(57)【要約】【課題】動作の検査時間を短くすることが可能な掃引発振回路、及び、そのような掃引発振回路を備える粉体センサを提供する。【解決手段】掃引発振回路７は、粉体センサ素子３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当該粉体センサ素子３に付与する掃引発振回路７であって、源駆動信号を出力する源発振回路２３と、直列に接続された複数の分周回路２９を有する周波数変換回路２５と、源発振回路２３と周波数変換回路２５との接続状態を、第１状態から第２状態へ可逆的に切り替える切り替え器２７とを備え、第１状態においては、源駆動信号は複数の分周回路２９の全てによって分周された後、駆動信号として周波数変換回路２５から出力され、第２状態においては、源駆動信号は複数の分周回路２９の一部によって分周された後、周波数変換回路２５から出力される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電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当該圧電素子に付与する掃引発振回路であって、
源駆動信号を出力する源発振回路と、
直列に接続された複数の分周回路を有する周波数変換回路と、
前記源発振回路と前記周波数変換回路との接続状態を、第１状態から第２状態へ可逆的に切り替える切り替え器と、
を備え、
前記第１状態においては、前記源駆動信号は前記複数の分周回路の全てによって分周された後、前記駆動信号として前記周波数変換回路から出力され、
前記第２状態においては、前記源駆動信号は前記複数の分周回路の一部によって分周された後、前記周波数変換回路から出力されることを特徴とする掃引発振回路。
【請求項２】
粉体負荷量に対応した検出信号を出力する圧電素子からなる粉体センサ素子と、
請求項１に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回路と、
前記位相比較回路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、
を備えることを特徴とする粉体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掃引発振回路及び粉体センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、複写機等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が記載されている。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回路と、位相比較回路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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２９２８２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような従来の粉体センサの共振周波数は、通常数ｋＨｚである。掃引発振回路はこ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発生するが、数ｋＨｚという周波数は発振回路の発振周波数としては比較的低い。このような低い周波数を直接発振するためには、発振回路の抵抗値Ｒ及びキャパシタンスＣの値を大きくする必要がある。しかし、発振回路の抵抗値Ｒ及びキャパシタンスＣの値を大きくすると、抵抗素子及びキャパシタンス素子を大きくする必要があるため、掃引発振回路の製造コストが上昇すると共に、掃引発振回路に欠陥が生じる確率が上昇してしまう。
【０００５】
そこで、掃引発振回路は、数ＭＨｚの高い周波数の駆動信号を発生する発振回路と、その駆動信号を数ｋＨｚまで分周する分周回路を備えることが好ましいと言える。これにより、発振回路が備える抵抗素子及びキャパシタンス素子を小さくすることができる。
【０００６】
しかしながら、上述のような分周回路を有する掃引発振回路及び粉体センサにおいては、掃引発振回路の動作の検査（例えば、掃引発振回路が発生する駆動信号の周波数掃引の範囲に粉体センサの共振周波数が正しく含まれるか否かの検査）に必要な時間が長くなってしまうという問題がある。具体的には、掃引発振回路の動作の検査を行うためには、掃引発振回路から所定周期分の駆動信号を発生させる必要がある。そのため、掃引発振回路の動作の検査時間は、掃引発振回路が発生する駆動信号の周波数に略反比例する。そのため、上述のような分周回路を備える掃引発振回路においては、駆動信号を分周回路で低い周波数の信号に変換しているため、掃引発振回路の動作の検査時間が長くなってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、動作の検査時間を短くすることが可能な掃引発振回路、及び、そのような掃引発振回路を備える粉体センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る掃引発振回路は、圧電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当該圧電素子に付与する掃引発振回路であって、源駆動信号を出力する源発振回路と、直列に接続された複数の分周回路を有する周波数変換回路と、源発振回路と周波数変換回路との接続状態を、第１状態から第２状態へ可逆的に切り替える切り替え器とを備え、第１状態においては、源駆動信号は複数の分周回路の全てによって分周された後、駆動信号として周波数変換回路から出力され、第２状態においては、源駆動信号は複数の分周回路の一部によって分周された後、周波数変換回路から出力されることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る掃引発振回路は、第１状態において通常の動作、即ち、圧電素子に付与する駆動信号を発生すると共に、第２状態において掃引発振回路の検査用の信号を発生する。第２状態においては、源駆動信号は複数の分周回路の一部によって分周されているため、第２状態において発生する検査用の信号の周波数は、第１状態において発生する駆動信号の周波数よりも高い。そのため、本発明に係る掃引発振回路によれば、掃引発振回路の動作の検査時間を短くすることが可能である。
