JPS604099Y2 - 粉体レベル検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は例えば複写機のトナー等の粉体の残量を検出
する装置に関する。

粉体例えばカーボン粉、塗料、薬剤等のように比較的軽
量でかつ微粉末の粉体は、容器の壁面に付着しやすく、
容器の下方より粉体を徐々に排出する場合には水平面が
得られない。

このような粉体の残量を検知するために光学系の検出器
を用いる場合、その検出器を粉体中に設置すると検出器
に粉体が付着してしまい検出が不可能となる。

このために検出器を容器の外側に設置し容器の外側から
粉体量を検知しようとすると先に述べたように容器の壁
面に粉体が付着するので粉体量の検出は誤ったものとな
る。

粉体量を検出する他の方法として粉体内に電極を設置し
、粉体の有無による電極間の静電容量の変化または電極
間の抵抗値の変化から粉体レベルを検知する方法が考え
られるが、それらの変化分は極めて小さくその感度を良
くするためには電極間隔を狭くしなければならない。

ところが電極間隔を狭くすると、粉体レベルが低下して
も付着性のため電極間に粉体が詰まってしまい、検知不
可能となる欠点がある。

また、液体レベルの検知の方法として知られているとこ
ろの、抵抗線やサーミスタなどの検出素子、すなわち通
電により自己温度上昇して、抵抗値の変化する検出素子
を利用することが考えられる。

しかし、粉体は液体に比べ熱伝導率が液体に比べはるか
に小さく、検出素子が粉体内に有る、無しでその温度上
昇には−とんど差異がなく抵抗値の変化が少なく、更に
その応答時間が長くなるという欠点が存在する。

この理由は粉体の場合粉体中に空気層が多量に混在し、
断熱効果を持つためである。

しかし、この熱的影響を利用した検出方法は前に述べた
他の方法に比しいくつかの利点を有している。

つまり検出感度がサーミスタなどの温度に対する変化率
の大きい物質を利用できることと、粉体の影響を全く受
けない検出素子と粉体中の検出素子の出力の相対比較が
容易であるなどのためである。

しかしこのような相対比較（差動方式）を利用しても、
雨検出素子の温度変化の割合はほとんど同じで、抵抗値
の変化が少なく、かつ温度変化がなくなり温度が一定と
なる過渡応答（検出時間）が長くかかるという欠点を有
する。

そこで本考案の目的は従来装置の欠点を除去することに
あり、この目的は本考案によれば次のようにして達成さ
れる。

すなわち、通電により自己温度上昇して抵抗値の変化す
る検出素子を粉体により影響を受けない空気中と、粉体
内の検知レベル位置にそれぞれ配置し、前記検出素子に
通電を繰り返して空気中と粉体内との検出素子の自己温
度上昇の差により粉体レベルを検出するものにおいて、
前記各検出素子の自己温度上昇の差による粉体レベルの
検出期間を、通電後所定時間後から前記各検出素子の自
己温度上昇が安定するよりも短い時間までの期間に定め
ることによって達成される。

次に本考案の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

まず、通電により自己温度上昇して抵抗値の変化する検
出素子としてサーミスタ、粉体として複写機のトナーを
用いてサーミスタを空気中およびトナー中に置いて通電
した後のサーミスタの抵抗値変化に伴うサーミスタの端
子電圧の特性を第１図、第２図を用いて説明する。

、＊ 第１図はサーミスタ１の抵抗値
を実験により測定した回路図であって、直流電源Ｅに直
列にスイッチ２、抵抗器Ｒ１電流計Ａおよびサーミスタ
１が接続され、サーミスタ１の端子間に［圧計Ｖが接続
されている。

ここで電源電圧＝３５Ｖ、抵抗器Ｒの抵抗値＝１０にΩ
としてサーミスタ１を空気中に置いた場合とトナー中に
置いた場合、スイッチ２を閉路した後のサーミスタの端
子電圧値の時間経過を第２図に示す。

