JP2017151433A - 粉体検知装置、画像形成装置および粉体検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撹拌部材の塑性変形を防止し、高精度の粉体残量検知を可能にする。
【解決手段】粉体検知装置であって、容器外側に配置され所定の周波数の信号を出力する磁束センサ１０と、磁束センサ１０と対向し容器内側に配置された、磁束に影響する素材によって形成された振動板２０１と、トナーを撹拌し、振動板２０１を振動させるとともに磁界変動を発生させる撹拌部材２０５と、磁束センサ１０の発振信号の周波数関連情報を取得し、周波数関連情報の変化に基づいて振動板２０１の振動状態を検知し、検知結果に基づき容器内のトナー残量を検知し、磁界変動を検出しその結果に基づき撹拌部材２０５の位置を検出するＣＰＵ２１と、検出された撹拌動作終了時の位置が、撹拌部材２０５が振動板２０１に接触して変形する位置であるとき、撹拌部材２０５が変形しない位置まで撹拌部材２０５を回転させる手段とを備えた。
【選択図】図３４

Description

本発明は、粉体検知装置、画像形成装置およ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およ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装置として、例えば特開２０１３−０３７２８０号公報（特許文献１）に記載された技術が公知である。

この技術は、現像ユニット内の撹拌シートの押圧力で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位に基づいてトナー量を検知している。さらに詳しくは、撹拌シートの周回動作に伴ってトナーを押して撹拌し、その際の被加圧シートの撓みのタイミングを検出してトナー残量を検知している。また、撹拌シートとしてＰＥＴシートを例示している。

特許文献１に記載の撹拌シートは、待機状態においてもトナー容器の内壁あるいはトナーに接触する長さに形成されている。そのため、常時撹拌シートを曲げる方向にもしくは撹拌シートが曲がる方向に力が加わった状態となっている。この場合、変形量が一定以上で一定時間以上放置されると、撹拌シートは前記曲がった状態で塑性変形し、その変形が永久に残ってしまう。

このような塑性変形が発生すると、特許文献１記載の技術では、粉体であるトナーを所定の力で移動させることができなくなり、被加圧シートの変形量も少なくなる。その結果、被加圧シートの撓みのタイミングも変化し、トナー残量の検知精度も低くなる。特許文献１記載の技術に限らず、ＰＥＴフィルムなどの薄膜の合成樹脂シートを撹拌部材として使用した同様の技術では、同様の問題が発生する。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、撹拌部材の塑性変形を防止し、高精度の粉体残量検知を可能にすることにある。
なお、以下、本明細書において、単に「変形」と表記したときは、回復可能な弾性変形を意味する語として用いる。また「塑性変形」と表記した場合には、回復しない永久変形を意味する語として用いる。

前記課題を解決するため、本発明の一態様は、容器内の粉体残量を検知する粉体検知装置であって、前記容器の外側に配置され所定の周波数の信号を出力する発振部と、前記発振部と対向し前記容器の内側に配置された、磁束に影響する素材によって形成された振動部と、回転駆動手段によって駆動され前記粉体を撹拌し、前記振動部を振動させるとともに磁界変動を発生させる撹拌部材と、前記発振部の発振信号の周波数関連情報を取得し、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手段と、前記磁界変動を検出し、検出結果に基づいて前記撹拌部材の位置を検出する位置検出手段と、検出された前記撹拌部材の撹拌動作終了時の位置が、前記撹拌部材が前記振動部に接触して変形する位置であるとき、前記撹拌部材が変形しない位置まで前記撹拌部材を回転させる回転駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、撹拌部材の塑性変形を防止し、高精度のトナー残量検知が可能となる。なお、前記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明において明らかにされる。

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外観を示す斜視図である。 図３のサブホッパーの内部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回路構成を示す図である。 図５の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。 図７の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。 図７の磁束センサと図４の振動板との配置関係を示す図である。 図４の振動板を磁束が通る際の作用を示す図である。 図９に示した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。 図４の振動板の斜視図である。 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図である。 図１３の状態から撹拌部材が振動板を押し込んだ状態を示す図である。 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平面図である。 図１４の状態から撹拌部材が振動板から離脱した状態を示す図である。 図１２に示した振動板の振動状態を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る振動板の振動状態と粉体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および振動板の振動周期の関係を示す図である。 図１２における振動板の重りを省いたときの撹拌部材と回転軸の回転角との関係を示す図である。 撹拌部材の塑性変形がない場合と、撹拌部材が塑性変形した場合の撹拌部材の回転径の違いを示す図である。 撹拌部材の塑性変形前と塑性変形後の振動板の振動特性を示す図である。 本発明の実施形態において重りを備えた振動板を撹拌部材が撓みながら弾く動作を示す動作説明図である。 回転軸と撹拌部材との関係を示す図である。 撹拌部材が振動板を弾いた後、回転軸が所定量逆回転し、重りの近傍で停止した状態を示すサブホッパーの断面図である。 撹拌部材が振動板を弾いた直後の状態を示すサブホッパーの断面図である。 図２８の位置からほぼ１８０度回転した位置の撹拌部材の状態を示すサブホッパーの断面図である。 図２８の状態からほぼ２７０度回転した位置の撹拌部材の状態を示すサブホッパーの断面図である。 実施例１における磁束センサの検出出力を示す図である。 実施例１において回転軸が連続的に回転したときの磁束センサの検出出力を示す図である。 回転軸の回転位置もしくは回転停止位置を検出し、回転軸の停止位置を制御する本実施形態に係るコントローラの構成を示すブロック図である。 実施例１における磁束センサと回転軸および撹拌部材の関係を示す図である。 実施例２に係る回転軸と撹拌部材を示す回転軸の軸方向から見た正面図である。 実施例２における磁束センサの検出出力を示す図である。 実施例３に係るサブホッパーの内部構造を示す図である。 実施例３に係るサブホッパーを回転軸の軸に対して垂直に断面した断面図である。 実施例３における重りとフェライトの関係を示す要部斜視図である。 実施例３における重りとフェライトの関係を示す要部正面図である。 実施例３における磁束センサの出力波形を示す図である。 図１に示した画像形成装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

本発明は、流動性を有する粉体であるトナーの撹拌動作を行った後、撹拌部材を逆方向に回転させ、その回転位置を制御し、撹拌部材が変形（弾性変形）しない状態で停止させることを特徴とする。以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

本実施形態では、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の概略を示す図である。同図において、本実施形態に係る画像形成装置１００は、搬送ベルト１０５の回転方向に沿って各色の画像形成部１０６Ｋ，１０６Ｃ、１０６Ｍ，１０６Ｙが並べられた、所謂タンデムタイプと称されるものである。タンデムタイプでは、中間転写ベルトとしての搬送ベルト１０５に各色の画像形成部１０６Ｋ，１０６Ｃ、１０６Ｍ，１０６Ｙで形成されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色の画像がこの順で搬送ベルト１０５に重畳して転写される。そして、４色重畳されたフルカラーの画像が給紙トレイ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に一括転写され、定着器１１６で定着され、機外に排出される。

なお、以下の説明において、複数の画像形成部（電子写真プロセス部）１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋは適宜画像形成部１０６と総称する。

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によって先端が一旦停止させられ、搬送ベルト１０５上で重畳された画像先端とタイミングを取って、搬送ベルト１０５とのニップ位置（転写位置）に送り出される。

各画像形成部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。Ｋ画像形成部１０６ＫはブラックＫの画像を、Ｍ画像形成部１０６ＭはマゼンタＭの画像を、Ｃ画像形成部１０６ＣはシアンＣの画像を、Ｙ画像形成部１０６ＹはイエローＹの画像をそれぞれ形成する。なお、以下の説明においては、Ｙ画像形成部１０６Ｙについて具体的に説明するが、他のＭ，ＣおよびＫの画像形成部１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６ＫはＹ画像形成部１０６Ｙと同様である。そこで、各色の画像形成部１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋの各構成要素については、図では、Ｙ画像形成部１０６Ｙの各構成要素に付したＹに代えて、Ｍ，Ｃ，Ｋによって区別した符号を付し、説明は省略する。

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、すなわち無端状ベルトである。駆動ローラ１０７は、駆動モータにより駆動力を得て回転する。

