JP2007248548A - トナー残量検知装置及びトナー残量検知装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よくトナー残量を検知することができるようにすること。
【解決手段】複写機１００には、トナーセンサ１０６７を構成する圧電素子ＰＺと、圧電素子ＰＺを圧電素子ＰＺの固有共振周波数で駆動する駆動電圧を印加する電圧印加部２１１と、圧電素子ＰＺの端子間電圧を検出する電圧検出部２１２と、圧電素子ＰＺのインピーダンスの中心値と同じインピーダンスに設定された基準インピーダンスＲｒｅｆと、基準インピーダンスＲｒｅｆに電圧印加部２１１および、電圧検出部２１２を接続させて、基準インピーダンスＲｒｅｆに生じる基準電圧を電圧検出部２１２に検出させる切替部２１３とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、トナー残量検知装置及びトナー残量検知装置の調整方法に関する。

従来より、コピー機、ファックス、プリンタ等の画像形成装置などに、トナーの有無を検出するトナー検出装置が設けられている。たとえば、画像形成装置の現像装置やトナー補給装置などにトナー検出装置は設けられている。トナー検出装置は、圧電素子を有しており、この圧電素子には、当該圧電素子の固有共振周波数の電圧が印加される。そして、その状態で圧電素子の端子間電圧が検出されて、検出された電圧が予め設定された閾値を下回る場合に、トナーは無くなったことが判定される。

特許文献１では、このようなトナー検出装置において、精度よくトナーの有無を検出することができるように、印加電圧を、正確に圧電素子の固有共振周波数とするようにする技術が示されている。
特許第３４２０４６３号明細書

しかしながら、圧電素子を駆動する電圧が固有共振周波数であっても、圧電素子の端子間電圧を検出する電圧検出性能のばらつきや、圧電素子自体のばらつきにより、トナー検知を正確にできないということがあった。また、かかるばらつきが、温度などの環境要因により変化することで、トナーの検知が正確でなくなるということもあった。

本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、トナー残量検知装置を用いて、確実に、精度よくトナー残量を検知することができるようにすることを目的とする。

請求項１記載のトナー残量検知装置は、圧電素子と、当該圧電素子を当該圧電素子の固有共振周波数で駆動する駆動電圧を印加する印加手段と、前記圧電素子の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、予め定められたインピーダンスに設定された基準インピーダンスと、前記基準インピーダンスに前記印加手段および、前記電圧検出手段を接続させて、前記基準インピーダンスに生じる基準電圧を前記電圧検出手段に検出させる接続手段とを備えるトナー残量検知装置である。

この構成によれば、圧電素子が設けられ、当該圧電素子に対して当該圧電素子の固有共振周波数で駆動する駆動電圧が印加手段により印加され、圧電素子の端子間電圧が電圧検出手段に検出されると共に、予め定められたインピーダンスに設定された基準インピーダンスが設けられ、基準インピーダンスに前記印加手段および、前記電圧検出手段が接続されて、基準インピーダンスに生じる基準電圧が前記電圧検出手段に検出される。

したがって、電圧検出手段の電圧検出性能にばらつきがあっても、また、そのばらつきが変化しても、予め定められたインピーダンスに設定された基準インピーダンスに前記印加手段および、前記電圧検出手段が接続されて、基準インピーダンスに生じる基準電圧が前記電圧検出手段に検出されることで、電圧検出性能のばらつきを特定する基準電圧が得られ、電圧検出性能のばらつきにかかわらず、この基準電圧に基づいて精度よく、トナー残量を検知することができる。

なお、電圧検出手段の電圧検出性能のばらつきは、印加手段が圧電素子に印加する電圧のばらつきにより生じるものも含むし、また、電圧検出手段、印加手段および圧電素子が接続された回路上に設けられた種々の部品のばらつきが生じさせるものも含む。

接続手段は、たとえば、電気的スイッチであるものとしてもよい。

請求項２記載のトナー残量検知装置は、前記電圧検出手段が検出する前記圧電素子の端子間電圧からトナー残量を判定する判定閾値を記憶する記憶手段と、前記電圧検出手段が検出する前記圧電素子の端子間電圧と、記憶された前記判定閾値とに基づきトナー残量を特定する特定手段と、前記基準インピーダンスを前記電圧検出手段が検出した前記基準電圧と、当該電圧検出手段が前記圧電素子を検出した端子間電圧との電圧差に基づいて前記判定閾値を調整する調整手段とを備える請求項１記載のトナー残量検知装置である。

この構成によれば、電圧検出手段が検出する圧電素子の端子間電圧からトナー残量を判定する判定閾値が記憶されて、電圧検出手段が検出する圧電素子の端子間電圧と、記憶された前記判定閾値とに基づきトナー残量が特定され、基準インピーダンスを電圧検出手段が検出した前記基準電圧と、当該電圧検出手段が圧電素子を検出した端子間電圧との電圧差に基づいて前記判定閾値が調整される。

