JP2009025495A - トナー残量検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト高を招かずにトナー収納体内のトナー残量を従来よりも正確に検出する。
【解決手段】ＲＦＩＤタグ１５は、トナーコンテナ６１内のトナー残量に応じてＲＦＩＤリーダライタ１６との距離を異ならせて可動する構成とされ、ＲＦＩＤリーダライタ１６は、予め定められた制御電圧での搬送波を用いてＲＦＩＤタグ１５にコマンドを送信するコマンド送信部と、ＲＦＩＤタグ１５から受信した応答データを復調する復調部と、復調部による復調可否を判定する復調可否判定部と、復調可否判定部によって復調不可と判定された場合に上記搬送波の制御電圧を可変させ、当該可変させた制御電圧による搬送波での送信コマンドに対応する応答データの復調が復調可否判定部で復調可能と判定された場合に、当該可変させた制御電圧を以後の搬送波用の制御電圧に設定する制御電圧設定部と、当該設定された制御電圧に対応するトナー残量の値を算出するトナー残量検出部とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成装置本体に取り付けられるトナー収納体内のトナー残量を検出する技術に関する。

従来から、画像形成装置に取り付けられるトナー収納容器に収納されているトナーの残量を検出する技術として、(1)画像形成時における印字データの印字率に基づいて、トナー収納容器内のトナー残量を算出する、(2)トナー収納容器内に、LED（Light Emitting Diode）等からなる発光部と、トナーを挟んで当該発光部に対向する位置に設けられた受光部とを有する光センサを設け、当該受光部が発光部から発光された光を受光するか否かに応じてトナー残量を検知する、又は(3)交流電圧を印加する電極と検知用アンテナとの間に、誘電率の高いトナーが介在するか否かに応じてトナー残量を判定する、といった技術が知られている。また、(4)下記特許文献１に示されるように、トナー収納容器内の攪拌羽根を金属製にして、攪拌羽根がトナーとの接触時の圧力で変形する量を磁気センサで検出し、攪拌用羽根の変形量に基づいてトナー残量を検出する技術が提案されている。
特開２００２−１３２０３６号公報

しかし、上記(1)の従来技術の場合、画像形成装置周囲の温度や湿度等の環境によって、同じ印字率でもトナーの消費量が異なるため、正確にトナー残量を把握することが出来ない。また、上記(2)の従来技術の場合、上記発光部の近傍に設けられた当該発光部の光の透過用窓がトナーで汚染されると、発光部の光の透過率が変動するためにトナー残量を正確に検知できない。上記(3)の従来技術の場合は、トナー収納容器に電極を装備する必要があるため、当該電極にトナー等が付着して接触不良になると、トナー残量を正確に検知できない。さらに、上記(4)の従来技術の場合は、攪拌羽根の変形量を検出するために磁気センサが必要であるので、その分コストが高くなるという問題がある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、コスト高を招くことなく、トナー収納体内のトナー残量を従来よりも正確に検出することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、画像形成装置本体に対して脱着可能なトナー収納体に設けられた無線タグと、画像形成装置本体側に設けられたリーダライタ装置とを有し、当該トナー収納体に収納されているトナーの残量を検出するトナー残量検出装置であって、
前記無線タグは、前記リーダライタ装置からのコマンドに応じた応答データの送信を制御する交信部と、交信部による制御の下で前記応答データを反射波として前記リーダライタ装置に送信するアンテナとを備え、前記トナー収納体内のトナー残量に応じて前記リーダライタ装置との距離を異ならせて可動する構成とされ、
前記リーダライタ装置は、予め定められた制御電圧での搬送波を用いて前記無線タグにコマンドを送信するコマンド送信部と、当該コマンド送信部から送信したコマンドに対応して前記無線タグから受信した応答データを復調する復調部と、前記復調部による前記応答データの復調の可否を判定する復調可否判定部と、復調可否判定部によって前記復調不可と判定された場合に前記搬送波の制御電圧を可変させ、当該可変させた制御電圧による搬送波による前記コマンド送信部からの送信コマンドに対応する前記応答データの復調が前記復調可否判定部で前記復調可能と判定された場合には、当該可変させた制御電圧を前記コマンド送信用の搬送波の制御電圧として設定する制御電圧設定部と、当該制御電圧設定部によって設定された制御電圧に対応するトナー残量の値を算出するトナー残量検出部とを備えるものである。

無線通信においては、無線タグとリーダライタ装置の距離の如何に応じて、無線タグ及びリーダライタ装置間で通信可能となる搬送波の制御電圧（通信時の出力）を異ならせる必要があることに鑑み、この発明は、無線タグの配設位置が、トナー収納体内のトナー残量に応じてリーダライタ装置との距離が異なるものとしておき、無線タグ及びリーダライタ装置間で通信可能となる搬送波の制御電圧の値からトナー残量を算出する。

すなわち、本発明では、復調可否判定部によって無線タグからの応答データが復調不可と判定された場合、制御電圧設定部が、上記搬送波の制御電圧を可変させ、当該可変させた制御電圧での搬送波による送信コマンドに対応する無線タグからの応答データの復調が復調可否判定部で復調可能と判定された場合に、トナー残量検出部が、当該制御電圧に対応するトナー残量の値を算出する。このため、本発明は、トナー収納体の仕向コードや印字枚数情報等を保有するために従来から用いられている無線タグ及びリーダライタ装置を備える無線通信システムを利用してトナー収納体内のトナー残量の検出が可能なので、コスト高を招くことなく、従来よりも正確にトナー残量を検出することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトナー残量検出装置であって、前記リーダライタ装置は、前記制御電圧の各値に対応付けられたそれぞれのトナー残量の値を記憶するトナー残量記憶部を更に備え、前記トナー残量検出部は、前記制御電圧設定部によって設定された制御電圧に対応するトナー残量の値を前記トナー残量記憶部から読み出すことで、当該制御電圧に対応するトナー残量を算出するものである。