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Ｙ画像形成部１０６Ｙが、イエローＹのトナー画像を転写する。Ｙ画像形成部１０６Ｙは、Ｙ感光体ドラム１０９Ｙ、このＹ感光体ドラム１０９Ｙの周囲に配置されたＹ帯電器１１０Ｙ、光書き込み装置１１１、Ｙ現像器１１２Ｙ、Ｙ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、各色の感光体ドラム１０９Ｙ，１０９Ｍ，１０９Ｃ，１０９Ｋ（以降、適宜感光体ドラム１０９と総称する。）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、Ｙ感光体ドラム１０９Ｙの外周面は、暗中にてＹ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。Ｙ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、Ｙ感光体ドラム１０９Ｙ上にイエローのトナー画像を形成する。

このトナー画像は、Ｙ感光体ドラム１０９Ｙと搬送ベルト１０５とが当接もしくは最も接近する位置（転写位置）で、Ｙ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の外周面に残留した不要なトナーは、Ｙ感光体クリーナ１１３Ｙによりクリーニングされ、Ｙ感光体ドラム１０９Ｙの表面が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、Ｙ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Ｍ画像形成部１０６Ｍに搬送される。Ｍ画像形成部１０６Ｍでは、Ｙ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Ｍ感光体ドラム１０９Ｍ上にマゼンタＭのトナー画像が形成され、そのトナー画像がすでに形成されたイエローＹ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Ｙ、マゼンタＭ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Ｃのトナー画像と、Ｋ感光体ドラム１０９Ｋ上に形成されたブラックＫのトナー画像とが、すで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と接触する位置も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はさらに搬送され、定着器１１６にて画像を定着された後、画像形成装置１００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る。また、ベルトクリーナ１１８は、クリーニングブレードによって搬送ベルト１０５の表面に付着したトナーを掻き取るトナー除去部でもある。

図２は、本実施形態に係るトナーの供給構成を示す斜視図である。トナーの補給構成とは、現像器１１２に対してトナーを供給するための構成である。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からボトル側供給路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容器である。サブホッパー２００からサブホッパー側供給路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内部のトナーがなくなると、サブホッパー２００にトナーが供給されなくなる。そこで、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必要があり、このため、後述するトナー検知機構が設けられている。

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面には磁束センサ１０（透磁率センサでもよい）が取り付けられている。図３においてサブホッパー２００の上部は開口しており、この開口に対してボトル側供給路１２０のカバーが取り付けられる。なお、カバーの取り付け個所は、サブホッパー２００の開口の形状と合うように成形され、トナーが外部に飛散することのないようにされている。また、サブホッパー２００内部に保持されたトナーは図２に示すサブホッパー側供給路１１９から現像器１１２に送り出される。

図４は、サブホッパー２００の内部構成を示す図で、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は平面図である。図４に示すように、サブホッパー２００の筐体の内面には振動板２０１が設けられている。振動板２０１が設けられた内面は図３において磁束センサ１０が取り付けられている外面の裏側である。したがって、振動板２０１は筐体を介して磁束センサ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が取り付けられている。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、あるいは振動板２０１を振動させるための機能を備えている。

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および撹拌部材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の軸方向とほぼ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が一周回転する毎に重り２０２が弾かれて振動板２０１が振動する。すなわち、振動板２０１が振動部として機能するとともに、撹拌部材２０５が振動付与部として機能する。また、撹拌機能と弾く機能を確実にするため、本実施形態では、撹拌部材２０５の中央部近傍に切り込み２０５ａが形成され、この切り込み２０５ａを境に振動付与部２０５ｃと撹拌部２０５ｄが設けられている。

図５は本実施形態に係る磁束センサの回路構成を示す図である。同図に示すように、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る。この発振回路は、平面パターンコイル１１、パターン抵抗１２、第１コンデンサ１３、第２コンデンサ１４、フィードバック抵抗１５、第１アンバッファＩＣ１６、第２アンバッファＩＣ１７および出力端子１８を含む構成となっている。

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。また、磁束センサ１０は、信号線の長さによって抵抗値が決まる回路抵抗Ｒ_Ｌを有する。本実施形態の磁束センサ１０では、ほとんどの信号線が平面パターンコイル１１を形成するのに用いられている。したがって回路抵抗Ｒ_Ｌは平面パターンコイルの信号線による抵抗値とほぼ一致する。

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。なお、つづら折り状とは、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１コンデンサ１３および第２コンデンサ１４は、平面パターンコイル１１とともにコルピッツ型ＬＣ発振回路を構成する容量である。したがって、第１コンデンサ１３および第２コンデンサ１４は、平面パターンコイル１１およびパターン抵抗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１コンデンサ１３および第２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。第１アンバッファＩＣ１６および第２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ＲＰ、第１コンデンサ１３および第２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できる。

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。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１０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内部のトナーの状態を判断することもできる。

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およびパターン抵抗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１０の機能が実現される。

この平面パターンコイル１１およびパターン抵抗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。

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および磁束センサ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および入出力制御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ー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。

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。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およびカウント値出力部３３を含む。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。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出力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。

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、前述のリード信号は、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よいし、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よい。

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。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１０の周波数を示す周波数関連情報として用いられる。

図９は、本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、図１０は振動板を磁束が通る際の作用を示す図である。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Ｇ_１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。前記式（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。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１０の発振周波数は高くなり、所定の間隔ｇ_０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。

そのため、ｇ_０以下の間隔における発振周波数はゼロである。他方、平面パターンコイル１１と振動板２０１との間隔が広くなると、磁束センサ１０の発振周波数は、振動板２０１内部において発生する渦電流の影響を受けない周波数に収束していく。

本実施形態に係るサブホッパー２００では、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。また、図１１に示す間隔ｇ_０、すなわち、磁束センサ１０の発振が止まる間隔ｇ_０を利用して振動板２０１の振動開始タイミングを判断する。このｇ_０が、磁束センサ１０と振動板２０１との間隔であって、磁束センサ１０が発振を停止する所定の閾値として用いられる。

すなわち、図９に示す振動板２０１および磁束センサ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ればトナー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。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。

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が図において時計回り方向に回転する。

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ともに、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がさら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に接触した状態でさら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および重り２０２の位置を破線で示している。図１４に示すように、回転軸２０４の回転に伴って振動板２０１および重り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の筐体内面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。

なお、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（振動付与部２０５ｃ）とそれ以外の部分（撹拌部２０５ｄ）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できる。

また、切り込み２０５ａの始点には丸孔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て応力集中を抑制し、撹拌部材２０５の破損を防ぐようにしている。

図１６は、図１４に示す状態からさらに撹拌部材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２０６が存在すると、振動板２０１や重り２０２が振動しながらトナー２０６に接触する。そのため、サブホッパー２００内部にトナー２０６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できる。

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。したがって、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において振動板２０１と磁束センサ１０との距離が前記間隔ｇ_０（図１１）を下回り、磁束センサ１０の発振が停止する。換言すると、撹拌部材２０５は、振動板２０１に対して磁束センサ１０に近づく方向に力を加え、磁束センサ１０との間隔がｇ_０以下となるように振動板２０１を移動させる。これにより、上昇傾向であったカウント値は即座にゼロとなる。

そして、タイミングｔ_３において撹拌部材２０５による重り２０２の押圧が解除され、振動板２０１は押し込まれた状態から解放され、蓄えられた振動エネルギーによって振動する。これにより、振動板２０１と磁束センサ１０との距離は間隔ｇ_０以上となり、磁束センサ１０は再び発振を開始する。その結果、カウント値は、ゼロの状態から急激に上昇することとなる。そこで、このカウント値の急激な上昇に基づいて振動板２０１の振動の開始タイミングを判断する。

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。すなわち、振動板２０１の振動は時間とともに減衰する。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とも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。したがって、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できる。

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Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４、・・・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を求めることができる。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、上記式（２）においては、図１９に示すピークのうちＰ_１、Ｐ_２および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が振動を開始したタイミングｔ_３におけるピーク値は、振動の振幅に対応した値ではないため、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２０６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できる。

図２０は、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処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図８に示すＣＰＵ２１によって実行される。

