JP2016109445A - 粉体検知装置、顕色剤残量検知装置及び粉体検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内の顕色剤の残量が残り少なくなった状態を高精度に検知するため、トナー残量に応じて挙動が変化する振動部が周期的に弾かれて振動し始めるタイミングを正確に検知すること。【解決手段】流動性を有する粉体の容器内における残量を検知する粉体検知装置であって、容器内部に配置され、容器内部の粉体の影響を受けて振動する振動板２０１と、振動板２０１の振動状態を検知する磁束センサ１０と、振動板２０１を振動させる撹拌部材２０５と、磁束センサ１０による検知結果に基づいて容器内の粉体の残量を検知するＣＰＵ２１とを含み、振動板２０１と撹拌部材２０５との導通状態に基づき、撹拌部材２０５によって振動板２０１に振動が与えられたタイミング以降の検知結果に基づいて容器内の粉体の残量を検知することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、粉体検知装置、顕色剤残量検知装置及び粉体検知方法に関する。

近年、情報の電子化が推進される傾向にあり、電子化された情報の出力に用いられるプリンタやファクシミリ及び書類の電子化に用いるスキャナ等の画像処理装置は欠かせない機器となっている。このような画像処理装置のうち、画像形成出力の方式として、感光体上に形成された静電潜像を現像して形成された画像を用紙に転写することによって画像形成出力を行う電子写真方式が知られている。

電子写真方式の画像形成装置においては、感光体上に形成された静電潜像を現像する現像器に対して、現像剤の供給元となる容器から現像剤を供給する。このように供給される現像剤の残量を検知するための方法として、例えば、現像剤を撹拌するための部材によって被加圧シートを変形させ、この被加圧シートの変形に伴う被検知部材の変化を参照する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された方法の場合、容器内のトナーの量が被加圧シートの変形に対して一様に反映されるとは限らない。また、被加圧シートの経時変化や、被加圧シートへの現像剤の付着など、検知精度に問題がある。

このような問題に対して、例えば、トナー残量に応じてデリケートに変化する対象物の挙動を検知し、その検知結果に基づいてトナー残量を検知する方法が考えられる。そのような方法の具体例として、トナーを撹拌する撹拌部材によって弾かれて振動する振動部を磁束に影響する素材で構成し、その振動部を通過する磁束を磁束センサで測定することによって振動部の挙動を検知する方法が考えられる。

このような場合、振動部の振動の減衰態様がトナー残量に応じて変化する。そのため振動部が弾かれて振動した後の振動の減衰態様を解析することとなる。そのためには、振動部が弾かれて振動し始めたタイミングを正確に認識することが求められる。しかしながら、回転する部材によって振動部が弾かれる構成においては、振動部の振動が周期的に発生するため、弾かれて振動し始めたタイミングを正確に検知することは容易ではない。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、容器内の顕色剤の残量が残り少なくなった状態を高精度に検知するため、トナー残量に応じて挙動が変化する振動部が周期的に弾かれて振動し始めるタイミングを正確に検知することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、流動性を有する粉体の容器内における残量を検知する粉体検知装置であって、前記容器内部に配置され、前記容器内部の粉体の影響を受けて振動する振動部と、前記振動部の振動状態を検知する振動検知部と、前記振動部を振動させる振動付与部と、前記振動検知部による検知結果に基づいて前記容器内の粉体の残量を検知する検知処理部とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、容器内の顕色剤の残量が残り少なくなった状態を高精度に検知するため、トナー残量に応じて挙動が変化する振動部が周期的に弾かれて振動し始めるタイミングを正確に検知することが可能となる。

本発明の実施形態に係る磁束センサが搭載される現像器を含む画像形成装置の機械的構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るトナーの供給構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るサブホッパーの概観を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るサブホッパーの概観を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る磁束センサの回路構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る磁束センサの出力信号のカウント態様を示す図である。 本発明の実施形態に係る磁束センサの概観を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る磁束センサの信号を取得するコントローラの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る磁束センサと振動板との配置関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る振動板を磁束が通る際の作用を示す図である。 本発明の実施形態に係る振動板と磁束センサとの距離に応じた磁束センサの発振周波数を示す図である。 本発明の実施形態に係る振動板及び金属棒の配置状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る振動板と撹拌部材との配置関係を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る振動板と撹拌部材との配置関係を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る振動板と撹拌部材との配置関係を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る振動板と撹拌部材との配置関係を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る振動板の振動状態を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る振動板の振動状態と顕色剤との関係を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る振動板の振動の減衰に応じて変化する磁束センサの発振周波数に応じたカウント値の経時変化を示す図である。 本発明の実施形態に係る現像器において、撹拌部材と振動板に設けられた重りとの接触状態を検知するための構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るトナー残量の検知動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るカウント値の解析態様を示す図である。 本発明の実施形態に係るカウント値のサンプリング周期及び振動板の振動周期の関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る磁束センサと振動板との間隔を示す図である。 本発明の実施形態に係る磁束センサ及び振動板の配置高さの例を示す図である。 本発明の実施形態に係る磁束センサ及び振動板の配置高さの例を示す図である。 本発明の実施形態に係る磁束センサ及び振動板を現像器に採用する場合の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るコイルの他の例を示す側面図である。 本発明の実施形態に係るコイルの他の例を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る振動板の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る振動板の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る振動板の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る振動板の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る現像器において、撹拌部材と振動板に設けられた重りとの接触状態を検知するための他の構成例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態においては、電子写真方式の画像形成装置において、感光体上に形成された静電潜像を現像する現像器と、現像剤であるトナーの供給元である容器との間でトナーを保持するサブホッパーにおけるトナーの残量検知を例として説明する。

図１は、本実施形態に係る画像形成装置１００に含まれる画像形成出力のための機構を示す側面図である。図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１００は、無端状移動手段である搬送ベルト１０５に沿って各色の画像形成部１０６Ｋ〜１０６Ｙが並べられた構成を備えるものであり、所謂タンデムタイプといわれるものである。すなわち、給紙トレイ１０１から給紙ローラ１０２により分離給紙される用紙（記録媒体の一例）１０４に転写するための中間転写画像が形成される中間転写ベルトである搬送ベルト１０５に沿って、この搬送ベルト１０５の搬送方向の上流側から順に、複数の画像形成部（電子写真プロセス部）１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋ（以降、総じて画像形成部１０６とする）が配列されている。

また、給紙トレイ１０１から給紙された用紙１０４は、レジストローラ１０３によって一度止められ、画像形成部１０６における画像形成のタイミングに応じて搬送ベルト１０５からの画像の転写位置に送り出される。

複数の画像形成部１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋは、形成するトナー画像の色が異なるだけで内部構成は共通である。画像形成部１０６Ｋはブラックの画像を、画像形成部１０６Ｍはマゼンタの画像を、画像形成部１０６Ｃはシアンの画像を、画像形成部１０６Ｙはイエローの画像をそれぞれ形成する。尚、以下の説明においては、画像形成部１０６Ｙについて具体的に説明するが、他の画像形成部１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋは画像形成部１０６Ｙと同様であるので、その画像形成部１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋの各構成要素については、画像形成部１０６Ｙの各構成要素に付したＹに替えて、Ｍ、Ｃ、Ｋによって区別した符号を図に表示するにとどめ、説明を省略する。

搬送ベルト１０５は、回転駆動される駆動ローラ１０７と従動ローラ１０８とに架け渡されたエンドレスのベルト、即ち無端状ベルトである。この駆動ローラ１０７は、不図示の駆動モータにより回転駆動させられ、この駆動モータと、駆動ローラ１０７と、従動ローラ１０８とが、無端状移動手段である搬送ベルト１０５を移動させる駆動手段として機能する。

画像形成に際しては、回転駆動される搬送ベルト１０５に対して、最初の画像形成部１０６Ｙが、ブラックのトナー画像を転写する。画像形成部１０６Ｙは、感光体としての感光体ドラム１０９Ｙ、この感光体ドラム１０９Ｙの周囲に配置された帯電器１１０Ｙ、光書き込み装置１１１、現像器１１２Ｙ、感光体クリーナ１１３Ｙ、除電器（図示せず）等から構成されている。光書き込み装置１１１は、夫々の感光体ドラム１０９Ｙ、１０９Ｍ、１０９Ｃ、１０９Ｋ（以降、総じて「感光体ドラム１０９」という）に対して光を照射するように構成されている。

画像形成に際し、感光体ドラム１０９Ｙの外周面は、暗中にて帯電器１１０Ｙにより一様に帯電された後、光書き込み装置１１１からのイエロー画像に対応した光源からの光により書き込みが行われ、静電潜像が形成される。現像器１１２Ｙは、この静電潜像をイエロートナーにより可視像化し、このことにより感光体ドラム１０９Ｙ上にイエローのトナー画像が形成される。

