JP6451372B2 - トナー量検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本願発明は、トナー量検出装置とこれを用いた画像形成装置とに関する。画像形成装置には、複写機、プリンター、ファクシミリ及びこれらの機能を複合的に備えた複合機といった各種のものが含まれる。

従来、電子写真方式を採用した画像形成装置の中には、廃トナーボックス内の廃トナー量やトナーボトル内の印刷トナー量を非接触で検出する手段として、反射型の超音波センサーを採用したものがある。また、超音波センサーの指向性を向上させる目的で、超音波センサーのセンサーヘッドに対して筒状の音波反射器（指向性ホーン）を設けることもよく行われている（例えば特許文献１等参照）。

特開２００６−３５００７２号公報

しかし、上記のように超音波センサーのセンサーヘッドに対して筒状の音波反射器を設ける場合には、音波反射器の一部がトナーに埋まった状態で使用されることがある。そして、そのような状態で使用されると、音波反射器の外側のトナー面の高さと音波反射器の内側のトナー面の高さとにズレが生じてしまう場合があり、その結果、超音波センサーによって測定されるトナー面の高さが実際の高さとは異なってしまい、トナー容器内のトナー量を高精度に検出することができないという問題がある。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、反射型の超音波センサーによるトナー容器内のトナー量検出性能をより一層向上させることを技術的課題としている。

請求項１の発明はトナー量検出装置に係り、トナーを収容するトナー容器と、前記トナー容器内のトナー表面に向けて超音波を送信して、その反射波を受信する反射型の超音波センサーと、前記超音波センサーから前記トナー容器の底部に向けて延びる筒状の音波反射器と、前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて前記トナー容器内のトナー量を算出するトナー量算出手段と、を備え、前記超音波センサーは、送受信兼用型の超音波センサーであり、前記音波反射器の側面には、螺旋状に並んだ複数のトナー入出口が設けられているというものである。
請求項２の発明はトナー量検出装置に係り、トナーを収容するトナー容器と、前記トナー容器内のトナー表面に向けて超音波を送信して、その反射波を受信する反射型の超音波センサーと、前記超音波センサーから前記トナー容器の底部に向けて延びる筒状の音波反射器と、前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて前記トナー容器内のトナー量を算出するトナー量算出手段と、を備え、前記超音波センサーは、送受信兼用型の超音波センサーであり、前記音波反射器の側面には、当該音波反射器の先端から前記超音波センサーに向かって螺旋状に延びるスリット状のトナー入出口が設けられているというものである。
請求項３の発明はトナー量検出装置に係り、トナーを収容するトナー容器と、前記トナー容器内のトナー表面に向けて超音波を送信して、その反射波を受信する反射型の超音波センサーと、前記超音波センサーから前記トナー容器の底部に向けて延びる筒状の音波反射器と、前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて前記トナー容器内のトナー量を算出するトナー量算出手段と、を備え、前記超音波センサーは、送信部と受信部が分離している送受信分離型の超音波センサーであり、前記音波反射器は、前記送信部に設けられており、前記音波反射器において、前記受信部とは反対側の側面に少なくとも１つのトナー入出口が設けられているというものである。

