦＦ３ フリップフロップ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の物体検知素子を１個の制御回路
   で制御する物体検知装置であって、 前記制御回路は、検知回路と、前記複数個の物体検知素
   子のいずれか１個を順次選択して前記検知回路に接続す
   るスイッチング回路と、該スイッチング回路の順次選択
   動作を制御するスイッチ制御信号を当該スイッチング回
   路に印加するスイッチ制御信号発生回路とを備え、 前記検知回路は前記スイッチング回路を介して接続され
   た物体検知素子の出力乃至特性変化より物体有無を検知
   することを特徴とする物体検知装置。
2. 【請求項２】 前記物体検知素子は２端子型圧電トナー
   センサであり、該トナーセンサの一方の端子はアース線
   路に接続され、他端は前記スイッチング回路に接続され
   ている請求項１記載の物体検知装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチング回路は無可動接点双方
   向型スイッチング素子である請求項１又は２記載の物体
   検知装置。
4. 【請求項４】 前記スイッチング回路は可動接点双方向
   型スイッチングリレーである請求項１又は２記載の物体
   検知装置。
5. 【請求項５】 前記スイッチ制御信号発生回路は、パル
   ス発生器と、該パルス発生器の出力パルスを受けるリン
   グカウンタとを備え、該リングカウンタの各段の出力を
   前記スイッチ制御信号として用いる請求項１，２，３又
   は４記載の物体検知装置。
6. 【請求項６】 前記制御回路は、前記検知回路に接続中
   の物体検知素子を表示する表示手段を有している請求項
   １，２，３，４又は５記載の物体検知装置。