JP2016161608A - Developer amount detection device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、現像剤量検出装置及び画像形成装置に関し、例えば、複写機又はプリンタ等の電子写真方式又は静電記録方式の画像形成装置における現像剤残量の検出方法に関する。 The present invention relates to a developer amount detection apparatus and an image forming apparatus, and more particularly to a method for detecting a remaining amount of developer in an electrophotographic or electrostatic recording type image forming apparatus such as a copying machine or a printer.
従来、画像形成装置が備えるトナー容器内の現像剤の残量を検出する方法が提案されている。例えば、平行に張設された2本の導線部材からなる攪拌棒を備え、攪拌棒が一回転する間の電圧をモニタすることによって、現像剤の残量を検出する構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a method for detecting the remaining amount of developer in a toner container provided in an image forming apparatus has been proposed. For example, a configuration has been proposed in which a stirrer bar composed of two wire members stretched in parallel is provided, and the remaining amount of developer is detected by monitoring the voltage during one rotation of the stirrer bar ( For example, see Patent Document 1).
しかし、互いに向き合う導電部材の距離や面積のばらつき、及び検出回路の部品ばらつきや、導電部材の抵抗値ばらつきによる影響を低減することにより、検出範囲を広げて、トナー容器内のトナー残量を高精度に検出することが望まれている。 However, the detection range is expanded and the remaining amount of toner in the toner container is increased by reducing the effects of variations in the distance and area of the conductive members facing each other, variations in the detection circuit components, and variations in the resistance values of the conductive members. It is desired to detect with accuracy.
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、より精度よくトナー残量を検出することを目的とする。 The present invention has been made under such circumstances, and an object thereof is to detect the remaining amount of toner more accurately.
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。 In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configuration.
(1)現像剤を収容する容器に配置された検出部と、前記検出部の静電容量に応じた電圧を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された電圧波形に基づき、前記容器内の現像剤の量を判断する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記出力手段の出力特性を決定しているパラメータの値を変更し、前記出力手段から出力される電圧の検出範囲を、前記パラメータの値を変更する前の検出範囲よりも広くすることを特徴とする現像剤量検出装置。 (1) A detection unit disposed in a container for storing the developer, an output unit that outputs a voltage corresponding to the capacitance of the detection unit, and a voltage waveform output by the output unit. Control means for determining the amount of the developer, wherein the control means changes the value of the parameter that determines the output characteristics of the output means, and determines the detection range of the voltage output from the output means. The developer amount detection device, wherein the value of the parameter is made wider than the detection range before changing.
(2)記録材に画像を形成する画像形成手段と、前記(1)に記載の現像剤量検出装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。 (2) An image forming apparatus comprising: an image forming unit that forms an image on a recording material; and the developer amount detecting device according to (1).
本発明によれば、より精度よくトナー残量を検出することができる。 According to the present invention, the remaining amount of toner can be detected with higher accuracy.
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[画像形成装置]
図1(a)は、実施例1のトナー残量検出装置を搭載した画像形成装置の全体構成を示す断面図であり、図1(a)を用いて画像形成装置(以下、本体1と記述)の構成及び基本動作を説明する。画像形成手段である画像形成部60の一例について説明する。本体1は着脱可能なプロセスカートリッジ6Y(イエロー)、6M(マゼンタ)、6C(シアン)、6K(ブラック)を備えている。これら4個は同一構造であるが、異なる色の現像剤であるトナー28(図1(b)、図1(c)参照)による画像を形成する点で相違している。以下、必要な場合を除き、色を表す添え字Y、M、C、Kを省略して表記する。プロセスカートリッジ6は、感光ドラム8、帯電ローラ9、現像ローラ10、トナー補給ローラ11、トナー28を収容する容器の一例であるトナー容器20、撹拌部材21から構成されている。トナー容器20内の詳細については後述する。プロセスカートリッジ6、レーザーユニット7によって、一般的な電子写真プロセスにより感光ドラム8上に形成された各色のトナー像は、一次転写ローラ12により中間転写ベルト13上に重ねられる。
[Image forming apparatus]
FIG. 1A is a cross-sectional view showing the overall configuration of an image forming apparatus equipped with the toner remaining amount detecting device of
給紙カセット2から、給紙ローラ3、搬送ローラ4、レジストローラ5により記録媒体Pを搬送し、二次転写ローラ14により、中間転写ベルト13上に形成されたトナー像を記録媒体Pに転写する。ここまでが画像形成部60を構成する構成要件の一例である。また、上述した給紙カセット2、給紙ローラ3、搬送ローラ4、レジストローラ5が記録材搬送手段の一例である。定着ユニット15により記録媒体P上の未定着のトナー像が定着され、排紙ローラ16から排出される。また、本体1は、制御基板30、トナー残量検出手段であるトナー残量検出部40、表示部50を有している。トナー残量検出部40は、後述するトナー検出部25の静電容量に応じた電圧(後述するVsns)を出力する出力手段でもある。制御手段の一例である制御基板30には、本体1の制御を行うためのCPU31、及びデータ等が記憶される記憶部32が搭載されている。CPU31は、記録媒体Pの搬送に関わる駆動源の制御や画像形成に関する制御など、本体1の動作を一括して制御する。また、CPU31は、内部に時間を計測するためのタイマーを有している。トナー残量検出部40は、トナー容器20内のトナー残量を検出するためのユニットであるが、詳細については後述する。表示部50は、本体1からの情報をユーザーに報知するための表示器である。
The recording medium P is transported from the
[トナー容器]
