JP2017107081A - 粉体量検知装置、粉体補給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】押圧部材や可撓性部材が損傷するのを抑制できる粉体量検知装置、粉体補給装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】粉体を収容する粉体収容部９０ａと、粉体収納部に設けられた可撓性を有する可撓性部材２０１と、可撓性部材を押圧して可撓性部材を撓ます押圧部材２０３と、押圧部材により可撓性部材を撓ませる動作を行うことで得られる所定の情報に基づいて、粉体収容部に収容された粉体の量を検知する粉体量検知手段２０とを備えた粉体量検知装置において、押圧部材が可撓性部材を押圧し可撓性部材の撓みが大きくなるにしたがって、押圧部材に設けられた接触部２０３ａと、接触部と接触する可撓性部材に設けられた被接触部２０２との接触面積が大きくなるように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、粉体量検知装置、粉体補給装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、粉体を収容する粉体収容部内の粉体量を検知する粉体量検知装置が知られている。

特許文献１には、係る粉体量検知装置であって、トナー収容部内のトナーを攪拌する攪拌シートの押圧力で可撓性シートを変形させ、可撓性シートの変形に伴う被検知部材の変位に基づき、トナー収容部内のトナー量を検知するトナー量検知装置が開示されている。

可撓性シートは、トナー収納部の内壁に形成された窪みに架け渡されて前記窪みの縁に固定されており、攪拌シートによって可撓性シートが押圧されると、前記窪みの底に向かって可撓性シートが撓むように変形する。このとき、可撓性シートの弾性力により攪拌シートに負荷が最もかかる程度まで可撓性シートが撓んだ状態において、攪拌シートと可撓性シートとが局所的に接触し負荷が集中してかかると、攪拌シートや可撓性シートが損傷し易くなるといった問題が生じ得る。

上記課題を解決するために、本発明は、粉体を収容する粉体収容部と、前記粉体収納部に設けられた可撓性を有する可撓性部材と、前記可撓性部材を押圧して該可撓性部材を撓ます押圧部材と、前記押圧部材により前記可撓性部材を撓ませる動作を行うことで得られる所定の情報に基づいて、前記粉体収容部に収容された粉体の量を検知する粉体量検知手段とを備えた粉体量検知装置において、前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧し該可撓性部材の撓みが大きくなるにしたがって、前記押圧部材に設けられた接触部と、該接触部と接触する前記可撓性部材に設けられた被接触部との接触面積が大きくなるように構成したことを特徴とする。

以上、本発明によれば、押圧部材や可撓性部材が損傷するのを抑制することができるという優れた効果がある。

（ａ）構成例１において、トーションスプリングが振動板に取り付けられた重りに接触する前の状態を示す図、（ｂ）構成例１において、トーションスプリングが重りと接触し、振動板を壁面に向かって押し込んだ状態を示す図。 実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 実施形態に係る現像剤の供給構成を示す斜視図。 サブホッパーの上部を開放させた内部構造を示す斜視図。 実施形態に係る磁束センサの内部構成を示す図。 実施形態に係る磁束センサの出力信号のカウント値の態様を示す図。 実施形態に係る磁束センサの概観を示す斜視図。 磁束センサの出力値を取得するコントローラ及び磁束センサの構成を示す図。 磁束センサと振動板との配置関係を示す図。 振動板を磁束が通る際の作用を示す図。 平面パターンコイルと振動板との間隔に応じた磁束センサの発振周波数を示す図。 振動板の周辺の配置関係を示す斜視図。 回転軸の回転状態として、トーションスプリングが振動板に取り付けられた重りに接触する前の状態を示す側面図。 図１３に示す状態からトーションスプリングが更に回転した状態を示す側面図。 図１４に示す状態から更にトーションスプリングが回転した状態を示す側面図。 振動板の状態を示す上面図。 サブホッパー内部に保持されている現像剤の状態を模式的にドットで示した図。 トーションスプリングによって重りが弾かれた後、振動板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の発振信号のカウント値の変化を示す図。 サブホッパーにおける現像剤残量検知の動作についてのフローチャート。 カウント値の解析態様を示す図。 振動板の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。 （ａ）振動板を振動させる構成を示す斜視図、（ｂ）トーションスプリングの斜視図。 第一攪拌搬送部材の回転軸と、ホルダーによって回転軸に取り付けられたトーションスプリングとが、振動板に取り付けられた重りに接触する前の状態を示した模式図。 図２３に示す状態から回転軸と共にトーションスプリングが更に図中時計回り方向に回転した状態を示した模式図。 （ａ）参考構成例において、トーションスプリングが振動板に取り付けられた重りに接触する前の状態を示す図、（ｂ）参考構成例において、トーションスプリングが重りと接触し、振動板を壁面に向かって押し込んだ状態を示す図。 （ａ）構成例２において、トーションスプリングが振動板に取り付けられた重りに接触する前の状態を示す図、（ｂ）構成例２において、トーションスプリングが重りと接触し、振動板を押し込んだ状態を示す図。 （ａ）ダブルトーションスプリングが振動板に取り付けられた重りに接触する前の状態を示す図、（ｂ）ダブルトーションスプリングが重りと接触し、振動板を壁面に向かって押し込んだ状態を示す図。 （ａ）ダブルトーションスプリングが振動板に取り付けられた重りに接触する前の状態を示す図、（ｂ）ダブルトーションスプリングが重りと接触し、振動板を壁面に向かって押し込んだ状態を示す図。

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、感光体上の静電潜像を現像する現像器と、粉体であるトナーとキャリアとの混合剤からなる現像剤の供給元である容器との間で、現像剤を保持するサブホッパーでの現像剤残量検知を例として説明する。なお、本実施形態においては、現像剤として、トナーとキャリアとの混合剤を用いているが、キャリアを含まずトナーのみからなる現像剤でもよく、その他の画像形成に用いることが可能な紛体でもかまわない。また、本発明は画像形成装置以外にも適用可能であって、粉体としては、現像剤に限らず、小麦粉、金属粉、樹脂粒でも適用可能である。