したがって、電圧検出手段が検出する圧電素子の端子間電圧と前記基準電圧との電圧差では、電圧検出手段の電圧検出性能のばらつきが相殺され、圧電素子の端子間電圧が精度よく特定されており、かかる圧電差に基づいて精度よく判定閾値を調整して、トナー残量を精度よく検出することができる。

なお、記憶手段が記憶する判定閾値は、その閾値より圧電素子の端子間電圧が大きい場合はトナーがあると判定され、小さい場合はないと判定される閾値であるものでもよく、単にトナー量が０か否かを判定するものではなく、ある一定量以上のトナーがあるかないかを判定するものであってもよい。記憶手段には、このような閾値が、異なるトナー量について複数記憶されていてもよい。

判定閾値は、トナー残量検出レベルを特定する数値であることが好ましい。

請求項３記載のトナー残量検知装置は、前記基準インピーダンスは、圧電素子の中心値のインピーダンスと同じインピーダンスに設定された請求項２記載のトナー残量検知装置である。

この構成によれば、圧電素子の中心値のインピーダンスと同じインピーダンスに設定された基準インピーダンスを電圧検出手段が検出した基準電圧と、当該電圧検出手段が圧電素子を検出した端子間電圧との電圧差に基づいて判定閾値が調整される。

したがって、圧電素子のインピーダンスにばらつきがあっても、また、そのばらつきが変化しても、そのばらつきを精度よく特定する上記の電圧差に基づいて、精度よく判定閾値を調整し、精度よくトナー残量を検出することができる。

請求項４記載のトナー残量検知装置の調整方法は、圧電素子と、当該圧電素子を当該圧電素子の固有共振周波数で駆動する駆動電圧を印加する印加手段と、前記圧電素子の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段が検出する前記圧電素子の端子間電圧からトナー残量を判定する判定閾値を記憶する記憶手段と、前記電圧検出手段が検出する前記圧電素子の端子間電圧と、記憶された前記判定閾値とに基づきトナー残量を特定する特定手段と備えたトナー残量検知装置の調整方法であって、予め定められたインピーダンスに設定された基準インピーダンスを前記印加手段および前記電圧検出手段に接続させて前記基準インピーダンスに生じる基準電圧を前記電圧検出手段に検出させる基準電圧検出工程と、前記基準電圧検出工程で前記電圧検出手段が検出した前記基準電圧に基づいて前記判定閾値を調整する調整工程とを備える方法である。

この方法では、圧電素子が設けられて、圧電素子に対して当該圧電素子の固有共振周波数で駆動する駆動電圧が印加され、圧電素子の端子間電圧が電圧検出手段に検出されると共に、電圧検出手段が検出する圧電素子の端子間電圧からトナー残量を判定する判定閾値が記憶されて、電圧検出手段が検出する圧電素子の端子間電圧と、記憶された前記判定閾値とに基づきトナー残量が特定されるトナー残量検知装置において、予め定められたインピーダンスに設定された基準インピーダンスが前記印加手段および前記電圧検出手段に接続され、基準インピーダンスに生じる基準電圧が前記電圧検出手段に検出されると共に、電圧検出手段が検出した前記基準電圧に基づいて前記判定閾値が調整される。

したがって、電圧検出手段の電圧検出性能にばらつきがあっても、また、そのばらつきが変化しても、予め定められたインピーダンスに設定された基準インピーダンスに前記印加手段および、前記電圧検出手段が接続されて、基準インピーダンスに生じる基準電圧が前記電圧検出手段に検出されることで、電圧検出性能のばらつきを特定する基準電圧が得られ、電圧検出性能のばらつきにかかわらず、この基準電圧に基づいて精度よく、トナー残量を検知することができる。

なお、基準インピーダンスは、トナー残量検知装置自体に設けられていてもよいし、トナー残量検知装置とは別体に構成された調整装置等に設けられていてもよい。

請求項５記載のトナー残量検知装置は、前記調整工程においては、前記基準電圧検出工程で前記電圧検出手段が検出した前記基準電圧と、当該電圧検出手段が検出した前記圧電素子の端子間電圧との電圧差に基づき前記判定閾値を調整する請求項４記載の調整方法である。

この構成によれば、電圧検出手段が検出した前記基準電圧と、当該電圧検出手段が検出した圧電素子の端子間電圧との電圧差に基づいて判定閾値が調整される。

したがって、電圧検出手段が検出する圧電素子の端子間電圧と前記基準電圧との電圧差では、電圧検出手段の電圧検出性能のばらつきが相殺され、圧電素子の端子間電圧が精度よく特定されており、かかる圧電差に基づいて精度よく判定閾値を調整して、トナー残量を精度よく検出することができる。