図1(b)、図1(c)は、トナー残量が少なくなった状態の、トナー容器20内の詳細を説明するための断面図であり、現像ローラ10やトナー補給ローラ11の回転軸方向から見た図である。検出部の一例であるトナー検出部25は、トナー容器20の側面に配置された、対向する2枚の導電部材で構成されており、2枚の導電部材によりコンデンサを形成している。トナー検出部25を構成する2枚の導電部材により形成されている空間(以下、トナー検出部25の空間という)は、トナー容器20内の空間と繋がっている。撹拌部材21は矢印方向(図中、時計回り方向)に回転し、トナー28を撹拌する。撹拌部材21は、可撓性を有する部材により形成されている。図1(b)はトナー28がトナー容器20の底面にある状態を示しており、この状態ではトナー検出部25にトナー28は充填されていない。一方、図1(c)は、撹拌部材21によりトナー28が持ち上げられ、トナー検出部25にトナー28が充填されている状態である。このように、トナー検出部25には、撹拌部材21によって攪拌された現像剤が、トナー検出部25の空間を満たしている状態と、満たしていない状態とがある。
[Toner container]
FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views for explaining the details in the
以後、図1(b)のようにトナー検出部25にトナーが充填されていない状態をトナー検出部25にトナーがない状態、図1(c)のようにトナー検出部25にトナーが充填されている状態をトナー検出部25にトナーがある状態、と表記する。トナー検出部25にトナーがない状態のトナー検出部25の静電容量をCO、トナー検出部25にトナーがある状態のトナー検出部25の静電容量をCIとし、トナー28の誘電率をεrとする。そうすると、次の式(1)で表される関係が成り立つ。
CI=εrCO・・・(1)
図1(b)、図1(c)のようにトナー28の残量が少ない状態で撹拌部材21が回転している間は、トナー検出部25の静電容量の変化が、撹拌部材21が回転する周期(以下、回転周期又は撹拌周期という)で繰り返される。
Thereafter, the
C I = ε r C O (1)
While the stirring
[トナー残量の検出]
次に、本実施例の静電容量検出手段の一例であるトナー残量検出部40を介したトナー残量検出の構成について、図2を用いて説明する。図2に示すように、トナー残量の検出は、トナー容器20、制御基板30、トナー残量検出部40から構成される現像剤量検出装置によって実施される。トナー残量検出部40は、交流電源41、整流ダイオード42、43、検出抵抗44、整流コンデンサ45、オペアンプ46、直流電源47を有している。トナー残量検出部40は、トナー検出部25及び制御基板30に配置されているCPU31と接続されている。CPU31は、トナー残量検出部40の出力特性を決定しているパラメータである、交流電源41の振幅電圧(Vpp)や周波数f、基準電圧である直流電源47の直流電圧Vrefの値を可変制御することができる。交流電源41で発生させた交流電圧は、トナー検出部25に印加され、トナー容器20におけるトナー28の充填量に応じて交流電流に変換される。交流電流は整流ダイオード42、43、整流コンデンサ45により整流される。オペアンプ46の非反転入力端子(以下、+端子)には、直流電源47から入力される直流電圧Vrefが印加され、反転入力端子(以下、−端子)は、+端子とイマジナリーショートの関係にあるため、+端子とほぼ同電位の状態が保たれる。トナー残量検出部40からCPU31に入力される電圧Vsnsは、オペアンプの−端子の電圧(Vref)から検出抵抗44に流れた直流電流の分だけ電圧降下した電圧値となる。即ち、ダイオード42、43、整流コンデンサ45、オペアンプ46、直流電源47、検出抵抗44は、トナー検出部25から入力された電流に応じた電圧Vsnsを出力する。このため、これらは変換部として機能する。
[Toner detection]
Next, a configuration of toner remaining amount detection via the toner remaining
検出抵抗44に流れる電流Iは、トナー検出部25に流れる電流に等しい。トナー検出部25の静電容量Cに蓄えられる電荷Qは、ダイオード42のカソード側にかかる電圧をVとすると、Q=C×Vで表される。また、Q=∫I(t)dtであり、これらの関係から、検出抵抗44に流れる電流Iを求めることができる。検出抵抗44に流れる電流Iは、トナー検出部25の静電容量をC、交流電源41の振幅電圧と周波数をそれぞれVPP、f、直流電源47の電圧をVref、整流ダイオード42、43の順電圧をVFとすると、次の式(2)で表わされる。
I=Cf(VPP−Vref−2VF)・・・(2)
または、検出抵抗44の抵抗値をRとして、次の式(3)で表すこともできる。
I=(Vref−Vsns)/R・・・(3)
式(2)と式(3)からIを消去して整理すると、次の式(4)が導かれる。
C=(Vref−Vsns)/{Rf(VPP−Vref−2VF)}・・・(4)
よって、図2のような構成とすることで、CPU31は、トナー検出部25の静電容量Cの変化を、トナー残量検出部40から出力された電圧(以下、出力電圧)Vsnsの変化として検出することができる。
The current I flowing through the
I = Cf (V PP −V ref −2V F ) (2)
Alternatively, the resistance value of the
I = (V ref −V sns ) / R (3)
When I is eliminated and rearranged from the equations (2) and (3), the following equation (4) is derived.
C = (V ref −V sns ) / {Rf (V PP −V ref −2V F )} (4)
Therefore, with the configuration as shown in FIG. 2, the
図3(a)は、式(4)に示した静電容量Cと、出力電圧Vsnsの関係を示すグラフであり、横軸に静電容量C[pF]、縦軸に出力電圧Vsns[V]を示す図である。図中の破線が示す通り、トナー検出部25にトナー28がない状態の静電容量COと、トナー検出部25にトナー28がある状態の静電容量CIにより、出力電圧Vsnsの検出範囲が決定される。ここで、トナー検出部25にトナー28がない状態の静電容量COのときの出力電圧をVO、トナー検出部25にトナー28がある状態の静電容量CIのときの出力電圧をVIとする。
FIG. 3A is a graph showing the relationship between the capacitance C shown in equation (4) and the output voltage V sns , where the horizontal axis represents the capacitance C [pF] and the vertical axis represents the output voltage V sns. It is a figure which shows [V]. As shown by the broken line in the figure, the capacitance C O of the absence of
グラフの右側に示す波形は、撹拌部材21を回転させている状態のときに、トナー残量検出部40からCPU31に出力される出力電圧Vsnsの波形であり、横軸は時間を示す。波形の周期は撹拌部材21の回転周期T、振幅は出力電圧Vsnsの検出範囲(VI≦Vsns≦VO)となる。トナー検出部25にトナー28がない状態の時間TOと、トナー検出部25にトナー28がある状態の時間TIの比率は、トナー容器20内のトナー28の残量と相関がある。CPU31は、出力電圧Vsnsの波形のエッジをトリガとして、内部のタイマーにより時間TO、TIを測定し、回転周期Tとトナーがある状態の時間TIとの比(以下、デューティ比という)である(TI/(TO+TI))を算出する。そして、CPU31は、算出したデューティ比(TI/(TO+TI))に基づいて、予め記憶部32に格納された、デューティ比とトナー28の残量の関係を表すテーブルを参照することにより、トナー28の残量を検出する。このように、CPU31は、トナー残量検出部40により出力された電圧波形に基づいて、トナー容器20内(容器内)のトナーの量を判断する。より詳細には、CPU31は、撹拌部材21により攪拌された現像剤が、トナー検出部25を満たしているときに出力された電圧波形とトナー検出部25を満たしていないときに出力された電圧波形に基づいて、トナー28の残量を検出する。尚、CPU31は、出力電圧Vsnsの波形の立ち上がりエッジをトリガとしてタイマーによる計測を開始してもよいし、出力電圧Vsnsの波形の立ち下がりエッジをトリガとしてタイマーによる計測を開始してもよい。
The waveform shown on the right side of the graph is the waveform of the output voltage V sns output from the toner remaining
(テーブル)
表1に、記憶部32に予め格納されたデューティ比(TI/(TO+TI))とトナー28の残量の関係を表すテーブルの一例を示す。
Table 1 shows an example of a table representing the relationship between the duty ratio (T I / (T O + T I )) stored in advance in the
表1は、一列目にデューティ比[%]、二列目にトナー残量[%]を示す。例えば、算出されたデューティ比が70%のとき、CPU31は、表1のテーブルを参照することにより、トナー残量を30%と検出する。検出されたトナー28の残量は、例えば表示部50によりユーザーに報知される。ここで、表1のテーブルを用いてトナー28の残量を算出する具体例を示す。例として、トナー検出部25にトナー28がない状態の時間TO=0.6[sec]、トナー検出部25にトナー28がある状態の時間TI=0.4[sec]とする。CPU31は、デューティ比(TI/(TO+TI))を40[%]と算出し、表1を参照することによりトナー残量を15%と検出する。CPU31は、表示部50により、トナー28の残量を15[%]と報知する。
Table 1 shows the duty ratio [%] in the first row and the remaining toner amount [%] in the second row. For example, when the calculated duty ratio is 70%, the
[検出範囲]