このトナー画像は、感光体ドラム１０９Ｙと搬送ベルト１０５とが当接若しくは最も接近する位置（転写位置）で、転写器１１５Ｙの働きにより搬送ベルト１０５上に転写される。この転写により、搬送ベルト１０５上にイエローのトナーによる画像が形成される。トナー画像の転写が終了した感光体ドラム１０９Ｙは、外周面に残留した不要なトナーを感光体クリーナ１１３Ｙにより払拭された後、除電器により除電され、次の画像形成のために待機する。

以上のようにして、画像形成部１０６Ｙにより搬送ベルト１０５上に転写されたイエローのトナー画像は、搬送ベルト１０５のローラ駆動により次の画像形成部１０６Ｍに搬送される。画像形成部１０６Ｍでは、画像形成部１０６Ｙでの画像形成プロセスと同様のプロセスにより感光体ドラム１０９Ｍ上にマゼンタのトナー画像が形成され、そのトナー画像が既に形成されたイエローの画像に重畳されて転写される。

搬送ベルト１０５上に転写されたイエロー、マゼンタのトナー画像は、さらに次の画像形成部１０６Ｃ、１０６Ｋに搬送され、同様の動作により、感光体ドラム１０９Ｃ上に形成されたシアンのトナー画像と、感光体ドラム１０９Ｋ上に形成されたブラックのトナー画像とが、既に転写されている画像上に重畳されて転写される。こうして、搬送ベルト１０５上にフルカラーの中間転写画像が形成される。

給紙トレイ１０１に収納された用紙１０４は最も上のものから順に送り出され、その搬送経路が搬送ベルト１０５と接触する位置若しくは最も接近する位置において、搬送ベルト１０５上に形成された中間転写画像がその紙面上に転写される。これにより、用紙１０４の紙面上に画像が形成される。紙面上に画像が形成された用紙１０４は更に搬送され、定着器１１６にて画像を定着された後、画像形成装置の外部に排紙される。

また、搬送ベルト１０５に対してベルトクリーナ１１８が設けられている。ベルトクリーナ１１８は、図１に示すように、搬送ベルト１０５から用紙１０４への画像の転写位置の下流側であって、感光体ドラム１０９よりも上流側において搬送ベルト１０５に押し当てられたクリーニングブレードであり、搬送ベルト１０５の表面に付着したトナーを掻きとる顕色剤除去部である。

次に、現像器１１２に対してトナーを供給するための構成について図２を参照して説明する。ＣＭＹＫ各色においてトナーの供給構成は概ね共通しており、図２においては１つの現像器１１２に対する供給構成を示す。トナーはトナーボトル１１７に収容されており、図２に示すように、トナーボトル１１７からトナーボトル供給路１２０を介してサブホッパー２００にトナーが供給される。

サブホッパー２００は、トナーボトル１１７から供給されるトナーを一時的に保持し、現像器１１２内部のトナー残量に応じて現像器１１２にトナーを供給する。サブホッパー２００からサブホッパー供給路１１９を介して現像器１１２にトナーが供給される。トナーボトル１１７内部のトナーが無くなってサブホッパー２００にトナー画供給されなくなり、サブホッパー２００内部のトナー量が少なくなった状態を検知することが本実施形態に係る要旨である。

図３は、本実施形態に係るサブホッパー２００の概観を示す斜視図である。図３に示すように、サブホッパー２００を構成する筐体の外壁には磁束センサ１０が取り付けられている。図３においてサブホッパー２００の上部は開口となっており、この開口に対してトナーボトル供給路１２０の形成されたカバーが取り付けられる。また、サブホッパー２００内部に保持されているトナーは図３に示すサブホッパー供給路１１９から送り出される。

図４は、サブホッパー２００の内部を示す斜視図である。図４に示すように、サブホッパー２００内部の内壁には振動板２０１が設けられている。振動板２０１が設けられた内壁は図３において磁束センサ１０が取り付けられている外壁の裏側である。従って、振動板２０１は磁束センサ１０に対向するように配置されている。

振動板２０１は、長方形の板状の部品であり、長手方向の一端がサブホッパー２００の筐体に固定された片持ち状態で配置されている。また、振動板２０１の長手方向において固定されていない側の端部には重り２０２が配置されている。

重り２０２は、振動板２０１が振動した場合の振動数を調整する機能や、振動板２０１を振動させるための機能を担う。また、振動板２０１の近傍には金属棒２０３が配置されている。金属棒２０３の機能については後述する。

サブホッパー２００内部においては、内部のトナーを撹拌するための構成として、回転軸２０４及び撹拌部材２０５が設けられている。回転軸２０４は、サブホッパー２００内部で回転する軸である。この回転軸２０４に撹拌部材２０５が固定されており、回転軸２０４の回転に伴って撹拌部材２０５が回転してサブホッパー２００内部のトナーが撹拌される。また、振動板２０１の長手方向は、回転軸２０４の軸方向と略平行に配置されている。

また、撹拌部材２０５は、トナーの撹拌に加えて、回転により振動板２０１に設けられた重り２０２を弾く機能を担う。これにより、撹拌部材２０５が１周回転する毎に重り２０２が弾かれて振動板２０１が振動する。即ち、振動板２０１が振動部として機能すると共に、撹拌部材２０５が振動付与部として機能する。この振動板２０１の振動を検知することによりサブホッパー２００内部におけるトナーの残量を検知することが本実施形態に係る要旨である。

次に、本実施形態に係る磁束センサ１０の内部構成について図５を参照して説明する。図５に示すように、本実施形態に係る磁束センサ１０は、コルピッツ型のＬＣ発振回路を基本とする発振回路であり、平面パターンコイル１１、パターン抵抗１２、第一コンデンサ１３、第二コンデンサ１４、フィードバック抵抗１５、アンバッファＩＣ１６、１７及び出力端子１８を含む。

平面パターンコイル１１は、磁束センサ１０を構成する基板上に平面状にパターニングされた信号線によって構成される平面状のコイルである。図５に示すように、平面パターンコイル１１は、コイルによって得られるインダクタンスＬを有する。平面パターンコイル１１は、コイルが形成された平面に対向する空間を通る磁束によってインダクタンスＬの値が変化する。その結果、本実施形態に係る磁束センサ１０は、平面パターンコイル１１のコイル面が対向する空間を通る磁束に応じた周波数の信号を発振する発振部として用いられる。

パターン抵抗１２は、平面パターンコイル１１と同様に基板上に平面状にパターニングされた信号線によって構成される抵抗である。本実施形態に係るパターン抵抗１２は、つづら折り状に形成されたパターンであり、これによって直線状のパターンよりも電流の流れにくい状態を作り出している。このパターン抵抗１２を設けることが本実施形態に係る要旨の１つである。尚、つづら折り状とは、換言すると、所定の方向に対して複数回往復させるように折り曲げた形状である。図５に示すように、パターン抵抗１２は、抵抗値Ｒ_Ｐを有する。図５に示すように、平面パターンコイル１１とパターン抵抗１２とは直列に接続されている。

第一コンデンサ１３及び第二コンデンサ１４は、平面パターンコイル１１と共にコルピッツ型ＬＣ発振回路を構成する容量である。従って、第一コンデンサ１３及び第二コンデンサ１４は、平面パターンコイル１１及びパターン抵抗１２と直列に接続されている。平面パターンコイル１１、パターン抵抗１２、第一コンデンサ１３及び第二コンデンサ１４によって構成されるループによって共振電流ループが構成される。

フィードバック抵抗１５は、バイアス電圧を安定化させるために挿入される。アンバッファＩＣ１６及びアンバッファＩＣ１７の機能により、共振電流ループの一部の電位の変動が、共振周波数に応じた矩形波として出力端子１８から出力される。

このような構成により、本実施形態に係る磁束センサ１０は、インダクタンスＬ、抵抗値Ｒ_Ｐ、第一コンデンサ１３及び第二コンデンサ１４の静電容量Ｃに応じた周波数ｆで発振する。周波数ｆは、以下の式（１）によって表すことが出来る。

そして、インダクタンスＬは、平面パターンコイル１１の近傍における磁性体の存在やその濃度によっても変化する。従って、磁束センサ１０の発振周波数により、平面パターンコイル１１近傍の空間における透磁率を判断することが可能となる。

また、上述したように、本実施形態に係るサブホッパー２００における磁束センサ１０は、筐体を介して振動板２０１と対向して配置されている。従って、平面パターンコイル１１によって発生する磁束は振動板２０１を通ることとなる。即ち、振動板２０１が平面パターンコイル１１によって生成される磁束に影響し、インダクタンスＬに影響を与える。結果的に、振動板２０１の存在が磁束センサ１０の発振信号の周波数に影響することとなる。これが、本実施形態に係る要旨の１つである。詳細は後述する。