図２は、本実施形態に係る画像形成装置１００の概略構成図である。図２に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１００は、中間転写ベルト１０５に沿って各色の画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋ（以降、総じて画像形成部１０６とする）が並べられた、所謂タンデムタイプである。また、給紙トレイ１０１から給紙ローラ１０２により給紙された用紙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中間転写ベルト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。

なお、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、その説明を省略する。中間転写ベルト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、すなわち無端状ベルトである。この駆動ローラ１０７は、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中間転写ベルト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、回転駆動される中間転写ベルト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、除電器等から構成されている。光書き込み装置１１１は、それぞれの感光体ドラム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と中間転写ベルト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の働きにより中間転写ベルト１０５上に転写される。この転写により、中間転写ベルト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により中間転写ベルト１０５上に転写されたイエローのトナー画像は、中間転写ベルト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。中間転写ベルト１０５上に転写されたイエローとマゼンタのトナー画像は、さらに次の画像形成部１０６Ｃ、１０６Ｋに搬送される。そして、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、中間転写ベルト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、その搬送経路が中間転写ベルト１０５と接触する位置若しくは最も接近する位置において、中間転写ベルト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、中間転写ベルト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、中間転写ベルト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中間転写ベルト１０５に押し当てられたクリーニングブレードであり、搬送ベルト表面に付着したトナーを掻きとる。

次に、現像器１１２に対して現像剤を供給するための構成について図３を参照して説明する。ＣＭＹＫ各色において現像剤の供給構成は概ね共通しており、図３においては１つの現像器１１２に対する供給構成を示す。現像剤は現像剤収容容器である現像剤ボトル１１７に収容されており、図３に示すように、現像剤ボトル１１７から現像剤ボトル供給路１２０を介してサブホッパー９０に現像剤が供給される。サブホッパー９０は、現像剤ボトル１１７から供給される現像剤を一時的に保持し、現像器１１２内部の現像剤残量に応じて現像器１１２に現像剤を供給する。サブホッパー９０からサブホッパー供給路１１９を介して現像器１１２に現像剤が供給される。

図４は、サブホッパー９０の上部を開放させた内部構造を示す斜視図である。図４に示すように、サブホッパー９０は、第一攪拌搬送部材９６、第二攪拌搬送部材９７、第一搬送部材９８、第二搬送部材９９を収納している。サブホッパー９０は、現像剤ボトル１１７から供給された現像剤を一時貯留する現像剤貯留部９０ａと、現像剤貯留部９０ａに貯留された現像剤を現像器１１２へ搬送する搬送部９０ｂとを有している。現像剤貯留部９０ａと、搬送部９０ｂとは、仕切り壁９２でケース内部を仕切ることで形成されている。仕切り壁９２の現像剤供給駆動部側である後側と、それと反対側の前側には、それぞれ第一開口９２ａと第二開口９２ｂが形成されている。

現像剤貯留部９０ａには、第一攪拌搬送部材９６と、第二攪拌搬送部材９７とが、並べて配置されている。また、ケース９３ｂの図中右側の側壁には、磁束センサ２０４が設けられている。ケース９３ｂの図中右側の側壁内側、ケース９３ｂを介して磁束センサ２０４に対向する位置に振動板２０１が配置される。現像剤貯留部９０ａの図中右側に配置された第一攪拌搬送部材９６は、回転軸９６ｃとピッチの大きな螺旋状のスクリュ９６ｂとを有している。また第一攪拌搬送部材９６には、振動板を弾くためのトーションスプリング２０３が設けられている。また、現像剤貯留部９０ａの仕切り壁９２側に配置された第二攪拌搬送部材９７は、回転軸９７ｃに大きなピッチの螺旋状のスクリュ９７ｂと、パドル９７ａとが設けられている。回転軸９７ｃの第一開口９２ａと対向する部分、第二開口９２ｂと対向する部分にパドル９６ａが設けられている。

搬送部９０ｂは、搬送仕切り壁９０１により、第一搬送路９０２Ａと、第二搬送路９０２Ｂとに仕切られている。搬送仕切り壁９０１の前側には、搬送用開口９０１ａが形成されており、第一搬送路９０２Ａと第二搬送路９０２Ｂとを連通している。第一搬送路９０２Ａに、第一搬送部材９８が配設されており、第二搬送路９０２Ｂに第二搬送部材９９が配設されている。各搬送部材９８，９９は、回転軸９８ｂ，９９ｂと、螺旋状のスクリュ９８ａ，９９ａとで構成されている。第一搬送部材９８のスクリュ９８ａは、搬送用開口９０１ａと対向する箇所のピッチが他の箇所よりも狭くなっている。

第二搬送部材９９のスクリュ９９ａは、回転軸方向で一定のピッチとなっている。第一搬送部材９８は、第一搬送路９０２Ａ内の現像剤を搬送用開口９０１ａへ向けて（後側から前側へ）搬送し、第二搬送部材９９は、第二搬送路９０２Ｂ内の現像剤を、前側から後側へ搬送する。ケース９３ｂの底面における第二搬送路９０２Ｂの現像剤搬送下流端に位置する箇所には、現像器１１２の補給口と連通する現像剤補給出口が設けられている。第二搬送部材９９により第二搬送路９０２Ｂを搬送されてきた現像剤は、現像剤補給出口から現像器１１２に補給される。

また、サブホッパー９０には、現像器１１２に現像剤を補給するときに用いる現像剤補給駆動部１３０を備えている。現像剤補給駆動部１３０は、サブホッパー９０の前側に設けられており、補給用駆動モータ１３１と、複数のギヤからなるギヤ列とを備えている。補給用駆動モータ１３１の駆動力は、第一攪拌搬送部材９６の回転軸９６ｃの他端（図中下端）に設けられた補給側ワンウェイクラッチ１３２を介して、第一攪拌搬送部材９６に伝達され、第一攪拌搬送部材９６が回転駆動する。また、第一攪拌搬送部材９６から複数のギヤを介して、第二攪拌搬送部材９７に補給用駆動モータ１３１の駆動力が伝達され、第二攪拌搬送部材９７が回転駆動する。また、補給用駆動モータ１３１から複数のギヤを介して、第一搬送部材９８及び第二搬送部材９９に駆動力が伝達され、第一搬送部材９８及び第二搬送部材９９が回転駆動する。