この発明によれば、トナー残量検出部は、制御電圧設定部によって設定された制御電圧に対応するトナー残量の値を、トナー残量記憶部から読み出すことでトナー残量を検出するので、簡単かつ正確に、トナー収納体内のトナー残量を算出することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のトナー残量検出装置であって、前記トナー収納体は、トナーを貯留するトナー貯留部と、当該トナー貯留部の内壁に設けられて前記無線タグを重力で下方への移動が可能に支持する支持部とを備え、
前記リーダライタ装置は、前記トナー貯留部よりも下方の位置に配設され、
前記無線タグは、前記トナー貯留部に貯留されたトナー上に載置された状態で、前記支持部によってその側端部が支持され、当該トナー貯留部に貯留されたトナーによって下方への移動が規制される構成とされるものである。

この構成によれば、無線タグは、トナー貯留部内において、トナー貯留部内のトナーが減少することで下方に移動するので、トナー貯留部内のトナー残量に精度よく対応してリーダライタ装置との距離が縮まる。このため、本発明は、特に複雑な機構を設けることなく、トナー貯留部内のトナー残量を、無線タグとリーダライタ装置との距離に正確に反映させて、トナー残量をより的確に検出することができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のトナー残量検出装置であって、前記トナー収納体は、トナーを貯留するトナー貯留部と、当該トナー貯留部の内壁に設けられ、前記無線タグを下方への移動可能に支持する支持部とを備え、
前記リーダライタ装置は、前記トナー貯留部よりも下方の位置に配設され、
前記無線タグは、前記トナー貯留部に貯留されたトナーを上方から押圧する状態で、前記支持部によって側端部が支持され、当該トナー貯留部に貯留されたトナーによって下方への移動が規制される構成とされるものである。

この構成によれば、無線タグは、トナー貯留部内において、上記支持部による押圧によりトナー貯留部内のトナーが減少することで下方に移動するので、トナー貯留部内のトナーにより形成されるトナー上部の形状が無線タグの高さ位置に与える影響が少なくなり、トナー貯留部内のトナー残量に更に精度よく対応して無線タグとリーダライタ装置との距離が縮まる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のトナー残量検出装置を備え、前記リーダライタ装置は、画像形成装置本体側に設けられたＲＦＩＤリーダライタ装置であり、前記無線タグは、前記トナー収納体に設けられたＲＦＩＤタグである画像形成装置である。

この構成によれば、請求項１乃至請求項４に記載の発明によって得られる作用に加え、トナー収納体の仕向コードや印字枚数情報を保有するために従来から用いられているＲＦＩＤタグ及びＲＦＩＤリーダライタ装置を備えるＲＦＩＤ通信システムを利用してトナー収納体内のトナー残量の検出が可能なので、コスト高を招くことなく、従来よりも正確にトナー残量を検出することができる。

本願発明によれば、従来から用いられている無線タグ及びリーダライタ装置を備える無線通信システムを利用してトナー収納体内のトナー残量の検出が可能なので、コスト高を招くことなく、従来よりも正確にトナー残量を検出することができる。

すなわち、本発明は、(1)周囲温度及び湿度等の影響を受けずに正確にトナー残量を把握することができ、(2) トナー残量検出のためにトナー収納容器に光センサや透過用窓を設ける必要が無いので、当該透過用窓の汚れを要因とするトナー残量検出の正確性の低下の問題もなく、(3)トナー残量検出のためにトナー収納容器に電極等の特別な構成を必要としないので、当該電極の接触不良を要因とするトナー残量検出の正確性の低下の問題がなく、さらに、(4) トナー残量検出のためにトナー収納容器に磁気センサ等の特別な構成を必要としないため、コスト高を招くこともない。

以下、本発明の一実施形態に係るトナー残量検出装置及び画像形成装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るトナー残量検出装置を備えた画像形成装置の内部構成を概略的に示す断面図である。

プリンタ１は、本発明の一実施形態に係るトナー残量検出装置を備えた画像形成装置の一例である。当該プリンタ１は、給紙部８、画像形成部２、転写部９、定着部１１、用紙排出トレイ１２等より構成される。

画像形成部２は、感光体ドラム３、帯電部４、露光部５、現像部６、クリーニング部７等を備える。

感光体ドラム３は、トナー像が形成される像担持体である。帯電部４は、感光体ドラム３上に均一に帯電をさせる。露光部５は、均一に帯電がされた感光体ドラム３の周面に露光をして、静電潜像を形成させる。現像部６は、形成された静電潜像を顕画化させて、トナー像を作る。このようにして作られたトナー像が後で詳しく説明する転写部９により、記録紙に転写される。クリーニング部７は、転写が完了した後に、感光体ドラム３の表面に残留しているトナーを清掃する。

転写部９は、転写ローラ９１を備え、転写ローラ９１を感光体ドラム３に押し付けた状態で、感光体ドラム３上に形成されたトナー像を、搬送路８３から搬送されてくる記録紙へと転写させる。

現像部６は、現像部６は、トナー（或いは、トナー及びキャリア）を収納する容器（コンテナ）からなるトナーコンテナ（トナー収納体）６１、及び現像ローラ６２１等を備えた現像ユニット６２を備える。現像部６は、トナーコンテナ６１が現像ユニット６２に対して着脱自在に装着できるように構成されている。

給紙部８は、給紙カセット８１、ピックアップローラ８２、搬送路８３、搬送ローラ８４等を備え、給紙カセット８１に積載された記録紙を、画像形成部２および転写部９の側（下流側）へと給紙する。

定着部１１は、画像形成部２と転写部９との下流側に設けられ、ヒートローラ１１ａ及び圧ローラ１１ｂを有している。定着部１１は、記録紙に転写されたトナー像の定着処理を行う。

