JP2012123202A - 掃引発振回路及び粉体センサ - Google Patents

Abstract

【課題】確実に動作することを容易に検査することができる掃引発振回路、及び粉体センサを提供する。
【解決手段】一定の間隔で基準信号を出力する基準クロック７と、基準クロック７からの基準信号の入力に基づいて０〜１５の範囲の値を周期的に出力するアップ／ダウンカウンタ８と、アップ／ダウンカウンタ８から出力される値に基づいて周波数が掃引された駆動信号を出力する発振器１０と、を備え、アップ／ダウンカウンタ８は、駆動信号の最大周波数ｆ_ｍａｘに対応する値を出力する第１モードと、駆動信号の最小周波数ｆ_ｍｉｎに対応する値を出力する第２モードと、駆動信号を生成するための周期的な値を出力する第３モードと、を外部信号によって選択可能に設定されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば複写機のトナーといった粉体の有無の検出に用いられる粉体センサ、及び当該粉体センサのための掃引発振回路に関する。

この種の分野に関連する技術として、例えば特許文献１に記載の粉体センサがある。この従来の粉体センサは、２端子の圧電素子からなる粉体センサ素子と、粉体センサ素子の共振周波数を含む範囲で周波数が掃引された駆動信号を粉体センサ素子に付与する発振回路と、駆動信号の周波数及び粉体負荷量に応じて変化する粉体センサからの出力信号の位相と駆動信号の位相とを共振点において比較する位相比較手段と、位相比較手段による比較結果に基づいて粉体の有無を判定する判定手段とを備えている。

特許第２９２８２７３号公報

粉体センサの動作の検査項目としては、例えば粉体の有無の判定時間が所定の時間内に行われるか否か、或いは掃引発振回路における駆動信号の周波数掃引の範囲に共振周波数が正しく含まれているか否かといったものが挙げられる。しかしながら、従来の粉体センサでは、掃引発振回路における駆動信号の周波数掃引の範囲に共振周波数が正しく含まれるか否かを検査するためには、実際の粉体センサの使用時と同じく、駆動信号を出力して周波数を解析し、周波数掃引の範囲に共振周波数が含まれるかどうかを確認しなければならなかった。このような従来の検査よりも、容易、且つ、確実な検査が求められていた。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、確実に動作することを容易に検査することができる掃引発振回路、及び粉体センサを提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る掃引発振回路は、一定の間隔で基準信号を出力する基準クロックと、基準クロックからの基準信号の入力に基づいて所定の範囲の値を周期的に出力する周期カウンタと、周期カウンタから出力される値に基づいて周波数が掃引された駆動信号を出力する発振器と、を備え、周期カウンタは、駆動信号の最大周波数に対応する値を出力する第１モードと、駆動信号の最小周波数に対応する値を出力する第２モードと、駆動信号を生成するための周期的な値を出力する第３モードと、を外部信号によって選択可能に設定されていることを特徴とする。

この掃引発振回路では、周期カウンタが、外部信号によって、第１モード、第２モード、第３モードの三つのモードに選択可能に設定されている。このうち、第３モードでは周期カウンタは、駆動信号を生成するための周期的な値を出力するため、粉体センサの通常の使用時においては第３モードが選択される。一方、掃引発振回路における駆動信号の周波数掃引の範囲に共振周波数が正しく含まれているか否かを検査する時は、第１モード及び第２モードが選択される。周期カウンタを第１モードで固定しておけば発振器から出力される信号の周波数は、駆動信号の最大周波数に固定されるので、当該最大周波数が共振周波数よりも大きいか否かを判定することができる。周期カウンタを第２モードで固定しておけば発振器から出力される信号の周波数は、駆動信号の最小周波数に固定されるので、当該最小周波数が共振周波数より小さいか否かを判定することができる。最大周波数が共振周波数よりも大きく、最小周波数が共振周波数よりも小さければ合格品と判定できる。このように、周波数を比較するだけで検査可能であり、周期カウンタのモードを外部信号で選択するだけで最大周波数・最小周波数を変動させることなく固定した状態で比較できるため、容易且つ確実に検査を行うことができる。以上によって、本発明に係る掃引発振回路によれば、確実に動作することを容易に検査することができる。