図６は、本実施形態に係る磁束センサ１０の出力信号のカウント値の態様を示す図である。磁束センサ１０に含まれる平面パターンコイル１１によって発生する磁束に変化がなければ、原則として磁束センサ１０は同一の周波数で発振を続ける。その結果、図６に示すように、時間経過に応じてカウンタのカウント値は一様に増加し、図６に示すように、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５夫々のタイミングにおいて、ａａａａｈ、ｂｂｂｂｈ、ｃｃｃｃｈ、ｄｄｄｄｈ、ＡＡＡＡｈといったカウント値が取得される。

夫々のタイミングにおけるカウント値を、図６に示すＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４夫々の期間に基づいて計算することにより、夫々の期間における周波数が算出される。例えば、２（ｍｓｅｃ）に相当する基準クロックをカウントすると割込み信号を出力して周波数を計算する場合、夫々の期間におけるカウント値を２（ｍｓｅｃ）で割ることにより、図６に示すＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４夫々の期間における磁束センサ１０の発振周波数ｆ（Ｈｚ）を算出する。

また、図６に示すように、カウンタのカウント値の上限がＦＦＦＦｈである場合、期間Ｔ_４における周波数の算出に際して、ＦＦＦＦｈからｄｄｄｄｈを引いた値と、ＡＡＡＡｈとの値の合計値を２（ｍｓｅｃ）で割ることにより発振周波数ｆ（Ｈｚ）を算出することができる。

このように、本実施形態に係る画像形成装置１００においては、磁束センサ１０が発振する信号の周波数を取得し、その取得結果に基づいて磁束センサ１０の発振周波数に対応する事象を判断することができる。そして、本実施形態に係る磁束センサ１０においては、平面パターンコイル１１に対向して配置されている振動板２０１の状態に応じてインダクタンスＬが変化し、結果として出力端子１８から出力される信号の周波数が変化する。

その結果、信号を取得するコントローラにおいては、平面パターンコイル１１に対向して配置された振動板２０１の状態を確認することが可能となる。このようにして確認された振動板２０１の状態に基づいてサブホッパー２００内部の顕色剤の状態を判断することが本実施形態に係る要旨の１つである。

尚、上述したように、発振信号のカウント値を期間で割ることにより周波数が求められるが、カウント値を取得する期間が固定であれば、周波数を示すためのパラメータとして、取得されたカウント値をそのまま用いることも可能である。

図７は、本実施形態に係る磁束センサ１０の概観を示す斜視図である。図７においては、図５において説明した平面パターンコイル１１及びパターン抵抗１２が形成されている面、即ち、透磁率を検知するべき空間に対向させる検知面が上面に向けられている。

図７に示すように、平面パターンコイル１１が形成された検知面においては、平面パターンコイル１１と直列に接続されるパターン抵抗１２がパターニングされている。図５において説明したように、平面パターンコイル１１は平面上に螺旋状に形成された信号線のパターンである。また、パターン抵抗１２は、平面上につづら折状に形成された信号のパターンであり、これらのパターンによって上述したような磁束センサ１０の機能が実現される。

この平面パターンコイル１１及びパターン抵抗１２によって形成される部分が、本実施形態に係る磁束センサ１０における透磁率の検知部である。磁束センサ１０をサブホッパー２００に取り付ける際には、この検知部が振動板２０１に対向するように取り付けられる。

次に、本実施形態に係る画像形成装置１００において磁束センサ１０の出力値を取得する構成について図８を参照して説明する。図８は、磁束センサ１０の出力値を取得するコントローラ２０及び磁束センサ１０の構成を示す図である。図８に示すように、本実施形態に係るコントローラ２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）２２、タイマ２３、水晶発振回路２４、接触信号取得部２５及び入出力制御ＡＳＩＣ３０を含む。

ＣＰＵ２１は演算手段であり、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶媒体に記憶されたプログラムに従って演算を行うことにより、コントローラ２０全体の動作を制御する。ＡＳＩＣ２２は、ＣＰＵ２１やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等が接続されたシステムバスと他の機器との接続インタフェースとして機能する。

タイマ２３は、水晶発振回路２４から入力される基準クロックのカウント値が所定の値になる度に割込み信号を生成してＣＰＵ２１に対して出力する。ＣＰＵ２１は、タイマ２３から入力される割込み信号に応じて、磁束センサ１０の出力値を取得するためのリード信号を出力する。水晶発振回路２４は、コントローラ２０内部の各デバイスを動作させるための基準クロックを発振する。

接触信号取得部２５は、上述した撹拌部材２０５と振動板２０１に設けられた重り２０２との接触状態を示す信号を外部から取得する。この接触信号取得部２５を含む撹拌部材０５と重り２０２との接触状態の検知が、本実施形態に係る要旨の１つである。

入出力制御ＡＳＩＣ３０は、磁束センサ１０が出力する検知信号を取得して、コントローラ２０内部において処理可能な情報に変換する。即ち、入出力制御ＡＳＩＣ３０が、周波数関連情報生成部として機能する。図８に示すように入出力制御ＡＳＩＣ３０は、透磁率カウンタ３１、リード信号取得部３２及びカウント値出力部３３を含む。上述したように、本実施形態に係る磁束センサ１０は、検知対象の空間における透磁率に応じた周波数の矩形波を出力する発振回路である。

透磁率カウンタ３１は、そのような磁束センサ１０が出力する矩形波に応じて値をインクリメントするカウンタである。即ち、透磁率カウンタ３１が、周波数を算出する対象の信号の信号数をカウントする対象信号カウンタとして機能する。尚、本実施形態に係る磁束センサ１０はＣＭＹＫ各色の現像器１１２に接続される夫々のサブホッパー２００毎に設けられており、それに伴って透磁率カウンタ３１も複数設けられている。

リード信号取得部３２は、ＣＰＵ２１からの透磁率カウンタ３１のカウント値の取得命令であるリード信号を、ＡＳＩＣ２２を介して取得する。リード信号取得部３２は、ＣＰＵ２１からのリード信号を取得すると、カウント値出力部３３にカウント値を出力させるための信号を入力する。カウント値出力部３３は、リード信号取得部３２からの信号に応じて、透磁率カウンタ３１のカウント値を出力する。

尚、入出力制御ＡＳＩＣ３０へのＣＰＵ２１からのアクセスは、例えばレジスタを介して行われる。そのため、上述したリード信号は、入出力制御ＡＳＩＣ３０に含まれる所定のレジスタにＣＰＵ２１によって値が書き込まれることによって行われる。また、カウント値出力部３３によるカウント値の出力は、入出力制御ＡＳＩＣ３０に含まれる所定のレジスタにカウント値が格納され、その値をＣＰＵ２１が取得することによって行われる。図８に示すコントローラ２０は、磁束センサ１０とは別個に設けられても良いし、ＣＰＵ２１を含む回路として磁束センサ１０の基板上に実装されても良い。

このような構成において、ＣＰＵ２１がカウント値出力部３３から取得したカウント値に基づいて振動板２０１の振動状態を検知し、その検知結果に基づいてサブホッパー２００内部のトナー残量を検知する。即ち、所定のプログラムに従ってＣＰＵ２１が演算を行うことにより、検知処理部が構成される。また、カウント値出力部３３から取得されるカウント値が、振動板２０１の振動に応じて変化する磁束センサ１０の周波数を示す周波数関連情報として用いられる。

次に、本実施形態に係る磁束センサ１０の発振周波数に対する振動板２０１による影響について説明する。図９に示すように、磁束センサ１０において平面パターンコイル１１が形成されている面と振動板２０１とは、サブホッパー２００の筐体を介して対向して配置されている。そして、図９に示すように、平面パターンコイル１１の中央を中心とした磁束が発生し、その磁束が振動板２０１を貫くこととなる。

振動板２０１は、例えばＳＵＳ板によって構成されており、図１０に示すように磁束Ｇ_１が振動板２０１を貫くことによって振動板２０１内に渦電流が発生する。この渦電流が磁束Ｇ_２を発生させ、平面パターンコイル１１による磁束Ｇ_１を打ち消すように作用する。このように磁束Ｇ１が打ち消されることにより、磁束センサ１０におけるインダクタンスＬが減少する。上記式（１）において示すように、インダクタンスＬが減少すると発振周波数ｆは増大する。

平面パターンコイル１１による磁束を受けて振動板２０１内部において発生する渦電流の強さは、磁束の強さの他、平面パターンコイル１１と振動板２０１との間隔によっても変化する。図１１は、平面パターンコイル１１と振動板２０１との間隔に応じた磁束センサ１０の発振周波数を示す図である。