請求項４の発明は、請求項３に記載のトナー量検出装置において、前記音波反射器の側面には、垂直方向に並んだ複数の前記トナー入出口が設けられているというものである。

請求項５の発明は、請求項３に記載のトナー量検出装置において、前記音波反射器の側面には、当該音波反射器の先端から前記送信部に向かって垂直方向に延びるスリット状の前記トナー入出口が設けられているというものである。
請求項６の発明はトナー量検出装置に係り、トナーを収容するトナー容器と、前記トナー容器内のトナー表面に向けて超音波を送信して、その反射波を受信する反射型の超音波センサーと、前記超音波センサーから前記トナー容器の底部に向けて延びる筒状の音波反射器と、前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて前記トナー容器内のトナー量を算出するトナー量算出手段と、を備え、前記音波反射器の側面には、少なくとも１つのトナー入出口が設けられており、さらに、第１の時点において前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間である第１時間と、前記第１の時点よりも後の第２の時点において前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間である第２時間とを比較することによって、前記音波反射器におけるトナー詰りを検知するトナー詰り検知手段を備えるというものである。
請求項７の発明は、請求項６に記載のトナー量検出装置において、前記超音波センサーから送信される超音波の周波数を変更する周波数変更手段を備え、前記周波数変更手段は、前記トナー詰り検知手段によってトナー詰りが検知されたときに、前記超音波の周波数を断続的に変更するというものである。
請求項８の発明は、請求項６に記載のトナー量検出装置において、前記トナー詰り検知手段によってトナー詰りが検知されたときに、トナー詰りが発生していることをユーザーに報知する報知手段を備えるというものである。
請求項９の発明はトナー量検出装置に係り、トナーを収容するトナー容器と、前記トナー容器内のトナー表面に向けて超音波を送信して、その反射波を受信する反射型の超音波センサーと、前記超音波センサーから前記トナー容器の底部に向けて延びる筒状の音波反射器と、前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて前記トナー容器内のトナー量を算出するトナー量算出手段と、を備え、前記音波反射器の側面には、少なくとも１つのトナー入出口が設けられており、前記超音波センサーは、送受信兼用型の超音波センサーであり、さらに、前記超音波センサーにおける前記反射波の受信感度を変更する受信感度変更手段を備え、前記受信感度変更手段は、前記超音波センサーからトナー面までの距離が長くなるに従い、超音波の受信感度を高くするというものである。
請求項１０の発明は、請求項１〜９のうちいずれかに記載のトナー量検出装置において、前記トナー入出口の少なくとも１つが、通常使用時において、前記トナー容器内のトナーに埋まり得る位置に設けられているというものである。

請求項１１の発明は、請求項１〜１０のうちいずれかに記載のトナー量検出装置において、前記トナー容器は、印刷トナーを収容するトナーボトルであるというものである。

請求項１２の発明は、請求項１１に記載のトナー量検出装置において、前記音波反射器の側面には、少なくとも、前記トナーボトル内の印刷トナーが残り僅かであることをユーザーに報知すべき印刷トナー面の位置に、前記トナー入出口が設けられているというものである。

請求項１３の発明は、請求項１〜１０のうちいずれかに記載のトナー量検出装置において、前記トナー容器は、廃トナーを収容する廃トナーボックスであるというものである。

請求項１４の発明は、請求項１３に記載のトナー量検出装置において、前記音波反射器の側面には、少なくとも、前記廃トナーボックス内の廃トナーが満杯であることをユーザーに報知すべき廃トナー面の位置に、前記トナー入出口が設けられているというものである。

請求項１５の発明は画像形成装置に係り、請求項１〜１４のうちいずれかに記載のトナー量検出装置を備えるというものである。

本願発明によると、音波反射器の側面には、少なくとも１つのトナー入出口が設けられているから、音波反射器の一部がトナーに埋まった状態で使用される場合であっても、音波反射器の外側のトナー面の高さと音波反射器の内側のトナー面の高さとにズレが生じてしまうのを防止することができる。従って、トナー容器内のトナー量をより高精度に検出することができる。

特に、請求項３の発明によれば、音波反射器において、受信部とは反対側の側面にトナー入出口が設けられているから、トナー入出口を通じて音波反射器から漏れ出す超音波を受信部が誤検出してしまうのを防止することができる。

また、特に請求項１２の発明によれば、音波反射器の側面には、少なくとも、トナーボトル内の印刷トナーが残り僅かであることをユーザーに報知すべき印刷トナー面の位置に、トナー入出口が設けられているから、トナーボトル内の印刷トナーが残り僅かであることをより高精度に検知してユーザーに報知することができる。