図２０に示すように、ＣＰＵ２１は、まず撹拌部材２０５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（Ｓ１０１、なお、図ではステップを省略し、Ｓのみで示す。）。前述のように、ＣＰＵ２１は所定期間毎にカウント値出力部３３から磁束センサ１０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。

そして、上述したように振動板２０１と磁束センサ１０との間隔がｇ_０を下回ると、磁束センサ１０の発振が停止し、カウント値がゼロとなる。ＣＰＵ２１は、カウント値がゼロとなったことを検知すると（Ｓ１０１／ＹＥＳ）、次に、図１９のタイミングｔ_３のようにカウント値が急増するタイミングまで待機する（Ｓ１０２／ＮＯ）。

振動板２０１が弾かれて振動を開始すると、磁束センサ１０が発振を開始し、カウント値が急増する。ＣＰＵ２１は、カウント値がゼロから急増したことを検知すると（Ｓ１０２／ＹＥＳ）、振動板２０１に振動が発生したことを検知する（Ｓ１０３）。

ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理に拘わらず、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、ステップＳ１０３の後、ＣＰＵ２１は、図１９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（Ｓ１０４）。ステップＳ１０４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２１は、カウント値の解析態様を示す図である。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２１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２１の場合、５番および１０番がピーク値として採用される。

すなわち、ＣＰＵ２１は、Ｓ１０３以降、順番に取得されたカウント値について、図２１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。

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２１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（Ｓ１０５）。このため、ステップＳ１０４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２１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（Ｓ１０６）。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２００内部のトナー２０６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２０６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２００内部のトナー２０６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。

なお、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２０６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２０６は撹拌されている。したがって、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できる。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２０６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。

ステップＳ１０４の判断の結果、算出した減衰率ζが閾値未満であれば（Ｓ１０６／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（Ｓ１０６／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（Ｓ１０７）。

ステップＳ１０７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２０６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２２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２２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１９〜図２１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２２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２２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１ｍｓとすると、振動板２０１の振動周期Ｔplate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および重り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毎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。

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。

ところで、撹拌部材２０５は回転軸２０４の回転にしたがって回転しながら、サブホッパー２００内部のトナー２０６を撹拌するとともに、振動板２０１を振動させる。その際、図１４に示すように振動板２０１を押し込んだ状態から図１６に示すように振動板２０１を弾くことにより、振動板を振動させる。

このような撹拌部材２０５の回転は、画像形成装置１００の動作状態によっては停止した状態となる。例えば図１４に示すように、振動板２０１を押し込むことによって撹拌部材２０５が撓んだ状態で回転が停止し、所定の時間が経過すると、撹拌部材２０５が変形し、その変形が塑性変形として残ってしまう可能性がある。また、振動板２０１側にも変形等の不具合が生じる可能性がある。

以上のようにして、本実施形態では磁束センサ１０と振動板２０１によってサブホッパー２００内部のトナー残量を検知している。以下、実施例を挙げてトナー量もしくはトナー残量を検知する構成について説明する。

図２３は振動板２０１の重り２０２を省いたときの撹拌部材２０５と回転軸２０４の回転角との関係を示す図である。図２３（ａ）を初期位置（０度）とし、この初期位置から図中時計回り方向に回転軸２０４が９０度回転すると、図２３（ｂ）の状態になる。さらに、回転軸２０４が１８０度回転すると、図２３（ｃ）の状態になり、２７０度回転すると図２３（ｄ）の状態になる。

図２４は撹拌部材２０５の塑性変形がない場合と、撹拌部材２０５が塑性変形した場合の撹拌部材２０５の回転径の違いを示す図である。同図（ａ）は撹拌部材２０５の塑性変形がない場合、言い換えれば図２３に示した状態で回転した場合の撹拌部材２０５の状態を示す。この初期状態における撹拌部材２０５の回転径をＤとする。

一方、図２４（ｂ）は撹拌部材２０５が塑性変形した場合を示す図で、この場合には、撹拌部材２０５の回転径はＤ１となる。塑性変形は図２４（ｃ）に示すように、撹拌部材２０５が振動板２０１の先端の重り２０２に接触したままの状態で所定時間経過すると、撹拌部材２０５の形状が戻らずに撹拌部材２０５が塑性変形し、変形が残ったままになる。塑性変形が生じる条件は、撹拌部材２０５の材質、弾性、変形時の弾性力、変形の継続時間等によって左右されるが、これらの条件が塑性変形を起こす閾値に達すると、撹拌部材２０５は塑性変形し、少し戻ることはあっても初期の形状に戻ることはない。

図２４では、図２４（ｃ）の状態で塑性変形を起こす条件に達し、回転軸２０４がこの状態から回転して撹拌部材２０５の先端が重り２０２を通り越したとしても、撹拌部材２０５は図２４（ｂ）に示す変形したままの状態となる。このときの撹拌部材２０５の先端の回転径をＤ１とする。塑性変形後の回転径Ｄ１は初期状態の撹拌部材２０５の回転径Ｄよりも小さい。すなわち、
Ｄ＞Ｄ１
の関係となる。

この状態で回転軸２０４が回転し、撹拌部材２０５が重り２０２に接触して重り２０２を押し込んだとしても、撹拌部材２０５が振動板２０１を振動させる際の押し込み力が弱くなり、振動板の振幅が低下して減衰率ζの検知精度が低下する。さらに、撹拌部材２０５の停止位置によっては、次に回転を開始した際に撹拌部材２０５がサブホッパー２００内部のトナー２０６を跳ね上げる量が異なる。その結果、サブホッパー２００内のトナー量に応じた振動板２０１の振動の抑制効果が変化し、正確なトナー量検知が困難となる。

図２５は撹拌部材２０５の塑性変形前と塑性変形後の振動板２０１の振動特性を示す図である。実線が塑性変形前、破線が塑性変形後の特性である。実線のＰ_０は撹拌部材２０５が振動板２０１を筐体２００ａの内壁に十分に押し付けた状態を示している。一方、撹拌部材２０５が塑性変形していると、回転の径Ｄ１がＤよりも小さくなっていることから、振動板２０１を筐体２００ａの内壁に十分に押し付けてはないことが分かる。その結果、塑性変形後の撹拌部材２０５では、塑性変形前の撹拌部材２０５に比べて山ピークと谷ピークの間のＰｔｏＰ値が低下していることが分かる。すなわち、ＰｔｏＰ値はＰ_２−Ｐ_１＞Ｐ−Ｐ´となる。

このように振動波形のＰｔｏＰ値が低下すると、減衰率演算の（Ｐ_６−Ｐ_５）／（Ｐ_２−Ｐ_１）の精度が低下し、トナー有無判定の誤検知率が高くなる。なお、精度の低下は、（Ｐ_６−Ｐ_５）の値が小さくなるので、誤差が出やすくなるためである。

図２６は重り２０２を備えた振動板２０１を撹拌部材２０５が撓みながら弾く動作を示す動作説明図である。同図（ａ）では、回転軸２０４が順方向に回転し、撹拌部材２０５が重り２０２に接触した状態である。この状態からさらに回転軸２０４が順方向に回転すると、同図（ｂ）に示すように撹拌部材２０５の弾性（腰の強さ）により重り２０２、延いては振動板２０１を筐体２００ａの内面に近付ける方向に押す。

順方向への回転が進むと、同図（ｃ）に示すように撹拌部材２０５は重り２０２と振動板２０１を筐体２００ａの内面に突き当て、押し付ける。これ以降、撹拌部材２０５は強く撓んで撹拌部材２０５には大きな応力が生じる。同図（ｄ）は、撹拌部材２０５が最も撓んだ状態で、撹拌部材２０５の先端が重り２０２の頂部から離脱する直前の状態を示している。この後、撹拌部材２０５の先端が重り２０２から離脱すると、振動板２０１が弾かれ、振動板２０１は前述のように振動する。同図（ｅ）は撹拌部材２０５が重り２０２から離脱した直後の状態を示している。同図（ｆ）は、図（ｅ）の状態から重り２０２に接触する位置まで撹拌部材２０５を逆方向に回転させたときの状態を示している。この逆回転は、撹拌モータ制御部２５から撹拌モータ２０４ａに対して逆方向に回転させる駆動パルスを出力することにより行われる。