次に、本実施例の特徴である、トナー28の残量の検出範囲を広げる方法について、図3(b)〜図3(d)を用いて説明する。まず、CPU31は、プロセスカートリッジ6が初期の状態、即ちトナー28がトナー容器20に充満した状態で、交流電源41の振幅電圧VPP、交流電源41の周波数f、直流電源47の直流電圧Vrefに、記憶部32に予め格納された所定の値を設定する。CPU31は、これらの値を設定し、出力電圧Vsnsを測定する。そして、CPU31は、式(4)に基づいてトナー検出部25にトナー28がある状態の静電容量CIを算出する。また、トナー検出部25にトナー28がない状態の静電容量COは、算出した静電容量CIと式(1)から算出する。
[range of detection]
Next, a method for expanding the detection range of the remaining amount of
図3(b)は、静電容量Cと出力電圧Vsnsの関係を示すグラフであり、横軸は静電容量C[pF]、縦軸は出力電圧Vsns[V]を示す。算出した静電容量CI、COと出力電圧Vsnsの関係をグラフ上のA点、B点にプロットしている。より詳細には、トナー検出部25にトナー28がない状態の静電容量COはA点、トナー検出部25にトナー28がある状態の静電容量CIはB点となる。ここで、A点、B点を、図中のA’点、B’点に移動させることができれば、出力電圧Vsnsの検出範囲を、図3(a)の(VO−VI)の範囲から図3(d)の所定の範囲であるΔV5まで広げることができる。言い換えれば、静電容量Cと出力電圧Vsnsの関係(特性ともいう)を示す直線について、A点、B点を通る直線から、傾きが異なりA’点、B’点を通る直線に変更することにより、出力電圧Vsnsの検出範囲を広げることができる。具体的には、静電容量Cと出力電圧Vsnsの関係を示す直線の傾きを大きくする(傾きを急峻にする)ことにより、出力電圧Vsnsの検出範囲を広げることができる。出力電圧Vsnsの検出範囲をΔV5まで広げるためには、トナー検出部25における導電部材の一方に電圧を印加する駆動条件、又は、トナー残量検出部40における静電容量の検出条件のうち、少なくとも2つのパラメータの設定値を変更する必要がある。そして、静電容量Cと出力電圧Vsnsの関係を、A’点、B’点を通る特性に変更する必要がある。
FIG. 3B is a graph showing the relationship between the capacitance C and the output voltage V sns , where the horizontal axis represents the capacitance C [pF] and the vertical axis represents the output voltage V sns [V]. The relationship between the calculated capacitances C I and C O and the output voltage V sns is plotted at points A and B on the graph. More specifically, the electrostatic capacitance C O is the point A of the absence of
本実施例では、静電容量Cと出力電圧Vsnsの関係(直線の傾き)を変更するパラメータとして、交流電源41の周波数fと直流電源47の直流電圧Vrefの設定値を変更する方法について説明する。CPU31は、トナー残量検出部40の出力特性を決定しているパラメータの値を変更し、トナー残量検出部40の検出範囲を、パラメータの値を変更する前の検出範囲よりも広くする。A’点での出力電圧Vsnsの値をVA’、B’点での出力電圧Vsnsの値をVB’とし、静電容量COと出力電圧VA’、静電容量CIと出力電圧VB’を、それぞれ式(4)に代入する。そうすると、次の式(5)、式(6)が得られる。
CO=(Vref−VA’)/{Rf(VPP−Vref−2VF)}・・・(5)
CI=(Vref−VB’)/{Rf(VPP−Vref−2VF)}・・・(6)
In this embodiment, a method of changing the frequency f of the AC power supply 41 and the set value of the DC voltage Vref of the
C O = (V ref −V A ′) / {Rf (V PP −V ref −2V F )} (5)
C I = (V ref −V B ′) / {Rf (V PP −V ref −2V F )} (6)
式(5)、式(6)からfを消去し、直流電圧Vrefについて整理すると、パラメータを変更した後の直流電圧Vref’が、以下の式(7)のように求められる。
Vref’=(CIVA’−COVB’)/(CI−CO)・・・(7)
式(7)で求めたVref’を、式(6)のVrefに置き換えて、周波数fについて式(6)を整理すると、パラメータを変更した後の周波数f’が、以下の式(8)のように求められる。
f’=(Vref’−VB’)/{RCI(VPP−Vref’−2VF)}・・・(8)
よって、周波数fと直流電圧Vrefの設定値を、式(7)及び式(8)で求めた直流電圧Vref’と周波数f’に変更することにより、図3(b)の、A点、B点を通る特性からA’点、B’点を通る特性に変更することができる。
When f is deleted from the equations (5) and (6) and the DC voltage V ref is arranged, the DC voltage V ref ′ after changing the parameters is obtained as in the following equation (7).
V ref '= (C I V A' -C O V B ') / (C I -C O) ··· (7)
When V ref ′ obtained in Expression (7) is replaced with V ref in Expression (6) and Expression (6) is rearranged for frequency f, the frequency f ′ after changing the parameter is expressed by the following Expression (8) ).
f ′ = (V ref ′ −V B ′) / {RC I (V PP −V ref ′ −2V F )} (8)
Therefore, by changing the set values of the frequency f and the DC voltage V ref to the DC voltage V ref ′ and the frequency f ′ obtained by the equations (7) and (8), the point A in FIG. , The characteristic passing through point B can be changed to the characteristic passing through point A ′ and point B ′.
図3(c)、図3(d)には、プロセスカートリッジ6の使用に伴い、トナー28の残量が少なくなった状態でトナー28の残量を検知した場合の出力電圧Vsnsの波形を示す。図3(c)、図3(d)の横軸はいずれも時間である。図3(c)は、トナー28が充満した状態のとき(初期状態ともいう)の設定値(初期値ともいう)、即ち、元の設定値で残量が少なくなったトナー28を検出したときの出力電圧Vsnsの波形を示している。図3(c)は、図3(b)のA点、B点を通る特性での波形である。一方、図3(d)は、直流電圧を初期値の直流電圧VrefからVref’に、周波数を初期値の周波数fからf’に、それぞれ変更した設定値で残量が少なくなったトナー28を検出したときの出力電圧Vsnsの波形を示している。図3(d)は、図3(b)のA’点、B’点を通る特性での波形である。図3(c)及び図3(d)から明らかなように、トナー残量検出部40の可変制御できるパラメータの設定値を変更することで、出力電圧Vsnsの検出範囲を、ΔV5に広げることができる。本実施例では、後述する図4に示す2つの工程がある。一つは図4(a)で説明する設定値算出処理を行う工程であり、もう一つは図4(b)で説明するトナー残量検出処理を行う工程である。本実施例において2つの工程を実施するタイミングについて図3(e)を用いて説明する。
3C and 3D show waveforms of the output voltage V sns when the remaining amount of the
[トナー残量検出のタイミング]
図3(e)は、本体1の動作を簡易的に時系列で示した図であり、横軸に時間を示す。例えば、T11を、本体1を起動したタイミングとする。タイミングT11からタイミングT12の間を、本体1内の残留紙の確認や中間転写ベルト13等のクリーニング動作を行うための起動シーケンスの区間とする。タイミングT12からタイミングT13の間を、中間転写ベルト13等の駆動部の駆動開始や定着ユニット15に電力の投入を開始するプリント準備の区間とする。タイミングT13からタイミングT14の間はプリント動作を行う(プリント中)区間、タイミングT14からタイミングT15の間を中間転写ベルト13等のクリーニング動作を行うためのプリント停止準備の区間とする。
[Toner remaining detection timing]
FIG. 3E is a diagram simply showing the operation of the
本実施例では、図4(a)の設定値算出処理の工程を、本体1とプロセスカートリッジ6が設置されてから初めて本体1を起動するT11〜T12の間、又は、プリント準備を行うT12〜T13の間に行うことが好ましい。プロセスカートリッジ6が新品に交換された場合には、新品に交換されるたびに、タイミングT12で図4(a)の設定値算出処理の工程を行って、検出範囲を調整することが好ましい。また、図4(b)のトナー残量検出処理の工程は、タイミングT12からタイミングT15の間において行うことが好ましく、撹拌部材21を回転させてトナー28を撹拌させるタイミングであれば特に制限されるものではない。ただし、図4(b)のトナー残量検出処理の工程は、図4(a)の設定値算出処理の工程を行った後に行うものとする。即ち、CPU31は、トナー残量検出部40の検出範囲を広げた後で、トナー容器20内のトナー28の量を判断するものとする。