また、特に請求項１４の発明によれば、音波反射器の側面には、少なくとも、廃トナーボックス内の廃トナーが満杯であることをユーザーに報知すべき廃トナー面の位置に、トナー入出口が設けられているから、廃トナーボックス内の廃トナーが満杯状態かどうかをより高精度に検知してユーザーに報知することができる。

また、特に請求項６の発明によれば、音波反射器にトナーが詰まっていることを検知することができる。

また、特に請求項７の発明によれば、音波反射器にトナーが詰まっていることを検知して、トナー詰りを自動的に解消することができる。

また、特に請求項８の発明によれば、音波反射器にトナーが詰まっていることを検知してユーザーに報知することができる。

また、特に請求項９の発明によれば、受信感度変更手段は、超音波センサーからトナー面までの距離が長くなるに従い、超音波の受信感度を高くするから、トナー入出口を通じて音波反射器から漏れ出す超音波の量がトナー容器内のトナー量に応じて変化しても、トナー面からの反射波を確実に検出することができる。

プリンターの概略説明図である。 プリンターの機能ブロック図である。 第１実施例における印刷用超音波センサーの配置構造の概略説明図である。 第２実施例における印刷用超音波センサーの配置構造の概略説明図である。 廃棄用超音波センサーの配置構造の概略断面図である。 音波反射器の概略図である。 トナー量検出処理のフローチャートである。 超音波パルスの周波数を変化させるための構成を示す図である。 感度閾値の更新方法について説明するための図である。 音波反射器の変形例の概略図である。 音波反射器の他の変形例の概略図である。 音波反射器のさらに他の変形例の概略図である。

以下に、本願発明を具現化した実施形態を、画像形成装置の一例であるタンデム方式のカラーデジタルプリンター（以下、プリンターと称する）に適用した場合の図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば「左右」「上下」等）を用いる場合は、図１において紙面に直交した方向を正面視とし、これを基準にしている。これらの用語は説明の便宜のために用いたものであり、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。

まず、図１を参照しながら、プリンター１の概要を説明する。図１に示すように、プリンター１は、その筐体２内に、画像プロセス装置３、給紙装置４、及び定着装置５等を備えている。詳細は図示していないが、プリンター１は、例えばＬＡＮといったネットワークに接続されていて、外部端末（図示省略）からの印刷指令を受け付けると、当該指令に基づいて印刷を実行するように構成されている。

筐体２内の下部に位置する給紙装置４は、記録材Ｐを収容する給紙カセット２１、給紙カセット２１内の記録材Ｐを最上層から繰り出すピックアップローラー２２、繰り出された記録材Ｐを１枚ずつに分離する一対の分離ローラー２３、及び、１枚に分離された記録材Ｐを所定のタイミングにて画像プロセス装置３に搬送する一対のタイミングローラー２４等を備えている。各給紙カセット２１内の記録材Ｐは、ピックアップローラー２２及び分離ローラー２３の回転によって、最上層のものから１枚ずつ搬送経路３０に送り出される。搬送経路３０は、給紙装置４の給紙カセット２１から、タイミングローラー対２４のニップ部、画像プロセス装置３の二次転写ニップ部、及び定着装置５の定着ニップ部を経て、筐体２上部にある排出ローラー対２６に至る。

給紙カセット２１内の記録材Ｐは、通紙幅（矢印Ｓ方向と直交する幅寸法）の中央を基準にして、搬送経路３０に向けて矢印Ｓ方向に搬送するセンター基準にセットされる。図示は省略するが、給紙カセット２１内には、給紙前の記録材Ｐをセンター基準に幅寄せするための一対の側部規制板を備えている。一対の側部規制板は通紙幅方向に互いに連動して遠近移動するように構成されている。給紙カセット２１内の記録材Ｐを一対の側部規制板にて通紙幅方向両側から挟持することによって、給紙カセット２１内の記録材Ｐがその規格に拘らずセンター基準にセットされる。従って、画像プロセス装置３での転写処理や、定着装置５での定着処理もセンター基準で実行される。