本実施形態では、図２６にも示す通り、回転軸２０４の回転により撹拌部材２０５で振動板２０１を弾いて振動板２０１に減衰振動を発生させ、磁束センサ１０によって検知した減衰振動に基づいて（図１９）トナーの有無を判定している。図１９に示したものでは、磁束センサ１０は、撹拌部材２０５によって弾かれたときの減衰振動により、振動板２０１が弾かれたことを認識する。その際、磁束センサ１０は撹拌部材２０５の位置を認識することができないことから、コントローラ２０が検出した波形に基づいて弾かれたことを示す箇所を演算処理により求めている。

図２７は回転軸２０４と撹拌部材２０５との関係を示す図で、同図（ａ）は回転軸２０４を軸方向端部側から見た正面図、同図（ｂ）は回転軸２０４の端部のＤカットした部分を示す図である。これらの図に示すように、回転軸２０４は、丸軸からなり、その側面にＤカットによって軸に対して平行な平面部２０４ｂが形成されている。撹拌部材２０５はその平面部２０４ｂに接着され、固定されている。撹拌部材２０５は、平面部２０４ｂに接着剤で接着するだけでも良いが、強度を増すためにかしめて固定しても良い。Ｄカットの切断量αは回転軸２０４の直径と撹拌部材２０５の図において左右方向の長さに応じて適宜設定される。すなわち、Ｄカットは、回転軸２０４の外面を軸方向に平行に所定深さ（α）切削して形成される平面形状である。

回転軸２０４と振動板２０１は金属製であるが、それぞれ異なる材質の金属によって形成されている。例えば振動板２０１はステンレス製であり、回転軸２０４は黄銅製である。このように金属の材質を異ならせると、回転軸２０４の動作と振動板２０１の動作を区別することができる。

図２８ないし図３１は、それぞれ図２６（ｆ）の位置から回転軸２０４が時計回りに回転して停止したときの状態を示すサブホッパー２００の断面図である。図２８は撹拌部材２０５が振動板２０１を弾いた後、回転軸２０４が所定量逆回転し、重り２０２の近傍で停止した状態を示す。図２９は撹拌部材２０５が振動板２０１を弾いた直後の状態を示す。図３０および図３１は回転軸２０４が図２８の状態から所定各順方向に回転した状態をそれぞれ示す。なお、図２８は図２３（ａ）および図２６（ｆ）の状態に、図２９は図２６（ｅ）に、図３０は図２３（ｃ）に、図３１は図２３（ｄ）に、それぞれ対応する。

図２８では、同位置から撹拌部材２０５が回転を開始した場合、撹拌部材２０５は多くのトナー２０６を撹拌しながら一周近く回転して振動板２０１を弾くこととなる。撹拌部材２０５によって跳ね上げられたトナー２０６の多くは図中左側に、残ったトナーは天井側と振動板２０１側に分散される。天井側へ跳ね上げられたトナー２０６は天板に当たって再び落下するが、その一部は振動板２０１側へ落下する。また、撹拌部材２０５に連なって振動板２０１側へ運ばれたトナー２０６は振動板２０１上の側板に当たるか、振動板２０１に直接当たるかして落下する。

図２９は、撹拌部材２０５が振動板２０１を弾き、重り２０２を通過して変形が戻った直後の状態を示す。この状態から次回転を開始すると、トナー２０６の２／３〜３／４程度を掻き上げて回転することになる。図３０は図２８の位置からほぼ１８０度回転した位置である。撹拌部材２０５は、次回転時には撹拌部材２０５上のトナー２０６のみ掻き上げて回転し、振動板２０１を弾くことになる。図３１は図２８の状態からほぼ２７０度回転した位置である。この状態ではトナー２０６は撹拌部材２０５上に存在しないので、撹拌部材２０５自体は無負荷の状態で停止し、次回転時には、振動板２０１の前面側に存在するトナー２０６を押し込むようにして撹拌することになる。

このように本実施例では、回転軸２０４を回転させて撹拌部材２０５によりトナー２０６を撹拌するようになっている。その際、回転軸２０４を金属製としたことにより、回転軸２０４の平面部２０４ｂによって回転軸２０４の回転周期ごとに磁界が変化する。そこで、本実施例では、この磁界の変化を磁束センサ１０によって検出する。この磁界の変化は回転軸２０４の回転位置の変化と同期しているので、磁界の変化から回転軸２０４の回転位置を検出することができる。

図３２は磁束センサ１０の検出出力を示す図で、横軸は時間である。なお、磁束センサ１０の検出出力には図１９に示す振動板２０１の振動によるものも含まれるが、図３２では、図１９の振動板２０１の振動による出力は除いて、回転軸２０４の回転によって生じる出力のみを示している。図３２において、磁束センサ１０の出力が正の側は振動板２０１が磁束センサ１０に近づく方向、負の側は振動板２０１が磁束センサ１０にから離れる方向であることを示している。

回転軸２０４の平面部２０４ｂは、回転軸２０４の丸軸の軸部分の外面に対して相対的に凹んでいるため、図３２の特性の最低出力点は平面部２０４ｂが磁束センサ１０から最も離れた位置となる。この位置は、図３１に示す位置である。

図３３は回転軸２０４が連続的に回転したときの磁束センサ１０の検出出力を示す図で、横軸は時間である。図３３において、Ｔは周期を表し、出力最低点から３Ｔ／８進んだ位置が、図２９に示す振動板２０１を弾いて撹拌部材２０５が振動板２０１（重り２０２）から離れた直後の状態を示す位置となる。この位置は図３１の位置から図２６（ａ）〜（ｄ）を経て、図２６（ｅ）の位置に達した位置である。

図２９に対応する出力最低点から進んだ位置である３Ｔ／８という周期は、撹拌部材２０５と回転軸２０４の回転数によって異なるため、この回転軸２０４と撹拌部材２０５を備えた現像装置あるいは画像形成装置の構成に応じて適性化される。３Ｔ／８という周期は、あくまで本実施例において適性化された値である。出力最低点は、例えば零点（出力零）から０．４以上のマイナス出力の変動があったときの最低点と定義することができる。磁束センサ１０における出力値は本来ｋＨｚで定義されるが、本実施例では、出力値は仮値として示し、単位は表記しない。

このように出力最低点から３Ｔ／８進んだ位置が、撹拌部材２０５が振動板２０１を弾いた直後の位置であることが分かるということは、出力最低点から一定時間経過後に振動板２０１が弾かれていることが分かるということである。このことは、出力最低点を基準に撹拌部材２０５の位置がどこにあるかを検出することができることを示している。すなわち、図２３（ｄ）の位置が出力最低点の位置であり、この位置から順方向（時計回り方向）に回転するにつれて出力は上がる。そして、磁束センサ１０が回転軸２０４の円柱表面に正対している間（図２３（ａ）→（ｂ）→（ｃ））は最高出力（図３３では出力零）となり、磁束センサ１０が平面部２０４ｂに面すると次第に出力が低下する。図３１もしくは図２３（ｄ）の位置で最低となり、その位置を過ぎると出力は増加し、回転軸２０４の丸軸の軸部分の外面に対向する位置に達すると、最高出力に戻る。したがって、図３３に示す出力状態と回転時間とから回転軸２０４の回転位置、延いては撹拌部材２０５の位置をコントローラ２０は判断することができる。

撹拌部材２０５は、振動板２０１を弾く機能と、トナー２０６を撹拌し、搬送する機能を備えており、回転軸２０４の駆動時間も可変である。そのため、振動板２０１を弾いた直後の位置（図２９）を初期位置として認識させる初期動作を実施することにより、初期位置から回転を開始した以降の撹拌動作における撹拌部材２０５の位置を回転軸２０４の駆動時間によって管理することができる。これにより、振動板２０１が弾かれたのか、弾かれていないのかの管理が可能となる。