本実施形態においては、現像剤貯留部９０ａを設け、この現像剤貯留部９０ａで現像剤を貯留する。これにより、現像剤ボトル１１７が空となっても、この現像剤貯留部９０ａに貯留した現像剤により、しばらくは現像器１１２に現像剤を補給することができる。これにより、ユーザーが、新たな現像剤ボトル１１７を準備する間も、良好な画像を形成することができる。

次に、本実施形態に係る磁束センサ２０４の内部構成について図５を参照して説明する。磁束センサ２０４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２０４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２０４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ＲＰ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。したがって、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２０４は、インダクタンスＬ、抵抗値ＲＰ、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、下記数１で示す式によって表すことが出来る。

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。したがって、磁束センサ２０４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９０における磁束センサ２０４は、筐体を介して振動板２０１と対向して配置されている。したがって、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。すなわち、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２０４の発振信号の周波数に影響することとなる。

図６は、本実施形態に係る磁束センサ２０４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２０４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２０４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する。そして、図６に示すように、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５それぞれ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。

それぞれのタイミングにおけるカウント値を、図６に示すＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４それぞれの期間に基づいて計算することにより、それぞれ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、それぞれの期間におけるカウント値を２［ｍｓｅｃ］で割る。このことにより、図６に示すＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４それぞれの期間における磁束センサ２０４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Ｔ４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］で割ることで発振周波数ｆ［Ｈｚ］を算出できる。

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２０４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２０４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２０４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９０内部の現像剤の状態を判断する。なお、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２０４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、すなわち、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２０４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２０４における透磁率の検知部である。磁束センサ２０４をサブホッパー９０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２０４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２０４の出力値を取得するコントローラ２０及び磁束センサ２０４の構成を示す図である。コントローラ２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）２２、タイマー２３、水晶発振回路２４、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したが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。タイマー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、タイマー２３から入力される割込み信号に応じて、磁束センサ２０４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。入出力制御ＡＳＩＣ３０は、磁束センサ２０４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。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２０４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２０４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。すなわち、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。なお、本実施形態に係る磁束センサ２０４はＣＭＹＫ各色の現像器１１２に接続されるそれぞれのサブホッパー９０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。

なお、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２０４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２０４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内部の現像剤残量を検知する。すなわち、所定のプログラムにしたがって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２０４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２０４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２０４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９０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、例えばステンレス鋼板によって構成されており、図１０に示すように磁束Ｇ１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Ｇ２を発生させ、平面パターンコイル１１による磁束Ｇ１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２０４におけるインダクタンスＬが減少する。上記数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２０４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。したがって、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２０４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９０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２０４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９０内部の現像剤残量を検知する。すなわち、図９に示す振動板２０１及び磁束センサ２０４、並びに磁束センサ２０４の出力信号を処理する構成が、本実施形態に係る粉体量検知装置である現像剤残量検知装置として用いられる。なお、磁束センサ２０４が振動検知手段として機能する。

トーションスプリング２０３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９０内部において振動板２０１に接触する現像剤の存在がある。サブホッパー９０内部において振動板２０１に接触する現像剤は、サブホッパー９０内部の現像剤残量によって変動する。したがって、振動板２０１の振動を検知することにより、サブホッパー９０内部の現像剤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９０内部においては、内部の現像剤を撹拌するためのトーションスプリング２０３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９０内部における振動板２０１周辺の部品の配置や、トーションスプリング２０３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９０の筐体に固定されている。図１３は、回転軸９６ｃの回転状態として、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａ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９６ｃは、トーションスプリング２０３が図中時計回り方向に回転するように回転する。また、トーションスプリング２０３は、回転軸９６ｃにホルダー２０５（図２２参照）を介して設けられた弾性部材であって、回転軸９６ｃの回転方向一方側である図中時計回り方向に接触部２０３ａが常に付勢された状態となっている。

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、トーションスプリング２０３の回転方向に沿って斜面が回転軸９６ｃに近づくように構成されている。この重り２０２の傾斜面は、トーションスプリング２０３が振動板２０１を弾いて振動させる際にトーションスプリング２０３の接触部２０３ａによって押される部分である。

図１４は、図１３に示す状態からトーションスプリング２０３が更に回転した状態を示す側面図である。トーションスプリング２０３の接触部２０３ａ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が押し込まれて弾性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がトーションスプリング２０３の接触部２０３ａによって押し込まれる。

振動板２０１は固定部２０１ａを介してサブホッパー９０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、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａによって押し込まれることにより回転軸９６ｃ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。

図１５は、図１４に示す状態から更にトーションスプリング２０３が回転した状態を示す側面図である。図１５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、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａ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１６は、振動板２０１の状態を示す上面図である。図１５に示すように、トーションスプリング２０３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１５及び図１６に示す状態において、振動板２０１は、サブホッパー９０の筐体を介して対向している磁束センサ２０４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２０４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１７は、サブホッパー９０内部に保持されている現像剤の状態を模式的にドットで示した図である。図１７に示すようにサブホッパー９０内部に現像剤が存在すると、振動板２０１や重り２０２が振動しながら現像剤に接触する。そのため、サブホッパー９０内部に現像剤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９０内部の現像剤残量を検知することが出来る。

図１８は、トーションスプリング２０３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２０４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２０４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。したがって、図１８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１８に示すように、タイミングｔ１においてトーションスプリング２０３の接触部２０３ａ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２０４に近づいていく。これにより、磁束センサ２０４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ｔ２においてトーションスプリング２０３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２０４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２０４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。すなわち、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２０４との間隔の変化も時間経過と共に小さくなっていき、図１８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９０内部の現像剤残量が多い程早く減衰する。したがって、図１８に示すような磁束センサ２０４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９０内部の現像剤残量を知ることができる。そのため、図１８に示すように、カウント値の振動のピークをそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、・・・とすると、例えば、下記数２により、振動板２０１の振動の減衰率ζを求めることができる。

上記数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できる。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。

なお、上記数２においては、図１８に示すピークのうちＰ１、Ｐ２及びＰ５、Ｐ６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。ただし、振動板２０１がトーションスプリング２０３によって押し込まれて磁束センサ２０４に最も近づいた状態であるタイミングｔ２におけるピーク値は、トーションスプリング２０３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。そのため、計算対象とはしないことが好ましい。仮に、図１７に示すようにサブホッパー９０内部の現像剤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、上記数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できる。