振動板２０１内部に発生する渦電流の強さは、平面パターンコイル１１と振動板２０１との間隔に反比例する。従って、図１１に示すように、平面パターンコイル１１と振動板２０１との間隔が狭くなるほど、磁束センサ１０の発振周波数は高くなり、所定の間隔よりも狭くなると、インダクタンスＬが低くなり過ぎて発振しなくなる。

本実施形態に係るサブホッパー２００においては、図１１に示すような特性を利用することにより、磁束センサ１０の発振周波数に基づいて振動板２０１の振動を検知する。そのようにして検知した振動板２０１の振動に基づいてサブホッパー２００内部のトナー残量を検知することが本実施形態に係る要旨である。即ち、図９に示す振動板２０１及び磁束センサ１０、並びに磁束センサ１０の出力信号を処理する構成が本実施形態に係る粉体検知装置として用いられる。この粉体検知装置は、トナー残量の検知に用いられれば顕色剤残量検知装置である。また、磁束センサ１０が振動検知部として機能する。

撹拌部材２０５によって弾かれた振動板２０１の振動は、振動板２０１の剛性や重り２０２の重量によって定まる固有振動数と、その振動エネルギーを吸収する外的な要因によって定まる減衰率によって表される。振動エネルギーを吸収する外的な要因としては、振動板２０１を片持ち状態で固定する固定部の固定強度、空気抵抗等の固定要因に加えて、サブホッパー２００内部において振動板２０１に接触するトナーの存在がある。

サブホッパー２００内部において振動板２０１に接触するトナーは、サブホッパー２００内部のトナー残量によって変動する。従って、振動板２０１の振動を検知することにより、サブホッパー２００内部のトナー残量を検知することが可能となる。そのため、本実施形態に係るサブホッパー２００内部においては、内部のトナーを撹拌するための撹拌部材２０５が振動板２０１を弾き、回転に応じて定期的に振動板２０１を振動させる。

次に、サブホッパー２００内部における振動板２０１周辺の部品の配置や、撹拌部材２０５が振動板２０１を弾くための構成について説明する。図１２は、振動板２０１の周辺の配置関係を示す斜視図である。図１２に示すように、振動板２０１は固定部２０１ａを介してサブホッパー２００の筐体に固定されている。

図１３は、回転軸２０４の回転状態として、撹拌部材２０５が振動板２０１に取り付けられた重り２０２に接触する前の状態を示す側面図である。図１３において、回転軸２０４は、撹拌部材２０５が時計回りに回転するように回転する。

図１３に示すように、重り２０２は、振動板２０１の板面から突出した突出部であると共に、側面から見た状態において振動板２０１の板面に対して傾斜を有する形状となっている。この傾斜は、撹拌部材２０５の回転方向に沿って斜面が回転軸２０４に近づくように構成されている。この重り２０２の傾斜面は、撹拌部材２０５が振動板２０１を弾いて振動させる際に撹拌部材２０５によって押される部分である。図１４は、図１３に示す状態から撹拌部材２０５が更に回転した状態を示す側面図である。

撹拌部材２０５が重り２０２に接触した状態で更に回転することにより、重り２０２に設けられた傾斜に伴って振動板２０１が押し込まれて変形することとなる。図１４においては、外力が加わっていない状態（以降、「定常状態」とする）の振動板２０１及び重り２０２の位置を破線で示している。図１４に示すように、振動板２０１及び重り２０２が撹拌部材２０５によって押し込まれる。

図１５は、図１４に示す状態を示す上面図である。振動板２０１は固定部２０１ａを介してサブホッパー２００の筐体内壁に固定されているため、固定部２０１ａ側の位置は変化しない。これに対して、重り２０２が設けられて自由端となっている反対側の端部は、撹拌部材２０５によって押し込まれることにより回転軸２０４が設けられた側とは反対側に移動する。結果的に、振動板２０１は固定部２０１ａを基点として図１５に示すように撓む。このように撓んだ状態において、振動板２０１を振動させるためのエネルギーが蓄えられる。

尚、図１５に示すように、本実施形態に係る撹拌部材２０５は、重り２０２に接触する部分とそれ以外の部分との間に切り込み２０５ａが設けられている。これにより、撹拌部材２０５が重り２０２を押し込む際に無理な力が加わって撹拌部材２０５が破損してしまうことを防ぐことが出来る。

また、切り込み２０５ａの始点には丸型部２０５ｂが設けられている。これにより、切り込み２０５ａを境に撹拌部材２０５の撓み量が異なった場合に切り込み２０５ａの始点に加わる応力を分散し、撹拌部材２０５の破損を防ぐことが出来る。

図１６は、図１４に示す状態から更に撹拌部材２０５が回転した状態を示す側面図である。図１６においては、定常状態における振動板２０１の位置を破線で、図１４に示す振動板２０１の位置を一転鎖線で示している。そして、撹拌部材２０５によって押し込まれて蓄えられた振動エネルギーが解放されることにより反対側に撓んだ振動板２０１の位置を実線で示している。

図１７は、図１６に示す状態を示す上面図である。図１６に示すように、撹拌部材２０５による重り２０２の押圧が解除されると、振動板２０１に蓄えられた撓みのエネルギーにより、自由端である重り２０２が設けられた側の端部が反対側に撓むように移動する。

図１６、図１７に示す状態において、振動板２０１は、サブホッパー２００の筐体を介して対向している磁束センサ１０から遠ざかった状態となる。以降、振動板２０１は振動することにより、磁束センサ１０に対して定常状態よりも近づいた状態と、定常状態よりも遠ざかった状態とを繰り返しながら、振動の減衰によって定常状態に戻ることとなる。

図１８は、サブホッパー２００内部に保持されているトナーの状態を模式的にドットで示した図である。図１８に示すようにサブホッパー２００内部にトナーが存在すると、振動板２０１や重り２０２が振動しながらトナーに接触する。そのため、サブホッパー２００内部にトナーが存在しない場合に比べて早く振動板２０１の振動が減衰する。この振動の減衰の変化に基づいてサブホッパー２００内部のトナー残量を検知することが出来る。

図１９は、撹拌部材２０５によって重り２０２が弾かれた後、振動板２０１の振動が減衰して振動が止まるまでの、所定期間毎の磁束センサ１０の発振信号のカウント値の変化を示す図である。磁束センサ１０の発振信号のカウント値は、発振周波数が高い程多くなる。従って、図１９の縦軸は、カウント値ではなく発振周波数に置き換えることもできる。

図１９に示すように、タイミングｔ_１において撹拌部材２０５が重り２０２に接触して重り２０２を押し込むことにより、振動板２０１が磁束センサ１０に近づいていく。これにより、磁束センサ１０の発振周波数が上昇して所定期間毎のカウント値が上昇する。

そして、タイミングｔ_２において撹拌部材２０５による重り２０２の押圧が解除され、以降、振動板２０１は蓄えられた振動エネルギーによって振動する。振動板２０１が振動することにより、振動板２０１と磁束センサ１０との間隔が定常状態を中心として、それよりも広い状態と狭い状態とが繰り返される。その結果、磁束センサ１０の発振信号の周波数が振動板２０１の振動に伴って振動することとなり、所定期間毎のカウント値も同様に振動する。

振動板２０１の振動の振幅は、振動エネルギーの消費に伴って狭くなっていく。即ち、振動板２０１の振動は時間と共に減衰する。そのため、振動板２０１と磁束センサ１０との間隔の変化も時間経過と共に小さくなっていき、図１９に示すように、カウント値の時間変化も同様に変化する。

ここで、上述したように、振動板２０１の振動は、サブホッパー２００内部のトナー残量が多い程早く減衰する。従って、図１９に示すような磁束センサ１０の発振信号の振動の減衰の態様を解析することにより振動板２０１の振動がどのように減衰したかを認識し、それによってサブホッパー２００内部のトナー残量を知ることが出来る。

そのため、図１９に示すように、カウント値の振動のピークを夫々Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、・・・とすると、例えば、以下の式（２）により、振動板２０１の振動の減衰率ζを求めることが出来る。式（２）に示すようにタイミングの異なるピーク値の割合を参照することにより、環境変動による誤差をキャンセルして正確な減衰率を求めることが出来る。換言すると、本実施形態に係るＣＰＵ２１は、異なるタイミングにおいて取得されたカウント値の比率に基づいて減衰率ζを求める。

尚、上記式（２）においては、図１９に示すピークのうちＰ_１、Ｐ_２及びＰ_５、Ｐ_６を用いたが、これは一例であり、他のピークを用いても良い。但し、振動板２０１が撹拌部材２０５によって押し込まれて磁束センサ１０に最も近付いた状態であるタイミングｔ_２におけるピーク値は、撹拌部材２０５と重り２０２との摩擦による摺動ノイズが重畳した誤差等を含むため、計算対象とはしないことが好ましい。