また、本発明に係る粉体センサは、２端子の圧電素子からなり、粉体負荷量に対応した検出信号を出力する粉体センサ素子と、上述の掃引発振回路と、駆動信号の周波数及び粉体負荷量に応じて変化する粉体センサ素子からの出力信号の位相と、駆動信号の位相とを共振点において比較する位相比較手段と、位相比較手段による比較結果に基づいて粉体の有無を判定する判定手段と、を備える。

この粉体センサでは、上述の掃引発振回路を備えているため、掃引発振回路が確実に動作することを容易に検査することができる。

本発明によれば、掃引発振回路が確実に動作することを容易に検査することができる。

本発明に係る粉体センサの一実施形態を示すブロック図である。 粉体センサ素子のインピーダンス特性を示す図である。 粉体センサ素子の位相特性を示す図である。 粉体センサ素子の位相特性と粉体負荷との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る掃引発振回路の構成の一例を示すブロック図である。 掃引発振回路の各構成要素から出力される出力信号の波形の一例を示す図である。 本発明の係る掃引発振回路の検査フローの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る掃引発振回路のアップ／ダウンカウンタのモードと外部信号とのパターンを示す表である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る粉体センサの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る粉体センサの一実施形態を示すブロック図である。図１に示すように、粉体センサ１は、粉体センサ素子２と、位相検出回路３と、掃引発振回路４とを備えて構成されている。この粉体センサ１は、例えば複写機等に設置され、複写枚数に応じて減少するトナーの有無の検出に用いられるセンサである。

粉体センサ素子２は、具体的には２端子の圧電素子からなり、複写機等のトナー等の粉体容器に取り付けられている。粉体センサ１の表面には端子Ｔ１が設けられ、裏面には端子Ｔ２が設けられている。端子Ｔ１の入力側は掃引発振回路４に接続され、掃引発振回路４からの駆動信号が抵抗Ｒを介して入力される。また、端子Ｔ２側は接地された状態となっている。

粉体センサ素子２は、例えば図２及び図３に示すようなインピーダンス特性及び位相特性を有している。粉体センサ素子２では、図２に示すように、掃引発振回路４からの駆動信号が加わると、共振点においてインピーダンスが大きく変化し、これに伴って駆動信号に対する端子電圧の位相も大きく変化する。そして、図３に示すように、粉体センサ素子２の位相特性は、粉体の負荷が大きい場合は非共振状態であり、粉体の負荷が少なくなるに従って徐々に共振状態となる。

図４は、粉体センサ素子２の位相特性と粉体負荷との関係を示す図である。同図に示すように、粉体センサ素子２は、粉体負荷が大きい場合には無負荷状態（位相ゼロ）からの位相差が大きく、粉体負荷が小さい場合には位相差が小さくなる。粉体センサ素子２は、位相差が大きくなった場合は非共振状態となり、これに応じた信号を出力する。

位相検出回路３は、位相比較部５と、位相弁別部６とを有している。位相検出回路３は、粉体センサ素子２の出力側に接続され、粉体センサ素子２が粉体負荷に応じた圧力変化を検知したときに、これに応じた位相変化を検知して出力する。

位相比較部５は、基準となる駆動信号との間で位相比較を行う部分である。位相比較部５は、駆動信号の周波数及び粉体負荷量に応じて変化する粉体センサ素子２からの出力信号の位相と、駆動信号の位相とを共振点において比較する。また、位相弁別部６は、位相比較部５の比較結果の位相を弁別して粉体の有無を検出する部分である。粉体センサ素子２は、共振点では純抵抗となるので位相差は０°近くになり、非共振点では容量分になるので位相差は大きくなる。したがって、例えば位相弁別部６における位相の閾値を−４５°に設定することにより、粉体の有無の検出が可能となる。

次に、掃引発振回路４について説明する。掃引発振回路４は、図５に示すように、基準クロック７と、アップ／ダウンカウンタ（周期カウンタ）８と、デジタル／アナログコンバータ９と、発振器１０とを有している。基準クロック７は、一定の間隔で基準信号をアップ／ダウンカウンタ８に出力する部分である。