給紙装置４の上方に位置する画像プロセス装置３は、像担持体の一例である感光体ドラム１３上に形成されたトナー像を記録材Ｐに転写する役割を担うものであり、中間転写体としての中間転写ベルト６、並びに、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色に対応する計４つの作像部７等を備えている。

中間転写ベルト６は導電性を有する素材からなる無端状のものであり、像担持体の一例でもある。中間転写ベルト６は、筐体２内の中央部右側に位置する駆動ローラー８と、同じく中央部左側に位置する従動ローラー９とに巻き掛けられている。主モーター（図示省略）の動力伝達にて駆動ローラー８を図１の反時計方向に回転させることにより、中間転写ベルト６は図１の反時計方向に周回する。

中間転写ベルト６のうち駆動ローラー８に巻き掛けられた部分の外周側には、二次転写ローラー１０が配置されている。二次転写ローラー１０は中間転写ベルト６に当接していて、中間転写ベルト６と二次転写ローラー１０との間（当接部分）が二次転写領域としての二次転写ニップ部になっている。二次転写ローラー１０は、中間転写ベルト６の回転に伴って、又は二次転写ニップ部に挟持搬送される記録材Ｐの移動に伴って、図１の時計方向に回転する。中間転写ベルト６のうち従動ローラー９に巻き掛けられた部分の外周側には、中間転写ベルト６上の未転写トナーを除去する転写ベルトクリーナー１２が配置されている。転写ベルトクリーナー１２は中間転写ベルト６に当接している。

４つの作像部７は、中間転写ベルト６の下方において、図１の左からイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の順に、中間転写ベルト６に沿って並べて配置されている。図１では説明の便宜上、各作像部７に、再現色に応じて符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを添えている。各作像部７は像担持体の一例としての感光体ドラム１３を備えている。感光体ドラム１３の周囲には、図１における時計回りの回転方向に沿って順に、帯電装置１４、露光装置１９、現像装置１５、一次転写ローラー１６及び感光体クリーナー１７が配置されている。

感光体ドラム１３は負帯電性のものであり、主モーターからの動力伝達によって図１の時計方向に回転するように構成されている。帯電装置１４は、感光体ドラムの表面を一様に帯電させるものである。現像装置１５は、負の極性を呈するトナーを利用して、感光体ドラム１３上に形成された静電潜像を反転現像にて顕在化させるものである。

一次転写ローラー１６は中間転写ベルト６の内周側に位置していて、中間転写ベルト６を挟んで、対応する作像部７の感光体ドラム１３に対峙している。一次転写ローラー１６は、中間転写ベルト６の回転に伴って図１の反時計方向に回転する。中間転写ベルト６と一次転写ローラー１６との間（当接部分）は一次転写領域としての一次転写ニップ部になっている。感光体クリーナー１７は、感光体ドラム１３上に残留する未転写トナーを除去するためのものであり、感光体ドラム１３に当接している。４つの作像部７の下方には露光装置１９が配置されている。露光装置１９は、外部端末等からの画像情報に基づき、レーザー光によって各感光体ドラム１３に静電潜像を形成するものである。

中間転写ベルト６の上方には、各作像部７（再現色）に対応したボトル収容部３９が設けられている。ボトル収容部３９内には、各現像装置１５に供給される印刷トナーを収容するトナーボトル４０が着脱可能に配置されている。トナーボトル４０はトナー容器の一例である。なお、図１では説明の便宜上、ボトル収容部３９及びトナーボトル４０にも、再現色に応じて符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを添えている。

各トナーボトル４０には、当該トナーボトル４０内の印刷トナー表面に向けて超音波を送受信する、送受信兼用型の反射型の印刷用超音波センサー４１が配置される。印刷用超音波センサー４１により超音波を発信してから、印刷トナー表面を反射した超音波を印刷用超音波センサー４１により受信し、当該受信結果に基づいてトナーボトル４０内の印刷トナー量が検出される。