次に、本実施形態に係るサブホッパー９０における現像剤残量検知の動作について図１９のフローチャートを参照して説明する。図１９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１９に示すように、ＣＰＵ２１は、まずトーションスプリング２０３によって図１４に示すように重り２０２が押し込まれ、振動が発生することを検知する（Ｓ１）。上述したように、ＣＰＵ２１は所定期間毎にカウント値出力部３３から磁束センサ２０４の出力信号のカウント値を取得している。このカウント値は、定常状態であれば図１８に示すようにＣ０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２０４に近づくにつれてカウント値は上昇することとなる。したがって、ＣＰＵ２１は、カウント値出力部３３から取得したカウント値が所定の閾値を上回った場合に、Ｓ１において振動が発生したことを検知する。

Ｓ１の前後に関わらず、ＣＰＵ２１は通常の処理として所定期間毎のカウント値の取得処理は継続して行う。そして、Ｓ１の後、ＣＰＵ２１は、図１８に示すような振動板２０１の振動に応じたカウント値の振動のピーク値を取得する（Ｓ２）。Ｓ２においてＣＰＵ２１は、継続して所定期間毎に取得されるカウント値を解析することにより、ピーク値を特定する。

図２０は、カウント値の解析態様を示す図であり、所定期間毎に取得されるカウント値について、それぞれのカウント値の“番号ｎ”、“カウント値Ｓｎ”に加えて、直前のカウント値との差分の符号“Ｓｎ−１−Ｓｎ”が、取得順に示されている。図２０に示すような結果において、“Ｓｎ−１−Ｓｎ”の符号が反転した１つ前の値がピーク値である。図２０の場合、５番及び１０番がピーク値として採用される。すなわち、ＣＰＵ２１は、Ｓ１以降、順番に取得されたカウント値について、図２０に示す“Ｓｎ−１−Ｓｎ”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Ｓｎ”を、図１８に示すＰ１、Ｐ２、Ｐ３・・・といったピーク値として採用する。

なお、上述したように、タイミングｔ２における値は避けることが好ましい。タイミングｔ２の値は、Ｓ２２０１の後の最初のピークである。そのため、ＣＰＵ２１は、図２０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“Ｓｎ−１−Ｓｎ”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２０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は上記数２の計算により減衰率ζを計算する（Ｓ３）。このため、Ｓ２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２０に示す態様によりカウント値の解析を行う。上記数２を用いる場合、ＣＰＵ２１は、Ｐ６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（Ｓ４）。すなわち、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９０内部の現像剤が所定の量を下回ったことを判断する。図１７において説明したように、サブホッパー９０内部に十分な現像剤が残っている場合、振動板２０１の振動は早く減衰する。したがって、減衰率ζは小さくなる。

他方、サブホッパー９０内部の現像剤が減少すると、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。したがって、検知するべき現像剤残量に応じた減衰率ζＳ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９０内部の現像剤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。

なお、サブホッパー９０内部の現像剤残量が、振動板２０１の振動の減衰態様に直接影響するのではなく、現像剤残量に応じて振動板２０１に対する現像剤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。したがって、サブホッパー９０内部の現像剤残量が同量であっても、振動板２０１に対する現像剤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９０内部の現像剤残量の検知に際しては、常にトーションスプリング２０３によってサブホッパー９０内部の現像剤は撹拌されている。したがって、振動板２０１に対する現像剤の接触状態を、ある程度は現像剤残量に応じて定まるようにすることができる。これにより、現像剤残量が同量であっても振動板２０１に対する現像剤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できる。

Ｓ４の判断の結果、算出した減衰率ζが閾値未満であれば（Ｓ４でＮＯ）、ＣＰＵ２１は、サブホッパー９０内部には十分な量の現像剤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（Ｓ４でＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、サブホッパー９０内部の現像剤量が規定量を下回っていると判断し、現像剤切れ検知を行って処理を終了する（Ｓ５）。Ｓ２２０５の処理により現像剤切れ検知を行った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、現像剤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現像剤切れを認識し、現像剤ボトル１１７から現像剤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２０４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２１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２１において、振動板２０１の振動の周期はＴｐｌａｔｅであり、サンプリング周期はＴｓａｍｐｌｅである。

図１８〜図２０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、Ｔｐｌａｔｅ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ＴｓａｍｐｌｅはＴｐｌａｔｅに対して十分小さい必要がある。

図２１の例においては、Ｔｐｌａｔｅ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。すなわち、ＴｓａｍｐｌｅはＴｐｌａｔｅの１／１０である。図２１の態様によれば、図中のＴｐｅａｋ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。

したがって、仮にＣＰＵ２１のサンプリング周期Ｔｓａｍｐｌｅを１［ｍｓ］とすると、振動板２０１の振動周期Ｔｐｌａｔｅは１０［ｍｓ］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１０００［Ｈｚ］に対して、振動板２０１の固有振動数は１００［Ｈｚ］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できなくなる。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２０４の発振周波数に準じた値となる。一般的に磁束センサ２０４の発振周波数は数［ＭＨｚ］のオーダーであり、１０００［Ｈｚ］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できる。したがって、上述したようなＴｐｌａｔｅ、Ｔｓａｍｐｌｅ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。

ただし、振動板２０１の振動による磁束センサ２０４と振動板２０１との間隔の変化に対して、磁束センサ２０４の発振周波数の変化量が十分になければ、図１８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の振動による現像剤残量検知の精度も低下してしまう。磁束センサ２０４と振動板２０１との間隔の変化に対する磁束センサ２０４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２０４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２０４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２０４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２２（ａ）は、振動板２０１を振動させる構成を示す斜視図である。図２２（ｂ）は、トーションスプリング２０３の斜視図である。本実施形態においては、振動板２０１を振動させる振動付与手段である振動板弾き部材に、接触部２０３ａに対して片側のみにねじりコイルばねを用いたシングルトーションスプリングであるトーションスプリング２０３を用いている。振動板２０１は、第一攪拌搬送部材９６の回転軸９６ｃの軸方向と平行な方向の一端側に設けられた固定部２０１ａを介して、サブホッパー９０のケース９３ｂに固定されている（図４参照）。また、振動板２０１の他端側には、断面三角形状の突出部である重り２０２が取り付けられている。重り２０２は、振動板２０１の回転軸９６ｃと対向する板面から突出しており、図中における回転軸９６ｃの回転方向で、第一斜面部２０２ａと頂点２０２ｂと第二斜面部２０２ｃとが順に形成されている。第一斜面部２０２ａは、図中回転軸回転方向に沿って斜面が回転軸９６ｃに近づくように形成されており、第二斜面部２０２ｃは、図中回転軸回転方向に沿って斜面が回転軸９６ｃから遠ざかるように形成され、両斜面部が頂点２０２ｂで繋がっている。