アップ／ダウンカウンタ８は、基準クロック７からの基準信号の入力に基づいて、例えば０〜１５の範囲の値を周期的にデジタル／アナログコンバータ９に出力する。デジタル／アナログコンバータ９は、アップ／ダウンカウンタ８から入力される値を電流値に変換し、発振器１０に出力する部分である。発振器１０は、この電流値に応じて周波数の異なる駆動信号を粉体センサ素子２側に出力する。

アップ／ダウンカウンタ８は、第１モード、第２モード、第３モードの三つのモードを外部信号によって選択可能に設定されている（図６参照）。第１モードに設定された場合、アップ／ダウンカウンタ８は、駆動信号の最大周波数ｆ_ｍａｘに対応する値を出力し続ける。これによって、発振器１０は、最大周波数ｆ_ｍａｘの信号を出力し続ける（図６において、ｆ_ｍａｘの位置で一点鎖線で示される波形となる）。本実施形態では、最大周波数ｆ_ｍａｘに対応する値として、１５が設定されている。第２モードに設定された場合、アップ／ダウンカウンタ８は、駆動信号の最小周波数ｆ_ｍｉｎに対応する値を出力し続ける。これによって、発振器１０は、最小周波数ｆ_ｍｉｎの信号を出力し続ける（図６において、ｆ_ｍｉｎの位置で二点鎖線で示される波形となる）。本実施形態では、最小周波数ｆ_ｍｉｎに対応する値として、０が設定されている。第３モードに設定された場合、アップ／ダウンカウンタ８は、駆動信号を生成するための、０〜１５の範囲の値を周期的に出力する。これによって、発振器１０は、駆動信号を出力する（図６において、実線で示される波形となる）。掃引発振回路４の検査時においては、第１モード及び第２モードに設定され、粉体センサ１の通常の使用状態においては、第３モードに設定される。

図５に示すように、掃引発振回路４は、モード選択機構１１を備えることによって、外部信号によるアップ／ダウンカウンタ８のモードの選択を可能としている。モード選択機構１１は、アップ／ダウンカウンタ８のＰＲＥＳＥＴ端子８ａと、アップ／ダウンカウンタ８のＣＬＥＡＲ端子８ｂと、ＰＲＥＳＥＴ端子８ａへ信号を出力するＮＡＮＤ回路素子１２と、ＣＬＥＡＲ端子８ｂへ信号を出力するＮＡＮＤ回路素子１３と、外部信号をＮＡＮＤ回路素子１２,１３へ入力するＳＬ端子１４と、外部信号をＮＡＮＤ回路素子１２,１３へ入力するＴＥＳＴ端子１５と、外部信号をＮＡＮＤ回路素子１２,１３へ入力するＩＮ端子１６と、を備えている。

図５に示す例においては、ＰＲＥＳＥＴ端子８ａにＬＯＷ信号が入力されてＣＬＥＡＲ端子８ｂにＨＩＧＨ信号が入力される状態が第１モードに該当し、このとき、アップ／ダウンカウンタ８は予め設定された値を出力する。本実施形態では、最大周波数ｆ_ｍａｘに対応する値である１５に設定されている。第１モードを選択する場合、外部信号として、ＳＬ端子１４にはＨＩＧＨ信号が入力され、ＴＥＳＴ端子１５にはＬＯＷ信号が入力され、ＩＮ端子１６にはＯＰＥＮ信号が入力される（図８参照）。これによって、ＮＡＮＤ回路素子１２は、ＰＲＥＳＥＴ端子８ａへＬＯＷ信号を出力し、ＮＡＮＤ回路素子１３は、ＣＬＥＡＲ端子８ｂへＨＩＧＨ信号を出力する。

ＰＲＥＳＥＴ端子８ａにＨＩＧＨ信号が入力されてＣＬＥＡＲ端子８ｂにＬＯＷ信号が入力される状態が第２モードに該当し、このとき、アップ／ダウンカウンタ８は最小周波数ｆ_ｍｉｎに対応する値である０を出力する。第２モードを選択する場合、外部信号として、ＳＬ端子１４にはＬＯＷ信号が入力され、ＴＥＳＴ端子１５にはＬＯＷ信号が入力され、ＩＮ端子１６にはＯＰＥＮ信号が入力される（図８参照）。これによって、ＮＡＮＤ回路素子１２は、ＰＲＥＳＥＴ端子８ａへＨＩＧＨ信号を出力し、ＮＡＮＤ回路素子１３は、ＣＬＥＡＲ端子８ｂへＬＯＷ信号を出力する。