定着部１１のさらに下流側には、搬送ローラ８６と、排出ローラ８７と、搬送路８５等が設けられ、定着部１１で定着処理がされた記録紙は、これらのローラによって搬送路８５をさらに下流側へと搬送されて、プリンタ１上部の用紙排出トレイ１２へと排出される。

図２はトナーコンテナ６１の内部構成の概略を示す上面図、図３はトナーコンテナ６１の内部構成の概略と現像ユニット６２とを示す側断面図である。

上述したように、現像部６は、トナーコンテナ６１及び現像ユニット６２を備える。トナーコンテナ６１には、トナー貯留部６１１とトナー攪拌部６１２とが設けられている。

トナー貯留部６１１は、現像に用いられるトナーを貯留する。トナー貯留部６１１は、トナー攪拌部６１２と壁部６１３を隔てて並べて設けられている。当該壁部６１３には、トナー貯留部６１１内のトナーをトナー攪拌部６１２に移動させるための開口部６１４が設けられている。この開口部６１４を貫通して、トナー貯留部６１１からトナー攪拌部６１２に架けてトナー搬送スクリュー６１５が設けられている。

トナー搬送スクリュー６１５は、トナー貯留部６１１とトナー攪拌部６１２とが並ぶ方向に延びる回転軸６１５ａと、回転軸６１５ａの周りに螺旋状に設けられているスパイラル６１５ｂとを備える。回転軸６１５ａは、トナー貯留部６１１の側壁６１１ａと、トナー攪拌部６１２の側壁６１２ａとに、両端部が回転可能に取り付けられている。

上記トナー搬送スクリュー６１５の回転軸６１５ａが、図略の回転駆動源からの回転駆動力で回転すると、この回転軸６１５ａと共に回転するスパイラル６１５ｂにより、トナー貯留部６１１内のトナーがトナー攪拌部６１２に移動する。

トナー攪拌部６１２には、トナー貯留部６１１からトナー攪拌部６１２内に移動してきたトナーを攪拌する攪拌部材６１６が設けられている。この攪拌部材６１６は、回転軸６１６ａと、攪拌羽根６１６ｂとを有している。回転軸６１６ａは、その両端部が、トナー攪拌部６１２の側壁６１２ａと壁部６１３に回転可能に取り付けられている。攪拌羽根６１６ｂは、回転軸６１６ａの周面に対して複数（本実施形態では２つ）が垂直に取り付けられている。攪拌部材６１６の回転軸６１６ａが図略の回転駆動源により回転すると、攪拌羽根６１６ｂがトナー攪拌部６１２内のトナーを押圧しつつ掻き混ぜる。これにより、トナー攪拌部６１２内のトナーがトナー攪拌部材６１６により攪拌される。

上記トナー攪拌部材６１６によって攪拌されたトナーは、トナー攪拌部６１２の底面６１２ｃに設けられたトナー供給口６１７から現像ユニット６２に供給される。トナー貯留部６１１からトナー搬送スクリュー６１５によってトナー攪拌部６１２内に移動されてきたトナーは、攪拌部材６１６によって攪拌されながら、トナー搬送スクリュー６１５による搬送で壁部６１３から側壁６１２ａ方向に向かって移動し、トナー供給口６１７から、下方の現像ユニット６２内に落下する。

現像ユニット６２では、図略の供給ローラがその回転駆動により、トナーコンテナ６１から供給されたトナーを現像ローラ６２１に供給する。現像ローラ６２１の外周部には現像スリーブが設けられており、この現像スリーブには現像バイアスが印加され、トナーを、感光体ドラム３（図１）表面の露光部分（露光により静電気が除去されてなる静電潜像の部分）に吸着させる。

上記のように、トナー貯留部６１１内のトナーが現像ユニット６２に供給され、現像ユニット６２による現像動作でトナーが消費されると、当該トナー消費量の増加に伴って、トナー貯留部６１１内のトナー量が減少する。そのため、トナー貯留部６１１内では、トナー量の減少に連れて、トナーによって形成されるトナー塊の上面T1は下降する。

トナー貯留部６１１内には、その側壁６１１ａから壁部６１３に架けて、ＲＦＩＤタグ（無線タグ）１５が取り付けられている。トナー貯留部６１１の側壁６１１ａ及び壁部６１３には、トナー塊の上面T1が下降する方向（図３の矢印方向Ａ）に延びるガイドレール６１８がそれぞれに設けられている。各ガイドレール６１８には、ＲＦＩＤタグ１５の側端部１５ａ及び１５ｂを支持する載置部６１９が取り付けられている。ガイドレール６１８は、載置部６１９を、上記方向Ａに向けての移動が可能に案内する。ガイドレール６１８は、載置部６１９の上記方向Ａへの移動を案内するのみであり、載置部６１９は、ガイドレール６１８に沿ってＲＦＩＤタグ１５の重さで上記方向Ａに移動するようになっている。すなわち、トナーコンテナ６１の上下姿勢が、図３に示す姿勢でプリンタ１の装置本体１０に取り付けられるとすると、ＲＦＩＤタグ１５及び載置部６１９は、ＲＦＩＤタグ１５の重力で下方に移動するようになっている。当該ガイドレール６１８及び載置部６１９は、特許請求の範囲における支持部の一例である。

上記のように、トナーコンテナ６１の上下姿勢が、図３に示す姿勢でプリンタ１の装置本体１０に取り付けられる場合、載置部６１９によって支持されているＲＦＩＤタグ１５は、ガイドレール６１８に案内されて、ＲＦＩＤタグ１５自身の重さにより矢印Ａ方向に重力で移動しようとする。このとき、ＲＦＩＤタグ１５は、トナー貯留部６１１内に貯留されているトナー塊の上面T1によって移動が規制されるまで、ガイドレール６１８による案内でトナー貯留部６１１内を下方（方向Ａ）に移動する。すなわち、ＲＦＩＤタグ１５の方向Ａへの移動は、トナー貯留部６１１に貯留されたトナー塊の上面T1によって規制される。従って、トナー貯留部６１１内のトナーが減少して、トナー塊の上面T1の位置が下がると、当該トナー塊の上面T1の低下に伴ってＲＦＩＤタグ１５が下方に移動する。