図３４は、回転軸２０４の回転位置もしくは回転停止位置を検出し、回転軸２０４の停止位置を制御する本実施形態に係るコントローラ２０の構成を示すブロック図である。図３４に示すように、本実施形態に係るコントローラ２０は、図８において説明したコントローラ２０にさらに撹拌モータ２０４ａを駆動制御する撹拌モータ制御部２５を設ける。撹拌モータ制御部２５は、回転軸２０４を回転させるための動力源である撹拌モータ２０４ａの回転を制御する制御部であり、ＡＳＩＣ２２を介してＣＰＵ２１からの命令を受け付けて撹拌モータ２０４ａの回転を制御する。すなわち、ＣＰＵ２１および撹拌モータ制御部２５が連動して、撹拌部材２０５の回転を制御する回転制御部として機能する。

また、初期位置から回転を開始した以降の撹拌動作における撹拌部材２０５の位置を、コントローラ２０のＣＰＵ２１が撹拌モータの駆動時間により把握できるので、回転軸２０４の駆動時間によって回転軸２０４の現在の位置を検出することができる。さらに、駆動時間に基づいて位置検出が可能であることから、回転軸２０４の駆動時間から振動板２０１が弾かれたのか、弾かれていないのか管理することができる。さらに、回転軸２０４の位置を把握することが可能なので、図２６（ｂ）〜（ｄ）の位置で停止したときは、さらに回転軸２０４を回転させ、撹拌部材２０５が前記位置から外れた位置で停止するように制御することもできる。したがって、コントローラ２０のＣＰＵ２１は位置検出手段として機能する。また、回転軸２０４の回転駆動は撹拌モータ２０４ａによって行われ、撹拌モータ２０４ａ自体の回転駆動は撹拌モータ制御部２５によって行われ、撹拌モータ制御部２５への制御信号はＡＳＩＣ２２およびＣＰＵ２１によって行われるので、撹拌モータ制御部２５、ＡＳＩＣ２２およびＣＰＵ２１が回転駆動制御手段として機能する。

これにより、前記停止位置が原因となる撹拌部材２０５の塑性変形を防止することができる。

その他、特に説明しない各部は実施形態の基本構成と同様に構成され、同様に機能する。

図３５は、磁束センサ１０と回転軸２０４および撹拌部材２０５の関係を示す図である。実施例１では、回転軸２０４の外面と磁束センサ１０との距離βが、振動板２０１と磁束センサ１０との距離より大幅に離れている。例えば図４における磁束センサ１０、振動板２０１および撹拌部材２０５もしくは回転軸２０４の関係を見ると、回転軸２０４の外面と磁束センサ１０との距離βは、振動板２０１と磁束センサ１０との距離の５〜１０倍程度ある。そのため、実施例１のようにして回転軸２０４の平面部２０４ｂの位置から回転軸２０４もしくは撹拌部材２０５の位置を判断しようとしたとき、磁束センサ１０の感度が落ちて適切な出力波形を得ることができない場合がある。すなわち、図３３に示した磁束センサ１０の検出出力がノイズに埋もれ、最低出力値の位置もしくはタイミングを検出できない場合がある。

実施例２は、このような点に鑑みて実施例１における磁束センサ１０の感度を上げて確実に回転軸２０４の回転位置を検出するようにした例である。

図３６は実施例２に係る回転軸２０４と撹拌部材２０５を示す回転軸２０４の軸方向から見た正面図である。同図に示すように、実施例２では、撹拌部材２０５の上面に金属プレート２０５ｅを固定し、金属プレート付撹拌部材としている。金属プレート２０５ｅは、図において右側にあたる撹拌部材２０５の基端部２０５ｇ側に左側にあたる先端部２０５ｉ側が十分に撓むことができるだけの余裕を残して固定されている。すなわち、金属プレート２０５ｅの図において右側の一端部２０５ｆは、撹拌部材２０５の右側の基端部２０５ｇと一致し、金属プレート２０５ｅの左側の他端部２０５ｈは撹拌部材２０５の左側の先端部２０５ｉから予め設定された長さ回転軸２０４側に引っ込んだ位置に位置している。

このように構成すると、振動板２０１を押し込むときには、図２４に示したように撹拌部材２０５は十分に撓むことができ、また、回転時に金属プレート２０５ｅが磁束センサ１０に十分近い位置を通ることができる。したがって、金属プレート２０５ｅの他端部２０５ｈの引っ込んだ位置は、少なくとも回転時に重り２０２に接触しない位置である。なお、検出対象となる金属プレート２０５ｅの材質は、実施例１の場合と同様に振動板２０１の材質と異なっている必要がある。

図３７は、このときの磁束センサ１０の検出出力を示す図で、横軸は時間である。本実施例では、金属プレート２０５ｅが回転軸２０４よりも近づくため、磁束センサ１０の出力は正となる。また、撹拌部材２０５が振動板２０１を弾いた直後の位置は、出力最高点が振動板２０１に最も近い位置（図２６（ｂ））になるので、図２６（ｅ）に対応する位置は、出力最高点からＴ／８の位置となる。

実施例２では、撹拌部材２０５に金属プレート２０５ｅを固定し、磁束センサ１０が金属プレート２０５ｅと振動板２０１を検出するので、回転軸２０４が金属である必要はなく、樹脂製のもので構成できる。これにより、軽量化および低コスト化を図ることができる。なお、回転軸２０４に樹脂を使用し、撹拌部材２０５にマイラを使用した場合には、マイラを熱溶着、接着、ねじ止めなどの方法で回転軸２０４の平面部２０４ｂに固定することができる。

本実施例においても、図３４のブロック図に記載したコントローラ２０によって回転軸２０４の回転位置もしくは回転停止位置を検出し、回転軸２０４の停止位置を制御することができる。本実施例においても、回転軸２０４および撹拌部材２０５の回転位置を磁束センサ１０の検出出力から判断することができる。そこで、撹拌部材２０５が振動板２０１を押し付けた状態で停止していることが分かれば、回転軸２０４を順方向または逆方向に回転させて撹拌部材２０５が重り２０２に接触した状態を回避するように撹拌モータ２０４ａを制御し、回転軸２０４を回転させる。

これにより、前記停止位置が原因となる撹拌部材２０５の塑性変形を防止することができる。

その他、特に説明しない各部は前記実施形態の基本構成および実施例１と同様に構成され、同様に機能する。

本実施例３は、振動板２０１を弾く回転軸２０４に回転周期ごとに磁界が変動する金属部分を有し、振動板２０１が非導電性ならば金属部は導電性、振動板２０１が導電性ならば金属部は非導電性であることが特徴になっている。

本実施例では、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を用いている。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２２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。

前述の実施形態の基本構成における説明では、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を用いてもよい。

インダクタンスＬを減少させる材料とは、主に２種類に分類される。１つ目は非磁性体でかつ導電性の金属、２つ目は磁性体でかつ導電性の金属である。

非磁性でかつ導電性金属の具体例として銅板がある。これは磁石に近接させても磁化されないものの、磁束センサ１０からの磁束が銅板内に貫通すると、銅板内で渦電流が発生し、発生した渦電流で磁束が発生する。この銅板内で発生した磁束は、磁束センサ１０からの磁束を打ち消すよう作用する。したがって磁束センサ１０と銅板の距離が短ければ短いほど打ち消す作用が高まり、磁束センサ１０のインダクタンスＬが減少し、これにより発振周波数を示す式の分母のＬが小さくなることにより発振周波数が増加する。

磁性でかつ導電性金属の具体例としてＳＵＳ板（ステンレス板）や鉄板がある。導電性であるため渦電流に関しては前述の銅板と同じ特徴を有するが、透磁率が高いため、磁束センサ１０からの磁束を増大させる効果も併せ持つ。磁束の打ち消し効果と増大効果の差分となるが、磁束センサ１０と金属板の距離が短くなるにつれ、打ち消し効果の方が優り、磁束センサ１０のインダクタンスＬが減少し、これにより前記非磁性でかつ導電性の金属と同様に、発振周波数が増加する。

インダクタンスＬを増加させる材料とは、磁性体でかつ非導電性（絶縁体）などがある。具体例としてフェライト材や、電子写真で使用する現像剤キャリアなどである。非導電体であるため材料内部に磁束が貫通しても渦電流が流れない。そのため磁束が発生しないので磁束センサ１０からの磁束を打ち消さない。また、透磁率が空気に比べ非常に高いため、気中に有った時の磁束センサ１０からの磁束に比べ、この材料を近づけることで大幅に磁束が増加し、インダクタンスＬが増大することになる。これにより発振周波数を示す式
ｆ＝１／（２π √（ＬＣ））
の分母のＬが大きくなることにより発振周波数が減少する。