ＰＲＥＳＥＴ端子８ａにＨＩＧＨ信号が入力されてＣＬＥＡＲ端子８ｂにＨＩＧＨ信号が入力される状態が第３モードに該当し、このとき、アップ／ダウンカウンタ８は駆動信号が生成されるように０〜１５の範囲の値を周期的に出力する。第３モードを選択する場合、外部信号として、ＴＥＳＴ端子１５にはＨＩＧＨ信号が入力される。これによって、ＮＡＮＤ回路素子１２は、ＰＲＥＳＥＴ端子８ａへＨＩＧＨ信号を出力し、ＮＡＮＤ回路素子１３は、ＣＬＥＡＲ端子８ｂへＨＩＧＨ信号を出力する。なお、粉体センサ１を使用するときの通常動作時においては、ＳＬ端子１４、ＴＥＳＴ端子１５、ＩＮ端子１６に入力される外部信号は、切り換わることなく、一定の信号に固定される。このように、モード選択に用いる端子として、通常動作時に外部信号の切り換わりが行われないＳＬ端子１４、ＴＥＳＴ端子１５及びＩＮ端子１６を用いることで、他の部分の回路構成を変更することなく、モード選択機構１１を構成することができる。

次に、図７を参照して、本実施形態に係る掃引発振回路４の検査フローについて説明する。この検査では、掃引発振回路４における駆動信号の周波数掃引の範囲に共振周波数ｆ_ｒが正しく含まれるか否かの検査が行われる。図３に示すように、駆動信号の最大周波数ｆ_ｍａｘと最小周波数ｆ_ｍｉｎの間に共振周波数ｆ_ｒが含まれるものが合格品となる。図７の処理は、検査対象となる掃引発振回路４がセットされた検査装置によって実行される。

図７に示すように、検査装置は、外部信号として、ＳＬ端子１４にＨＩＧＨ信号を入力し、ＴＥＳＴ端子１５にＬＯＷ信号を入力し、ＩＮ端子１６にＯＰＥＮ信号を入力することで、アップ／ダウンカウンタ８の第１モードを選択する（ステップＳ０１）。第１モードに設定されることにより、アップ／ダウンカウンタ８の出力値は１５で固定される（ステップＳ０２）。これにより、発振器１０は、最大周波数ｆ_ｍａｘの信号を出力し続ける（ステップＳ０３）。検査装置は、最大周波数ｆ_ｍａｘが共振周波数ｆ_ｒよりも高いか否かを判定する（ステップＳ０４）。このとき、発振器１０からの信号周波数は、最大周波数ｆ_ｍａｘで固定されているため、確実、且つ容易に判定を行うことができる。Ｓ０４において、最大周波数ｆ_ｍａｘが共振周波数ｆ_ｒ以下であると判定すると、検査装置は、検査対象に係る掃引発振回路４を不合格品であると評価する（ステップＳ１０）。

一方、Ｓ０４において、最大周波数ｆ_ｍａｘが共振周波数ｆ_ｒよりも高いと判定すると、検査装置は、外部信号として、ＳＬ端子１４にＬＯＷ信号を入力し、ＴＥＳＴ端子１５にＬＯＷ信号を入力し、ＩＮ端子１６にＯＰＥＮ信号を入力することで、アップ／ダウンカウンタ８の第２モードを選択する（ステップＳ０５）。第２モードに設定されることにより、アップ／ダウンカウンタ８の出力値は０で固定される（ステップＳ０６）。これにより、発振器１０は、最小周波数ｆ_ｍｉｎの信号を出力し続ける（ステップＳ０７）。検査装置は、最小周波数ｆ_ｍｉｎが共振周波数ｆ_ｒよりも低いか否かを判定する（ステップＳ０８）。このとき、発振器１０からの信号周波数は、最小周波数ｆ_ｍｉｎで固定されているため、確実、且つ容易に判定を行うことができる。Ｓ０８において、最小周波数ｆ_ｍｉｎが共振周波数ｆ_ｒ以上であると判定すると、検査装置は、検査対象に係る掃引発振回路４を不合格品であると評価する（ステップＳ１０）。一方、Ｓ０８において、最小周波数ｆ_ｍｉｎが共振周波数ｆ_ｒより低いと判定すると、検査装置は、検査対象に係る掃引発振回路４を合格品であると評価する（ステップＳ０９）。以上によって、図７に示す検査が終了する。