また、プリンタ１の装置本体１０側には、ＲＦＩＤリーダライタ装置（リーダライタ装置）１６が設けられている。図３に示すように、ＲＦＩＤリーダライタ（リーダライタ装置）１６は、トナーコンテナ６１が、現像ユニット６２にセットされて装置本体１０に取り付けられた状態のときに、当該トナーコンテナ６１のトナー貯留部６１１に対向する位置に配置されることで、トナー貯留部６１１内におけるトナー量減少に伴って、トナー貯留部６１１内におけるＲＦＩＤタグ１５の高さ位置が異なると、それに応じてＲＦＩＤリーダライタ１６とＲＦＩＤタグ１５との間の距離も変化するようになっている。なお、図３にはＲＦＩＤリーダライタ１６が、装置本体１０に取り付けられたトナーコンテナ６１のトナー貯留部６１１の真下に取り付けられている例を示しているが、この配置に限られず、ＲＦＩＤリーダライタ１６の取り付け位置は、上記トナー貯留部６１１内のトナー減少によるＲＦＩＤタグ１５の高さ位置変化に応じてＲＦＩＤタグ１５との間の距離が異なる位置であれば、他の位置でも構わない。

本発明の一実施形態に係るトナー残量検出装置は、上記ＲＦＩＤタグ１５及びＲＦＩＤリーダライタ１６を備えてなる。

次に、上記ＲＦＩＤタグ１５について説明する。図４は、ＲＦＩＤタグ１５の概略構成を示す説明図である。ＲＦＩＤタグ１５は、パッシブタイプのタグであり、交信部１５１、共振コンデンサ１５２、共振インダクタンス（アンテナ）１５３を有する。

交信部１５１は、交信制御部１５１１と、メモリ１５１２を有する。交信制御部１５１１は、半導体チップ（無線ＩＣチップ）を備え、通信の対象とするデータをアンテナ１５３から電磁波により送受信可能に制御する。交信制御部１５１１はＲＦＩＤリーダライタ１６からアンテナ１５３が受信する電磁波によって起電力を発生し、この電力によって内蔵回路を駆動させてＲＦＩＤリーダライタ１６との通信を行う。

メモリ１５１２は、ＲＦＩＤリーダライタ１６の電源切断時にもデータの記憶が保持されるように、書き換え可能な不揮発性メモリ等が採用される。メモリ１５１２は、トナーカートリッジ固有の情報、つまりトナーカートリッジの使用回数や、コンテナ内のトナーの特性、残りトナー量等の情報が記憶されるメモリである。

アンテナ１５３は、ループアンテナとして構成されたコイルからなるアンテナである。ＲＦＩＤリーダライタ１６との無線通信は、このアンテナ１５３を介して行われる。

アンテナ１５３及び共振コンデンサ１５２は、共振回路１５０を構成する。共振回路１５０は、アンテナ１５３からの入出力信号が、共振回路１５０の共振周波数、および共振周波数に近い所定近傍の周波数の信号のみとなるようにするフィルタとして働く。

メモリ１５１２に記憶された上記トナーカートリッジ情報は、交信制御部１５１１による制御の下でアンテナ１５３からＲＦＩＤリーダライタ１６に送信され、ＲＦＩＤリーダライタ１６に読み取られる。例えば、ＲＦＩＤリーダライタ１６から送出されてくる搬送波を、ＲＦＩＤタグ１５のアンテナ１５３が受けると、ＲＦＩＤタグ１５内の上記半導体チップで搬送波を例えば1/32に分周する等により生成した副搬送波（反射波）を一定周期でアンテナ１５３に印加することで、メモリ１５１２に記憶されているトナーカートリッジ情報を表現し、これをアンテナ１５３からＲＦＩＤリーダライタ１６に送出する。

当該ＲＦＩＤタグ１５は、上記のように、ＲＦＩＤリーダライタ１６が発する磁界、即ち電磁誘導起電力を電源として内部の回路が動作するパッシブタイプであるため、ＲＦＩＤリーダライタ１６のアンテナとの距離が離れれば結合度が低下し、ＲＦＩＤリーダライタ１６から十分な電力を得られずに動作が停止する。本実施形態では、ＲＦＩＤタグ１５に誘起する電圧は、ＲＦＩＤタグ１５とＲＦＩＤリーダライタ１６との距離が接近している関係から、放射電磁界の影響が大きく、誘導電磁界及び静電界の影響は無視できると考えられる。そのため、ＲＦＩＤタグ１５のアンテナ１５３に誘起する受信電力は、Ptag=Pread×1/rで表される。この式からＲＦＩＤタグ１５に誘起する電力Ptagは、ＲＦＩＤリーダライタ１６の送信電力Preadに比例して、ＲＦＩＤタグ１５とＲＦＩＤリーダライタ１６との間の距離rに反比例する。一方、ＲＦＩＤリーダライタ１６のアンテナ１６７から放出される空中線電力Preadは、当該ＲＦＩＤリーダライタ１６のアンテナ１６７に流れ込む実効電流の二乗に比例する。

なお、図５は、ＲＦＩＤリーダライタ１６の搬送波の制御電圧と通信距離との関係を示す図である。距離が所定範囲内（例えば60mm以内）であれば放射電磁界の範囲内にあるが、離れればＲＦＩＤタグ１５に誘起する電圧は、誘導電磁界の影響に入り、距離rの二乗に反比例することになる。