仮に図１８に示すようにサブホッパー２００内部のトナーの存在によって振動の減衰が早められる場合であっても、振動板２０１の振動数は大きくは変わらない。そのため、上記式（２）に示すように特定のピークの振幅の割合を計算することにより、所定期間における振幅の減衰を計算することが出来る。

このような構成において、正確に減衰率ζを求めるためには、図１４に示す状態から図１６に示す状態に遷移した後、振動板２０１が最も反対側に撓んだ状態におけるカウント値、即ち、図１９に示すＰ_１の値を正確に検知することが求められる。本実施形態においては、Ｐ_１の値を正確に検知するため、撹拌部材２０５が振動板２０１を弾いたタイミングを正確に検知するための構成を含む。

図２０は、撹拌部材２０５が振動板２０１を弾いたタイミングを正確に検知するための構成を示す図である。まず、本実施形態に係る構成の前提として、固定部２０１ａ、振動板２０１、重り２０２、撹拌部材２０５及び回転軸２０４は、導電性の部材で構成されている。

そして、振動板２０１には信号線２０１ｂが接続されており、信号線２０１ｂはコントローラ２０に接続されている。他方、回転軸２０４は、アース４０に接続されている。このような構成により、撹拌部材２０５が重り２０２に接触している間は、図２０において破線で示すような経路で電流が流れ、コントローラ２０に接続された信号線２０１ｂは接地されることとなる。

尚、図２０においては、撹拌部材２０５が振動板２０１自体にも接触しているため、振動板２０１全体を導電性を有する部材で構成すると、撹拌部材２０５と振動板２０１との間にも電流が流れることとなる。

これに対して、図２０に破線で示すような電流経路を実現するためには、例えば、撹拌部材２０５のうち重り２０２と接触する部分のみを導電性を有する素材で構成することが考えられる。また、振動板２０１自体を導電性を有する部材で構成するのではなく、振動板２０１に外側が絶縁された信号線を添付し、その信号線によって重り２０２と固定部２０１ａとの間に電流が流れるようにしても良い。

撹拌部材２０５が振動板２０１を弾いて、撹拌部材２０５と重り２０２との接触が解除されると、振動板２０１、重り２０２側から、撹拌部材２０５、回転軸２０４側に電流が流れなくなる。その結果、信号線２０１ｂの接地が解除される。従って、コントローラ２０は、信号線２０１ｂの電圧を参照することにより、撹拌部材２０５と重り２０２との接触状態を検知することが可能となる。即ち、信号線２０１ｂが、振動板２０１に付加された重り２０２と撹拌部材２０５との導通状態に応じた信号である接触信号を出力する接触信号出力部として機能する。このような構成が本実施形態に係る要旨の１つである。

尚、図２０においては図示していないが、振動線２０１ｂには何らかの方法によって電圧が供給される。これにより、重り２０２と撹拌部材２０５とが接触していない状態においては信号線２０１ｂの電圧は供給された電圧となる。

他方、重り２０２と撹拌部材２０５とが接触すると、信号線２０１ｂが、固定部２０１ａ、振動板２０１、重り２０２、撹拌部材２０５及び回転軸２０４を介してアース４０に設置されることにより、信号線２０１ｂの電圧が降下する。これにより、コントローラ２０が上述したような検知を行うことが可能となる。尚、信号線２０１ｂへの電圧の供給は、コントローラ２０から行ってもよいし、図示しない他の電源から行っても良い。

コントローラ２０に接続された信号線２０１ｂの信号は、図８において説明した接触信号取得部２５によって取得される。これにより、接触信号取得部２５は、信号線２０１ｂの電圧を信号として取得し、ＣＰＵ２１が認識可能な情報に変換する。これにより、ＣＰＵ２１は、撹拌部材２０５と重り２０２との接触状態を検知する。

尚、固定部２０１ａは、筐体の内側に配置される部材であるが、コントローラ２０は筐体の外側に配置される。従って、信号線２０１ｂは、筐体の内側の電気信号を筐体の外側に出す必要がある。これは、例えば固定部２０１ａを筐体に固定するビス孔を用いて筐体の外側に信号を出す態様を用いることが出来る。この場合、実際にビス孔に信号線を通す態様の他、金属で形成されたビスを信号経路として用いても良い。

次に、本実施形態に係るサブホッパー２００におけるトナー残量検知の動作について図２１のフローチャートを参照して説明する。図２１に示すフローチャートの動作は、図８に示すＣＰＵ２１の動作である。図２１に示すように、ＣＰＵ２１は、上述した接触信号取得部２５の検知に結果に基づき、撹拌部材２０５と重り２０２との接触が解除され、振動板２０１が弾かれたことを判断する（Ｓ２１０１）。

接触信号取得部２５に入力される信号の電圧が設置された状態の電圧であれば、ＣＰＵ２１は、撹拌部材２０５と重り２０２とが接触していると判断する（Ｓ２１０１／ＮＯ）。そして、接触信号取得部２５に入力される信号の電圧が変化すると、ＣＰＵ２１は、撹拌部材２０５と重り２０２との接触が解除されたと判断する（Ｓ２１０１／ＹＥＳ）。

接触解除の判断をしたＣＰＵ２１は、図８において説明したように入出力制御ＡＳＩＣ３０からのカウント値の取得を開始する（Ｓ２１０２）。そして、取得したカウント値に基づき、図１９において説明したようなピーク値を取得する（Ｓ２１０３）

仮に、ＣＰＵ２１が常に入出力制御ＡＳＩＣ３０からのカウント値を取得しているとすると、ＣＰＵ２１は所定期間毎にカウント値出力部３３から磁束センサ１０の出力信号のカウント値を取得する。このカウント値は、定常状態であれば図１９に示すようにＣ_０である。これに対して、図１４に示すように重り２０２が押し込まれると、振動板２０１が磁束センサ１０に近づくにつれてカウント値は上昇することとなる。

ここで、図１９に示すようなカウント値の時系列変化に基づいてピーク値を取得した上で、上述した式（２）に示すような計算により減衰率ζを求める場合、重り２０２が弾かれた後の最初のピークであるＰ_１を正確に判断することが重要となる。この判断は、例えばマイナス方向の振幅の絶対値が最も大きくなる点を採用することとなる。

しかしながら、図１９に示すようなカウント値の波形は、重り２０２が撹拌部材２０５によって弾かれる度に、即ち、回転軸２０４の回転に応じて周期的に発生する。そのため、検知されたタイミングが本当にＰ_１のタイミングであるか否かを判断するための確認処理が重要となる。

そのような確認の一例として、例えば、Ｐ_１のタイミングとして認識されたタイミングよりも前の所定期間のカウント値を参照し、認識されたタイミングのカウント値との差分を算出することが考えられる。認識されたタイミングが真にＰ_１のタイミングであれば、図１９に示すように、算出された差分は相応に大きな値となる。従って、そのように算出された差分が所定の閾値以上であれば、認識されたタイミングが真にＰ_１のタイミグであることを確認することが出来る。

しかしながら、撹拌部材２０５は撓む性質を有する部材であるため、重り２０２を押し込む過程において振動板２０１に大きな振動が生じる可能性がある。その結果、上述したＰ_１として認識されたタイミングよりも前の所定期間のカウント値が図１９に示すＣ_０よりも小さくなってしまう場合もある。そのような場合、認識されたタイミングが真にＰ_１のタイミングであるにも関わらず、誤認識であったと判断されてしまう。

これに対して、本実施形態に係るコントローラ２０においては、Ｓ２１０１において撹拌部材２０５と重り２０２との接触が解除されたと判断されたタイミング、即ち、図１９におけるタイミングｔ_２以降のカウント値のみが取得される。従って、取得されたカウント値のうち、マイナス方向の振幅の絶対値が最も大きいタイミングの値をＰ_１として認識することにより、Ｐ_１を正確に検知することが出来る。

図２２は、Ｓ２１０３におけるピーク値の取得処理におけるカウント値の解析態様を示す図である。図２２においては、所定期間毎に取得されるカウント値について、夫々のカウント値の“番号ｎ”、“カウント値Ｓ_ｎ”に加えて、直前のカウント値との差分の符号“Ｓ_ｎ−１−Ｓ_ｎ”が、取得順に示されている。図２２に示すような結果において、“Ｓ_ｎ−１−Ｓ_ｎ”の符号が反転した１つ前の値がピーク値である。図２２の場合、５番及び１０番がピーク値として採用される。