本実施例に係る磁束センサ１０は、磁性でかつ導電性金属としてＳＵＳ板を用いており、近接すると周波数が高くなる。

一方、トリガ点検出のための金属として、磁性体でかつ非導電性（絶縁体）のフェライト材を用いている。このようにトリガ点検出のための金属としてフェライトを用いると、フェライトが磁束センサ１０に近接すると周波数が低くなる。

図３８は実施例３に係るサブホッパー２００の内部構造を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は平面図である。図３８は、本実施形態における基本的な構成を示す図４に対応している。図３９はサブホッパー２００を回転軸２０４の軸に対して垂直に断面した断面図である。図３８および図３９から分かるように、本実施例３では、回転軸２０４の平面部２０４ｂに、撹拌部材２０５とは逆方向、すなわち逆位相になるようにフェライト２０５ｊが片持ち梁２０５ｋに取り付けられている。

図４０は重り２０２とフェライト２０５ｊの関係を示す要部斜視図、図４１は重り２０２とフェライト２０５ｊの関係を示す要部正面図である。フェライト２０５ｊは、これらの図から分かるように、振動板２０１の重り２０２の先端側の空間を通過するように配置されている。すなわち、フェライト２０５ｊは振動板２０１に接触することなく、回転するように配置されている。その際、磁束センサ１０から振動板２０１までの距離とさほど変わらない距離の位置にフェライト２０５ｊが通るようになっている。

フェライト２０５ｊは、撹拌部材２０５が図３０の位置にあるときに、図４０および図４１に示すように重り２０２の自由端側の空間に位置する。これにより、フェライト２０５ｊの通過を磁束センサ１０が確実に検知することができる。

図４２は、実施例３における磁束センサ１０の出力波形を示す図である。中央より左側は撹拌部材２０５でステンレス（ＳＵＳ）製の振動板２０１をサブホッパー２００の筐体２００ａの内壁に押し付け、振動板２０１を弾いたときの磁束センサ１０の出力波形である。中央から右側は、フェライト２０５ｊが磁束センサ１０に近づいたときの波形である。この構成において、
「振動板２０１が内壁から最も離れたときに得られる周波数＞閾値＞フェライト２０５ｊ近接時の周波数」
となるように閾値を設定すれば、確実に回転軸２０４の回転位置のホームポジションを得ることができる。

このホームポジションを基点とすれば、その基点から振動板２０１を撹拌部材２０５が振動させるまでの撹拌モータ２０４ａのモータ駆動時間が導き出され、振動板２０１が振動したか否かを判断することができる。また、フェライト２０５ｊが磁束センサ１０に近接するタイミングで撹拌モータ２０４ａを停止すれば、撹拌部材２０５が振動板２０１を筐体２００ａの内壁側に押し付けた状態で回転軸２０４が停止することはない。

なお、本実施例においても、図３４のブロック図に記載したコントローラ２０によって磁束センサ１０の出力を検出し、回転軸２０４の停止位置を制御することができる。

これにより、前記停止位置が原因となる撹拌部材２０５の塑性変形を防止することができる。

その他、特に説明しない各部は前記実施形態の基本構成および実施例１と同様に構成され、同様に機能する。

図４３は図１に示した画像形成装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。同図において、画像形成装置（プリンタ）１００は、画像形成装置１００本体の制御を行うプリンタコントローラ１００ａと、用紙に画像を印刷するためのプリンタエンジン１００ｂと、ユーザが入力を行い画像形成装置本体の状態等を表示する操作パネル１００ｃとから基本的に構成され、ネットワークＮＴと繋がっている。

ネットワークＮＴは例えばサーバとの通信を行うためのものである。プリンタエンジン１００ｂはプリンタコントローラ１００ａからの信号により印字部（画像形成部）を制御し、また給紙部より転写紙を給紙することで、画像を形成する。操作パネル１００ｃはユーザが入力を行い、また、画像形成装置１００本体の状態等を表示する表示装置を備えたユーザＩ／Ｆである。

プリンタコントローラ１００ａは、そのとき設定されている制御モードおよびホストから受け取った制御コードにしたがって、ホストからの印字データをビデオデータに変換してプリンタエンジン１００ｂへ出力する制御機構の総称である。プリンタコントローラ１００ａは、ネットワークＩ／Ｆ１００ｄ、プログラムＲＯＭ１００ｅ、フォントＲＯＭ１００ｆ、操作部Ｉ／Ｆ１００ｇ、ＣＰＵ１００ｈ、ＲＡＭ１００ｉ、ＮＶ−ＲＡＭ１００ｊ、エンジンＩ／Ｆ１００ｋ、およびＨＤＤ（ハードディスク装置）１００ｍの各モジュールを含む。

各モジュールの機能は、次の通りである。ネットワークＩ／Ｆ１００ｄは、サーバとの通信を行うためのインターフェースであり、プログラムＲＯＭ（Programmable Read Only Memory）１００ｅは、プリンタコントローラ１００ａ内でのデータの管理および周辺モジュールを制御するためのプログラムを格納している。フォントＲＯＭ（ＦＯＮＴ ＲＯＭ）１００ｆは、印字に使用されるさまざまな種類のフォントを格納している。操作部Ｉ／Ｆ１００ｇは操作パネル１００ｃのインターフェースである。

ＣＰＵ（Central Processing Unit、以下、同様。）１００ｈはプログラムＲＯＭ１００ｅに格納されたプログラムの手順にしたがってホストからのデータ（印字データ、制御データ）を処理する。ＲＡＭ（Random Access Memory）１００ｉは、ＣＰＵ１００ｈが処理するときのワークメモリであり、ホストからのデータを一時記憶するバッファおよびバッファに記憶されたデータを処理するメモリ等に使われる。

ＮＶ−ＲＡＭ１００ｊは、電源を切っても保持したいデータを格納しておくための不揮発性ＲＡＭである。エンジンＩ／Ｆ１００ｋはプリンタコントローラ１００ａからプリンタエンジン１００ｂを制御するインターフェースである。ＨＤＤ１００ｍは、大容量のデータを読み書き可能に保持する大容量記憶媒体である。

以上のように、本実施形態によれば、次のような効果を奏する。なお、以下の説明では、特許請求の範囲における各構成要素と本実施形態の各部について対応を取り、両者の用語が異なる場合には後者をかっこ書きで示し、両者の対応関係を明確にした。

（１） 容器（サブホッパー２００）内の粉体（トナー２０６）残量を検知する粉体検知装置（振動板２０１、磁束センサ１０、コントローラ２０）であって、前記容器（サブホッパー２００）の外側に配置され所定の周波数の信号を出力する発振部（磁束センサ１０）と、前記発振部（磁束センサ１０）と対向し前記容器（サブホッパー２００）の内側に配置された、磁束に影響する素材によって形成された振動部（振動板２０１）と、回転駆動手段（撹拌モータ２０４ａ）によって駆動され前記粉体（トナー２０６）を撹拌し、前記振動部（振動板２０１）を振動させるとともに磁界変動を発生させる撹拌部材（２０５）と、前記発振部（磁束センサ１０）の発振信号の周波数関連情報を取得し、前記周波数関連情報の変化に基づいて前記振動部（振動板２０１）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（サブホッパー２００）の粉体（トナー２０６）の残量を検知する検知処理手段（ＣＰＵ２１）と、前記磁界変動（図３２、図３３、図３７、図４２）を検出し、検出結果に基づいて前記撹拌部材（２０５）の位置を検出する位置検出手段（ＣＰＵ２１）と、検出された前記撹拌部材（２０５）の撹拌動作終了時の位置が、前記撹拌部材（２０５）が前記振動部（振動板２０１もしくは重り２０２）に接触して変形する位置（図２６（ｂ）〜（ｄ））であるとき、前記撹拌部材（２０５）が変形しない位置（図２６（ａ）、（ｅ）、（ｆ））まで前記撹拌部材（２０５）を回転させる回転駆動制御手段（撹拌モータ制御部２５、ＡＳＩＣ２２、ＣＰＵ２１）と、を備えたので、撹拌部材２０５の塑性変形を防止し、高精度の粉体（トナー２０６）残量検知を行うことができる。