トーションスプリング２０３は、ホルダー２０５を介して第一攪拌搬送部材９６の回転軸９６ｃに固定されており、回転軸９６ｃが回転することでトーションスプリング２０３も回転軸９６ｃと共に回転する。そして、トーションスプリング２０３が回転することで接触部２０３ａが重り２０２と接触し、重り２０２がトーションスプリング２０３によりケース９３ｂ側に押し込まれることで、振動板２０１が撓むように弾性変形する。また、トーションスプリング２０３が、重り２０２を押し込む位置からさらに回転し、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａと重り２０２とが離れることで振動板２０１が弾かれ、振動板２０１は元の位置に戻る力で振動する。

トーションスプリング２０３の材料としては、硬鋼線（ＳＷ−Ｃ）、ピアノ線（ＳＷＰ−Ａ，ＳＷＰ−Ｂ）、ばね用ステンレス鋼線（ＳＵＳ３０４−ＷＰＢ）などの線状部材であって、弾性ワイヤが好適であるが、適宜変更可能である。また、トーションスプリング２０３が振動板２０１を押し込む力は、トーションスプリング２０３の材質やねじりコイル部の巻き数などを変えることで変更可能である。そのため、トナーのみからなる現像剤を使用したり、この現像剤よりも単位体積あたりの重量が大きい前記混合剤からなる現像剤を使用したりする際など、必要に応じて振動板２０１をトーションスプリング２０３が押し込む力を変更できる。

図２３は、第一攪拌搬送部材９６の回転軸９６ｃと、ホルダー２０５によって回転軸９６ｃに取り付けられたトーションスプリング２０３の接触部２０３ａとが、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した模式図である。図２３において、第一攪拌搬送部材９６の回転軸９６ｃと共にトーションスプリング２０３は、図中時計回り方向に回転する。振動板２０１には、トーションスプリング２０３の回転方向上流側から下流側に向けて、第一斜面部（上流側傾斜面）２０２ａ、頂点（頂部）２０２ｂ、第二傾斜部（下流側傾斜面）２０２ｃの順に配置された突出部である重り２０２が設けられている。第一斜面部（上流側傾斜面）２０２ａは、前記回転方向上流側から下流側に向けて高くなってゆく、振動板２０１の回転軸９６ｃ側の面に対して傾斜した形状である。第二傾斜部（下流側傾斜面）２０２ｃは、前記回転方向上流側から下流側に向けて低くなってゆく、振動板２０１の回転軸９６ｃ側の面に対して傾斜した形状である。頂点（頂部）２０２ｂは、第一斜面部（上流側傾斜面）２０２ａと第二傾斜部（下流側傾斜面）２０２ｃとを繋ぐ、重り２０２において振動板２０１の回転軸９６ｃ側の面からの高さが最も高い部分である。なお、頂点（頂部）２０２ｂの形状としては、尖っていても、丸みを帯びていても、平らでも良い。

図２４は、図２３に示す状態から回転軸９６ｃと共にトーションスプリング２０３が更に図中時計回り方向に回転した状態を示した模式図である。図２４に示すように、トーションスプリング２０３が回転することで、接触部２０３ａが重り２０２の第一斜面部（上流側傾斜面）２０２ａと接触し、第一斜面部２０２ａ上を頂点（頂部）２０２ｂに向かって移動する。これにより、トーションスプリング２０３によって振動板２０１が、ケース９３ｂに向かって押し込まれる。回転軸９６ｃの回転によって重り２０２を押し込むトーションスプリング２０３は、ねじりコイルばねがねじれ、更に回転軸９６ｃが回転すると、重り２０２の頂点２０２ｂを抜けて重り２０２から接触部２０３ａが離間する。そして、ねじりコイルばねの力によって、接触部２０３ａが重り２０２の第二斜面部（下流側傾斜面）２０２ｃを抜けて、図中破線で示す元の形にトーションスプリング２０３が復元する。そして、トーションスプリング２０３によって押し込まれた振動板２０１は、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａが重り２０２の頂点２０２ｂを抜けることで弾かれた後、図中破線で示す元の位置に戻ろうとすることで振動する。そして、このようにして生じた振動板２０１の振動から磁束センサ２０４を用いて現像剤量検知を行う。

ここで、振動板２０１を弾いて振動させる振動付与手段として、マイラー等の板状弾性部材を用いる場合、シート状のもので耐久性が弱いが、振動付与手段としてトーションスプリング２０３を用いることで強度を持たせることができ耐久性に優れる。また、振動付与手段としてマイラー等の板状弾性部材を用いた場合、振動板２０１を押し込む力がトーションスプリング２０３を用いた場合よりも弱い。そのため、トナーとキャリアとの混合剤からなる現像剤のように、トナーのみの現像剤よりも単位体積あたりの重量が大きいと、振動板２０１を十分に押し込んで振動させることができないおそれがある。これに対し、振動付与手段としてトーションスプリング２０３を用いることで、前述したような現像剤の単位体積あたりの重量が大きい場合であっても、振動板２０１を十分に押し込むことができる。そのため、磁束センサ２０４を用いた現像剤量検知に必要な振動を振動板２０１にさせることができ、精度良く現像剤量検知を行うことができる。

