JPH0120706Y2

JPH0120706Y2 -

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Publication number: JPH0120706Y2
Application number: JP332181U
Authority: JP
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1981-01-16
Publication date: 1989-06-21
Also published as: JPS57118367U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、例えばセラミツクスなどによる圧電
体を用いた圧電振動子により、物体、特に流体、
粉体あるいは粒体などの物体の存在を圧電振動子
の負荷の変化により検出する物体検出装置に関す
る。

セラミツクスなどの圧電振動子を用いた物体検
出方法およびその装置は、例えば本出願人による
特開昭55−114981号公報により開示されている。
これに示された圧電振動子は第１図に示すように
構成される。すなわち第１図において、圧電振動
子１０は、非磁性金属薄板基板（例えば銅または
アルミニウム）１１の下面のほぼ中央にセラミツ
クスによる圧電体、すなわち圧電磁器１２を付着
させたものである。さらに、この圧電磁器１２の
上記基板１１の反対側下面には、電極層１３，１
４が付着されている。ここで、非磁性金属薄板基
板１１は両電極層１３，１４と対向する共通電極
として機能する。該共通電極１１、両電極層１３
および１４には、電気接続のためのリード線１
５，１６および１７がそれぞれ接続されている。

この圧電振動子１０は第２図に示す発振回路の
一部をなすものである。ここで、Ａは増幅器、
Trは増幅器Ａの出力を増幅するトランジスタ、
R₁〜R₅は増幅器ＡおよびトランジスタTrに接続
されている抵抗、INDはトランジスタTrの出力
を表示する表示装置を示す。すなわち圧電磁器１
２を含む共振回路が増幅器Ａの入出力間に接続さ
れている。したがつて、発振回路は圧電磁器１２
の共振周波数にほぼ等しい周波数で発振をする。

第３図にこの圧電磁器のインピーダンス特性を
示す。図の横軸は周波数、縦軸は圧電磁器のイ
ンピーダンス｜Ｚ｜を示す。圧電磁器１２の特性
は、圧電磁器１２単体のとき、あるいは流体、粉
体、粒体などの物体が存在していてもこの物体が
圧電磁器１２に接触していない状態のときは、第
３図の実線ａのごとく鋭いピークを示すが、物体
が圧電磁器１２に接触しているとき、あるいはこ
の圧電磁器１２を第１図のごとく搭載した圧電振
動子１０の基板１１の表面に接触している状態の
ときは、圧電磁器が共振子としてのＱの値が単体
の場合より低下し、その特性が第３図の破線ｂの
ごとくになる。したがつて圧電磁器１２が無負荷
で第３図ａの特性を有するときに発振回路が発振
可能にする。更に、物体が負荷として圧電磁器１
２に接触する第３図ｂの状態では発振回路が発振
を停止するように抵抗R₁〜R₅の定数を選択する。
これによつて、発振回路の発振状態（この場合は
発振の有無）を介して物体の存在の有無を検知す
る。即ち、発振回路の発振はトランジスタTrに
より増幅され、表示装置INDにより表示される。
表示装置INDの表示は、例えば物体の有無に対
応して可聴信号、可視信号あるいは電気制御信号
の有無による。

このような特性を有する圧電磁器１２を組み込
んだ圧電振動子１０をさらに物体検出装置として
適用する場合は、従来は、例えば第４図および第
５図に示すように、圧電振動子１０を蓋体１８に
例えば接着剤を用いて固定し、第２図に示す回路
の各素子を取り付けたプリント基板１９にリード
線１５，１６，１７を接続し、箱形の基体２０内
にこのプリント基板１９を収容しながら蓋体１８
および基体２０の固着部２１をねじ、ビス、リベ
ツトなどの適宜の固着手段（図示しない）により
締め付けることにより、蓋体１８と基体２０とを
固着して構成していた。

このような物体検知装置は、物体の存在あるい
は有無を検出すべく、この物体を収容する容器内
の底部に圧電振動子１０の非磁性金属薄板基板１
１側を上向きにして載置するか、あるいはその基
板１１が容器内部に面するようにして蓋体１８を
容器の底壁に嵌め込んでいた。

しかしながら、このような物体検出装置におい
ては、これを適用する機器類（例えば普通紙複写
機など）の種類や機種などによる設計上の要請か
ら、その形状や大きさあるいは蓋体１８に対する
圧電振動子１０の取付け位置が多岐に亘つてい
た。特に、圧電振動子１０を蓋体１８や基体２０
の中央部分に配置できない場合が多い。この場合
には、圧電振動子１０を組み込んだ発振回路の発
振出力に伴う圧電振動子１０および蓋体１８の振
動が基体２０にも伝わつてしまい、スプリアスが
発生して安定した検出装置が得られないという問
題があつた。