In the present embodiment, the set value calculation process shown in FIG. 4A is performed during T 11 to T 12 when the
[パラメータの設定値]
ここで、実際にパラメータの設定値を算出する具体例を示す。CPU31は、トナー検出部25がトナー28で満たされているときに、トナー残量検出部40から出力された電圧Vsnsに基づいてトナー検出部25の静電容量CIを求める。CPU31は、求めた静電容量CIに基づいて、トナー残量検出部40の検出範囲を所定の範囲、例えばΔV5とするときのパラメータの値(Vref’、f’)をトナー残量検出部40に設定する。可変制御できるパラメータの初期設定は、直流電源47の直流電圧をVref=4.0[V]、交流電源41の周波数をf=50[kHz]とする。また、その他の値を次のようにする。まず、誘電率εr=1.4、交流電源41の振幅電圧VPP=200[V]、検出抵抗44の抵抗値R=33[kΩ]とする。また、整流ダイオード42、43の順電圧VF=1.0[V]、トナー検出部25にトナー28がある状態での出力電圧Vsns=0.48[V]とする。まず、式(4)より、CI=11.0[pF]、式(1)より、CO=7.9[pF]と算出できる。算出したCOを式(4)に代入することにより、トナー検出部25にトナー28がない状態での出力電圧は、Vsns=1.48[V]と求められる。これにより、トナー28が充満している初期状態における出力電圧Vsnsの検出範囲は、1.0(=1.48−0.48)[V]であることがわかる。
[Parameter settings]
Here, a specific example of actually calculating the parameter setting value is shown. CPU31, when the
ここから、出力電圧Vsnsを検出できる範囲を、0.5[V]〜2.5[V]とする場合に、検出範囲が2.0[V]となるようにするために必要な、可変制御できるパラメータの設定値について説明する。ここでは、トナー検出部25にトナーがない状態のときの出力電圧をVA’=2.5[V]、トナー検出部25にトナーがある状態のときの出力電圧をVB’=0.5[V]とする。そうすると、式(7)から、Vref’=7.5[V]と算出できる。更に、式(8)から、f’=101[kHz]と算出できる。このようにして、各パラメータの設定値を、直流電圧についてVrefから算出されたVref’に、周波数についてfからf’に、それぞれ変更することにより、検出範囲を1.0[V]から2.0[V]に広げることができる。
From here, when the range in which the output voltage V sns can be detected is 0.5 [V] to 2.5 [V], it is necessary to make the detection range 2.0 [V]. The setting values of the parameters that can be variably controlled will be described. Here, the output voltage when the
[トナー残量検出処理]
(パラメータの設定値の算出)
次に、本実施例におけるCPU31によるトナー28の残量を検出する流れについて、図4のフローチャートにより説明する。図4(a)は、プロセスカートリッジ6のトナー容器20にトナー28が充満された状態における、トナー残量検出部40の可変制御できる各パラメータの設定値算出処理を示すフローチャートである。本実施例では、トナー残量検出部40の可変制御できる各パラメータの一例として、直流電源47の直流電圧Vref’と交流電源41の周波数f’の設定値を算出する。
[Toner level detection processing]
(Calculation of parameter settings)
Next, the flow of detecting the remaining amount of
ステップ(以下、Sとする)101でCPU31は、予め記憶部32に格納された所定の設定値を読み出し、トナー残量検出部40の各パラメータを読み出した所定の設定値に設定して、出力電圧Vsnsを測定する。ここで、CPU31が測定した出力電圧Vsnsは、トナー検出部25にトナーが充填された状態、即ち、トナー検出部25にトナーがある状態での出力電圧Vsnsである。S102でCPU31は、S101で測定した出力電圧Vsnsに基づき、式(4)よりトナー検出部25にトナー28がある状態の静電容量CIを算出する。また、CPU31は、式(1)からトナー検出部25にトナー28がない状態の静電容量COを算出する。S103でCPU31は、S102で算出した静電容量CI、COと、予め記憶部32に記憶された変更後の出力電圧VA’、VB’から、式(7)より変更後の直流電圧Vref’を算出する。CPU31は、式(8)より変更後の周波数f’を算出する。S104でCPU31は、S103で算出した変更後の直流電圧Vref’と周波数f’を、記憶部32に格納する。
In step (hereinafter referred to as S) 101, the
(トナーの残量検出)
図4(b)により、トナー容器20内のトナー28の残量が少なくなった状態での、トナー残量検出処理を説明する。S201でCPU31は、交流電源41の周波数fと、直流電源47の直流電圧Vrefを、図4(a)のS104で記憶部32に格納した変更後の直流電圧Vref’と周波数f’に変更する。S202でCPU31は、撹拌部材21を回転させる。S203でCPU31は、出力電圧Vsnsの測定を開始する。例えば、CPU31は、出力電圧Vsnsの波形のエッジを検知したときに、タイマーによる計測を開始する。S204でCPU31は、S203で得られた出力電圧Vsnsの波形から、CPU31内のタイマーを参照することにより、トナー検出部25にトナーがある状態の時間TI、トナー検出部25にトナーがない状態のTOを測定する。CPU31は、デューティ比(TI/(TO+TI))を算出する。S205でCPU31は、S204で算出したデューティ比(TI/(TO+TI))と、予め記憶部32に格納されたテーブル(例えば、表1のテーブル)に基づいて、トナー28の残量を検出する。S206でCPU31は、S205で検出したトナー28の残量を、表示部50に表示させて報知する。
(Toner level detection)
With reference to FIG. 4B, the toner remaining amount detection process in a state where the remaining amount of the
以上のように、トナー残量検出部40における可変制御できる各パラメータの設定値を適切に変更することにより、トナー容器20内におけるトナー28の残量が多い時点に比べて出力電圧Vsnsの検出範囲を広げることが可能である。その結果、トナー28の残量検出に対する分解能を向上させることができる。
As described above, the output voltage V sns is detected as compared with the time when the remaining amount of the
尚、本実施例では交流電圧の周波数f、直流電圧Vrefを変更する場合の方法について説明した。しかし、変更するパラメータの組み合わせは、例えば、交流電源41の振幅電圧VPPと直流電源47の直流電圧Vrefでもよい。この場合、式(7)で求めた変更後の直流電圧Vref’を式(6)のVrefに置き換えて、振幅電圧VPPについて式(6)を整理する。これにより、変更後の振幅電圧VPP’が以下の式(9)のように求められる。
VPP’={(Vref’−VB’)/RfCI}+Vref’+2VF・・・(9)
よって、振幅電圧VPPと直流電圧Vrefの設定値を、式(7)及び式(9)で求めた変更後の直流電圧Vref’と振幅電圧VPP’に変更することにより、図3(b)の、A’点、B’点を通る特性に変更することができる。このように、変更するパラメータは、交流電源41の振幅電圧Vpp、交流電源41の周波数f、直流電圧Vrefの中から選択された2つのパラメータである。
In the present embodiment, the method for changing the frequency f of the AC voltage and the DC voltage Vref has been described. However, the combination of parameters to be changed may be, for example, the amplitude voltage V PP of the AC power supply 41 and the DC voltage V ref of the
V PP ′ = {(V ref ′ −V B ′) / RfC I } + V ref ′ + 2V F (9)
Therefore, by changing the set values of the amplitude voltage V PP and the DC voltage V ref to the changed DC voltage V ref ′ and amplitude voltage V PP ′ obtained by the equations (7) and (9), FIG. It is possible to change the characteristic to pass through the points A ′ and B ′ in (b). Thus, the parameters to be changed are two parameters selected from the amplitude voltage V pp of the AC power supply 41, the frequency f of the AC power supply 41, and the DC voltage V ref .
以上、本実施例によれば、より精度よくトナー残量を検出することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to detect the remaining amount of toner with higher accuracy.