次に、ＲＦＩＤリーダライタ１６について説明する。図６は、ＲＦＩＤリーダライタ１６の電気的構成を示すブロック図、図７は、ＲＦＩＤリーダライタ１６の回路図である。

ＲＦＩＤリーダライタ１６は、送信器１６１と、受信器１６２と、制御回路１６３と、アンテナ１６７とを備える。

送信器（コマンド送信部）１６１は、緩衝増幅回路１６１１と、搬送波変調回路１６１２と、ローパスフィルタ１６２１と、送信出力制御回路１６１４とを備える。

緩衝増幅回路１６１１は、制御回路１６３用の水晶発振子１６３５からのクロックを、制御回路１６３内蔵の発振回路に影響を与えないように搬送波変調回路１６１２に導くための回路である。

搬送波変調回路１６１２は、制御回路１６３から出力されるデジタルコード（送信対象とする情報）に基づいて搬送波に振幅変調をかける。ローパスフィルタ１６１３は、搬送波変調回路１６１２によって振幅変調された搬送波を正弦波に変換して、ＲＦＩＤタグ１５とのデータ通信用として予め定められた周波数成分からなる通信波を生成する。

送信出力制御回路１６１４は、搬送波に用いる制御電圧を制御する。すなわち、送信出力制御回路１６１４は、制御回路１６３の制御の下、送信器１６１からの送信出力が、ＲＦＩＤタグ１５との通信が可能となる値となるように、搬送波の制御電圧を変化させる。

アンテナ１６７は、送信器１６１のローパスフィルタ１６２１によって生成された上記通信波を、電磁波によりＲＦＩＤタグ１５に対して送信する。また、アンテナ１６７は、ＲＦＩＤタグ１５からの副搬送波（反射波）を電磁波により受信する。

制御回路１６３は、ＲＦＩＤタグ１５への送信対象とするコマンドを含む送信データをデジタルコードに変換し、搬送波変調回路１６１２に出力する。なお、当該送信対象とする送信データは、図６に示す外部制御回路５０（例えば、プリンタ１の全体的な動作制御を司る制御部）から制御回路１６３に送信されてくる。

受信器１６２は、包絡線検波回路１６２１と、パルス信号復調回路１６２２と、ＤＣ電圧検出回路１６２３とを備える。受信器１６２では、アンテナ１６７がＲＦＩＤタグ１５から受信した通信波から、予め定められた周波数成分を抽出する役割を果たす一次フィルタとして、送信器１６１のローパスフィルタ１６２１が用いられる。包絡線検波回路１６２１は、当該ローパスフィルタ１６２１を通過した後の通信波を検波する。パルス信号復調回路（復調部）１６２２は、包絡線検波回路１６２１による検波結果をデジタルコードに変換する。ＤＣ電圧検出回路１６２３は、包絡線検波回路１６２１による検波で得られた直流電圧の値を検出し、検出結果を制御回路１６３に出力する。

また、制御回路１６３は、パルス信号復調回路１６２２によって変換された上記デジタルコードから、ＲＦＩＤタグ１５によって送信対象とされているデータ（ＲＦＩＤリーダライタ１６からのコマンドに対する応答データ）を抽出する。制御回路１６３は、当該デジタルコードから抽出した上記データを外部制御回路５０に送信する。

制御回路１６３は、復調可否判定部１６３１と、制御電圧設定部１６３２と、トナー残量検出部１６３３とを備える。復調可否判定部１６３１は、パルス信号復調回路１６２２が包絡線検波回路１６２１の検波結果に基づいて上記デジタルコードを変換できたか、すなわち、パルス信号復調回路１６２２が上記応答データを復調できたか否かの可否を判定する。

制御電圧設定部１６３２は、パルス信号復調回路１６２２による上記復調が復調可否判定部１６３１によって不可と判定された場合、送信出力制御回路１６１４に上記搬送波に用いる制御電圧を変化させて、送信器１６１からの送信出力を変化させる。制御電圧設定部１６３２は、当該変化させた制御電圧が用いられた送信出力の搬送波でアンテナ１６７からコマンドがＲＦＩＤタグ１５に対して送信されたときに、当該コマンドに対応するＲＦＩＤタグ１５からの応答データのパルス信号復調回路１６２２による復調ができたと復調可否判定部１６３１によって判定されると、当該コマンド送信に用いた制御電圧を、以後のコマンド送信用の搬送波の制御電圧として設定する。

トナー残量検出部１６３３は、制御電圧の各値に対応付けられたそれぞれのトナー残量の値を記憶するトナー残量記憶テーブル（トナー残量記憶部）１６３３ａを備えている。トナー残量検出部１６３３は、上記制御電圧設定部１６３２によって設定された制御電圧に対応するトナー残量の値をトナー残量記憶テーブル１６３３ａから読み出すことで、当該制御電圧に対応するトナー残量を算出する。

図７を参照して、ＲＦＩＤリーダライタ１６におけるＲＦＩＤタグ１５との通信時の処理を更に説明する。

送信器１６１によるコマンド送信時には、制御回路１６３用の水晶発振子１６３５からの出力は、U2,U3を備える緩衝増幅回路１６１１を経て、U2,U3の出力電圧はQ4のベースに印加される。Q2は、U2,U3からの出力を停止させるスイッチとして機能する。

前記搬送波を増幅するQ4のコレクタ電圧は、送信出力制御回路１６１４であるQ1から供給されるので、アンテナ１６７に印加される搬送波の最大値は、当該送信出力制御回路１６１４としてのQ1のコレクタとグランド間電圧で決まる。

Q5は搬送波変調回路１６１２であり、Q4のコレクタ電圧を引き込むことにより搬送波に振幅変調をかける。Q4のコレクタに発生する搬送波の振幅は変調時に10%〜13%程度狭くなる。この搬送波は、C9,L1,C13,L2,C15からなるローパスフィルタ１６１３で正弦波に変換されてL4からなるアンテナ１６７に印加される。