請求項６記載のトナー残量検知装置は、前記基準インピーダンスは、圧電素子の中心値のインピーダンスと同じインピーダンスに設定された請求項５記載の調整方法である。

この構成によれば、圧電素子の中心値のインピーダンスと同じインピーダンスに設定された基準インピーダンスを電圧検出手段が検出した基準電圧と、当該電圧検出手段が圧電素子を検出した端子間電圧との電圧差に基づいて判定閾値が調整される。

したがって、圧電素子のインピーダンスにばらつきがあっても、また、そのばらつきが変化しても、そのばらつきを精度よく特定する上記の電圧差に基づいて、精度よく判定閾値を調整し、精度よくトナー残量を検出することができる。

本発明によれば、精度よくトナー残量を検知することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る複写機１００について図面を参照して説明する。

図１は、複写機１００を示す図である。

複写機１００は、電子写真方式の画像形成装置である。複写機１００は、感光体ドラム１０３と、帯電部１０２と、レーザ走査ユニット１０５と、現像部１０６と、転写ローラ１０８と、記録紙の搬送路１１０と、トナーホッパ１１４と、制御装置２００とを備える。

複写機１００では、感光体ドラム１０３へと帯電部１０２が帯電をさせ、レーザ走査ユニット１０５からのレーザビームにより、帯電がされた感光体ドラム１０３上へと静電潜像が形成される。そして、感光体ドラム１０３上に形成されたこの静電潜像へと、現像部１０６からトナーが付着されて、トナー像が形成され、形成されたトナー像が、感光体ドラム１０３から転写ローラ１０８により搬送路１１０を搬送されてきた記録紙（図略）へと転写される。

図２は、現像部１０６の詳細な構成を示す断面図である。現像部１０６は、上述の通り、感光体ドラム１０３上の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成させる。

現像部１０６は、攪拌室１０６１，１０６２と、攪拌機１０６３，１０６４と、現像ローラ１０６５と、トナーセンサ１０６７と、図示しないトナー補給口とを有する。

現像部１０６へは、トナーホッパ１１４（図１）からトナーが、攪拌室１０６１に設けられた補給口を通じて補給される。

そして、攪拌室１０６１内に補給されたトナーは、攪拌機１０６３の回転駆動により適宜攪拌されつつ、攪拌室１０６１から攪拌室１０６２へと送られる。こうして攪拌室１０６２に到達したトナーが、現像ローラ１０６５へと付着して、感光体ドラム１０３へと供給される。

トナーセンサ１０６７は、攪拌室１０６１の側壁の適所に設けられており、同室１０６１内のトナー量を検出する。このトナーセンサ１０６７は、圧電素子ＰＺ（図３）により構成される。このトナーセンサ１０６７によるトナー量の検出結果に応じ、前述したトナー補給口から攪拌室１０６１へのトナー供給が制御される。

図３は、トナー量を検出する構成を示す説明図である。

制御装置２００には、判定部２０１と、電圧印加部２１１と、電圧検出部２１２と、切替部２１３とが実現される。判定部２０１には、閾値調整部２０１ａと閾値記憶部２０１ｂとがある。また、増幅器ｕ１や基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆ、およびトナーセンサ１０６７の圧電素子ＰＺなどよりなる電気回路３００が、複写機１００には設けられている。図１では電気回路３００の図示を省略していた。複写機１００は、これらの構成により、攪拌室１０６１（図２）内部に存在するトナーの量を検知する。

複写機１００においては、制御装置２００が、電気回路３００に接続された圧電素子ＰＺの端子間電圧を検知することにより、攪拌室１０６１のトナー量を検知する。

図４は、攪拌室１０６１のトナー量と圧電素子ＰＺのインピーダンスと制御装置２００が検知する端子間電圧との関係を示す説明図である。

電気回路３００により、圧電素子ＰＺには交流電圧が印加され、トナー量が多い場合ほどトナーによる重量負荷（圧力）が圧電素子ＰＺに加わって、電圧が印加された圧電素子ＰＺの圧電振動が抑制されて、圧電素子ＰＺのインピーダンスは上昇する。図４では、トナー量の変化に応じて、圧電素子ＰＺのインピーダンスが約１ＫΩから５ＫΩまで変化することを示している。

制御装置２００は、このような圧電素子ＰＺのインピーダンスの変化を、インピーダンスの変化に応じて圧電素子ＰＺの端子間電圧が変化することに基づき、検知する。図４では、圧電素子ＰＺのインピーダンスが約１ＫΩから５ＫΩまで変化する間に、検知電圧が約０Ｖから約５Ｖまで変化されることを示している。制御装置２００は、かかる電圧変化を検出することにより、トナー量の変化を検知する。