即ち、ＣＰＵ２１は、Ｓ２１０２以降、順番に取得されたカウント値について、図２２に示す“Ｓ_ｎ−１−Ｓ_ｎ”を計算する。そして、計算結果として得られる符号が反転したタイミングにおける“カウント値Ｓ_ｎ”を図１９に示すＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_３・・・といったピーク値として採用する。

尚、上述したように、タイミングｔ_２における値は避けることが好ましい。タイミングｔ_２の値は、Ｓ２１０２の後の最初のピークである。そのため、ＣＰＵ２１は、図２２に示すような解析を行って抽出したピーク値のうち、最初の値は破棄する。

また、実際に得られるカウント値は、高周波成分のノイズを含んでいる可能性があり、振動板２０１の振動によるピークではない位置において“Ｓ_ｎ−１−Ｓ_ｎ”の符号が反転するタイミングが生じる場合がある。そのような場合の誤検知を回避するため、ＣＰＵ２１は、カウント値出力部３３から取得した値を平滑化処理した上で図２２に示す解析を行うことが好ましい。平滑化処理においては移動平均法などの一般的な処理を採用することができる。

このようにしてピーク値を取得すると、ＣＰＵ２１は上記式（２）の計算により減衰率ζを計算する（Ｓ２１０４）。このため、Ｓ２１０３においては、減衰率の計算に用いるピーク値が得られるまで、図２２に示す態様によりカウント値の解析を行う。上記式（２）を用いる場合、ＣＰＵ２１は、Ｐ_６に相当するピーク値が得られるまでカウント値の解析を行う。

このようにして減衰率ζを算出すると、ＣＰＵ２１は、算出した減衰率ζが所定の閾値以下であるか否かを判断する（Ｓ２１０５）。即ち、ＣＰＵ２１は、異なるタイミングにおいて取得されたカウント値の比率と所定の閾値との大小関係に基づいて、サブホッパー２００内部のトナーが所定の量を下回ったことを判断する。図１８において説明したように、サブホッパー２００内部に十分なトナーが残っている場合、振動板２０１の振動は早く減衰する。従って、減衰率ζは小さくなる。

他方、サブホッパー２００内部のトナーが減少すると、それに応じて振動板２０１の振動の減衰が遅くなり、減衰率ζは大きくなる。従って、検知するべきトナー残量に応じた減衰率ζ_Ｓを閾値とすることにより、算出された減衰率ζに基づいて、サブホッパー２００内部のトナー残量が検知するべき残量（以降、「規定量」とする）にまで減少したことを判断することが可能である。

尚、サブホッパー２００内部のトナー残量が、振動板２０１の振動の減衰態様に直接影響するのではなく、トナー残量に応じて振動板２０１に対するトナーの接触状態が変化し、それによって振動板２０１の振動の減衰態様が定まる。従って、サブホッパー２００内部のトナー残量が同量であっても、振動板２０１に対するトナーの接触態様が異なれば、振動板２０１の減衰態様は異なってしまう。

これに対して、本実施形態に係るサブホッパー２００内部のトナー残量の検知に際しては、常に撹拌部材２０５によってサブホッパー２００内部のトナーは撹拌されている。従って、振動板２０１に対するトナーの接触状態を、ある程度はトナー残量に応じて定まるようにすることが出来る。これにより、トナー残量が同量であっても振動板２０１に対するトナーの接触態様が異なることにより、検知結果が異なってしまうという弊害を回避することが出来る。

Ｓ２１０５の判断の結果、算出した減衰率ζが閾値未満であれば（Ｓ２１０５／ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、サブホッパー２００内部には十分な量のトナーが保持されていると判断し、そのまま処理を終了する。他方、算出した減衰率ζが閾値以上であれば（Ｓ２１０５／ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、サブホッパー２００内部のトナー量が規定量を下回っていると判断し、トナー切れ検知を行って処理を終了する（Ｓ２１０６）。

Ｓ２１０６の処理によりトナー切れ検知を行ったＣＰＵ２１は、画像形成装置１００を制御するより上位のコントローラに対して、トナー残量が規定量を下回ったことを示す信号を出力する。これにより、画像形成装置１００のコントローラは、特定の色についてのトナー切れを認識し、トナーボトル１１７からトナーの供給を行うことが可能となる。

次に、本実施形態に係る磁束センサ１０の発振信号の周波数、ＣＰＵ２１によるカウント値の取得周期（以降、「サンプリング周期」とする）、振動板２０１の固有振動数の関係について説明する。図２３は、振動板２０１の１周期分における振動について、サンプリングされたカウント値を示す図である。図２３において、振動板２０１の振動の周期はＴ_{ｐｌａｔｅ}であり、サンプリング周期はＴ_{ｓａｍｐｌｅ}である。

図１９、図２１、図２２において説明した態様により振動板２０１の減衰率ζを高精度に算出すためには、振動板２０１の振動のピーク値を高精度に取得する必要がある。そのためには、Ｔ_{ｐｌａｔｅ}に対して十分なカウント値のサンプル数が必要であり、そのためにＴ_{ｓａｍｐｌｅ}はＴ_{ｐｌａｔｅ}に対して十分小さい必要がある。

図２３の例においては、Ｔ_{ｐｌａｔｅ}の１周期に対してカウント値のサンプル数は１０個である。即ち、Ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}はＴ_{ｐｌａｔｅ}の１／１０である。図２３の態様によれば、図中のＴ_ｐｅａｋの期間内に必ずサンプリングを行うこととなり、ピーク値を高精度に取得することが可能である。

従って、仮にＣＰＵ２１のサンプリング周期Ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}を１ｍｓとすると、振動板２０１の振動周期Ｔ_{ｐｌａｔｅ}は１０ｍｓ以上とすることが好ましい。換言すると、ＣＰＵ２１のサンプリング周波数１０００Ｈｚに対して、振動板２０１の固有振動数は１００Ｈｚ程度であることが好ましく、より好適にはそれ以下であることが好ましい。このような振動板２０１の固有振動数は、振動板２０１の材質、振動板２０１の厚みをはじめとした寸法及び重り２０２の重量を調整することによって実現される。

他方、サンプリング周期毎にサンプリングされるカウント値の値が小さすぎると、振動板２０１の振動に応じたサンプルごとのカウント値の変化が小さくなり、減衰率ζを精度よく算出することが出来なくなる。ここで、サンプリングされるカウント値の値は磁束センサ１０の発振周波数に準じた値となる。

一般的に磁束センサ１０の発振周波数は数ＭＨｚのオーダーであり、１０００Ｈｚのサンプリング周波数でサンプリングを行う場合、サンプリングタイミング毎に１０００以上のカウント値を得ることが出来る。従って、上述したようなＴ_{ｐｌａｔｅ}、Ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}のオーダーにより、減衰率ζを高精度に算出することが可能である。

但し、振動板２０１の振動による磁束センサ１０と振動板２０１との間隔の変化に対して、磁束センサ１０の発振周波数の変化量が十分になければ、図１９に示すような時間に対するカウント値の振動の振幅が小さくなってしまう。その結果、減衰率ζの変化も小さくなってしまい、振動板２０１の振動によるトナー残量検知の精度も低下してしまう。

磁束センサ１０と振動板２０１との間隔の変化に対する磁束センサ１０の発振周波数の変化量を大きくするためには、図１１に示すような特性に基づいて、磁束センサ１０と振動板２０１との配置間隔を決定する必要がある。例えば、図中の矢印の区間に示すように、磁束センサ１０と振動板２０１との間隔の変化に対する発振周波数の変化が急峻な範囲に含まれる間隔を、磁束センサ１０と振動板２０１との配置間隔として決定することが好ましい。

図２４は、磁束センサ１０と振動板２０１との配置間隔の調整態様を示す図である。図２４に示すように、磁束センサ１０と振動板２０１との配置間隔ｇの調整は、磁束センサ１０及び振動板２０１が取り付けられるサブホッパー２００の筐体２００ａの厚みや、振動板２０１が固定される固定部２０１ａの厚みによって調整することが可能である。

以上、説明したように、本実施形態に係るトナーの残量検知の方法によれば、振動板２０１の振動というデリケートな事象に対するトナーの影響を検知する。また、トナーの圧力等を直接検知する態様とは異なり、振動板の振動を介して検知するため、精度の向上が困難な圧力センサなどを用いることがなく、容器内のトナーの残量を高精度に検知することが可能となる。

そして、図２０に示すような構成を用いて撹拌部材２０５が重り２０２を弾いたタイミングｔ_２を判断し、そのタイミング以降のカウント値を取得して解析対象とする。これにより、減衰率ζの算出に際して重要なピーク値であるＰ_１及びそのタイミングを高精度に検知することが可能となる。