また、従来の物体検出装置において、第９図の
破線ｃは第４図および第５図に示す固着部２１の
締付け力Ｆを種々に変えた場合の圧電振動子の共
振インピーダンスZrの実測結果を示す。例えば、
複写機のトナー（粉体）検出用のときは、共振イ
ンピーダンスZrが1.8kΩ以下が発振領域である
が、そのためには締付け力Ｆを0.3Kg以下にしな
ければならない。従つて、物体検出装置を組み立
てる際の蓋体１８と基体２０との締付け力につい
ては、大きな制約があつた。

本考案は、このような従来の物体検出装置にお
ける問題点を解消し、スプリアスの発生しない安
定した検出装置を提供し、また、蓋体と基体との
締付け力による影響を取り除いた物体検出装置を
提供することを目的とする。

そこで本考案は、存在の有無を検出すべき物体
に接するように凸型の突起を有し、前記突起の内
側に前記物体に機械的な振動を与えるための圧電
振動子を固定させている蓋体と、前記蓋体と係合させたときに前記蓋体と共に閉
じられた内部空間を形成する凹型の基体と、それぞれ前記蓋体および前記基体の縁部分に設
けられ、前記蓋体と前記基体とを係合させるため
の固着部と、前記内部空間内に収容されると共に、電気的な
発振をするために前記圧電振動子を共振子として
含む発振回路と、前記物体の存在の有無に対応して変化する前記
発振回路の発振特性に基づいて前記物体の存在を
検出する回路とを備えたものであつて、それぞれ前記蓋体及び前記基体の前記縁部分上
に、かつ前記固着部と前記圧電振動子との間の位
置に設けられ、互いに弾性的に係合する凹凸部を
有することを特徴とするものである。

この場合に、前記凹凸部は、前記固着部と前記
圧電振動子との間の位置、かつ前記圧電振動子の
中心からほぼ対称な位置に少なくとも１組形成さ
れたもので良い。

また、前記蓋体の前記凹凸部は前記蓋体を貫通
する貫通孔であり、前記基体上の前記凹凸部は当
該基体上に一端が固定され、かつ他端が前記貫通
孔の内壁に弾性により圧接するように広げられた
割ピンでよい。

次に、図を参照して本考案の一実施例を詳細に
説明する。

本考案の物体検出装置を第６図および第７図に
示し、またその要部を第８図に示す。従来装置と
異なるところは、蓋体１８と基体２０とを弾性的
に係合させる２つの凹凸部２２を形成したことに
ある。この凹部２２としては蓋体１８に形成した
貫通孔２２ａとし、凸部としては基体２０に形成
した割りピン２２ｂである。凹凸部２２は、その
他の弾性的に係合する凹凸部であつてもよい。こ
の凹凸部２２は圧電振動子１０と固着部２１との
間の蓋体上に形成されることがよい。また、凹凸
部２２は、圧電振動子１０の中心点を中心として
対称な位置に少なくとも１組形成されるのがよ
い。

このような弾性的な凹凸部２２の係合によつ
て、圧電振動子１０による振動がこの凹凸部２２
で吸収され、この凹凸部２２以遠、特に基体２０
に伝播するのが防止されるために、共振にスプリ
アスが発生せず、安定した物体検出装置が得られ
る。

なお凹凸部２２は、スプリアスを抑制する点か
ら基体２０に対して対称な位置に形成されてもよ
いが、圧電振動子１０の中心点に対して市対称な
位置に形成した方が効果的である。

第９図の実線ｄは、上記の本考案による凹凸部
２２を有する物体検出装置における、締付け力Ｆ
と共振インピーダンスZrとの関係の実測値を示
す。これによれば、締付け力Ｆの全域に亘つて共
振インピーダンスZrが発振領域内にある。した
がつて、本考案の物体検出装置は、締付け力Ｆの
影響は受けることなく、従来装置（第９図破線
ｃ）の問題点が解消されている。