次に、図３に戻って、制御装置２００が、かかる圧電素子ＰＺの端子間電圧をどのようにして検知するかを説明する。

制御装置２００は、駆動電圧Ｅｓを電気回路３００に対して与えることで、圧電素子ＰＺに交流電圧を印加する。また、制御装置２００は、このようにして駆動電圧Ｅｓを与えることで生じる圧電素子ＰＺの端子間電圧を、電圧検知信号Ｅｄを電気回路３００から受けることで、検出する。制御装置２００は、電圧検知信号Ｅｄにより圧電素子ＰＺの端子間電圧を検知し、ひいては圧電素子ＰＺのインピーダンスを検知することにより、攪拌室１０６１（図２）のトナー量を検出する。

駆動電圧Ｅｓは、制御装置２００に設けられたＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）が、ＭＰＵ内部のタイマー機能を使って生成して、抵抗Ｒ１を介して圧電素子ＰＺに印加する。

制御装置２００の電圧印加部２１１は、この駆動電圧Ｅｓを生成して圧電素子ＰＺに印加する処理を行う。

電気回路３００において、駆動電圧Ｅｓは、抵抗Ｒ１と圧電素子ＰＺで分圧されて、分圧された圧電素子ＰＺの電圧が、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ２を介して増幅器（演算増幅器）ｕ１の入力にはいり、増幅器ｕ１により適切なレベルまで増幅される。増幅された圧電素子ＰＺの端子間電圧は、増幅器ｕ１の出力から出て、ダイオードＤ３，Ｄ４で整流されたのちに、上述した電圧検知信号Ｅｄとして制御装置２００に入力される。これにより、制御装置２００は、増幅器ｕ１に増幅された電圧検知信号Ｅｄに基づいて、圧電素子ＰＺの端子間電圧を検知することができる。

制御装置２００の電圧検出部２１２は、電圧検知信号ＥｄのＡＤ変換（ＡＤ：Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）を行うＡＤ変換回路などを含み、電圧検知信号Ｅｄに基づいて圧電素子ＰＺの端子間電圧を検知する。

ここで、圧電素子ＰＺの端子間電圧は、当該圧電素子ＰＺの共振周波数（固有共振周波数）に駆動電圧Ｅｓがされることにより、はじめて、トナー量が適切に反映される。

図５は、電圧印加部２１１が出力する駆動電圧Ｅｓの周波数と、圧電素子ＰＺのインピーダンスとの関係を示す説明図である。図５では、横軸に周波数をとり、縦軸に圧電素子ＰＺのインピーダンスをとっている。圧電素子ＰＺのインピーダンスは、トナー圧力により変化するのはもちろん、駆動電圧Ｅｓの周波数によっても変化する。

図５に示すように、圧電素子ＰＺのインピーダンスは、トナーがあるとき（破線）と、トナーがないとき（たとえば、点線）とで、圧電素子ＰＺの共振周波数（図５の場合、約５．９ＫＨｚ）以外では、違いは殆どない。したがって、駆動電圧Ｅｓを共振周波数にしなければ、トナー量に応じて圧電素子ＰＺのインピーダンスが変わらず、ひいては、圧電素子ＰＺの端子間電圧も変わらないことになる。このため、圧電素子ＰＺに印加される駆動電圧Ｅｓは、なるべく圧電素子ＰＺの共振周波数に近い周波数になるようにして、トナー量の違いが検出できるように電圧印加部２１１にされる。

電圧印加部２１１は、４．５ＫＨｚ〜７．５ＫＨｚの範囲内で、駆動電圧Ｅｓの周波数を、１μｓずつ周期を狭くして、これを掃引することができるようになっている。この掃引により駆動電圧Ｅｓの周波数を変化させつつ圧電素子ＰＺの端子間電圧検出を行うことにより共振周波数が検出される。なお、この共振周波数の検出については、後で、図７を参照しつつさらに詳しく説明する。

次に、圧電素子ＰＺの電圧に基づいて、トナー量がどのように特定されるかを説明する。図３の判定部２０１は、電圧検出部２１２により検出される圧電素子ＰＺの端子間電圧に基づいて、攪拌室１０６１にトナーがあること、または、ないことを判定する。判定部２０１に設けられた閾値記憶部２０１ｂは、圧電素子ＰＺの端子間電圧の閾値を記憶しており、電圧検出部２１２により検出された圧電素子ＰＺの端子間電圧がこの閾値より高い場合に、トナーはあるものと判定部２０１は判定し、閾値以下である場合に、トナーはないものと判定される。