実施例2では、実施例1の図4(a)に示した設定値算出処理の別の方法について説明する。トナー残量検出部40を搭載した本体1の構成、及び、トナー28の残量検出における基本動作については実施例1と同様のため、説明を省略する。また、図4(b)に示したトナー残量検出処理については同様であるため、説明を省略する。実施例2では、出力電圧Vsnsの検出範囲をCPU31でモニタしながら、トナー残量検出部40の可変制御できる各パラメータを段階的に調整して、出力電圧Vsnsの検出範囲を広げる方法について述べる。ここで、本実施例では、トナー残量検出部40の可変制御できるパラメータとして、交流電源41の振幅電圧VPPと周波数fの設定値を段階的に調整する。
In the second embodiment, another method of setting value calculation processing shown in FIG. 4A of the first embodiment will be described. Since the configuration of the
[振幅電圧と周波数]
まず、振幅電圧VPPと周波数fの調整における前提条件について説明する。図5は、出願人らが実験で測定した出力電圧Vsnsに対する、CPU31が振幅電圧VPPと周波数fを変更したときの検出範囲の特性の一例を示している。図5は、横軸に振幅電圧Vpp[V]、縦軸に検出範囲[V]を示す。尚、振幅電圧Vppの初期値を140Vとする。また、図5では、実線が周波数fを80kHzとした場合、ピッチの長い一点鎖線が周波数fを70kHzとした場合、二点鎖線が周波数fを60kHzとした場合の特性を示す。更に、図5では、一点鎖線が周波数fを50kHzとした場合、破線が周波数fを40kHzとした場合、点線が周波数fを30kHzとした場合の特性を示す。尚、周波数fの初期値を50kHzとする。また、図5中の黒点は、初期値の振幅電圧Vpp(=140V)と周波数f(=50kHz)を示し、このときの検出範囲はΔV1となっている。
[Amplitude voltage and frequency]
First, preconditions for adjusting the amplitude voltage V PP and the frequency f will be described. FIG. 5 shows an example of the characteristics of the detection range when the
CPU31は、振幅電圧VPPを120[V]〜200[V]の範囲内でトナー28の撹拌毎に、即ち、撹拌部材21を所定回数、回転させる毎に、20[V]ずつ変化させることができるものとする。例えば、CPU31は、撹拌部材21を1回回転させる毎に、振幅電圧Vppを20[V]ずつ変化させる。尚、撹拌部材21を回転させる回数は1回に限定されず、撹拌部材21の回転周期に応じて、パラメータの値を変更する構成であればよい。また、CPU31は、周波数fを30[kHz]〜80[kHz]の範囲内でトナー28の撹拌毎に10[kHz]ずつ変化させることができるものとする。CPU31は、記憶部32に格納された振幅電圧VPPの初期値140[V]、周波数fの初期値50[kHz]、をそれぞれ設定し、また、直流電圧Vrefを3[V]に設定して、トナー残量検出部40の調整を開始するものとする。CPU31は、パラメータの値を順次変更してトナー残量検出部40に設定したときの複数の検出範囲を求め、求めた複数の検出範囲の中で最も大きい検出範囲となったときのパラメータの値をトナー残量検出部40に設定する。
The
尚、本実施例において、図4(a)の設定値算出処理の工程を実施するタイミングは、トナー容器20内のトナー量が減った状態から行う。また、図3(e)のタイミングT11からタイミングT15の間において撹拌部材21を回転させてトナー28を撹拌させるタイミングであれば、特に制限されるものではない。ただし、図4(b)のトナー残量検出処理の工程は、図4(a)の設定値算出処理の工程を行った後に行うものとする。本実施例の処理は、プロセスカートリッジ6が交換されたとしても、常にトナー容器20内のトナー量が減った状態までプリント動作を行ってから、図4(a)の設定値算出処理の工程を実施する。
In this embodiment, the timing for executing the setting value calculation process in FIG. 4A is performed from the state where the toner amount in the
[パラメータの設定値の算出]
次にCPU31が行う調整方法に関して説明する。図6(a)は本実施例における出力電圧Vsnsと静電容量Cの関係を示しており、横軸に静電容量C[pF]、縦軸に出力電圧Vsns[V]を示す。また、図6(a)では、801は振幅電圧VPPと周波数fを調整する前の出力電圧Vsnsを、802は振幅電圧VPPと周波数fを調整した後の出力電圧Vsnsを、それぞれ示している。調整前の801における静電容量COに対応した出力電圧VsnsをVO、静電容量CIに対応した出力電圧VsnsをVIとして、検出範囲をΔV1とする。
[Calculation of parameter settings]
Next, an adjustment method performed by the
CPU31は、振幅電圧VPPと周波数fを調整する前の工程として、記憶部32に格納された所定の振幅電圧VPPと所定の周波数fを設定する。そしてCPU31は、トナー28を撹拌する際に、CPU31のアナログデジタル変換ポート(不図示)に入力される出力電圧Vsnsの変化をモニタする。CPU31は、撹拌部材21の撹拌周期内で電圧レベルが最も高いときの出力電圧Vsns、電圧レベルが最も低いときの出力電圧Vsnsを測定し、最も高いときの出力電圧をVO、最も低いときの出力電圧をVIとする。VO、VIに基づいて、ΔV1を式(10)により求める。
ΔV1=VO‐VI・・・(10)
CPU31 sets the amplitude voltage V PP and as a step before the adjustment of the frequency f, of the predetermined stored in the
ΔV 1 = V O −V I (10)
次に、振幅電圧VPPと周波数fを調整する工程について説明する。CPU31は、出力電圧Vsnsの検出範囲が式(10)で求めたΔV1の状態から、検出範囲が最大となるΔV2となるように、振幅電圧VPPと周波数fを調整する。以下に、一例としてトナー28の撹拌毎に振幅電圧VPPと周波数fを可変制御することによる出力電圧Vsnsの検出範囲を広げる方法について説明する。
Next, a process for adjusting the amplitude voltage V PP and the frequency f will be described. The
[検出範囲の変化]
図6(b)は本実施例の振幅電圧VPPと周波数fの調整における検出範囲の変化を時間軸で示した図であり、横軸は時間T[s]、縦軸は検出範囲[V]を示す。図6(b)のt1は振幅電圧Vppと周波数fの調整を開始した時間を示す。t1では、振幅電圧Vppは140V、周波数fは50kHzと、いずれも図5で初期値とした値にする。図6(b)のt2は振幅電圧VPPが調整範囲の上限値200[V]に、t4は検出範囲が調整範囲の最大(ΔV2)に到達した時間を示す。図6(b)のt5は振幅電圧Vppと周波数fの調整が終了した時間を示している。尚、振幅電圧VPP及び周波数fの設定は、撹拌部材21の撹拌周期の間隔で変更している。以降、パラメータを設定する際の時間の間隔(本実施例では攪拌周期)を調整幅ともいう。また、t1における静電容量に対する出力電圧Vsnsの関係が図6(a)の801に対応しており、t4における静電容量に対する出力電圧Vsnsの関係が図6(a)の802に対応している。したがって、t1における出力電圧Vsnsの検出範囲はΔV1、t4における出力電圧Vsnsの検出範囲はΔV2となる。
[Change of detection range]