すなわち、撹拌部材２０５が重り２０２の頂点直前で印刷JOB終了した場合（例えば図２６（ｄ））、撹拌部材２０５に一番強いストレスが加わった状態で停止する。しかしながら、位置検出手段（ＣＰＵ２１）が停止位置を検出できるので、少なくとも撹拌部材２０５が重り２０２に接触して変形しないだけの角度、あるいはステップ数、撹拌部材２０５を順方向あるいは逆回転に回転させる。これにより、撹拌部材２０５にかかるストレスを低減し、塑性変形しない位置（図２６（ａ）、図２６（ｅ）等）まで移動させることができる。図２６（ａ）は、撹拌部材２０５が接触しているが変形していない状態であり、図４２では、磁束センサの波形が立ち上がり始めた箇所である。図２６（ｄ）は、撹拌部材２０５が最も変形した状態であり、図４２では、磁束センサの波形のピーク位置である。すなわち、図４２では、停止位置での磁束センサ波形の立ち上がり箇所とピークの間にある場合、撹拌部材２０５が変形している範囲に相当する。

（２） 容器（サブホッパー２００）内の粉体（トナー２０６）残量を検知する粉体検知装置（振動板２０１、磁束センサ１０、コントローラ２０）であって、前記容器（サブホッパー２００）の外側に配置され所定の周波数の信号を出力する発振部（磁束センサ１０）と、前記発振部（磁束センサ１０）と対向し前記容器（サブホッパー２００）の内側に配置された、磁束に影響する素材によって形成された振動部（振動板２０１）と、回転駆動手段（撹拌モータ２０４ａ）によって駆動され前記粉体（トナー２０６）を撹拌し、前記振動部（振動板２０１）を振動させるとともに磁界変動を発生させる撹拌部材（２０５）と、前記発振部（磁束センサ１０）の発振信号の周波数関連情報を取得し、前記周波数関連情報の変化に基づいて前記振動部（振動板２０１）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（サブホッパー２００）の粉体（トナー２０６）の残量を検知する検知処理手段（ＣＰＵ２１）と、前記検知処理手段（ＣＰＵ２１）によって検知される前記振動部の振動状態に基づき、前記撹拌部材（２０５）の塑性変形の有無を判定する塑性変形判定手段（ＣＰＵ２１）と、を備えた。

（３） 前記（１）または（２）に係る粉体検知装置において、前記撹拌部材２０５は回転軸２０４を含み、前記回転軸２０４は前記振動部（振動板２０１）とは異なる材質の金属からなり（例えば前者が黄銅製、後者がステンレス）、前記対向する空間を通る磁束Ｇ１，Ｇ２の状態を変動させる外形形状部分（平面部２０４ｂ）を含むので、撹拌部材２０５の回転に伴って周期的に発生する磁界変動（図３２、図３３）を検出し、磁束センサ１０によって検出される当該磁界変動の検出結果に基づいて前記撹拌部材２０５の位置を検出する位置検出手段（ＣＰＵ２１）を備えているので、磁界変動の検出結果に基づいて撹拌部材２０５の回転位置を検出することができる。これにより、回転位置を検出ためのセンサあるいはエンコーダなどの検出装置を設けることなくソフト的な処理だけで撹拌部材２０５の回転方向の位置検出が可能となる。

（４） 前記（３）に係る粉体検知装置において、前記外形形状が、前記回転軸２０４の外面を軸方向に平行に所定深さ切削（Ｄカット）して形成される平面形状であるので、簡単な加工で回転軸２０４に磁界変動を検出するための平面形状を形成することができる。

（５） 前記（４）に係る粉体検知装置において、前記撹拌部材２０５は、前記振動部（振動板２０１）を弾く板状部分（基端部２０５ｇから先端部２０５ｉの間の部分）を含み、当該板状部分は、前記回転軸２０４の平面形状の部分（平面部２０４ｂ）に固定されているので、撹拌部材２０５の回転軸２０４から突出した部分が十分に撓み、確実に振動部（振動板２０１）を筐体２００ａの内壁側に押し込むことができる。これにより、振動部（振動板２０１）に対して検出に必要な振動を与えることができる。

（６） 前記（５）に係る粉体検知装置において、前記板状部分（基端部２０５ｇから先端部２０５ｉの間の部分）に金属板（金属プレート２０５ｅ）を備えたので、金属板（金属プレート２０５ｅ）が回転軸２０４の平面部２０４ｂより発振部（磁束センサ１０）側により近接することが可能となり、その分、検出感度を向上させることができる。

（７） 前記（１）または（２）に係る粉体検知装置において、前記撹拌部材２０５は回転軸２０４と前記磁界変動を発生させる金属（フェライト２０５ｊ）部分とを含み、前記金属（フェライト２０５ｊ）部分は片持ち梁２０５ｋにより前記回転軸２０４に取り付けられているので、回転軸２０４よりも前記金属（フェライト２０５ｊ）部分を確実に発振部（磁束センサ１０）側に近づけることができる。

（８） 前記（７）に係る粉体検知装置において、前記撹拌部材２０５は前記振動部（振動板２０１）を弾く板状部分（基端部２０５ｇから先端部２０５ｉの間の部分）を含み、前記片持ち梁２０５ｋは前記板状部分（基端部２０５ｇから先端部２０５ｉの間の部分）の延出方向（図３９における回転軸２０４から左側の方向）とは逆方向（図３９における回転軸２０４から左側の方向）に延出して前記回転軸２０４に固定されているので、発振部（磁束センサ１０）が検出する振動部（振動板２０１）の検出波形と金属（フェライト２０５ｊ）部分の検出波形が逆位相となる。そのため位相が逆転する位置を基準に確実に回転軸２０４の回転位置のホームポジションを得ることができる。

（９） 前記（１）ないし（７）のいずれか１項に記載の粉体検知装置であって、検知処理手段（ＣＰＵ２１）は、前記磁界変動の磁界変動量が最大または最小になった時点から一定時間後に前記容器（サブホッパー２００）内の粉体（トナー２０６）の残量検知を実行するので、振動部（振動板２０１）が弾かれた直後に粉体（トナー２０６）の残量検知を行うことができる。その結果、高精度の残量検知結果を得ることが可能となる。

（１０） 前記（１）ないし（９）のいずれかの粉体検知装置（振動板２０１、磁束センサ１０、コントローラ２０）と、現像装置（現像器１１２）によって潜像を顕像化する画像形成手段（画像形成部１０６）と、を備え、前記現像装置（現像器１１２）が前記粉体検知装置を含む本実施形態に係る画像形成装置１００によれば、前記（１）ないし（９）に記載した効果を奏する画像形成装置を構成することができる。

（１１） 容器（サブホッパー２００）内の粉体（トナー２０６）残量を検知する粉体検知方法であって、前記容器（サブホッパー２００）の外側に配置された発振部（磁束センサ１０）が、所定の周波数の信号を出力し、回転駆動手段（撹拌モータ２０４ａ）によって駆動され前記粉体（トナー２０６）を撹拌する撹拌部材（２０５）が、前記発振部（磁束センサ１０）と対向し前記容器（サブホッパー２００）の内側に配置された、磁束に影響する素材によって形成された振動部（振動板２０１）を振動させるとともに磁界変動を発生させ、検知処理手段（ＣＰＵ２１）が、前記発振部（磁束センサ１０）の発振信号の周波数関連情報を取得し、前記周波数関連情報の変化に基づいて前記振動部（振動板２０１）の振動状態を検知し、その検知結果に基づいて前記容器（サブホッパー２００）内の粉体（トナー２０６）の残量を検知し、位置検出手段（ＣＰＵ２１）が、前記磁界変動を検出し、検出結果に基づいて前記撹拌部材（２０５）の位置を検出し、回転駆動制御手段（撹拌モータ制御部２５、ＡＳＩＣ２２、ＣＰＵ２１）が、検出された前記撹拌部材（２０５）の撹拌動作終了時の位置が、前記撹拌部材（２０５）が前記振動部（振動板２０１）に接触して変形する位置であるとき、前記撹拌部材（２０５）が変形しない位置まで前記撹拌部材（２０５）を回転させるので、前記（１）と同様の作用、効果を奏する。