図５では、圧電素子ＰＺの共振周波数近傍における圧電素子ＰＺのインピーダンスの変化を、左上に拡大して示し、上記の閾値に相当するインピーダンスをそこに併せて示している。ここで、上記の説明では、閾値は端子間電圧の閾値であるものとして説明したが、圧電素子ＰＺの端子間電圧は、前述の通り抵抗Ｒ１との間の分圧であり、インピーダンスに比例するので、端子間電圧の閾値はインピーダンスの閾値でもある。

トナー量が多い破線のときには、駆動電圧Ｅｓが圧電素子ＰＺの共振周波数のときに閾値を上回るインピーダンス（Ｒ１）となり、判定部２０１により、トナーがあることが判定される。他方、トナー量が少ない点線のときには、駆動電圧Ｅｓが共振周波数のときに閾値以下のインピーダンス（Ｒ２）となり、判定部２０１は、トナーがないことを判定する。

次に、圧電素子ＰＺのインピーダンスのばらつきについて説明する。圧電素子ＰＺのインピーダンスは、点線で示した平均的なインピーダンスから、圧電素子ＰＺの個体差により、圧電素子ごとに異なったものとなる（ばらつきがある）。図５では、平均的なインピーダンスになる、点線で示した、第２の圧電素子でのグラフのほかに、インピーダンスが高くなった一点鎖線の第１の圧電素子のグラフと、逆にインピーダンスが低くなった二点鎖線の第３の圧電素子でのグラフとを併せて示している。３つのグラフは、トナー量が同じで、圧電素子へのトナー圧力が同じであるにも関わらず、圧電素子のインピーダンスが異なることになる様子を示している。このように第１〜第３の圧電素子のインピーダンスにはばらつきがあるので、第１の圧電素子では、図５の状態からさらにトナー量が減らなければ、図５の状態の第２の圧電素子と同程度のインピーダンスにはならず、逆に、第３の圧電素子では、図５の状態からさらにトナー量が増えなければ、図５の状態の第２の圧電素子と同程度のインピーダンスにはならない。

図６は、圧電素子に検出される電圧が同じでも、トナー量が異なることになる様子を示す説明図である。図６では、上記した第１〜第３の圧電素子（ＰＺａ〜ＰＺｃ）が同じインピーダンスとなり、その結果同じ電圧が生じているにも拘らず、圧電素子へのトナー圧力は異なり、異なったトナー量の状態に攪拌室１０６１がなっている様子を示している。第１の圧電素子ＰＺａのインピーダンスは、他の圧電素子ＰＺｂ，ＰＺｃと比べて高くなり、トナー圧力が小さくとも、比較的大きな電圧が生じる。そして、逆に、第３の圧電素子ＰＺｃのインピーダンスは、他の圧電素子ＰＺａ，ＰＺｂと比べて低くなり、トナー圧力が大きくとも、比較的小さな電圧しか生じない。第２の圧電素子ＰＺｂの場合は中間である。この結果、図示するように、電圧が同じでも、トナー量は異なるものになるということが起きる。

以上説明したように、圧電素子ＰＺの端子間電圧が同じで、電圧検知信号Ｅｄに現れる電圧が同じであっても、圧電素子ＰＺの個体差（ばらつき）により、トナー量は、たとえば図６（ａ）〜（ｃ）のようにずれる。そして、これと同じように、電圧検知信号Ｅｄ（図３）に現れた電圧が同じでも、増幅器ｕ１（図３）の個体差（ばらつき）のために増幅器ｕ１の増幅度が異なることによっても、電圧検知信号Ｅｄを生み出した圧電素子ＰＺのインピーダンスが異なって、したがってトナー量が異なり、やはり、増幅器のばらつきごとに、図６（ａ）〜（ｃ）のようにトナー量はずれる。これは、増幅器ｕ１（図３）の個体差（ばらつき）に限らず、ダイオードＤ３，Ｄ４の特性の個体差（ばらつき）や、駆動電圧Ｅｓの特性の個体差（ばらつき）によっても起きることであり、一般に、圧電素子ＰＺの端子間電圧の、電圧検出部２１２による電圧検出性能が、何らかの原因によってばらつきのあるもの（個体差があるもの）となっている場合には同様である。

結局、電圧検知信号Ｅｄに現れた電圧が同じでも、圧電素子ＰＺのインピーダンスの個体差（ばらつき）や、電圧検出部２１２の電圧検出性能の個体差（ばらつき）によりトナー量は異なるということになる。

この結果、電圧検知信号Ｅｄに現れた電圧が上述した閾値記憶部２０１ｂ（図３）に記憶された特定の閾値になったとしても、これらのばらつきのために、たとえば図６の（ａ）〜（ｃ）のようにトナー量は異なり、このように異なったトナー量のところまでトナーが消費された時点で、判定部２０１は、トナーはなくなったという判定を下すことになる。