FIG. 6B is a diagram showing the change of the detection range in the adjustment of the amplitude voltage V PP and the frequency f of the present embodiment on the time axis, the horizontal axis is the time T [s], and the vertical axis is the detection range [V. ] Is shown. In FIG. 6B, t 1 indicates the time when the adjustment of the amplitude voltage V pp and the frequency f is started. In t 1, the amplitude voltage V pp 140 V, the frequency f is 50kHz and both set to a value in which the initial value in FIG. In FIG. 6B, t 2 indicates the time when the amplitude voltage V PP reaches the upper limit value 200 [V] of the adjustment range, and t 4 indicates the time when the detection range reaches the maximum (ΔV 2 ) of the adjustment range. Figure 6 t 5 of (b) shows a time in which the adjustment of the amplitude voltage V pp and the frequency f has been completed. The setting of the amplitude voltage V PP and the frequency f is changed at the interval of the stirring cycle of the stirring
CPU31は、t1〜t3までの間においては振幅電圧VPPを20[V]ずつ大きくする。CPU31は、t3で振幅電圧VPPが調整範囲の上限値200[V]に到達したことを検出したら、t3〜t5の間で振幅電圧VPPを上限値200[V]に固定して、周波数fを10[kHz]ずつ高くする。CPU31は、出力電圧Vsnsの検出範囲が、前回の検出範囲から増加幅が所定範囲を下回るt5のタイミングで調整を終了する。例えば、図5に示す例では、振幅電圧Vppが200Vのとき、最大の検出範囲ΔV2となるのは、周波数が70kHzのときであり、周波数fを10kHz高くした80kHzでは、検出範囲がΔV2よりも下がってしまう。このため、CPU31は、周波数fを80kHzにしたタイミングで調整を終了する。
The
このようにして、CPU31は、出力電圧Vsnsの検出範囲が最大(ΔV2)となるときに設定された振幅電圧VPP=200[V]とf=70[kHz]を、トナー28の残量を検出する際の設定値として採用し、記憶部32に保存する。撹拌部材21がトナー28を攪拌することにより、トナー検出部25をトナー28で満たす状態と満たさない状態とが周期的に繰り返される。CPU31は、トナー28がトナー検出部25を満たしているときにトナー残量検出部40から出力された電圧VIと、トナー検出部25を満たしていないときにトナー残量検出部40から出力された電圧VOとから検出範囲を求める。尚、本実施例では振幅電圧VPPを調整した後に周波数fを調整したが、調整の順序は逆、又は交互に行ってもよい。また、振幅電圧VPPと周波数fは固定の調整幅で調整を行ったが、調整幅を可変してもよく、その調整幅も実施例の調整幅に限定する必要はない。
In this way, the
[パラメータの設定値算出処理]
次に図7のフローチャートを用いて、本実施例のCPU31によるトナー残量検出部40の振幅電圧VPPと周波数fの設定値を求めるまでの流れを説明する。S301でCPU31は、所定の設定値で出力電圧Vsnsを測定し、この時点での検出範囲を算出する。具体的には、CPU31は、トナー残量検出部40の各パラメータに予め記憶部32に格納された所定の設定値を設定する。本実施例では、パラメータとして、振幅電圧VPPと周波数fと直流電圧Vrefの各値を記憶部32から読み出して、読み出した値を設定値とする。ここで、振幅電圧VPPを140[V]、周波数fを50[kHz]、直流電圧Vrefを3[V]とする。CPU31は、これらの値を設定して、撹拌部材21を動作させ、トナー検出部25にトナー28がある状態のときの出力電圧Vsnsと、トナー検出部25にトナー28がない状態のときの出力電圧Vsnsを検出し、検出範囲を算出する。
[Parameter setting value calculation processing]
Next, the flow until the
S302でCPU31は、振幅電圧VPPを20[V]大きくして、S303で、トナー検出部25にトナー28がある状態のときの出力電圧Vsnsと、トナー検出部25にトナー28がない状態のときの出力電圧Vsnsから検出範囲を算出する。S304でCPU31は、S303で算出した検出範囲に基づいて、S302における振幅電圧VPPの変更前後に対する出力電圧Vsnsから、検出範囲が変更前(前回)の検出範囲の増加幅よりも所定の増加幅以上高くなったか否かを判断する。S304でCPU31は、出力電圧Vsnsに対する検出範囲の増加幅が所定の増加幅より下回ったと判断した場合には、S310の処理に進む。S310でCPU31は、変更する前の振幅電圧VPPと周波数fを記憶部32に格納して調整を終了する。
In S302, the
S304でCPU31は、出力電圧Vsnsの検出範囲の増加幅が所定の増加幅以上であると判断した場合には、S305の処理に進む。S305でCPU31は、振幅電圧VPPが調整範囲の上限値である200[V]に到達したか否かを判断する。S305でCPU31は、上限値200[V]に到達していないと判断した場合、S302の処理に戻る。S305でCPU31は、振幅電圧VPPが調整範囲の上限値200[V]に到達したと判断した場合、S306の処理に進む。
If the
S306でCPU31は、振幅電圧VPPを200[V]に固定し、周波数fを10[kHz]高くする。S307でCPU31は、トナー検出部25にトナー28がある状態のときの出力電圧Vsnsと、トナー検出部25にトナー28がない状態のときの出力電圧Vsnsを検出して、検出範囲を算出する。S308でCPU31は、S307で算出した検出範囲に基づいて、S306における周波数fの変更前後に対する出力電圧Vsnsから、検出範囲が変更前(前回)の検出範囲の増加幅よりも所定の増加幅以上高くなったか否かを判断する。S308でCPU31は、出力電圧Vsnsに対する検出範囲の増加幅が所定の増加幅より下回ったと判断した場合には、S310の処理に進む。S310でCPU31は、変更する前の振幅電圧VPP(この場合、200V)と周波数fを記憶部32に格納して調整を終了する。
In S306, the
S308でCPU31は、出力電圧Vsnsの検出範囲の増加幅が所定の増加幅以上であると判断した場合には、S309の処理に進む。S309でCPU31は、周波数fが調整範囲の上限値80[kHz]に到達したか否かを判断する。S309でCPU31は、上限値80[kHz]に到達していないと判断した場合、S306の処理に戻る。S309でCPU31は、周波数fが調整範囲の上限値80[kHz]に到達したと判断した場合、S310の処理に進む。S310でCPU31は、振幅電圧Vpp(この場合、200V)と変更した後の周波数f(この場合、80kHz)を記憶部32に格納して調整を終了する。
If the
以上のように、トナー残量検出部40における可変制御できる各パラメータの設定値を適切に変更することにより、検出範囲を広くすることが可能である。また、本実施例の方法であれば、トナー残量検出部40内の部品の定数ばらつきやトナー検出部25がもつ抵抗成分による影響に対しても補正し、検出範囲を広くすることが可能である。ここで、トナー残量検出部40の部品とは、例えば、ダイオード42、43と抵抗44等である。そのため、トナー残量検出部40の可変制御できるパラメータを高精度に設定することができる。
As described above, it is possible to widen the detection range by appropriately changing the setting values of the parameters that can be variably controlled in the toner remaining
以上、本実施例によれば、より精度よくトナー残量を検出することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to detect the remaining amount of toner with higher accuracy.