一方、ＲＦＩＤタグ１５は、ＲＦＩＤリーダライタ１６からコマンドによりデータの送出命令を受けて、交信制御部１５１１内部の回路で受信した搬送波を例えば1/34分周して副搬送波を生成する。ＲＦＩＤタグ１５は、当該副搬送波により自身のアンテナ１５３のインピーダンスを変動させて反射波を発生させる。

また、ＲＦＩＤリーダライタ１６のＲＦＩＤタグ１５からの応答データ受信時には、ローパスフィルタ１６１３を経て、C18とT1で受信器１６２において搬送波を結合する。そして、T1とC17とで搬送波の周波数に並列共振をさせて電圧利得を稼ぐ。搬送波（進行波）とタブからの副搬送波(反射波)で、ＲＦＩＤリーダライタ１６の受信器１６２において定在波が発生する。進行波と反射波の位相が合っていると、加算されて搬送波の振幅が上昇して包絡線が生じる。この包絡線をD2の包絡線検波回路１６２１で検波し、C10のパルス信号復調回路１６２２で結合してデジタルコードに復調すれば、制御回路１６３は、ＲＦＩＤタグ１５からの応答データを、当該デジタルコードから読み取ることができる。

パルス信号復調回路１６２２について更に説明する。搬送波は、前述の通りT1とC17で並列共振をしていると振幅が最大になる。この搬送波をD2の包絡線検波回路１６２１で検波すると、直流電圧にＲＦＩＤタグ１５からの反射波で発生した定在波、すなわち、包絡線成分であるリップル電圧が重なる。包絡線部分はパルス信号復調回路１６２２であるC10で結合して交流増幅を行い、情報信号として復調を行う。ＤＣ電圧検出回路１６２３をなすU6によって検出される直流電圧は、送信出力制御回路１６１４により適当なレベルまで直流増幅されてアンテナインピーダンスの整合用に利用される。

次に、ＲＦＩＤタグ１５及びＲＦＩＤリーダライタ１６を備えるトナー検出装置によるトナー残量検出処理を説明する。図８はトナー検出装置によるトナー残量検出処理を示すフローチャート、図９乃至図１１は、図７におけるローパスフィルタ１６２１の出口A点の波形である。なお、図９はＲＦＩＤタグ１５がＲＦＩＤリーダライタ１６のアンテナ１６７の近傍に存在しない場合の波形を示し、図１０はＲＦＩＤタグ１５がＲＦＩＤリーダライタ１６のアンテナ１６７の近傍に存在する場合の波形を示す。

ＲＦＩＤリーダライタ１６の送信器１６１がアンテナ１６７から、ＲＦＩＤタグ１５に対して上記搬送波によりコマンドを送信し、ＲＦＩＤリーダライタ１６の受信器１６２がＲＦＩＤタグ１５から当該コマンドに対する応答データを受信すると、パルス信号復調回路１６２２が当該応答データを復調する（Ｓ１）。

続いて、復調可否判定部１６３１が、上記パルス信号復調回路１６２２による当該応答データの復調が成功か否かを判定する（Ｓ２）。上述したように、トナーコンテナ６１のトナー貯留部６１１内に設けられているＲＦＩＤタグ１５は、トナー貯留部６１１内のトナー減少に応じてその位置が下降するため、ＲＦＩＤタグ１５と、トナー貯留部６１１の下方に配設されているＲＦＩＤリーダライタ１６との距離は、トナー消費に応じて逐次変化する。そのため、ＲＦＩＤリーダライタ１６の送信器１６１が送出する搬送波に用いる適切な制御電圧も上記図５に示すように変化するので、復調可否判定部１６３１が上記復調の可否を適宜判定する。

すなわち、ＲＦＩＤリーダライタ１６のアンテナ１６７と、ＲＦＩＤタグ１５のアンテナ１５３とが直列共振していれば、インピーダンスが低下するので、図１０に示すように搬送波の振幅が狭くなる。この場合、ＲＦＩＤリーダライタ１６の受信器１６２では、ＲＦＩＤタグ１５からの副搬送波により、図１１に示すように、ＲＦＩＤタグ１５からの応答データが示された波形を得ることができる。そのため、パルス信号復調回路１６２２は当該応答データを復調できる。このときのＲＦＩＤリーダライタ１６のアンテナ１６７と、ＲＦＩＤタグ１５のアンテナ１５３のインピーダンスの整合の有無は、ＲＦＩＤリーダライタ１６の受信器１６２における包絡線検波回路１６２１での搬送波の検波により、ＤＣ電圧検出回路１６２３で得られた直流電圧を、制御回路１６３でA/D変換して読み取れば、復調可否判定部１６３１で当該整合の有無が判断できる（すなわち、復調の可否が判定できる）。

復調可否判定部１６３１によって上記復調ができないと判定された場合は（Ｓ２でＹＥＳ）、制御電圧設定部１６３２が、送信出力制御回路１６１４に上記搬送波に用いる制御電圧を変化させて（Ｓ３）、送信器１６１からの送信出力を変化させる。この後、処理はＳ２に戻る。

上記のように、ＲＦＩＤリーダライタ１６のアンテナ１６７は、上記トナーコンテナ６１のトナー貯留部６１１内のトナー量減少に伴うＲＦＩＤタグ１５の位置変更により、ＲＦＩＤタグ１５のアンテナ１５３との距離が変化すること等による周囲の誘電体で影響を受けて共振周波数が変わるため、制御電圧設定部１６３２は、直流電圧（制御電圧）の制御によって、ＲＦＩＤタグ１５のアンテナ１５３とのインピーダンスの整合をとる必要がある。