そこで、この複写機１００では、閾値調整部２０１ａ（図３）は、同じトナー量のところで判定部２０１が判定をくだすように、閾値記憶部２０１ｂに記憶された閾値を、上記した、圧電素子ＰＺのインピーダンスの個体差（ばらつき）や、電圧検出部２１２の電圧検出性能の個体差（ばらつき）に応じて調整する。

閾値調整部２０１ａは、制御信号ＳＥＬ（図３）を切り替えることにより、圧電素子ＰＺではなく基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆへと駆動電圧Ｅｓが与えられるようにし、そして、圧電素子ＰＺの電圧ではなく、基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆの電圧が電圧検知信号Ｅｄに現れるようにすることで、上記した各ばらつきを検知する。

通常時はローレベルになっている制御信号ＳＥＬ（図３）を、ハイレベルへと変えることにより、閾値調整部２０１ａは、基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆへと駆動電圧Ｅｓを与え、基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆの電圧が電圧検知信号Ｅｄに現れるようにさせる。

図３の電気回路３００において制御信号ＳＥＬがハイレベルになれば、電流が抵抗Ｒ７を通ってダイオードＤ２からグランドに流れ込む。ダイオードＤ２には、このように電流が順方向に流れると、たとえば１０μＡ程度の電流になったときに、アノードおよびカソード間が短絡状態になり、この結果、コンデンサＣ３が直接グランドに接続されたのと、交流回路としては、同じになる。

また、他方のダイオードＤ１の方においては、制御信号ＳＥＬがハイレベルになることによりＮＯＴ素子ｕ３で反転されたローレベルの信号が加えられ、この結果、ダイオードＤ１のアノードおよびカソードの間には空乏層が形成され、この空乏層が数ＰＦ程度になることにより、コンデンサＣ２は、グランドに対して絶縁されたのと同じ状態になる。

こうして、コンデンサＣ３を直接グランドに接続したのと同じになり、また、コンデンサＣ２はグランドに対して絶縁されたのと同じになることで、圧電素子ＰＺではなく基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆへと駆動電圧Ｅｓが与えられるようになり、また、圧電素子ＰＺの電圧ではなく基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆの電圧が電圧検知信号Ｅｄに現れるようになる。

また、制御信号ＳＥＬをローレベルに戻したときには、今度は、ダイオードＤ１とダイオードＤ２で上記の説明とは逆のことが起きて、再び圧電素子ＰＺへと駆動電圧Ｅｓが与えられて、圧電素子ＰＺの電圧が電圧検知信号Ｅｄに現れるようになる。

こうして、閾値調整部２０１ａは、制御信号ＳＥＬをローレベル／ハイレベルで切り替えることにより、圧電素子ＰＺと基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆとをそれぞれ選択して、駆動電圧Ｅｓを印加し、電圧を検知することができる。

なお、コンデンサＣ３の容量は０．２μＦ程度にされている。これにより、駆動電圧Ｅｓの周波数に対するコンデンサＣ３の容量性リアクタンスは十分に低くなり、この実施形態における基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆの抵抗値（１ＫΩ）のもとで、抵抗Ｒｒｅｆの検出電圧には、２％程度の誤差しか与えないようにされる。

また、制御信号ＳＥＬのハイレベル電圧は５Ｖにされている。これにより、抵抗Ｒ６，Ｒ７を５００ＫΩ以上に設定でき、他方、圧電素子ＰＺの抵抗は５ＫΩ程度のため、これらの抵抗Ｒ６，Ｒ７が、検出される電圧に与える影響も十分に小さい。

なお、このようにダイオードを用いて、圧電素子ＰＺと基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆとを切り替える場合に限らず、切り替え手段としては、種々の態様の切替手段を採ることができる。

閾値調整部２０１ａ（図３）は、以上説明したようにして切り替えを行うことで、圧電素子ＰＺと基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆとに生じる電圧を測定して、測定された各電圧に応じて、閾値記憶部２０１ｂ（図３）に記憶された閾値を調整する。

なお、基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆのインピーダンスは、使用する圧電素子ＰＺの個体差によるインピーダンス値のばらつきの中心値に設定される。この点については、以下の説明で詳しく述べる。

図７は、閾値を調整する処理を示すフローチャートである。図示する処理は、複写機１００が出荷される前に予め実行されるとともに、ユーザにより複写機１００が利用され始めた後にも適宜実行される。

ステップＳ１１では、閾値調整部２０１ａが、制御信号ＳＥＬをハイレベルに切り替えて、基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆの電圧が電圧検知信号Ｅｄに出力されるようにする。

ステップＳ１２では、基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆの電圧が閾値調整部２０１ａに検知される。この検知される電圧のことを、以下では、単に基準電圧と略称する。