【００１０】
また、本発明に係る粉体センサは、粉体負荷量に対応した検出信号を出力する圧電素子からな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回路と、位相比較回路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とを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る粉体センサは、上述の掃引発振回路を備えている。そのため、本発明に係る粉体センサによれば、掃引発振回路の動作の検査時間を短くすることが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、動作の検査時間を短くすることが可能な掃引発振回路、及び、そのような掃引発振回路を備える粉体センサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】掃引発振回路及び粉体センサの構成を示すブロック図である。
【図２】粉体センサ素子のインピーダンス特性を示す図である。
【図３】粉体センサ素子の位相特性を示す図である。
【図４】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
【図５】掃引発振回路の構成を示すブロック図である。
【図６】第１状態における発振器の構成を示すブロック図である。
【図７】第２状態における発振器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施の形態に係る掃引発振回路及び粉体センサについて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００１５】
図１は、本実施形態の掃引発振回路及び粉体センサの構成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３と、位相検出回路５と、掃引発振回路７と、増幅器９とを備えている。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。
【００１６】
粉体センサ素子３は、例えば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。粉体センサ素子３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７に接続され、掃引発振回路７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。
【００１７】
粉体センサ素子３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３では、図２に示すように、掃引発振回路７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３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。
【００１８】
図４は、粉体センサ素子３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３は、粉体負荷が大きい場合には無負荷状態（位相差ゼロ）に比べ位相差が大きく、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３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。粉体センサ素子３の出力信号は、増幅器９で増幅され、位相検出回路５に入力される。
【００１９】
位相検出回路５は、位相比較部１１と、位相弁別部１３とを有している。位相検出回路５は、粉体センサ素子３の出力側に接続され、粉体センサ素子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。
【００２０】
位相比較部１１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。また、位相弁別部１３は、位相比較部１１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３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１３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。
【００２１】
次に、掃引発振回路７について説明する。掃引発振回路７は、図５に示すように、基準クロック１５と、アップ／ダウンカウンタ１７と、アナログ／デジタルコンバータ１９と、発振器２１とを有している。基準クロック１５は、一定の間隔で基準信号をアップ／ダウンカウンタ１７に出力する部分である。