すなわち、ＲＦＩＤリーダライタ１６のアンテナ１６７と、ＲＦＩＤタグ１５のアンテナ１５３のインピーダンスが不整合であれば、図９に示すように、ＲＦＩＤリーダライタ１６の受信器１６２では搬送波の振幅が低下しない。この状態では、ＲＦＩＤリーダライタ１６の受信器１６２では、ＲＦＩＤタグ１５から副搬送波を受信しても、ＲＦＩＤタグ１５からの応答データが示された波形を得ることができない。そのため、制御電圧設定部１６３２が、送信出力制御回路１６１４に上記搬送波の制御電圧を変化させることで、ＲＦＩＤリーダライタ１６のアンテナ１６７と、ＲＦＩＤタグ１５のアンテナ１５３のインピーダンスの整合を試みる。この場合、制御電圧設定部１６３２は、当該直流電圧が下がる方向に可変容量ダイオード(D1)にフィードバックをかけて共振ポイントを探る。

再びＳ１に戻り、制御電圧設定部１６３２が変化させた上記制御電圧の用いられた送信出力の搬送波でコマンドがＲＦＩＤタグ１５に送信されたときにおける、当該コマンドに対応するＲＦＩＤタグ１５からの応答データのパルス信号復調回路１６２２による復調ができたか否かが復調可否判定部１６３１によって判定される。

ここで、復調可否判定部１６３１によって上記復調が成功と判定された場合は（Ｓ２でＹＥＳ）、制御電圧設定部１６３２は、この時点で送信器１６１の搬送波の制御電圧として用いている電圧値を、以後のＲＦＩＤ１５との通信用の制御電圧の値として設定する（Ｓ４）。

この場合における処理は、以下のようにしてもよい。すなわち、上記制御電圧設定部１６３２による直流電圧（制御電圧）の変更制御で、復調可否判定部１６３１により上記整合が取れたと判断されたとき、制御電圧設定部１６３２は、送信出力制御回路１６１４に上記制御電圧を徐々に下げさせる。送信器１６１は、当該各制御電圧を用いた搬送波で、ＲＦＩＤタグ１５に対してコマンドを逐次送信する。この制御電圧の低下制御時に、復調可否判定部１６３１によって復調失敗が判定されると、すなわち、放射電力不足でエラーが発生すると、制御電圧設定部１６３２は送信出力制御回路１６１４に上記制御電圧を上げさせる。このようにして、制御電圧設定部１６３２は、復調が可能な最低の制御電圧の値を探り、当該最低の制御電圧を、以後のＲＦＩＤタグ１５との通信に用いる搬送波の制御電圧として設定する。

そして、トナー残量検出部１６３３は、上記制御電圧設定部１６３２によって設定された制御電圧に対応するトナー残量の値を、トナー残量記憶テーブル１６３３ａから読み出すことで、当該制御電圧に対応するトナー残量を算出する（Ｓ５）。

トナー残量検出部１６３３は、算出した当該トナー残量の情報を外部制御回路５０に送り、外部制御回路５０は、(1)プリンタ１の装置本体１０のフロント部に設けられているＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等からなる表示部に当該トナー残量を表示させる、又は(2)ネットワーク接続等されているパーソナルコンピュータに対して当該トナー残量情報を送信することでトナー残量を示す旨のメッセージを報知させる、等の処理を行う（Ｓ６）。

このようなトナー残量検出装置及びトナー残量検出処理によれば、ＲＦＩＤタグ１５及びＲＦＩＤリーダライタ１６からなるＲＦＩＤ通信システム本来の使い方に別の機能を付加することで安価にトナー残量検出システムを構築することができる。また、ＲＦＩＤリーダライタ１６のアンテナ１６７から放射される電力も最小値で抑えられるという効果も得られる。さらに、ＲＦＩＤタグ１５は、トナーコンテナ６１内に配置するため、ＲＦＩＤタグ１５の取り外し又は貼り替え等の不正が容易にはできなくなる等の効果も期待できる。

なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。上記実施形態では、ＲＦＩＤリーダライタ１６の配設位置は、プリンタ１の装置本体１０における、トナーコンテナ６１装着時のトナー貯留部６１１の下方及び対向位置としているが、ＲＦＩＤリーダライタ１６の配設位置は、当該位置に限られない。ＲＦＩＤリーダライタ１６の配設位置は、トナー貯留部６１１内のトナー残量に伴うＲＦＩＤタグ１５の位置変動に応じて、ＲＦＩＤタグ１５との距離が変動する位置であればよく、例えば、(1)トナーコンテナ６１装着時のトナー貯留部６１１の下方であるがトナー貯留部６１１に対向しない位置であってもよいし、(2)更にはトナー貯留部６１１の上方や左右方向の位置であってもよい。

また、上記実施形態では、トナー貯留部６１１内のＲＦＩＤタグ１５は、トナー貯留部６１１内のトナー塊の上に載置され、トナー塊の上面T1の低下と共に下降する構成とされているが、さらに、ガイドレール６１８に載置部６１９を上方から下方に押圧する（ＲＦＩＤタグ１５をトナー塊の上面T1に対して上方から押圧する）押しバネ等を設けてもよい。当該押しバネ等は、特許請求の範囲における支持部の一例となる。この場合、ＲＦＩＤタグ１５は、トナー貯留部６１１内において、上記押しバネによる押圧を受けて、トナー貯留部６１１内のトナー塊の上面T1の形状がなす凹凸を押しなべた上で高さ位置が決まるため、トナー貯留部６１１内のトナー残量に更に精度よく対応して、ＲＦＩＤタグ１５とＲＦＩＤリーダライタ１６との距離を変動させることができる。

また、上記実施形態では、本発明に係るトナー残量検出装置の一実施形態として、ＲＦＩＤタグ１６及びＲＦＩＤリーダライタ１７を備えるシステムを例にして説明しているが、本発明に係るトナー残量検出装置はＲＦＩＤ方式に限定されず、他の通信方式であっても構わない。