第２図において線Ａはサーミスタがトナー中に置かれて
いる場合、線Ｂはサーミスタが空気中ｉこ置かれている
場合のサーミスタ端子電圧を表わす。

第１図のスイッチ２を閉じた後のサーミスタ１の端子電
圧の時間経過を示した第２図からも明らかなように、ス
イッチ２が開のときサーミスタ１の抵抗値は比較的高抵
抗であるが、スイッチ２が閉じられサーミスタに通電さ
れるとサーミスタ１は自己温度上昇し、その結果サーミ
スタ抵抗が低下してくる。

サーミスタ抵抗の変化によるサーミスタ端子電圧は次式
から得られる。

この結果、上式からサーミスタ端子電圧は経過時間とと
もに低下してくることが分かる。

このようにサーミスタ端子電圧は空気中とトナー中では
放熱条件に差異を生じるためその温度上昇値に差異を生
じてくる。

しかし、サーミスタの温度上昇が安定するまでには第２
図から明らかなように５分以上の長い時間がかかること
が分かる。

そして、サーミスタの温度上昇が安定するまでの時間が
長いのであるが、その結果大きな温度差が得られるかと
いうと最終的な温度差は比較的少なく数％の差だけしか
発生しないのである。

そこで本考案は、空気中とトナー中の温度差が広く、よ
り検出を容易にすると共に検出時間を短縮するものであ
る。

これは第２図から明らかなようにスイッチ２を閉じた後
２０〜ω秒の間がその検出を行なうのに適していること
が判る。

つまりサーミスタ端子電圧の安定する数分以上の時間が
経過したときのレベルよりも容易に検知が可能である。

この理由はサーミスタの自己温度上昇により熱がサーミ
スタの表面からトナー中に移動することで自己温度上昇
値が低くなる他に等価的に熱容量が大きくなるか°らで
ある。

第３図は本考案の一実施例を示す回路図であるサーミス
タＴｈｍ１は空気中、サーミスタＴｈｍ２は粉体中、こ
の実施例ではトナー中に置きトランジスタＴＩ、Ｔ２を
用いた定電流回路を用いてサーミスタに通電するもので
ある。

Ｒ１−Ｒ６は抵抗、ｏｐは演算増幅器、２は定電圧ダイ
オードＤは温度補償用ダイオードを示す。

トランジスタ柘のベースに制御信号が加えられると、ト
ランジスタＴが導通し、これによりトランジスタＴ１、
Ｔ２が導通する。

トランジスタＴＩ、Ｔ２の導通によりサーミスタＴｈｍ
１．Ｔｈｍ２に電流が流れ、サーミスタＴｈｍ１−ｔ
Ｔｈｍ２が自己温度上昇を開始する。

トナー中に置かれたサーミスタＴｈｍ ２は空気中に置
かれたサーミスタＴｈｍ１に対して熱がトナー中に放散
されるので自己温度上昇が遅れる。

したがってサーミスタＴｈｍ ２の端子電圧はサーミス
タＴｈｍ ｌの端子電圧よりも高く増幅器ＯＰは論理信
号“ｌ°゛を発する。

トランジスタＴＳは制御信号によって導通制御され、ト
ナー中と空気中に置かれたサーミスタの間で最も自己温
度上昇に差の表れる通電開始から０秒の長さの制御信号
が加えられている間導通している。

トランジスタ心は制御信号が無くなると不導通となりサ
ーミスタＴｈｍ ｌ 、 Ｔｈｍ ２の通電が解除され
、サーミスタＴｈｍ ｌ 、 Ｔｈｍ ’ｌは自己温度
上昇を停止して温度が低下する。

次にトナー中に置かれたサーミスタＴｈｍ ２がトナー
の減少により空気中に露出すると、サーミスタＴｈｒｎ
ｌ ！ Ｔｈｒｎ ２の自己温度上昇はほぼ同一とな
り、サーミスタＴｈｍ１．′１１１ｍ２の端子電圧もは
〃同一となる。