【００２２】
アップ／ダウンカウンタ１７は、基準クロック１５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アナログ／デジタルコンバータ１９に出力する。アナログ／デジタルコンバータ１９は、アップ／ダウンカウンタ１７から入力される値を電流値に変換し、発振器２１に出力する部分である。発振器２１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３側に出力する。
【００２３】
次に、発振器２１の詳細について説明する。図６は、発振器２１の構成を示すブロック図である。図６に示すように、発振器２１は、源発振回路２３と、周波数変換回路２５と、切り替え器２７とを有している。
【００２４】
発振器２１は、粉体センサ素子３に印加される駆動信号よりも高周波の源駆動信号を切り替え器２７を介して周波数変換回路２５に出力する。源駆動信号の周波数は、例えば２ＭＨｚ〜５ＭＨｚとすることができる。
【００２５】
周波数変換回路２５は、直列に接続された複数の分周回路２９を有する。分周回路２９は、例えば、１／２分周回路とすることができる。本実施形態では、周波数変換回路２５は、直列に接続された９個の分周回路２９を有している。ただし、周波数変換回路２５が有する分周回路２９の数は、２以上であれば特に制限されない。
【００２６】
切り替え器２７は、源発振回路２３と周波数変換回路２５の接続状態を可逆的に切り替える。図６は、源発振回路２３と周波数変換回路２５の接続状態が第１状態である場合の構成を示している。第１状態は、粉体センサ１がセンサ動作を行う際の状態である。
【００２７】
第１状態においては、源発振回路２３から出力された源駆動信号が複数の分周回路２９の全てによって分周されるように、源発振回路２３と周波数変換回路２５は接続される。本実施形態においては、複数の分周回路２９のそれぞれが１／２分周回路である場合、源駆動信号は、１／５１２の周波数に分周され、駆動信号として周波数変換回路２５から粉体センサ素子３へ出力される。そのため、源駆動信号の周波数が数ＭＨｚである場合、駆動信号の周波数は数ｋＨｚ程度となる。例えば、駆動信号が掃引範囲を一巡するごとに、粉体センサ１は粉体の有無の検出を一回行うことができる。
【００２８】
図７は、第２状態における発振器２１の構成を示すブロック図である。第２状態は、掃引発振回路７の動作の検査を行う際の状態である。
【００２９】
第２状態においては、源発振回路２３から出力された源駆動信号は、複数の分周回路２９の一部によって分周されるように、源発振回路２３と周波数変換回路２５は接続される。本実施形態においては、源駆動信号は、９個の分周回路２９のうちの７個の分周回路２９によって分周され、検査用信号として周波数変換回路２５から粉体センサ素子３へ出力される。このように、第２状態においては、源発振回路２３から周波数変換回路２５までの源駆動信号の伝達路は、切り替え器２７によって、直列に接続された複数の分周回路２９の中間部にバイパスされる。
【００３０】
上述のような本実施形態に係る掃引発振回路７は、第１状態において通常の動作、即ち、粉体センサ素子３に付与する駆動信号を発生すると共に、第２状態において掃引発振回路７の検査用の信号を発生する。第２状態においては、源駆動信号は複数の分周回路２９の一部によって分周されているため、第２状態において発生する検査用の信号の周波数は、第１状態において発生する駆動信号の周波数よりも高い。例えば、図６及び図７に示す状態においては、分周回路２９が１／２分周回路である場合、第２状態において発生する検査用の信号の周波数は、第１状態において発生する駆動信号の周波数の４倍となる。そのため、本実施形態に係る掃引発振回路７によれば、掃引発振回路７の動作の検査（例えば、掃引発振回路７が発生する駆動信号の周波数掃引の範囲に粉体センサ素子３の共振周波数が正しく含まれるか否かの検査）に必要な時間を短くすることが可能である。
【００３１】
また、上述のような本実施形態に係る粉体センサ１は、上述のような掃引発振回路７を備えている。そのため、本実施形態に係る粉体センサ１によれば、掃引発振回路７の動作の検査時間を短くすることが可能である。
【００３２】
なお、上述のように粉体センサ１において、駆動信号が掃引範囲を一巡するごとに、粉体センサ１は粉体の有無の検出を一回行うことができるが、駆動信号が掃引範囲を複数回巡回した際の粉体センサ１からの複数の出力を累積し、統計処理することにより、粉体の有無の検出を行ってもよい。粉体センサ１のセンサ対象の粉体は、粉体容器内で不均一に分布する場合があり、また、掃引発振回路７等の回路等は誤動作する場合がある。このような場合であっても、上述のように粉体センサ１からの複数の出力を累積し、統計処理することにより、粉体の有無の検出を高精度に行うことができる。また、このような場合、掃引発振回路７の検査に必要な時間はさらに長くなってしまうため、本実施形態の掃引発振回路７の検査時間を短くする効果が特に有効に発揮される。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・粉体センサ、３・・・粉体センサ素子、５・・・位相検出回路、７・・・掃引発振回路、９・・・増幅器、１１・・・位相比較部、１３・・・位相弁別部、２１・・・発振器、２３・・・源発振回路、２５・・・周波数変換回路、２７・・・切り替え器、２９・・・分周回路２９。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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