第１０図は矩形状の蓋体および基体（長さ＝
150cm，90cm，50cm）の３種類に対して、圧電振
動子１０を中心に凹凸部２２を左右対称にピツチ
Ｌcmで取り付けたときの、圧電振動子１０の共振
インピーダンスZrと共振周波数rとを、ピツチＬ
について実測した結果を示す。複写機におけるト
ナー検出用としてはZrは1.8kΩ以下、より好まし
くは1.5kΩ以下である。＝150cmの場合（実線
ｅ）はＬが約40cm以下、＝90cmの場合（破線
ｇ）はＬが約40cm以下、＝50cm（太い実線ｈ）
の場合はＬが50cm以下で好ましいZrを示す。し
たがつて、蓋体１８や基体２０の長さにあまり
関係することなく、凹凸部の取付けピツチＬを40
〜50cm以下に設定することが好ましいことが判明
した。また、この際の共振周波数rは＝150（実
線e′）、＝90cm（破線g′）、＝50cm（太い実線
h′）について2.0〜2.7kHzの範囲内にあり、これは
トナー検出用として好適な１〜5kHzの範囲内に
あり、特に問題はない。なお、蓋体１８および基
体２０の板厚は共に２mmである。

第１１図は、図示のごとき基体形状と圧電振動
子の位置と凹凸部の位置とを有する３種類の物体
検出装置の場合について、圧電振動子１０のイン
ピーダンス周波数特性の実測値を示す。装置
（実線ｉ）および装置（破線ｊ）の場合はスプ
リアスが発生するが、装置の場合（太い実線
ｋ）の場合はスプリアスのない良好なインピーダ
ンス特性を示した。なお各装置，，の場合
に発振が停止する抵抗値はそれぞれ1.11MΩ以
上、640kΩ以上、600kΩ以上であつた。

以上詳述したように、本考案の物体検出装置に
よれば、それぞれ蓋体および基体の縁部分上の位
置、かつそれぞれ前記圧電振動子の中心からほぼ
対称な位置に少なくとも１組の弾性的に係合する
凹凸部を形成したことにより、圧電振動子の振動
をこの凹凸部以遠あるいは基体側に振動が伝播し
ないようにすることができるので、スプリアスの
ない安定したインピーダンス特定が得られ、また
蓋体と基体との固着部における締付け力を選択す
ることによつて共振インピーダンスに好ましくな
い影響を与えないようにすることができる。

なお本考案の物体検出装置は、流体、粉体、粒
体などの物体の有無の検出に適用されるが、特に
普通紙複写機のトナーの有無の検出に最適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧電振動子の一般的な構造を示す図、
第２図は圧電振動子に接続される電気回路の回路
図、第３図は圧電振動子の共振周波数近傍でのイ
ンピーダンス特性を示す図、第４図は従来の物体
検出装置の平面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線に
沿つた物体検出装置の断面図、第６図は本考案に
よる物体検出装置の平面図、第７図は第６図の
−線に沿つた物体検出装置の断面図、第８図は
本考案の物体検出装置の要部の拡大斜視図、第９
図は本考案および従来の物体検出装置の締付け力
と共振インピーダンスとの関係を示す特性図、第
１０図は本考案の物体検出装置における凹凸部の
取付けピツチに対する共振インピーダンスおよび
共振周波数の関係を示す特性図、第１１図は本考
案の種々の構造の物体検出装置についてのインピ
ーダンス特性を示す図である。１０……圧電振動子、１１……非磁性金属薄板
基板、１２……圧電磁器、１３，１４……電極
層、１８……蓋体、２０……基体、２１……固着
部、２２……凹凸部、２２ａ……貫通孔、２２ｂ
……割りピン。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 存在の有無を検出すべき物体に接するように
凸型の突起を有し、前記突起の内側に前記物体
に機械的な振動を与えるための圧電振動子を固
定させている蓋体と、前記蓋体と係合させたときに前記蓋体と共に
閉じられた内部空間を形成する凹型の基体と、
それぞれ前記蓋体および前記基体の縁部分に設
けられ、前記蓋体と前記基体とを係合させるた
めの固着部と、前記内部空間内に収容されると共に、電気的
な発振をするために前記圧電振動子を共振子と
して含む発振回路と、前記物体の存在の有無に対応して変化する前
記発振回路の発振特性に基づいて前記物体の存
在を検出する回路とを備えた物体検出装置において、それぞれ前記蓋体および前記基体の前記縁部
分上に、かつ前記固着部と前記圧電振動子との
間の位置に設けられ、互いに弾性的に係合する
凹凸部を有することを特徴とする物体検出装
置。 (2) 前記凹凸部が前記固着部と前記圧電振動子と
の間の位置、かつ前記圧電振動子の中心からほ
ぼ対称な位置に少なくとも１組形成されている
ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１
項記載の物体検出装置。 (3) 前記蓋体の前記凹凸部が前記蓋体を貫通する
貫通孔であり、前記基体上の前記凹凸部が当該
基体上に一端が固定され、かつ他端が前記貫通
孔の内壁に弾性により圧接するように広げられ
た割ピンであることを特徴とする実用新案登録
請求の範囲第２項または第３項記載の物体検出
装置。