実施例3でも実施例1の図4(a)に示した設定値算出処理の別の方法について説明する。本実施例においても、トナー残量検出部40を搭載した本体1の構成、及び、トナー28の残量検出における基本動作については実施例1と同様のため、内容を省略する。また、図4(b)に示したトナー残量検出処理については同様であるため、説明を省略する。本実施例では、出力電圧Vsnsの検出範囲を、CPU31がモニタしながらトナー残量検出部40の可変制御できる各パラメータを段階的に調整して、出力電圧Vsnsの検出範囲を広げる方法について述べる。尚、本実施例では、トナー残量検出部40の可変制御できるパラメータとして、交流電源41の振幅電圧VPPと直流電源47の直流電圧Vrefを段階的に調整する。
In the third embodiment, another method of setting value calculation processing shown in FIG. 4A of the first embodiment will be described. Also in the present embodiment, the configuration of the
実施例2で述べた通り、振幅電圧VPPを大きくすると、検出範囲は広くなる。本実施例では、直流電圧Vrefを大きくして、静電容量の検出範囲を高い側にシフトさせ、且つ、振幅電圧VPPを大きくする。これにより、CO、CIについて静電容量が高めに位置する場合でも、検出範囲を広くすることができる。例えば、2枚の導電部材の位置ばらつきや使用環境等により、トナー検出部25が形成する静電容量がばらつく場合、図6(a)の801のように出力電圧Vsnsに対する静電容量の範囲を広くする必要がある。トナーがない状態のトナー検出部25の静電容量がCO’、トナーがある状態のトナー検出部25の静電容量がCI’であった場合、801の直線では、検出範囲はΔV3となる。実施例2で説明した通り、振幅電圧VPP又は周波数fを大きくすると、直線の傾きは急峻な傾きに近づく。本実施例では、この特性を静電容量CO、CIが検出範囲内で高い側に位置する場合においても適用するために、振幅電圧VPPと直流電圧Vrefを適切に変更することにより、検出範囲を広くすることが可能となることを説明する。
As described in the second embodiment, when the amplitude voltage V PP is increased, the detection range is widened. In the present embodiment, the DC voltage V ref is increased, the capacitance detection range is shifted to the higher side, and the amplitude voltage V PP is increased. Thus, C O, even when the electrostatic capacitance for C I is positioned to be higher, it is possible to widen the detection range. For example, when the electrostatic capacitance formed by the
[振幅電圧と直流電圧]
まず、振幅電圧VPPと直流電圧Vrefの調整における前提条件について説明する。図8は、出願人らが実験で測定した出力電圧Vsnsに対する、CPU31が振幅電圧VPPと直流電圧Vrefを変えたときの検出範囲の特性例を示している。図8は、横軸に振幅電圧Vpp[V]、縦軸に検出範囲[V]を示す。尚、振幅電圧Vppの初期値を140V、周波数fの初期値を50[kHz]とする。また、図8では、実線が直流電圧Vrefを3[V]とした場合、点線が直流電圧Vrefを4[V]とした場合の特性を示している。尚、直流電圧Vrefが3[V]のときを初期値とする。CPU31は、振幅電圧VPPを100V〜200Vの範囲内でトナー28の撹拌毎に10Vずつ変化させることができ、直流電圧Vrefは3[V]と4[V]の2段階で切り替えられるものとする。尚、図4(a)の設定値算出処理の工程を実施するタイミングを含むその他の条件は、実施例2と同様なため、説明を省略する。
[Amplitude voltage and DC voltage]
First, preconditions for adjusting the amplitude voltage V PP and the DC voltage V ref will be described. FIG. 8 shows a characteristic example of the detection range when the
[パラメータの設定値の算出]
次にCPU31が行う調整方法に関して説明する。図9(a)は本実施例における出力電圧Vsnsと静電容量Cの関係を示しており、横軸に静電容量C[pF]、縦軸に出力電圧Vsns[V]を示す。また、図9(a)では、801は振幅電圧VPP、直流電圧Vrefを含むパラメータに対して、記憶部32に格納された所定の値を設定したときの調整前の出力電圧Vsnsを示している。ここで、記憶部32に格納された所定の値は、振幅電圧VPPは140[V]、周波数fは50[kHz]、直流電圧Vrefは3[V]である。
[Calculation of parameter settings]
Next, an adjustment method performed by the
801において静電容量CO’に対応した出力電圧VsnsをVO’、静電容量CI’に対応した出力電圧VsnsをVI’とする。また、検出範囲をΔV3としたとき、CPU31はΔV3を式(11)により求める。VO’、VI’の測定方法は実施例2のVO、VIと同様のため説明を省略する。
ΔV3=VO’−VI’・・・(11)
In 801, the output voltage V sns corresponding to the capacitance C O ′ is V O ′, and the output voltage V sns corresponding to the capacitance C I ′ is V I ′. When the detection range is ΔV 3 , the
ΔV 3 = V O '−V I ' (11)
図9(a)の1104、1105は、801の状態から振幅電圧VPP又は直流電圧Vrefを変更したときの、静電容量に対する出力電圧Vsnsを示している。CPU31は、振幅電圧VPPと直流電圧Vrefを変えて、801、1104、1105、の順番になるように静電容量に対する出力電圧Vsnsの関係を変えていく。まず、振幅電圧Vppが初期値140[V]である801の状態から、振幅電圧VPPを10[V]大きくすると、検出範囲はΔV3よりも小さくなる。即ち、図8に示すように、直流電圧Vrefが3[V]のとき、振幅電圧Vppを140[V]から150[V]に変更すると検出範囲がΔV3よりも下がる。このため、CPU31は、振幅電圧VPPを変更する前の140[V]に戻して、直流電圧Vrefを3[V]から4[V]に設定する。このときの静電容量に対する出力電圧Vsnsの関係は、1104の状態のようになり、1104は801に対して全体として右側に平行移動する。1104の状態では、直線の傾きは変わらないため、静電容量Co’、CI’に対する検出範囲はΔV3となる。その後、1104の状態から、振幅電圧VPPを10[V]ずつ大きくしていくと、直流電圧Vrefが4[V]で検出範囲が最大(ΔV4)となる。このときの静電容量に対する出力電圧Vsnsの関係は1105となる。このように、CPU31は、検出範囲が初期値ΔV3から最大値ΔV4になるように、振幅電圧VPPと直流電圧Vrefを段階的に調整する。このように、本実施例では、トナー検出部25の静電容量が高い側へシフトしている場合でも、検出範囲を広くすることができる。次はCPU31が行う調整方法を時間軸で説明する。
Reference numerals 1104 and 1105 in FIG. 9A indicate the output voltage V sns with respect to the capacitance when the amplitude voltage V PP or the DC voltage V ref is changed from the
[検出範囲の変化]
図9(b)は本実施例の振幅電圧VPPと直流電圧Vrefの調整における検出範囲の変化を時間軸で示した図であり、横軸は時間T[s]、縦軸は検出範囲[V]を示す。図9(b)のt1’は振幅電圧Vppと直流電圧Vrefの調整を開始した時間を示す。t1’における静電容量に対する出力電圧Vsnsの関係は、図9(a)の801に対応し、検出範囲はΔV3となる。t2’は振幅電圧VPPを140[V]から10[V]高くした時間である。t2’で振幅電圧Vppを10[V]高くすると検出範囲がΔV3よりも小さくなる。t3’は振幅電圧VPPを140[V]に戻して、直流電圧Vrefを3[V]から4[V]に設定した時間を示し、t3’における静電容量に対する出力電圧Vsnsの関係は図9(a)の1104に対応し、検出範囲はΔV3となる。t4’は振幅電圧VPPを140[V]から10[V]ずつ高くしていき、直流電圧Vrefが4[V]のときの検出範囲が最大(ΔV4)に到達した時間を示している。t4’における静電容量に対する出力電圧Vsnsの関係は図9(a)の1105に対応し、検出範囲はΔV4となる。
[Change of detection range]
FIG. 9B is a diagram showing the change of the detection range in the adjustment of the amplitude voltage V PP and the DC voltage V ref of this embodiment on the time axis, the horizontal axis is the time T [s], and the vertical axis is the detection range. [V] is shown. In FIG. 9B, t 1 ′ indicates the time when adjustment of the amplitude voltage V pp and the DC voltage V ref is started. The relationship of the output voltage V sns to the capacitance at t 1 ′ corresponds to 801 in FIG. 9A, and the detection range is ΔV 3 . t 2 ′ is the time when the amplitude voltage V PP is increased from 140 [V] to 10 [V]. When the amplitude voltage V pp is increased by 10 [V] at t 2 ′, the detection range becomes smaller than ΔV 3 . t 3 ′ indicates the time when the amplitude voltage V PP is returned to 140 [V] and the DC voltage V ref is set from 3 [V] to 4 [V], and the output voltage V sns with respect to the capacitance at t 3 ′. 9 corresponds to 1104 in FIG. 9A, and the detection range is ΔV 3 . t 4 ′ indicates the time when the detection range reaches the maximum (ΔV 4 ) when the amplitude voltage V PP is increased from 140 [V] by 10 [V] and the DC voltage V ref is 4 [V]. ing. The relationship of the output voltage V sns to the capacitance at t 4 ′ corresponds to 1105 in FIG. 9A, and the detection range is ΔV 4 .