以上によって、本実施形態に係る掃引発振回路４では、アップ／ダウンカウンタ８が、外部信号によって、第１モード、第２モード、第３モードの三つのモードに選択可能に設定されている。このうち、第３モードではアップ／ダウンカウンタ８は、駆動信号を生成するための周期的な値を出力するため、粉体センサ１の通常の使用時においては第３モードが選択される。一方、掃引発振回路４における駆動信号の周波数掃引の範囲に共振周波数ｆ_ｒが正しく含まれているか否かを検査する時は、第１モード及び第２モードが選択される。アップ／ダウンカウンタ８を第１モードで固定しておけば発振器１０から出力される信号の周波数は、駆動信号の最大周波数ｆ_ｍａｘに固定されるので、当該最大周波数ｆ_ｍａｘが共振周波数ｆ_ｒよりも高いか否かを判定することができる。周期カウンタを第２モードで固定しておけば発振器１０から出力される信号の周波数は、駆動信号の最小周波数ｆ_ｍｉｎに固定されるので、当該最小周波数ｆ_ｍｉｎが共振周波数ｆ_ｒより低いか否かを判定することができる。最大周波数ｆ_ｍａｘが共振周波数ｆ_ｒよりも高く、最小周波数ｆ_ｍｉｎが共振周波数ｆ_ｒよりも低ければ合格品と判定できる。このように、周波数を比較するだけで検査可能であり、アップ／ダウンカウンタ８のモードによって最大周波数・最小周波数を変動させることなく固定した状態で比較できるため、容易且つ確実に検査を行うことができる。以上によって、本実施形態に係る掃引発振回路４によれば、確実に動作することを容易に検査することができる。また、本実施形態に係る粉体センサ１は、このような掃引発振回路４を備えているため、掃引発振回路４が確実に動作することを容易に検査することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されない。例えば、図５に示すモード選択機構１１の構成は一例に過ぎず、アップ／ダウンカウンタ８が外部信号によって三つのモードを選択することができるものであれば、どのような構成を採用してもよい。また、駆動信号の最大周波数に対応する値として１５が設定され、駆動信号の最小周波数に対応する値として０が設定されていたが、どの値を設定してもよい。

１…粉体センサ、２…粉体センサ素子、３…位相検出回路、４…掃引発振回路、５…位相比較部（位相比較手段）、６…位相弁別部（判定手段）、７…基準クロック、８…アップ／ダウンカウンタ（周期カウンタ）、１０…発振器、１１…モード選択機構。

Claims (2)

1. 一定の間隔で基準信号を出力する基準クロックと、
   前記基準クロックからの前記基準信号の入力に基づいて所定の範囲の値を周期的に出力する周期カウンタと、
   前記周期カウンタから出力される値に基づいて周波数が掃引された駆動信号を出力する発振器と、を備え、
   前記周期カウンタは、
   前記駆動信号の最大周波数に対応する値を出力する第１モードと、
   前記駆動信号の最小周波数に対応する値を出力する第２モードと、
   前記駆動信号を生成するための周期的な値を出力する第３モードと、を外部信号によって選択可能に設定されていることを特徴とする掃引発振回路。
2. ２端子の圧電素子からなり、粉体負荷量に対応した検出信号を出力する粉体センサ素子と、
   請求項１記載の掃引発振回路と、
   前記駆動信号の周波数及び粉体負荷量に応じて変化する前記粉体センサ素子からの出力信号の位相と、前記駆動信号の位相とを共振点において比較する位相比較手段と、
   前記位相比較手段による比較結果に基づいて粉体の有無を判定する判定手段と、を備える粉体センサ。

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