また、本実施形態においてセンサとして用いられる磁束センサ１０によるセンシングの対象となる振動板２０１は振動していることが前提である。そのため、仮に振動板２０１にトナーが付着したとしても、振動によって付着したトナーが振り落されることとなり、トナーの付着による検知精度の低下を避けることが可能である。

また、本実施形態においてセンサとして用いられる磁束センサ１０とセンシングの対象である振動板２０１との間には物理的な接触が不要である。そのため、磁束センサ１０をトナーの容器の外側に設けたとしても、容器の筐体に穴をあけて物理的なアクセスを確保する必要がない。そのため、容易に取り付け可能であり生産性を向上することが可能である。

また、本実施形態に係る態様によれば、トナー残量の検知は、Ｓ２１０１において撹拌部材２０５と重り２０２との接触が解除されたことをトリガとし、その後のピーク値を取得した上で実行される。従って、振動板２０１が撹拌部材２０５によって図１４に示すように押し込まれている状態ではトナー残量の検知結果は得られない。

これに対して、圧力センサ等によりトナー残量に応じた圧力を検知する態様の場合、容器内においてトナーを撹拌する撹拌部材によって押し付けられた圧力と、トナー残量に応じて発生する圧力との区別が困難であり、検知精度の向上が困難である。本実施形態に係る態様によれば、このような課題を解決することができる。

尚、上記実施形態においては、磁束センサ１０によるセンシングの対象として、金属素材の板状部材である振動板２０１を用いる場合を例として説明した。しかしながらこれは一例である。振動板２０１に求められる条件は、図２３において説明したような所定の振動数による振動を生じること、磁束センサ１０との間隔の変化に応じて磁束に影響を与え、磁束センサ１０の発振信号の周波数に影響を与えることである。

上記実施形態においては、磁束センサ１０に近づくほど磁束を打ち消してインダクタンスＬを減少させる金属材料を用いているが、逆に磁束センサ１０に近づくほど磁束を増大させてインダクタンスＬを増大させる強磁性体の材料でも良い。

上記実施形態においては、磁束センサ１０の平面パターンコイル１１によって生じる磁束に影響を与える観点や固有振動数の観点から板状の部材である振動板２０１を磁束センサ１０のセンシング対象としている。しかしながらこれは一例であり、振動すること及び磁束に影響することという条件を満たす限り、板状に限らず棒状の部品であっても良い。

また、上記実施形態においては、磁束に影響を与える素材を用いて振動板２０１を形成し、磁束センサ１０によって振動板２０１の振動の減衰を検知する態様を例として説明した。しかしながらこれは一例であり、板状の部材の振動の減衰というデリケートな事象に対するトナーの影響により容器内のトナーの残量を検知する態様であれば良い。

従って、磁束センサ１０を設けると共に振動板２０１を磁束に影響を与える素材で形成する態様に限らず、容器内に設けられた振動板２０１の振動を検知する機能を設けることにより上記と同様の効果を得ることが可能である。そのような態様としては、例えは、振動板２０１の振動が伝わる位置に振動を直接検知するためのセンサを設ける態様が考えられる。センサを設ける位置としては、例えば固定部２０１ａや重り２０２等が考えられる。

また、サブホッパー２００における振動板２０１及び磁束センサ１０の配置により上述した規定量を調整することが可能である。図２５、図２６は、サブホッパー２００における振動板２０１及び磁束センサ１０の配置と規定量との関係を示す図である。図２５の場合、サブホッパー２００内部に保持されているトナーの高さが、図中に示す破線Ａの高さよりも低くなるとトナーが振動板２０１に接触しなくなる。従って、図中の破線Ａの高さ近辺において、トナー残量が規定量を下回ったことが検知される。

他方、図２６の場合、振動板２０１及び磁束センサ１０の配置高さは図２５よりも低くなっている。そして、サブホッパー２００内部に保持されているトナーの高さが、図中に示す破線Ｂの高さよりも低くなるとトナーが振動板２０１に接触しなくなる。従って、図中の破線Ｂの高さ近辺において、トナー残量が規定量を下回ったことが検知される。

このように振動板２０１及び磁束センサ１０の配置により規定量を調整する態様は、例えばＣＭＹＫ各色のトナーの供給状態を調整するために用いることが可能である。例えばＣＭＹＫのうち使用頻度の高い色については、図２５に示すように振動板２０１及び磁束センサ１０を比較的高めに配置する。他方、使用頻度の低い色については、図２６に示すように振動板２０１及び磁束センサ１０を比較的低めに配置する。このような調整により、使用頻度に応じて効率的にトナーを供給することが可能となる。

また、上記実施形態においては、図２に示すサブホッパー２００内部のトナー残量を検知するための機構として磁束センサ１０及び振動板２０１よりなる構成を用いることを例として説明した。しかしながら、上記構成は粉体であるトナー量を検知するための構成として幅広く用いることが可能であり、例えば現像器１１２内部のトナー残量を検知するための構成として用いることも可能である。

図２７は、現像器１１２に採用した場合の断面図である。現像器１１２内部においては、主走査方向の全体にわたってトナーを搬送するためのスクリューである供給室搬送部材１１２ｂ及び回収室搬送部材１１２ｃが回転してトナーを搬送している。

磁束センサ１０及び振動板２０１よりなる構成を現像器１１２に採用する場合、図２７に示すように、磁束センサ１０は、平面パターンコイル１１が形成された面を現像器１１２におけるセンサ取り付け位置１１２ａに対向させて取り付けられる。これにより、図２７に示すように、回収室搬送部材１１２ｃによる搬送経路と供給室搬送部材１１２ｂによる搬送経路とが連結されている現像剤移動空間に対向するように平面パターンコイル１１が配置される。

現像器１１２内部においては、この現像剤移動空間に振動板２０１が配置されている。現像器１１２内部に配置された振動板２０１は、サブホッパー２００に設けられる場合と同様に、回転する回収室搬送部材１１２ｃによって弾かれて振動する。これにより、上記と同様に、磁束センサ１０によって振動板２０１の振動を検知することが可能となる。

現像剤移動空間においては、回収室搬送部材１１２ｃによる搬送経路と供給室搬送部材１１２ｂによる搬送経路との間でトナーが移動するため、夫々の搬送経路に比べて比較的トナーの滞留時間が長く、トナーの密度が高くなる。従って、図２７に示すように現像剤移動空間に振動板２０１を配置することにより、トナーによる振動板２０１の振動に対する影響を大きくし、現像器１１２内部のトナー残量を高精度に検知することが可能となる。

また、上記実施形態においては残量を検知する対象の粉体として、電子写真方式の画像形成装置において用いられる顕色剤であるトナーを例として説明した。しかしながらこれは一例であり、流動性を有することによって残量に応じて振動板２０１の振動に影響を与える粉体であれば同様に適用可能であり、例えば予めトナーと現像剤が混合されたプリミックス剤などに適用可能である。また、粉体に限らず、流動性を有することにより残量に応じて振動板２０１の振動に影響を与える物質であれば同様に残量の検知対象とすることが可能であり、対象として液体を採用することも可能である。

また、上記実施形態においては、上記式（２）により減衰率ζを算出する場合を例として説明した。しかしながらこれは一例であり、例えば以下の式（３）のように、複数のピーク間の減衰率の平均値を用いても良い。

また、以下の式（４）に示すように、単純にピーク値の割合としても良い。

また、上記実施形態においては、基板上にパターンニングされて形成された平面パターンコイルを用いる場合を例として説明した。コイルを平面上に形成することにより、センシングの対象である振動板２０１に対向する方向の厚みを薄くすることが可能であり、装置の小型化を好適に達成することが可能である。

しかしながら、コイルを平面パターンによって形成しなくとも、振動板２０１に対向する方向に対して平行に磁束が発生するようにコイルを形成することにより、同様の効果を得ることが可能である。コイルの形成態様の他の例を図２８、図２９に示す。図２８は、磁束センサ１０を構成する基板の板面に平行な方向から見た図であり、図２９は、磁束センサ１０を構成する基板の板面に垂直な方向から見た図である。

図２８、２９の例においては、磁束センサ１０を構成する基板上に、表面が絶縁された配線を巻いて配置することによりコイル１１´が形成されている。図２８、２９の例においても、図２８に示すように、振動板２０１に対向する方向に対して平行な方向の厚みを十分に薄くすることが可能であり、装置の小型化を図ることが可能である。

図３０は、図４において説明した振動板２０１を示す斜視図である。図３０に示すように、上記実施形態においては、振動板２０１において固定部２０１ａによって固定される端部とは反対側の端部に重り２０２が設けられている場合を例として説明した。これにより、撹拌部材２０５が振動板２０１を弾くための傾斜面を重り２０２によって形成することが出来る。