t5’は検出範囲がΔV4の状態から更に振幅電圧VPPを10[V]高くして、検出範囲がΔV4より小さくなったときの時間を示している。このように撹拌周期の間隔で振幅電圧VPP又は直流電圧Vrefを変更しており、CPU31は、前回の検出範囲からの増加幅が所定の増加幅を下回るt5’のタイミングで調整を終了する。例えば、図8に示す例では、直流電圧Vrefが4Vのとき、最大の検出範囲ΔV4となるのは、振幅電圧Vppが170Vのときであり、振幅電圧Vppを10V高くすると、検出範囲がΔV4よりも下がってしまう。このため、CPU31は、振幅電圧Vppを180Vにしたタイミングで調整を終了する。以上のことから、検出範囲がΔV4となるときに設定した振幅電圧VPP=170[V]と直流電圧Vref=4[V]を、トナー28の残量を検出する際の設定値として採用する。
本実施例では直流電圧Vrefを2段階で調整できるようにしたが、2段階以上の調整でもよいし、CPU31のPWM出力用ポート(不図示)から出力されるPWM出力で調整しても構わない。また、本実施例における出力電圧Vsnsの検出範囲は、振幅電圧VPPと直流電圧Vrefの組み合わせにおける調整に関して記述したが、図5に示した特性から明らかなように、周波数fと直流電圧Vrefでもよい。周波数fと直流電圧Vrefの組み合わせとした場合でも、本実施例の方法を用いれば、検出範囲を広くする調整が可能である。周波数fを所定のステップ間隔で変更し、検出範囲が前回の結果よりも低くなった時点で直流電圧Vrefを変更して、再度、周波数fを調整することにより、出力電圧Vsnsの検出範囲を広くすることができる。
In this embodiment, the DC voltage V ref can be adjusted in two stages, but it may be adjusted in two or more stages, or may be adjusted by a PWM output output from a PWM output port (not shown) of the
また、実施例2、実施例3では振幅電圧VPPと周波数f、振幅電圧VPPと直流電圧Vrefという様に、2つのパラメータを用いて検出範囲の調整を行っている。しかし、用いるパラメータは2つに限らず3つ以上の組み合わせとしてもよい。例えば、振幅電圧VPPと周波数fと直流電圧Vrefを変更する場合、振幅電圧VPPと周波数fを所定のステップ間隔で変更し、検出範囲が前回の結果よりも低くなった時点で直流電圧Vrefを変更して、再度、振幅電圧VPPと周波数fを調整する。これにより、より広い調整範囲で検出範囲を広くすることができる。尚、振幅電圧VPPは固定の調整幅で調整を行ったが、可変してもよく、その調整幅も実施例の調整幅に限定する必要はない。周波数fに関しても同様である。 In the second and third embodiments, the detection range is adjusted using two parameters such as the amplitude voltage V PP and the frequency f, and the amplitude voltage V PP and the DC voltage V ref . However, the number of parameters used is not limited to two, and may be a combination of three or more. For example, when the amplitude voltage V PP , the frequency f, and the DC voltage V ref are changed, the amplitude voltage V PP and the frequency f are changed at a predetermined step interval, and when the detection range becomes lower than the previous result, the DC voltage V ref is changed, and the amplitude voltage V PP and the frequency f are adjusted again. Thereby, the detection range can be widened with a wider adjustment range. The amplitude voltage V PP is adjusted with a fixed adjustment width, but may be variable, and the adjustment width need not be limited to the adjustment width of the embodiment. The same applies to the frequency f.
[パラメータの設定値算出処理]
次に図10のフローチャートを用いてCPU31によるトナー残量検出部40の振幅電圧VPPと直流電圧Vrefの設定値を求めるまでの流れを説明する。尚、図7で説明した処理と同じ処理には同一符号を付けて説明を省略する。ただし、S305の処理で否となった場合、後述するS401の処理に戻る。本実施例の処理では、図7のS301、S303〜S305の処理と基本的には同様の処理を行う。図7のフローチャートと異なっているのは、振幅電圧VPPを10[V]ずつ変化させる点(S401)と、直流電圧Vrefを3[V]から4[V]に変更する点(S404)である。
[Parameter setting value calculation processing]
Next, a flow until the
S401でCPU31は、振幅電圧VPPを10[V]大きくする。S304でCPU31は、検出範囲が振幅電圧VPPを変更する前より所定の増加幅を下回ったと判断した場合、S403の処理に進む。S403でCPU31は、直流電圧Vrefが4[V]であるか否かを判断し、4[V]であると判断した場合は、S310で振幅電圧VPPと直流電圧Vrefを記憶部32に格納して調整を終了する。S403でCPU31は、直流電圧Vrefが4[V]でないと判断した場合、S404で直流電圧Vrefを4[V]に変更する。S405でCPU31は、振幅電圧VPPを10[V]大きくし、S303の処理に戻る。
In S401, the
以上、本実施例で説明したトナー残量検出部40における振幅電圧VPPと直流電圧Vrefの調整によれば、検出範囲を広くするための振幅電圧VPPと直流電圧Vrefを求めることが可能である。尚、本実施例の方法であれば、トナー残量検出部40内の部品(ダイオード42、43と抵抗44)の定数ばらつきやトナー検出部25がもつ抵抗成分による影響も含めて検出範囲を広くすることが可能であるため、調整の精度を向上させることができる。
As described above, according to the adjustment of the amplitude voltage V PP and the DC voltage V ref in the toner remaining
以上、本実施例によれば、より精度よくトナー残量を検出することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to detect the remaining amount of toner with higher accuracy.
25 トナー検出部
31 CPU
40 トナー残量検出部
25
40 Toner remaining amount detection unit
Claims (11)
前記検出部の静電容量に応じた電圧を出力する出力手段と、
前記出力手段により出力された電圧波形に基づき、前記容器内の現像剤の量を判断する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記出力手段の出力特性を決定しているパラメータの値を変更し、前記出力手段から出力される電圧の検出範囲を、前記パラメータの値を変更する前の検出範囲よりも広くすることを特徴とする現像剤量検出装置。 A detection unit arranged in a container containing developer;
Output means for outputting a voltage according to the capacitance of the detection unit;
Control means for determining the amount of developer in the container based on the voltage waveform output by the output means;
With
The control means changes the value of the parameter that determines the output characteristics of the output means, and the detection range of the voltage output from the output means is wider than the detection range before the value of the parameter is changed. A developer amount detecting device characterized by comprising:
前記2の導電部材により形成される空間は、前記容器内の空間と繋がっていることを特徴とする請求項1に記載の現像剤量検出装置。 The detection unit is disposed on a side surface of the container and has two conductive members facing each other.
The developer amount detection device according to claim 1, wherein a space formed by the two conductive members is connected to a space in the container.
前記制御手段は、前記撹拌部材により攪拌された現像剤が、前記検出部を満たしているときに出力された電圧波形と前記検出部を満たしていないときに出力された電圧波形に基づいて、前記容器内の現像剤の量を判断することを特徴とする請求項2に記載の現像剤量検出装置。 A stirring member for stirring the developer in the container;
The control means is based on the voltage waveform output when the developer stirred by the stirring member satisfies the detection unit and the voltage waveform output when the developer does not satisfy the detection unit. The developer amount detection device according to claim 2, wherein the developer amount in the container is determined.
前記検出部に交流電圧を印加する交流電源と、
前記検出部の静電容量に応じた電流を電圧に変換する変換部と、
を有することを特徴とする請求項3に記載の現像剤量検出装置。 The output means includes
An AC power supply for applying an AC voltage to the detection unit;
A conversion unit that converts a current corresponding to the capacitance of the detection unit into a voltage;
The developer amount detection device according to claim 3, comprising:
請求項1乃至10のいずれか1項に記載の現像剤量検出装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 Image forming means for forming an image on a recording material;
A developer amount detection device according to any one of claims 1 to 10,
An image forming apparatus comprising:
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