各作像部７において、帯電装置１４にて帯電される感光体ドラム１３に、露光装置１９から画像信号に対応したレーザー光が投射されると、静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置１５から供給されるトナーにて反転現像されて各色のトナー像となる。各感光体ドラム１３上のトナー像は、それぞれ対応した一次転写ニップ部において、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、感光体ドラム１３から中間転写ベルト６の外周面に一次転写されて重ねられる。感光体ドラム１３に残った未転写トナーは感光体クリーナー１７にて掻き取られ、感光体ドラム１３上から取り除かれる。そして、記録材Ｐが二次転写ニップ部を通過する際に、重ね合わせられた４色のトナー像が記録材Ｐに一括して二次転写される。中間転写ベルト６に残った未転写トナーは転写ベルトクリーナー１２にて掻き取られ、中間転写ベルト６上から取り除かれる。

画像プロセス装置３における二次転写ローラー１０の上方に位置する定着装置５は、ハロゲンランプヒータ等の熱源を内蔵した定着ローラー３１と、定着ローラー３１に対峙する加圧ローラー３２とを備えている。定着ローラー３１と加圧ローラー３２との当接部分が定着領域である定着ニップ部になっている。二次転写ニップ部を通過して未定着トナー像を載せた記録材Ｐは、定着ローラー３１と加圧ローラー３２との間の定着ニップ部を通過する際に加熱・加圧され、記録材Ｐ上に未定着トナー像が定着される。その後、記録材Ｐは、排出ローラー対２６の回転にて排紙トレイ２７上に排出される。

筐体２内部のうち画像プロセス装置３の正面側（前面側）には、転写ベルトクリーナー１２や各感光体クリーナー１７で除去された廃トナーを回収する廃トナーボックス５０が着脱可能に装着されている。廃トナーボックス５０も、トナーボトル４０と同様に、トナー容器の一例である。廃トナーボックス５０には、当該廃トナーボックス５０内の廃トナー表面に向けて超音波を発信するとともに廃トナー表面から反射した超音波を受信する、送受信兼用型の反射型の廃棄用超音波センサー５１が配置される。この場合も、廃棄用超音波センサー５１により超音波を発信してから、廃トナー表面を反射した超音波を廃棄用超音波センサー５１受信し、当該受信結果に基づき廃トナーボックス５０内の廃トナー量が検出される。

筐体２内部のうち画像プロセス装置３と給紙装置４との間には、プリンター１の制御全般を司る制御部２８が配置されている。制御部２８には、コントローラー６０が内蔵されている。図２に示すように、コントローラー６０には、画像データや各種設定値等を記憶する記憶部６１、各印刷用超音波センサー４１及び廃棄用超音波センサー５１を制御する超音波制御部６２、各種情報の表示を行う表示部としての操作パネル６３、トナーボトル４０を回転させるボトル駆動モーター４５、後述する搬送スクリュー５４群を回転させる搬送スクリュー駆動モーター６４、後述する均しスクリュー５５を回転させる均しスクリュー駆動モーター６５、ボトル収容部３９へのトナーボトル４０装着の有無を検出するボトルセンサー６６、及び筐体２内の各部の温度を検出する温度センサー６７等が電気的に接続されている。各印刷用超音波センサー４１及び廃棄用超音波センサー５１は、超音波制御部６２に電気的に接続されている。

図示は省略するが、操作パネル６３は、プリンター１における筐体２の正面側（前面側）に設けられている。なお、前述の印刷用超音波センサー４１、ボトルセンサー６６及びボトル駆動モーター４５は、再現色毎の現像器１５に対応して設けられている。各印刷用超音波センサー４１の検出結果に基づくトナー補給は、各色のトナー毎に独立して制御される。