さらに、振動付与手段にマイラー等の板状弾性部材を用いた場合、板状弾性部材が取り付けられた回転軸の回転数が低く回転が遅いと次のような問題が生じ得る。すなわち、板状弾性部材が振動板２０１の重り２０２から離間した後に、振動板２０１の振動域（振動板２０１との対向領域）からすばやく抜けることができず、振動板２０１の振動を板状弾性部材が邪魔してしまう。そのため、磁束センサ２０４によって振動板２０１の振動を精度良く検知ができなくなり、現像剤量の検知精度が低下するおそれがある。

これに対して、トーションスプリング２０３は、回転軸９６ｃの回転数が低く回転が遅い場合でも、接触部２０３ａが重り２０２から離間した後、ねじりコイルばねの力によって元の力がかかっていない状態にすばやく復元する。そのため、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａは、振動板２０１の振動域（振動板２０１との対向領域）からすばやく抜けることができる。これにより、トーションスプリング２０３が振動板２０１の振動を邪魔することなく、磁束センサ２０４による振動板２０１の振動を精度良く検知することができ、現像剤量の検知精度が低下するのを抑制することができる。なお、図２４などに示すように、重り２０２のうち、トーションスプリング２０３の回転方向下流側に頂点２０２ｂを設けるのが望ましい。これにより、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａが重り２０２を弾いた後、比較的早く重り２０２の領域から接触部２０３ａが逃げることができる。

また、重り２０２に第二斜面部２０２ｃを設けることで、回転軸９６ｃが逆回転（図２４中反時計回り）したときに、回転軸９６ｃと共に逆回転するトーションスプリング２０３が第二斜面部２０２ｃ上を移動する。これにより、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａが重り２０２に引っ掛ることなくスムーズに逆回転するため、トーションスプリング２０３や回転軸９６ｃなどに過剰な負荷がかかって損傷してしまうのを抑制することができる。

［参考構成例］
図２５（ａ）は、参考構成例において、トーションスプリング２０３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している。図２５（ｂ）は、参考構成例において、トーションスプリング２０３が重り２０２と接触し、振動板２０１を壁面９３ｃに向かって押し込んだ状態（壁面９３ｃに振動板２０１を押し付けた状態）を示している。

上述したように振動板２０１は、第一攪拌搬送部材９６の回転軸９６ｃの軸方向と平行な方向の一端側に設けられた固定部２０１ａを介して、サブホッパー９０のケース９３ｂに固定されて片持ちで保持されている。よって、図２５（ｂ）に示すように、トーションスプリング２０３が重り２０２と接触し、振動板２０１を壁面９３ｃに向かって押し込んだ状態では、振動板２０１は固定部２０１ａを起点にして撓むような弾性変形をする。このような弾性変形により、振動板２０１の長手方向で固定部２０１ａとは反対側の自由端側ほどトーションスプリング２０３から遠ざかるように傾斜する。そのため、トーションスプリング２０３により振動板２０１が壁面９８ｃに接触するような最も押し込まれた状態時には、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａと、振動板２０１の自由端側に設けられた重り２０２とは点接触に近い状態となる。また、前記最も押し込まれた状態時には、振動板２０１の弾性力により、壁面９３ｃに向かって振動板２０１を押し込んだ状態で、重り２０２から接触部２０３ａへの負荷が最大となる。その結果、重り２０２と点接触に近い状態で接しているトーションスプリング２０３の接触部２０３ａには、最大負荷が同一箇所に集中し加わるため、経時で繰り返し負荷により破損するおそれがある。

［構成例１］
図１（ａ）は、構成例１において、トーションスプリング２０３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している。図１（ｂ）は、構成例１において、トーションスプリング２０３が重り２０２と接触し、振動板２０１を壁面９３ｃに向かって押し込んだ状態（壁面９３ｃに振動板２０１を押し付けた状態）を示している。

本構成例においては、トーションスプリング２０３に押圧され振動板２０１の撓みが大きくなるにしたがって、接触部２０３ａと重り２０２との接触面積が大きくなるように、トーションスプリング軸線方向に対して接触部２０３ａを傾斜させて構成している。すなわち、図１（ａ）に示すように、接触部２０３ａが重り２０２に接触する前の状態では、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａが振動板２０１の重り２０２に対して、振動板長手方向で自由端側ほど重り２０２に近づくように傾斜している。そして、図１（ｂ）に示すように、トーションスプリング２０３が重り２０２と接触し、振動板２０１を壁面９３ｃに向かって押し込んだ状態では、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａと振動板２０１の重り２０２とが平行になる。このように、本構成例では、トーションスプリング２０３により振動板２０１が壁面９８ｃに接触するような最も押し込まれた状態時に、接触部２０３ａと重り２０２とが平行になるように接触部２０３ａを予め傾斜させている。これにより、トーションスプリング２０３に最大負荷が加わる押し込み状態において、トーションスプリング２０３と重り２０２との接触面積を、図２５（ｂ）よりも増やすことができる。そのため、重り２０２からトーションスプリング２０３に加わる負荷を分散させることができ、経時で繰り返し負荷によりトーションスプリング２０３が破損するのを抑えられ、トーションスプリング２０３の耐久性を改善することができる。

［構成例２］
図２６（ａ）は、構成例２において、トーションスプリング２０３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している。図２６（ｂ）は、構成例２において、トーションスプリング２０３が重り２０２と接触し、振動板２０１を押し込んだ状態（ケース９３ｂの壁面９３ｃに振動板２０１を押し付けた状態）を示している。

本構成例においては、トーションスプリング２０３に押圧され振動板２０１の撓みが大きくなるにしたがって、接触部２０３ａと重り２０２との接触面積が大きくなるように、振動板長手方向に対して重り２０２を傾斜させて構成している。すなわち、図２６（ａ）に示すように、接触部２０３ａが重り２０２に接触する前の状態では、振動板２０１の重り２０２がトーションスプリング２０３の接触部２０３ａに対して、振動板長手方向で自由端側ほど接触部２０３ａに近づくように傾斜している。そして、図２６（ｂ）に示すように、接触部２０３ａが重り２０２と接触し、振動板２０１を壁面９３ｃに向かって押し込んだ状態では、トーションスプリング２０３の接触部２０３ａと振動板２０１の重り２０２とが平行になる。このように、本構成例では、トーションスプリング２０３により振動板２０１が壁面９８ｃに接触するような最も押し込まれた状態時に、接触部２０３ａと重り２０２とが平行になるように、重り２０２を予め傾斜させている。これにより、トーションスプリング２０３に最大負荷が加わる押し込み状態において、トーションスプリング２０３と重り２０２との接触面積を、図２５（ｂ）よりも増やすことができる。そのため、重り２０２からトーションスプリング２０３に加わる負荷を分散させることができ、経時で繰り返し負荷によりトーションスプリング２０３が破損するのを抑えられ、トーションスプリング２０３の耐久性を改善することができる。