ステップＳ１３では、閾値調整部２０１ａが、仮閾値＝基準電圧×１．５を計算する。

ここで、基準電圧は、前述の通り、使用する圧電素子ＰＺの個体差によるインピーダンスのばらつきの略中心値に設定された基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆに生じた電圧であるので、圧電素子ＰＺの電圧の中心値（駆動電圧Ｅｓが共振周波数にされたとときの電圧の中心値）になる。このため、圧電素子ＰＺの個体差によるインピーダンスのばらつきが圧電素子ＰＺのスペック上、上下に５０％でばらつくとすれば、かかる基準電圧の１．５倍の電圧を仮閾値とすれば、仮閾値よりも圧電素子ＰＺの（駆動電圧Ｅｓが共振周波数のときの）電圧のほうが確実に小さくなる。この仮閾値が、下記で説明するステップＳ１５で用いられる。

なお、ここで、上述の「１．５」という数値は、圧電素子のばらつきの上限値であるが、単なる一例であり、より適切なほかの値を利用することとしてもよい。

ステップＳ１４では、閾値調整部２０１ａが、制御信号ＳＥＬをローレベルに切り替えることにより、圧電素子ＰＺの電圧が電圧検知信号Ｅｄに出力されるようにされる。

ステップＳ１５では、電圧印加部２１１が、駆動電圧Ｅｓの周波数を、４．５ＫＨｚからしだいに高くして（掃引して）、圧電素子ＰＺの電圧（インピーダンス）が、ステップＳ１３で計算された仮閾値の電圧（仮閾値に相当するインピーダンス）を下回ったことを検知する（図５参照）。駆動電圧Ｅｓの周波数が、４．５ＫＨｚからしだいに高くされると、圧電素子ＰＺのインピーダンスはしだいに減少する。そして、前述のように、仮閾値よりも圧電素子ＰＺの駆動電圧Ｅｓが共振周波数のときの電圧のほうが小さいので、圧電素子ＰＺの端子間電圧が仮閾値を下回ったとき、すなわち、圧電素子ＰＺのインピーダンスが、仮閾値に相当するインピーダンスを下回ったときには、駆動電圧Ｅｓの周波数は共振周波数、またはその十分近傍の周波数になっている。

これにより、このときの駆動電圧Ｅｓの周波数が圧電素子ＰＺの共振周波数として、電圧印加部２１１が出力する駆動電圧Ｅｓの周波数に設定される。

ステップＳ１６では、共振周波数の駆動電圧Ｅｓが印加された圧電素子ＰＺの電圧が閾値調整部２０１ａにより検出される。

ステップＳ１７では、閾値調整部２０１ａが、閾値の補正量を計算する。ここで、補正量は、ステップＳ１６で検出された圧電素子ＰＺの電圧から、基準電圧を差し引いた値に、０．５を乗じた値である。

なお、ここで、上述の「０．５」という数値は、単なる一例であり、より適切なほかの値を利用することとしてもよい。

ステップＳ１８では、計算された補正量を基準電圧に加えた値が、正規の閾値として閾値記憶部２０１ｂへと設定される。

こうして、基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆで検出された基準電圧に基づいて、閾値記憶部２０１ｂ（図３）に記憶された閾値が調整されて、精度よく攪拌室１０６１のトナー量を検知することができるようになる。

本実施例の変形例について、以下説明する。

（Ａ）上記実施形態では、閾値調整部２０１ａ等の機能ブロックが実現される制御装置２００（図１）は、複写機１００全体の制御を行うものであるように説明を行ったが、かかる場合に限定されることはない。閾値調整部２０１ａ等は、複写機１００とは別体に構成された、現像部１０６の製造工程で用いられる検査機器に実現されていてもよく、現像部１０６が製造されるときに現像部１０６に接続されてこの検査機器は用いられるものとしてもよい。

そして、かかる検査機器で得られた閾値（図７のステップＳ１８参照）が、複写機１００に設けられた上述の制御装置２００に設定されて用いられるものとしてもよい。

また、上述の基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆは、複写機１００本体ではなく、上述の検査機器に構成されていて、検査時に圧電素子ＰＺ等に接続されるものとしてもよい。

（Ｂ）上記実施形態では、仮閾値に対して補正量を加えた値を正規の閾値とするものとしたが、かかる場合に限定されることはなく、補正量を加えることなく、単に仮閾値をそのまま正規の閾値にしたり、仮閾値に所定の定数を加えた値を正規の閾値にするものとしてもよい。

（Ｃ）また、仮閾値は、基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆに検出された電圧に基づいて決めることは必須ではなく、たとえば定数を用いるものとしてもよい。