図３は、トナーボトル４０に対する印刷用超音波センサー４１の配置構造を示す第１実施例である。第１実施例では、ボトル収容部３９に設けたトナー供給部４４に、トナーボトル４０の一端側が着脱可能に装着される。トナーボトル４０の他端側は、ボトル収容部３９に収容した状態で、ボトル駆動モーター４５に動力伝達可能に連結される。ボトル駆動モーター４５でトナーボトル４０を連続的に回転駆動させることによって、トナーボトル４０内の印刷トナーは、ボトル収容部３９のトナー供給部４４からこれに対応する現像装置１５に補給される。

ボトル駆動モーター４５は、トナーボトル４０内の印刷トナー表面を均す均し部材としても機能する。ボトル駆動モーター４５でトナーボトル４０を数回程度回転駆動させることによって、トナーボトル４０内の印刷トナー表面が可及的に平滑に均される。印刷用超音波センサー４１を用いてトナーボトル４０内の印刷トナー量を検出する場合は、印刷用超音波センサー４１の作動前に、ボトル駆動モーター４５を作動させて印刷トナー表面を可及的に平滑に均すように構成されている。

第１実施例の印刷用超音波センサー４１は、非駆動であるトナー供給部４４の上部に形成した開口（図示省略）から出し入れ可能な基板４６の突端側に配置されている。印刷用超音波センサー４１には、トナーボトル４０内の底部４０ａに向けて延びる筒状の音波反射器４７が取り付けられている。音波発射器４７には、トナーボトル４０内の底部４０ａに向けて開口する発信口４７ａが形成されているとともに、その側面には、後述するように、１以上のトナー入出口が形成されている。基板４６の出し入れ移動によって、トナー供給部４４の開口を介して音波反射器４７付きの印刷用超音波センサー４１がトナーボトル４０内外に出し入れ可能になっている。

図４は、トナーボトル４０に対する印刷用超音波センサー４１の配置構造を示す第２実施例である。第２実施例では、トナー供給部４４だけでなくトナーボトル４０自体も非駆動になっている。トナーボトル４０の上部には、上下方向に貫通した装着口４０ｂが形成されている。トナーボトル４０の装着口４０ｂはシャッター部材４９によって開閉可能に塞がれている。ボトル収容部３９においてトナーボトル４０の装着口４０ｂの上方には、装着口４０ｂに嵌め込み可能な基板４６が昇降動可能に設けられている。基板４６の下面側に、前述した音波反射器４７付きの印刷用超音波センサー４１が配置されている。

印刷用超音波センサー４１を用いてトナーボトル４０内の印刷トナー量を検出する場合は、シャッター部材４９を開き作動させてから基板４６を下降動させることによって、印刷用超音波センサー４１がトナーボトル４０の装着口４０ｂに嵌め込まれる。印刷トナー量を検出しない場合は、基板４６を上昇動させて上昇位置に保持し、シャッター部材４９を閉じ作動させて装着口４０ｂを塞いでいる。

図５は、廃トナーボックス５０に対する廃棄用超音波センサー５１の配置構造を示している。廃トナーボックス５０は、各感光体ドラム１３や中間転写ベルト６から除去した廃トナー（未転写トナー）を貯留する中空略箱状のものである。廃トナーボックス５０には、各搬送スクリュー５４を介して、各作像部７の感光体クリーナー１７及び転写ベルトクリーナー１２が接続されている。各搬送スクリュー５４は、共通の搬送スクリュー駆動モーター６４に動力伝達可能に連結されている。搬送スクリュー駆動モーター６４で各搬送スクリュー５４を回転させることによって、各感光体クリーナー１７や転写ベルトクリーナーから廃トナーボックス５０に廃トナーが送り込まれる。