この場合、空気中に置かれたサーミスタＴｈｍ１に並列
接続された抵抗Ｒ５によって、サーミスタＴｈｍ ｌの
端子電圧がサーミスタＴｈｍ１の端子電圧よりも高くな
るように調整されているので増幅器ＯＰの出力は論理信
号゛０９％となる。

第４図は第３図に示した検出回路を電子複写機のトナー
レベル検知装置に適応した場合のトナーレベル検知タイ
ミングを示している。

第４ 図ａに示すように複写機の電源がＯＮすると同時
に同図すに示すように制御信号が発生し、制御信号の発
生によりサーミスタＴｈｍ ｌ 、 Ｔｈｍ ２の通電
が開始される。

サーミスタＴｈｍ ｌ 、 Ｔｈｍ ２への通電は制御
信号によって決められた一定時間、この場合には先にも
述べたように６０秒間だけ行なわれる。

電源ＯＮ直後またはＴｈｍ ｌ 、 Ｔｈｍ ２への通
電直後の回路動作の不確定な時間、もしくはサーミスタ
Ｔｈｍ ｌ 、 Ｔｈｍ ２の自己温度上昇に差の少な
い時間ΔＴ後に増幅器ｏｐの出力が判断される。

前記時間ΔＴはほぼ２晰前後（第２図参照）に選ぶのが
良い。

増幅器ＯＰの出力はサーミスタＴｈｍ２がトナー中にあ
れば論理信号“ｌ”であるので、その場合にはトナー有
りとして第４図Ｃに示すような出力が発生する。

サーミスタＴｈｍ ｌ 。Ｔｈｍ２への通電は制御信号
によって一定時間後に停止され、次の制御信号が発生す
ると同時に通電が開始される。

制御信号の発生間隔はサーミスタの温度が低下する数分
程度に選ばれる。

このように制御信号の間隔をある程度長くすることによ
って１回の複写毎に徐々に減少するトナーレベルを連続
して検知する場合のようなトナーの補充を必要とする検
知レベルで機械的な振動等によってトナーが流動して検
知信号が点滅するというようなことをなくすことができ
る。

すなわち、検知間隔の間で数回の複写が行なわれた場合
にはトナーレベルが数回の複写骨だけ減少しているので
検知の際にサーミスタＴｈｍ２がトナー中かあるいは空
気中に完全に露出しているかの検知に良好な状態が作り
出されるのである。

更に、サーミスタの通電制御が繰り返しではあるがその
サイクルが長いので、熱的サイクルの繰り返しで抵抗値
が変化してしまうサーミスタの保護をも行い得る。

トナーレベルの検知は電源ＯＮの期間中に繰り返して行
われ、トナーレベルが補充を必要とするレベルまで低下
すると、第４図Ｃに示すように出力は発生せずトナーの
補充を表示する。

以上に説明した本考案によれば、粉体レベルの検知を、
粉体中に置かれたサーミスタと空気中に置かれたサーミ
スタとを用いて、粉体中に置かれたサーミスタの抵抗値
と空気中に置かれたサーミスタの抵抗値が通電直後に大
きく異なることを利用して行うことにより、比較的簡単
な構成で精度の良好な装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はサーミスタ端子電圧の測定回路図、第２図はサ
ーミスタ端子電圧一時間経過特性図、で第３図は本考案
の一実施例の回路図、第４図は検知動作を示す波形図で
ある。 ｌ、Ｔｈｍ１．Ｔｈｍ２：サーミスタ、ＴＩ、Ｔ２、Ｔ
Ｓ：トランジスタ、ＯＰ：演算増幅器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 通電により自己温度上昇して抵抗値の変化する検出素子
   を粉体により影響を受けない空気中と、粉体内の検知レ
   ベル位置にそれぞれ配置し、前記検出素子に通電を繰り
   返して空気中と粉体内との検出素子の自己温度上昇の差
   により粉体レベルを検出するものにおいて、前記各検出
   素子の自己温度上昇の差による粉体レベルの検出期間を
   １１通通電断定時間経過後から前記各検出素子の自己温
   度上昇が安定するよりも短い時間までの期間に定めたこ
   とを特徴とする粉体レベル検出装置。