（Ｄ）また、上記実施形態では、圧電素子ＰＺのインピーダンスの中心値のインピーダンスが基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆに設定されるものとしたが、かかる場合に限定されることもなく、種々の適切な値のインピーダンスが基準インピーダンス用抵抗Ｒｒｅｆに設定されるものとすることができる。こうしても、検出される基準電圧より、電圧検出性能のばらつきが特定されて、特定されるばらつきに応じて適切に閾値記憶部２０１ｂが記憶する閾値を補正することができる。

（Ｅ）判定部２０１がトナー量の判定を行うたびに基準電圧の検知がされて、そのたびに新しい閾値が計算されて、判定に用いられるものとしてもよい。このときには、閾値記憶部２０１ｂは必ずしも必須ではなく、閾値は１回の判定に用いられるたびに使い捨てにされるものとしてもよい。

複写機１００を示す図である。 現像部１０６の詳細な構成を示す断面図である。 トナー量を検出する構成を示す説明図である。 攪拌室１０６１のトナー量と圧電素子ＰＺのインピーダンスと制御装置２００が検知する電圧との関係を示す説明図である。 電圧印加部２１１が出力する駆動電圧Ｅｓの周波数と、圧電素子ＰＺのインピーダンスとの関係を示す説明図である。 圧電素子に検出される電圧が同じでも、トナー量が異なることになる様子を示した説明図である。 閾値を調整する処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 複写機
１０２ 帯電部
１０３ 感光体ドラム
１０５ レーザ走査ユニット
１０６ 現像部
１０８ 転写ローラ
１１０ 搬送路
１１４ トナーホッパ
２００ 制御装置
２０１ 判定部
２０１ａ 閾値調整部
２０１ｂ 閾値記憶部
２１１ 電圧印加部
２１２ 電圧検出部
２１３ 切替部
３００ 電気回路
１０６１，１０６２ 攪拌室
１０６３ 攪拌機
１０６５ 現像ローラ
１０６７ トナーセンサ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ ダイオード
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ６，Ｒ７ 抵抗
Ｅｄ 電圧検知信号
Ｅｓ 駆動電圧
ＰＺ 圧電素子
ＰＺａ，ＰＺｂ，ＰＺｃ 第１〜第３の圧電素子
Ｒｒｅｆ 基準インピーダンス用抵抗
ＳＥＬ 制御信号
ｕ１ 増幅器
ｕ３ ＮＯＴ素子

Claims (6)

1. 圧電素子と、
   当該圧電素子を当該圧電素子の固有共振周波数で駆動する駆動電圧を印加する印加手段と、
   前記圧電素子の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
   予め定められたインピーダンスに設定された基準インピーダンスと、
   前記基準インピーダンスに前記印加手段および、前記電圧検出手段を接続させて、前記基準インピーダンスに生じる基準電圧を前記電圧検出手段に検出させる接続手段とを備えるトナー残量検知装置。
2. 前記電圧検出手段が検出する前記圧電素子の端子間電圧からトナー残量を判定する判定閾値を記憶する記憶手段と、
   前記電圧検出手段が検出する前記圧電素子の端子間電圧と、記憶された前記判定閾値とに基づきトナー残量を特定する特定手段と、
   前記基準インピーダンスを前記電圧検出手段が検出した前記基準電圧と、当該電圧検出手段が前記圧電素子を検出した端子間電圧との電圧差に基づいて前記判定閾値を調整する調整手段とを備える請求項１記載のトナー残量検知装置。
3. 前記基準インピーダンスは、圧電素子の中心値のインピーダンスと同じインピーダンスに設定された請求項２記載のトナー残量検知装置。
4. 圧電素子と、
   当該圧電素子を当該圧電素子の固有共振周波数で駆動する駆動電圧を印加する印加手段と、
   前記圧電素子の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段が検出する前記圧電素子の端子間電圧からトナー残量を判定する判定閾値を記憶する記憶手段と、
   前記電圧検出手段が検出する前記圧電素子の端子間電圧と、記憶された前記判定閾値とに基づきトナー残量を特定する特定手段と備えたトナー残量検知装置の調整方法であって、
   予め定められたインピーダンスに設定された基準インピーダンスを前記印加手段および前記電圧検出手段に接続させて前記基準インピーダンスに生じる基準電圧を前記電圧検出手段に検出させる基準電圧検出工程と、
   前記基準電圧検出工程で前記電圧検出手段が検出した前記基準電圧に基づいて前記判定閾値を調整する調整工程とを備える方法。
5. 前記調整工程においては、前記基準電圧検出工程で前記電圧検出手段が検出した前記基準電圧と、当該電圧検出手段が検出した前記圧電素子の端子間電圧との電圧差に基づき前記判定閾値を調整する請求項４記載の調整方法。
6. 前記基準インピーダンスは、圧電素子の中心値のインピーダンスと同じインピーダンスに設定された請求項５記載の調整方法。

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