廃トナーボックス５０には、廃トナーを廃トナーボックス５０内で搬送する均し部材としての均しスクリュー５５を備えている。各均しスクリュー５５は、均しスクリュー駆動モーター６５に動力伝達可能に連結されている。均しスクリュー駆動モーター６５で均しスクリュー５５を回転させることによって、廃トナーボックス５０内の廃トナーが撹拌されて行き渡り、廃トナー表面が可及的に平滑に均される。廃棄用超音波センサー５１を用いて廃トナーボックス５０内の廃トナー量を検出する場合は、廃棄用超音波センサー５１の作動前に、均しスクリュー５５を回転させて廃トナー表面を可及的に平滑に均すように構成されている。

廃トナーボックス５０の上面には、上下方向に貫通した取り付け穴５０ｂが形成されている。廃トナーボックス５０の取り付け穴５０ｂは、基板５６で塞がれている。基板５６の下面側に、廃棄用超音波センサー５１が廃トナーボックス５０内に突出した状態で配置されている。

廃棄用超音波センサー５１には、廃トナーボックス５０内の底部５０ａに向けて延びる筒状の音波反射器５７が取り付けられている。音波発射器５７には、廃トナーボックス５０内の底部５０ａに向けて開口する発信口５７ａが形成されているとともに、その側面には、後述するように、１以上のトナー入出口が形成されている。

次に、音波反射器４７及び５７について、より詳細に説明する。図６は、印刷用超音波センサー４１に取り付けられている音波反射器４７を示している。音波反射器４７には、前述したように、トナーボトル４０内の底部４０ａに向けて開口する発信口４７ａが形成されているとともに、その側面には、螺旋状に並んだ複数のトナー入出口７０が形成されている。印刷トナーは、これらのトナー入出口７０を通じて、音波反射器４７の内側から外側へ（同様に、外側から内側へも）移動することが可能である。その結果、音波反射器４７の内側と外側とでトナー面の高さが異なってしまったとしても、高い方から低い方へと印刷トナーがトナー入出口７０を通じて移動することで、両者の差が小さくなる。よって、例えばトナーボトル４０内の印刷トナー量が減っていくときに、音波反射器４７の外部のトナー面だけが低くなり、音波反射器４７の内部のトナー面の高さが変化しない状態（トナー詰りの状態）になってしまうのを防止でき、トナー量をより高精度に検出することができる。

なお、音波反射器４７においてトナー入出口７０を設ける範囲としては、印刷用超音波センサー４１の不感距離（印刷用超音波センサー４１によって距離を検出することができない範囲）を除いた全範囲をカバーしているのが好ましい。これにより、トナー量を高精度に検出可能な範囲を最大限に広げることができる。また、トナー面の高さが最も高い場合（例えば、トナーボトル４０を新品に交換した場合）でもトナー入出口７０の効果が発揮されるように、トナー面の最高位置よりも高い位置までトナー入出口７０を設けるのが好ましい。なお、トナーボトル４０内の印刷トナーが残り僅かの状態（ニアエンプティ状態）になっていることを操作パネル６３によりユーザーに報知する場合には、ニアエンプティ状態かどうかをより高精度に検知できるように、少なくともニアエンプティ状態におけるトナー面の位置（図６のニアエンプティ位置）に、トナー入出口７０を設けるのが望ましい。

図示は省略するが、音波反射器５７についても、音波反射器４７と同様である。すなわち、音波反射器５７の側面にも、螺旋状に並んだ複数のトナー入出口７０が形成されており、廃トナーは、これらのトナー入出口７０を通じて、音波反射器５７の外側から内側へ（同様に、内側から外側へも）移動することが可能である。その結果、音波反射器５７の内側と外側とでトナー面の差が小さくなる。よって、例えば廃トナーボックス５０内の廃トナー量が増えていくときに、音波反射器５７の外部のトナー面だけが高くなり、音波反射器４７の内部のトナー面の高さが変化しない状態になってしまうのを防止でき、トナー量をより高精度に検出することができる。