（１２） また、容器（サブホッパー２００）内の粉体（トナー２０６）残量を検知する粉体検知方法であって、前記容器（サブホッパー２００）の外側に配置された発振部（磁束センサ１０）が、所定の周波数の信号を出力し、回転駆動手段（撹拌モータ２０４ａ）によって駆動され前記粉体（トナー２０６）を撹拌する撹拌部材（２０５）が、前記発振部（磁束センサ１０）と対向し前記容器（サブホッパー２００）の内側に配置された、磁束に影響する素材によって形成された振動部（振動板２０１）を振動させ、検知処理手段（ＣＰＵ２１）が、前記発振部（磁束センサ１０）の発振信号の周波数関連情報を取得し、前記周波数関連情報の変化に基づいて前記振動部（振動板２０１）の振動状態を検知し、その検知結果に基づいて前記容器（サブホッパー２００）内の粉体（トナー）の残量を検知し、塑性変形判定手段（ＣＰＵ２１）が、前記検知処理手段（ＣＰＵ２１）によって検知される前記振動部の振動状態に基づき、前記撹拌部材（２０５）の塑性変形の有無を判定する。

さらに、容器（サブホッパー２００）内の粉体（トナー２０６）残量を検知する粉体検知装置（振動板２０１、磁束センサ１０、コントローラ２０）であって、前記容器（サブホッパー２００）の外側に配置され、空間を通る磁束の変動に応じた周波数の信号を出力する発振部（磁束センサ１０）と、前記発振部（磁束センサ１０）と対向し前記容器（サブホッパー２００）の内側に配置された、磁束に影響する素材によって形成された振動部（振動板２０１）と、回転駆動手段（撹拌モータ２０４ａ）によって駆動され、回転駆動手段（撹拌モータ２０４ａ）によって駆動され、回転駆動により前記粉体（トナー２０６）を撹拌するとともに前記振動部（振動板２０１）を弾いて前記振動部（振動板２０１）を振動させる部材であり、前記回転駆動により磁束を変動させる部位を有する撹拌部材と、を備えた粉体検知装置についても説明した。

なお、本発明は前述した実施形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態および実施例は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１０ 磁束センサ（粉体検知装置、発振部）
２０ コントローラ（粉体検知装置）
２１ ＣＰＵ（検知処理手段、位置検出手段、回転駆動制御手段）
２２ ＡＳＩＣ（回転駆動制御手段）
２５ 撹拌モータ制御部（回転駆動制御手段）
１００ 画像形成装置
１０６ 画像形成部（画像形成手段）
１１２ 現像器（現像装置）
２００ サブホッパー（容器）
２００ａ 筐体
２０１ 振動板（粉体検知装置、振動部）
２０２ 重り
２０４ 回転軸
２０４ａ 撹拌モータ
２０４ｂ 平面部（平面形状部分）
２０５ 撹拌部材
２０５ｅ 金属プレート(金属板)
２０５ｇ 基端部
２０５ｉ 先端部
２０５ｊ フェライト
２０５ｋ 片持ち梁
２０６ トナー（粉体）

特開２０１３−０３７２８０号

Claims (13)

1. 容器内の粉体残量を検知する粉体検知装置であって、
   前記容器の外側に配置され所定の周波数の信号を出力する発振部と、
   前記発振部と対向し前記容器の内側に配置された、磁束に影響する素材によって形成された振動部と、
   回転駆動手段によって駆動され前記粉体を撹拌し、前記振動部を振動させるとともに磁界変動を発生させる撹拌部材と、
   前記発振部の発振信号の周波数関連情報を取得し、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手段と、
   前記磁界変動を検出し、検出結果に基づいて前記撹拌部材の位置を検出する位置検出手段と、
   検出された前記撹拌部材の撹拌動作終了時の位置が、前記撹拌部材が前記振動部に接触して変形する位置であるとき、前記撹拌部材が変形しない位置まで前記撹拌部材を回転させる回転駆動制御手段と、
   を備えた粉体検知装置。
2. 容器内の粉体残量を検知する粉体検知装置であって、
   前記容器の外側に配置され所定の周波数の信号を出力する発振部と、
   前記発振部と対向し前記容器の内側に配置された、磁束に影響する素材によって形成された振動部と、
   回転駆動手段によって駆動され前記粉体を撹拌し、前記振動部を振動させる撹拌部材と、
   前記発振部の発振信号の周波数関連情報を取得し、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手段と、
   前記検知処理手段によって検知される前記振動部の振動状態に基づき、前記撹拌部材の塑性変形の有無を判定する塑性変形判定手段と、
   を備えた粉体検知装置。
3. 請求項１または２に記載の粉体検知装置であって、
   前記撹拌部材は回転軸を含み、
   前記回転軸は前記振動部とは異なる材質の金属からなり、前記対向する空間を通る磁束の状態を変動させる外形形状の部分を含む粉体検知装置。
4. 請求項３に記載の粉体検知装置であって、
   前記外形形状が、前記回転軸の外面を軸方向に平行に所定深さ切削して形成される平面形状である粉体検知装置。
5. 請求項４に記載の粉体検知装置であって、
   前記撹拌部材は、前記振動部を弾く板状部分を含み、当該板状部分は、前記回転軸の平面形状の部分に固定された粉体検知装置。
6. 請求項５に記載の粉体検知装置であって、
   前記板状部分に金属板を備えた粉体検知装置。
7. 請求項１または２に記載の粉体検知装置であって、
   前記撹拌部材は回転軸と磁界変動を発生させる金属部分とを含み、
   前記金属部分は片持ち梁により前記回転軸に取り付けられた粉体検知装置。
8. 請求項７に記載の粉体検知装置であって、
   前記撹拌部材は前記振動部を弾く板状部分を含み、
   前記片持ち梁は前記板状部分の延出方向とは逆方向に延出して前記回転軸に固定された粉体検知装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の粉体検知装置であって、
   前記検知処理手段は、磁界変動の磁界変動量が最大または最小になった時点から一定時間後に前記容器内の粉体の残量検知を実行する粉体検知装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の粉体検知装置と、
    現像装置によって潜像を顕像化する画像形成手段と、
    を備え、
    前記現像装置が前記粉体検知装置を含む画像形成装置。
11. 容器内の粉体残量を検知する粉体検知方法であって、
    前記容器の外側に配置された発振部が、所定の周波数の信号を出力し、
    回転駆動手段によって駆動され前記粉体を撹拌する撹拌部材が、前記発振部と対向し前記容器の内側に配置された、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るとともに磁界変動を発生させ、
    検知処理手段が、前記発振部の発振信号の周波数関連情報を取得し、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し、
    位置検出手段が、前記磁界変動を検出し、検出結果に基づいて前記撹拌部材の位置を検出し、
    回転駆動制御手段が、検出された前記撹拌部材の撹拌動作終了時の位置が、前記撹拌部材が前記振動部に接触して変形する位置であるとき、前記撹拌部材が変形しない位置まで前記撹拌部材を回転させる粉体検知方法。
12. 容器内の粉体残量を検知する粉体検知方法であって、
    前記容器の外側に配置された発振部が、所定の周波数の信号を出力し、
    回転駆動手段によって駆動され前記粉体を撹拌する撹拌部材が、前記発振部と対向し前記容器の内側に配置された、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、
    検知処理手段が、前記発振部の発振信号の周波数関連情報を取得し、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し、
    塑性変形判定手段が、前記検知処理手段によって検知される前記振動部の振動状態に基づき、前記撹拌部材の塑性変形の有無を判定する
    粉体検知方法。
13. 容器内の粉体残量を検知する粉体検知装置であって、
    前記容器の外側に配置され、空間を通る磁束の変動に応じた周波数の信号を出力する発振部と、
    前記発振部と対向し、前記容器の内側に配置された、磁束に影響する素材によって形成された振動部と、
    回転駆動手段によって駆動され、回転駆動により前記粉体を撹拌するとともに前記振動部を弾いて前記振動部を振動させる部材であり、前記回転駆動により磁束を変動させる部位を有する撹拌部材と、
    を備えた粉体検知装置。