ここで、図３０の例においては、振動板２０１において撹拌部材２０５が接触して移動する方向の幅全体にわたって重り２０２が設けられているが、図３１に示すように、一部にのみ重り２０２を設けても良い。但し、重り２０２のうち、撹拌部材２０５が接触する範囲における傾斜角度が図３１に示すように途中で変化すると、図１４に示すように振動板２０１が押し込まれる過程において押し込む力が変化し、弾かれた後の振動に影響する可能性がある。従って、重り２０２に設けられた斜面の傾斜角度は、撹拌部材２０５が接触する範囲において同一であることが好ましい。

また、振動板２０１とは異なる部材によって構成される重り２０２を先端に配置する態様の他、図３２に示すように、振動板２０１の端部において延びている金属片２０１ｂを折り曲げることにより傾斜部分を形成しても良い。また、図３３に示すように、金属片２０１ｂが設けられていない振動板２０１の構成であっても、端部を立体的に折り曲げることによって傾斜部分を構成しても良い。

このような態様は、振動板２０１とは異なる部材を取り付けることにより、振動板２０１の固有振動数として上述したような好適な値が得られない場合に特に有効である。

また、上記実施形態においては、撹拌部材２０５と重り２０２との接触状態によって変化する信号をコントローラ２０に入力し、その信号状態の変化に応じてカウント値の取得を開始する態様を例として説明した。しかしながら、これは一例であり、図２０に示すように、撹拌部材２０５と重り２０２との接触状態によって変化する信号を用い、撹拌部材２０５によって振動板２０１に振動が与えられたタイミング以降のカウント値を取得する態様であれば様々な態様を用いることが出来る。

図３４は、撹拌部材２０５と重り２０２との接触状態によって変化する信号を用いる他の態様を示す図である。コントローラ２０に入力される透磁率センサ１０の出力信号は論理積回路４１を介して入力される。論理積回路４１のもう一方の入力には、信号線２０１ｂを介して出力される、撹拌部材２０５と重り２０２との接触状態によって変化する信号が入力される。

このような構成によれば、透磁率センサ１０が出力する信号は、信号線２０１ｂの信号状態が“Ｈｉｇｈ”の場合にのみ論理積回路４１を介してコントローラ２０に入力される。その結果、透磁率センサ１０の出力信号は、撹拌部材２０５と重り２０２とが接触していない場合、即ち、図１９のタイミングｔ_２以降にのみコントローラ２０に入力されることとなる。この場合、論理積回路４１が、撹拌部材２０５と振動板２０１の重り２０２とが非導通である状態においてのみ透磁率センサ１０の出力信号を出力する信号出力制御部として機能する。

そのため、ＣＰＵ２１は、図２１のＳ２１０１の判断を行う必要がなく、常に入出力制御ＡＳＩＣ３０からのカウント値の取得を所定のサンプリング周期で行っていれば良い。撹拌部材２０５と重り２０２とが接触している場合、信号線２０１ｂの信号状態が“Ｌｏｗ”となり、透磁率センサ１０の出力信号は論理積回路４１から出力されない。

その結果、ＣＰＵ２１が取得するカウント値はゼロとなり、ＣＰＵ２１は、取得されるカウント値がゼロであることをもって、取得されたカウント値が解析対象ではないことを判断することが出来る。そして、取得されたカウント値がゼロでなくなった場合、図２１のＳ２１０１において“ＹＥＳ”となった場合と同様の処理を行うことにより、上記と同様の効果を得ることが可能である。

１０ 磁束センサ
１１ 平面パターンコイル
１２ パターン抵抗
１３ 第一コンデンサ
１４ 第二コンデンサ
１５ フィードバック抵抗
１６、１７ アンバッファＩＣ
１８ 出力端子
２０ コントローラ
２１ ＣＰＵ
２２ ＡＳＩＣ
２３ タイマ
２４ 水晶発振回路
２５ 接触信号取得部
３０ 入出力制御ＡＳＩＣ
３１ 透磁率カウンタ
３２ リード信号取得部
３３ カウント値出力部
４０ アース
４１ 論理積回路
１０１ 給紙トレイ
１０２ 給紙ローラ
１０３ レジストローラ
１０４ 用紙
１０５ 搬送ベルト
１０６Ｋ、１０６Ｃ、１０６Ｍ、１０６Ｙ 画像形成部
１０７ 駆動ローラ
１０８ 従動ローラ
１０９Ｋ、１０９Ｃ、１０９Ｍ、１０９Ｙ 感光体ドラム
１１０Ｋ 帯電器
１１１光書き込み装置
１１２、１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙ 現像器
１１２ａ センサ取り付け位置
１１２ｂ 供給室搬送部材
１１２ｃ 回収室搬送部材
１１３Ｋ、１１３Ｃ、１１３Ｍ、１１３Ｙ 感光体クリーナ
１１５Ｋ、１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ 転写器
１１６ 定着器
１１７ トナーボトル
１１８ ベルトクリーナ
１１９ サブホッパー供給路
１２０ トナーボトル供給路
２００ サブホッパー
２０１ 振動板
２０１ａ 固定部
２０１ｂ 信号線
２０２ 重り
２０３ 金属棒
２０３ａ 棒状部
２０３ｂ カギ型部
２０４ 回転軸
２０５ 撹拌部材
２０５ａ 切り込み
２０５ｂ 丸型部

特開２０１３−３７２８０号公報

Claims (7)

1. 流動性を有する粉体の容器内における残量を検知する粉体検知装置であって、
   対向する空間を通る磁束の状態に応じた周波数の信号を出力する発振部と、
   前記容器内部に配置され、前記容器の筐体を介して前記発振部と対向すると共に、前記発振部と対向する方向に振動し、磁束に影響する素材によって形成された振動部と、
   前記振動部を振動させる振動付与部と、
   前記発振部の発振信号の周波数に関する周波数関連情報を所定の周期で取得し、前記振動部の振動に応じて変化する前記周波数関連情報の変化に基づいて前記振動部の振動状態を検知し、その検知結果に基づいて前記容器内の粉体の残量を検知する検知処理部と、
   前記振動部と前記振動付与部との導通状態に応じた接触信号を出力する接触信号出力部とを含み、
   前記検知処理部は、前記接触信号に基づき、前記振動付与部によって前記振動部に振動が与えられたタイミング以降の前記周波数関連情報を取得することを特徴とする粉体検知装置。
2. 前記検知処理部は、前記接触信号に基づいて前記振動付与部によって前記振動部に振動が与えられたタイミングを検知して、前記周波数関連情報の取得を開始することを特徴とする請求項１に記載の粉体検知装置。
3. 前記接触信号の信号状態に応基づき、前記振動付与部と前記振動部とが非導通である状態においてのみ前記発振部が出力する信号を出力する信号出力制御部と
   前記信号出力制御部によって出力される信号を取得して前記周波数関連情報を生成する周波数関連情報生成部とを含み、
   前記検知処理部は、前記振動付与部と前記振動部とが非導通である状態においてのみ前記信号出力制御部が出力する信号に基づいて生成された前記周波数関連情報を取得することにより、前記振動付与部によって前記振動部に振動が与えられたタイミング以降の前記周波数関連情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の粉体検知装置。
4. 前記振動付与部は、前記容器内において前記粉体を撹拌するための撹拌部であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の粉体検知装置。
5. 前記振動付与部は、前記容器内において回転する回転軸に取り付けられて前記回転軸と共に回転し、回転の途中で前記振動部を撓ませて前記振動部を振動させ、
   前記振動部は、前記回転軸の軸方向と平行な方向の一端が固定された板状の部材によって構成され、他端には前記振動付与部によって押圧される突出部が設けられており、
   前記接触信号出力部は、前記撹拌部材と前記突出部との接触状態に応じて前記接触信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の粉体検知装置。
6. 請求項１乃至５いずれか１項に記載の粉体検知装置によって画像形成装置において用いられる顕色剤の残量を検知することを特徴とする顕色剤残量検知装置。
7. 流動性を有する粉体の容器内における残量を検知する粉体検知方法であって、
   対向する空間を通る磁束の状態に応じた周波数の信号を発振部により出力し、
   前記容器内部に配置され、前記容器の筐体を介して前記発振部と対向すると共に、前記発振部と対向する方向に振動し、磁束に影響する素材によって形成された振動部を振動させ、
   前記振動部と前記振動付与部との導通状態に応じた接触信号を出力し、
   前記発振部の発振信号の周波数に関する周波数関連情報を、前記接触信号に基づき、前記振動付与部によって前記振動部に振動が与えられたタイミング以降所定の周期で取得し、
   前記振動部の振動に応じて変化する前記周波数関連情報の変化に基づいて前記振動部の振動状態を検知し、
   前記振動部の振動状態の検知結果に基づいて前記容器内の粉体の残量を検知することを特徴とする粉体検知方法。