また、上記図１乃至図１１に示した実施形態に係る数値、構成及び処理は、本発明に係るトナー残量検出装置及び画像形成装置の数値、構成及び処理の単なる一例に過ぎず、本発明に係るトナー残量検出装置及び画像形成装置の数値、構成及び処理を上記に示した内容に限定するものではない。また、トナー残量検出装置での受信波形等の特性なども上記実施形態で示した特性に限定されるものではない。

また、上記では、本発明に係る画像形成装置の例として、プリンタ１を示したが、本発明に係る画像形成装置はプリンタに限られず、コピー機、ファクシミリ装置、複合機（コピー機能、ファクシミリ機能、プリンタ機能等を兼ね備えた装置）等の他の画像形成装置であっても構わない。

本発明の一実施形態に係るトナー残量検出装置を備えた画像形成装置の内部構成を概略的に示す断面図である。 トナーコンテナの内部構成の概略を示す上面図である。 トナーコンテナの内部構成の概略と現像ユニットとを示す側断面図である。 ＲＦＩＤタグの概略構成を示す説明図である。 ＲＦＩＤリーダライタ装置の搬送波の制御電圧と通信距離との関係を示す図である。 ＲＦＩＤリーダライタ装置の電気的構成を示すブロック図である。 ＲＦＩＤリーダライタ装置の回路図である。 トナー検出装置によるトナー残量検出処理を示すフローチャートである。 図７におけるローパスフィルタの出口A点の波形である。 図７におけるローパスフィルタの出口A点の波形である。 図７におけるローパスフィルタの出口A点の波形である。

符号の説明

１ プリンタ
１０ 装置本体
５０ 外部制御回路
６ 現像部
６１ トナーコンテナ
６１８ ガイドレール
６１９ 載置部
６２ 現像ユニット
６２１ 現像ローラ
１５ ＲＦＩＤタグ
１５０ 共振回路
１５１ 交信部
１５１１ 交信制御部
１５１２ メモリ
１５２ 共振コンデンサ
１５３ アンテナ
１６ ＲＦＩＤリーダライタ装置
１６１ 送信部
１６１１ 緩衝増幅回路
１６１２ 搬送波変調回路
１６１３ ローパスフィルタ
１６１４ 送信出力制御回路
１６７ アンテナ
１６２ 受信器
１６２１ 包絡線検波回路
１６２２ パルス信号復調回路
１６２３ 電圧検出回路
１６３ 制御回路
１６３１ 復調可否判定部
１６３２ 制御電圧設定部
１６３３ トナー残量検出部
１６３３ａ トナー残量記憶テーブル

Claims (5)

1. 画像形成装置本体に対して脱着可能なトナー収納体に設けられた無線タグと、画像形成装置本体側に設けられたリーダライタ装置とを有し、当該トナー収納体に収納されているトナーの残量を検出するトナー残量検出装置であって、
   前記無線タグは、前記リーダライタ装置からのコマンドに応じた応答データの送信を制御する交信部と、交信部による制御の下で前記応答データを反射波として前記リーダライタ装置に送信するアンテナとを備え、前記トナー収納体内のトナー残量に応じて前記リーダライタ装置との距離を異ならせて可動する構成とされ、
   前記リーダライタ装置は、予め定められた制御電圧での搬送波を用いて前記無線タグにコマンドを送信するコマンド送信部と、当該コマンド送信部から送信したコマンドに対応して前記無線タグから受信した応答データを復調する復調部と、前記復調部による前記応答データの復調の可否を判定する復調可否判定部と、復調可否判定部によって前記復調不可と判定された場合に前記搬送波の制御電圧を可変させ、当該可変させた制御電圧による搬送波による前記コマンド送信部からの送信コマンドに対応する前記応答データの復調が前記復調可否判定部で前記復調可能と判定された場合には、当該可変させた制御電圧を前記コマンド送信用の搬送波の制御電圧として設定する制御電圧設定部と、当該制御電圧設定部によって設定された制御電圧に対応するトナー残量の値を算出するトナー残量検出部とを備えるトナー残量検出装置。
2. 前記リーダライタ装置は、前記制御電圧の各値に対応付けられたそれぞれのトナー残量の値を記憶するトナー残量記憶部を更に備え、前記トナー残量検出部は、前記制御電圧設定部によって設定された制御電圧に対応するトナー残量の値を前記トナー残量記憶部から読み出すことで、当該制御電圧に対応するトナー残量を算出する請求項１に記載のトナー残量検出装置。
3. 前記トナー収納体は、トナーを貯留するトナー貯留部と、当該トナー貯留部の内壁に設けられて前記無線タグを重力で下方への移動が可能に支持する支持部とを備え、
   前記リーダライタ装置は、前記トナー貯留部よりも下方の位置に配設され、
   前記無線タグは、前記トナー貯留部に貯留されたトナー上に載置された状態で、前記支持部によってその側端部が支持され、当該トナー貯留部に貯留されたトナーによって下方への移動が規制される構成とされる請求項１又は請求項２に記載のトナー残量検出装置。
4. 前記トナー収納体は、トナーを貯留するトナー貯留部と、当該トナー貯留部の内壁に設けられ、前記無線タグを下方への移動可能に支持する支持部とを備え、
   前記リーダライタ装置は、前記トナー貯留部よりも下方の位置に配設され、
   前記無線タグは、前記トナー貯留部に貯留されたトナーを上方から押圧する状態で、前記支持部によって側端部が支持され、当該トナー貯留部に貯留されたトナーによって下方への移動が規制される構成とされる請求項１又は請求項２に記載のトナー残量検出装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のトナー残量検出装置を備え、
   前記リーダライタ装置は、画像形成装置本体側に設けられたＲＦＩＤリーダライタ装置であり、前記無線タグは、前記トナー収納体に設けられたＲＦＩＤタグである画像形成装置。