なお、本実施形態においては、振動付与部材として弾性体であるトーションスプリング２０３を使用している。磁束センサ２０４により振動板２０１の振動を検知するため、精度よく検知するためには、振動板２０１が磁束センサ２０４に近づくのが望ましい。つまり、振動板２０１は壁面９３ｃと接触するのが良い。振動板２０１と壁面９３ｃとを確実に接触させるためには、振動付与部材の軸方向から磁束センサ２０４へ突出する部分の長さを長くしておけばよい。振動付与部材が剛体の場合、振動板２０１が壁面９３ｃに接触した状態になると、重り２０２との接触状態を通過できずに回転軸９６ｃの回転が停止する、もしくは過負荷により振動付与部材などの破損の不具合が発生する。振動付与部材が弾性体であれば、振動板２０１が壁面９３ｃに接触した状態になっても、弾性変形することで、重り２０２との接触状態を通過することができるため、上記不具合を解消でき、確実に振動板２０１と壁面９３ｃを接触状態にすることが可能になる。その結果、良好な検知精度を持った粉体量検知装置を実現できる。

また、図２７や図２８に示すように、トーションスプリング２０３として、接触部２０３ａに対して両側にねじりコイルばねを適用したダブルトーションスプリングを用いるなど、トーションスプリング２０３の形状は適宜変更可能である。また、本実施形態においては、振動付与部材として用いる弾性体としてトーションスプリングを使用しているが、ＰＥＴシートなどの薄いシート状材質のものを用いてもよい。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
粉体を収容する現像剤貯留部９０ａなどの粉体収容部と、前記粉体収納部に設けられた可撓性を有する振動板２０１などの可撓性部材と、前記可撓性部材を押圧して可撓性部材を撓ますトーションスプリング２０３などの押圧部材と、前記押圧部材により前記可撓性部材を撓ませる動作を行うことで得られる所定の情報に基づいて、前記粉体収容部に収容された粉体の量を検知するコントローラ２０などの粉体量検知手段とを備えた粉体量検知装置において、前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧し該可撓性部材の撓みが大きくなるにしたがって、前記押圧部材に設けられた形成された接触部２０３ａなどの接触部と、該接触部と接触する前記可撓性部材に設けられた形成された重り２０２などの被接触部との接触面積が大きくなるように構成した。
（態様Ａ）において、前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧し該可撓性部材の撓みが大きくなるにしたがって、前記接触部と前記被接触部との接触面積を大きくすることができる。これにより、押圧部材が可撓性部材を押圧したときに、前記接触部と前記被接触部との接触面積を大きくして負荷を分散させることができ、負荷が局所的に集中してかかる場合よりも、押圧部材や可撓性部材が損傷するのを抑制することができる。
（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧していない状態で、前記接触部に対し前記被接触部を傾斜させて構成した。これによれば、上記実施形態について説明したように、前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧した状態で、前記接触部と前記被接触部とを面接触させることができる。
（態様Ｃ）
（態様Ａ）において、前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧していない状態で、前記被接触部に対し前記接触部を傾斜させて構成した。これによれば、上記実施形態について説明したように、前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧した状態で、前記接触部と前記被接触部とを面接触させることができる。
（態様Ｄ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｃ）のいずれかにおいて、前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧した状態で、前記接触部と前記被接触部とが平行となるように構成した。これによれば、上記実施形態について説明したように、前記接触部と前記被接触部とを面接触させることができる。
（態様Ｅ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｄ）のいずれかにおいて、前記可撓性部材は、前記粉体収容部に振動可能に設けられており、前記押圧部材は、回転軸を中心に回転可能に設けられ、前記可撓性部材を弾くことで該可撓性部材に弾性変形と復元とを繰り返させて該可撓性部材を振動させるものであり、前記可撓性部材の振動状態を検知する振動検知手段を有しており、前記粉体量検知手段は、前記所定の情報として前記振動検知手段が検知した前記可撓性部材の振動状態に基づいて、前記粉体収容部に収容された粉体の量を検知する。これによれば、上記実施形態について説明したように、精度良く粉体量を検知することができる。
（態様Ｆ）
（態様Ｅ）において、前記押圧部材は、前記回転軸の回転方向一方側に常に付勢された状態で設けられ弾性部材である。これによれば、上記実施形態について説明したように、回転軸の回転が停止したり、過負荷により振動付与部材などが破損したりするのを抑制することができる。
（態様Ｇ）
（態様Ｅ）または（態様Ｆ）において、前記押圧部材として、トーションスプリングを用いた。これによれば、上記実施形態について説明したように、トーションスプリングはねじりコイルばねの復元力で可撓性部材の振動域から速く抜けることができるため、可撓性部材の振動を邪魔するのを抑制できる。また、押圧部材の耐久性を高めることができる。
（態様Ｈ）
（態様Ｅ）乃至（態様Ｇ）のいずれかにおいて、前記振動検知手段は、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を有しており、前記可撓性部材は、前記粉体収容部を構成する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ており、前記粉体量検知手段は、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、前記可撓性部材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検知された前記可撓性部材の振動状態の検知結果に基づいて、前記粉体収容部内の粉体量を検知する。これによれば、上記実施形態について説明したように、圧力センサなどにより粉体量の検知を行う場合よりも、検知精度を向上させることができる。
（態様Ｉ）
粉体収容容器から供給された粉体を一時的に貯留し、該一時的に貯留した粉体を補給対象に向けて排出する粉体貯留容器と、前記粉体貯留容器内の粉体量を検知する粉体量検知手段とを備えた粉体補給装置において、前記粉体量検知手段として、（態様Ａ）乃至（態様Ｈ）のいずれか一記載の粉体量検知装置を用いた。これによれば、上記実施形態について説明したように、押圧部材や可撓性部材の耐久性を改善し経時にわたって粉体量の検知を良好に行うことができる。
（態様Ｊ）
像担持体と、現像剤を用いて像担持体上の潜像を現像する現像手段と、前記現像手段で使用される現像剤を収容する現像剤収容容器と、前記現像剤収容容器内の現像剤を前記現像手段に補給する現像剤補給手段とを備えた画像形成装置において、前記現像剤補給手段として、（態様Ｉ）に記載の粉体補給装置を用いた。これによれば、上記実施形態について説明したように、押圧部材や可撓性部材の耐久性を改善し経時にわたって粉体量の検知を良好に行い、現像手段への安定した現像剤補給を行って画像濃度低下を抑制し、良好な画像形成を行うことができる。

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
１８ 出力端子
２０ コントローラ
２３ タイマー
２４ 水晶発振回路
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
９０ サブホッパー
９０ａ 現像剤貯留部
９０ｂ 搬送部
９２ 仕切り壁
９２ａ 第一開口
９２ｂ 第二開口
９３ｂ ケース
９３ｃ 壁面
９６ 第一攪拌搬送部材
９６ａ パドル
９６ｂ スクリュ
９６ｃ 回転軸
９７ 第二攪拌搬送部材
９７ａ パドル
９７ｂ スクリュ
９７ｃ 回転軸
９８ 第一搬送部材
９８ａ スクリュ
９８ｂ 回転軸
９９ 第二搬送部材
９９ａ スクリュ
９９ｂ 回転軸
１００ 画像形成装置
１０１ 給紙トレイ
１０２ 給紙ローラ
１０３ レジストローラ
１０４ 用紙
１０５ 中間転写ベルト
１０６ 画像形成部
１０７ 駆動ローラ
１０８ 従動ローラ
１０９ 感光体ドラム
１１０ 帯電器
１１１ 光書き込み装置
１１２ 現像器
１１３ 感光体クリーナ
１１５ 転写器
１１６ 定着器
１１７ 現像剤ボトル
１１８ ベルトクリーナ
１１９ サブホッパー供給路
１２０ 現像剤ボトル供給路
１３０ 現像剤補給駆動部
１３１ 補給用駆動モータ
１３２ 補給側ワンウェイクラッチ
２０１ 振動板
２０１ａ 固定部
２０２ おもり
２０２ａ 第一斜面部
２０２ｂ 頂点
２０２ｃ 第二斜面部
２０３ トーションスプリング
２０３ａ 接触部
２０４ 磁束センサ
２０５ ホルダー
９０１ 搬送仕切り壁
９０１ａ 搬送用開口
９０２Ａ 第一搬送路
９０２Ｂ 第二搬送路

特開２０１３−０３７２８０号公報

Claims (10)

1. 粉体を収容する粉体収容部と、
   前記粉体収納部に設けられた可撓性を有する可撓性部材と、
   前記可撓性部材を押圧して該可撓性部材を撓ます押圧部材と、
   前記押圧部材により前記可撓性部材を撓ませる動作を行うことで得られる所定の情報に基づいて、前記粉体収容部に収容された粉体の量を検知する粉体量検知手段とを備えた粉体量検知装置において、
   前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧し該可撓性部材の撓みが大きくなるにしたがって、前記押圧部材に設けられた接触部と、該接触部と接触する前記可撓性部材に設けられた被接触部との接触面積が大きくなるように構成したことを特徴とする粉体量検知装置。
2. 請求項１に記載の粉体量検知装置において、
   前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧していない状態で、前記接触部に対し前記被接触部を傾斜させて構成したことを特徴とする粉体量検知装置。
3. 請求項１に記載の粉体量検知装置において、
   前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧していない状態で、前記被接触部に対し前記接触部を傾斜させて構成したことを特徴とする粉体量検知装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一記載の粉体量検知装置において、
   前記押圧部材が前記可撓性部材を押圧した状態で、前記接触部と前記被接触部とが平行となるように構成したことを特徴とする粉体量検知装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一記載の粉体量検知装置において、
   前記可撓性部材は、前記粉体収容部に振動可能に設けられており、
   前記押圧部材は、回転軸を中心に回転可能に設けられ、前記可撓性部材を弾くことで該可撓性部材に弾性変形と復元とを繰り返させて該可撓性部材を振動させるものであり、
   前記可撓性部材の振動状態を検知する振動検知手段を有しており、
   前記粉体量検知手段は、前記所定の情報として前記振動検知手段が検知した前記可撓性部材の振動状態に基づいて、前記粉体収容部に収容された粉体の量を検知することを特徴とする粉体量検知装置。
6. 請求項５に記載の粉体量検知装置において、
   前記押圧部材は、前記回転軸の回転方向一方側に常に付勢された状態で設けられ弾性部材であることを特徴とする粉体量検知装置。
7. 請求項５または６に記載の粉体量検知装置において、
   前記押圧部材として、トーションスプリングを用いたことを特徴とする粉体量検知装置。
8. 請求項５乃至７のいずれか一記載の粉体量検知装置において、
   前記振動検知手段は、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を有しており、
   前記可撓性部材は、前記粉体収容部を構成する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ており、
   前記粉体量検知手段は、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、前記可撓性部材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検知された前記可撓性部材の振動状態の検知結果に基づいて、前記粉体収容部内の粉体量を検知することを特徴とする粉体量検知装置。
9. 粉体収容容器から供給された粉体を一時的に貯留し、該一時的に貯留した粉体を補給対象に向けて排出する粉体貯留容器と、
   前記粉体貯留容器内の粉体量を検知する粉体量検知手段とを備えた粉体補給装置において、
   前記粉体量検知手段として、請求項１乃至８のいずれか一記載の粉体量検知装置を用いたことを特徴とする粉体補給装置。
10. 像担持体と、
    現像剤を用いて像担持体上の潜像を現像する現像手段と、
    前記現像手段で使用される現像剤を収容する現像剤収容容器と、
    前記現像剤収容容器内の現像剤を前記現像手段に補給する現像剤補給手段とを備えた画像形成装置において、
    前記現像剤補給手段として、請求項９に記載の粉体補給装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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