また、音波反射器５７においてトナー入出口７０を設ける範囲としては、音波反射器４７と同様に、廃棄用超音波センサー５１の不感距離を除いた全範囲をカバーしているのが好ましい。また、トナー面の高さが最も高い場合（例えば、廃トナーボックス５０が満杯になった場合）でもトナー入出口７０の効果が発揮されるように、トナー面の最高位置よりも高い位置までトナー入出口７０を設けるのが好ましい。なお、廃トナーボックス５０内の廃トナーが満杯状態になっていることを操作パネル６３によりユーザーに報知する場合には、満杯状態かどうかをより高精度に検知できるように、少なくとも満杯状態におけるトナー面の位置に、トナー入出口７０を設けるのが望ましい。同様に、廃トナーボックス５０内の廃トナーがもう少しで満杯の状態（ニアフル状態）になっていることを操作パネル６３によりユーザーに報知する場合には、ニアフル状態かどうかをより高精度に検知できるように、少なくともニアフル状態におけるトナー面の位置に、トナー入出口７０を設けるのが望ましい。

図７のフローチャートは、超音波センサー４１でのトナー量検出処理を示している。当該トナー量検出処理は、各印刷用超音波センサー４１と、廃棄用超音波センサー５１とのいずれにも適用可能であるが、ここでは、印刷用超音波センサー４１を例に挙げて説明する。

超音波制御部６２は、まずは検出タイミングであるか否かを判別する（Ｓ０１）。この場合の検出タイミングとしては、例えばボトル駆動モーター４５の作動によって印刷トナー面を平滑に均した後、印刷動作中もしくは印刷終了後といった例が挙げられる。もちろん任意のタイミングを設定することが可能である。ここでは、一例として、所定数の印刷処理を実行した後のタイミングを検出タイミングとする。検出タイミングであれば（Ｓ０１：ＹＥＳ）、印刷用超音波センサー４１から印刷トナー表面に向けて超音波を送信すると共に、送信開始時間をｔ０として記憶部６１に記憶する（Ｓ０２）。

それから、予め設定したタイムアウト時間になっても印刷トナー表面から反射した超音波を印刷用超音波センサー４１で受信しなければ（Ｓ０４：ＹＥＳ）、そのまま終了する。超音波を印刷用超音波センサー４１で受信すれば（Ｓ０３：ＹＥＳ）、受信時間をｔ１として記憶部６１に記憶する（Ｓ０５）。

次に、超音波の送信から受信までの時間であるｔ１−ｔ０（秒）を、第２時間として算出する（Ｓ０６）。さらに、記憶部６１に記憶されている第１時間を読み出す（Ｓ０７）。第１時間とは、前回の検出タイミングにおいて算出された時間（超音波の送信から受信までの時間）である。なお、トナーボトル４０が新品に交換されてから初回の検出タイミングでは、第１時間として初期設定値を用いてもよい。例えば、未使用のトナーボトル４０における超音波の送信から受信までの時間を予め計算または実験により求めておき、記憶部６１に初期設定値として記憶しておいてもよい。

次に、第１時間と第２時間に基づいて、音波反射器４７においてトナー詰りが発生しているかどうか（より一般的には、トナーボトル４０内の印刷トナー量が減っているにも関わらず、音波反射器４７の内部のトナー面の高さがそれほど変化していない状態になっているかどうか）を判定する（Ｓ０８）。例えば、第１時間と第２時間とを比較し、両者の差が無い場合には、トナー詰りが発生していると判定する。他の例として、第１時間と第２時間の差が所定値（例えば、前回の検出タイミングから現時点までの間に消費された印刷トナー量に基づいて計算されるトナー面の高さの変化量に対応する値）よりも小さい場合に、トナー詰りが発生していると判定してもよい。

トナー詰りが発生していると判定された場合には（Ｓ０８：ＹＥＳ）、トナー詰り処理を実行する（Ｓ０９）。ここでは、トナー詰り処理の一例として、印刷用超音波センサー４１から送信する超音波パルスの周波数を断続的に変更する。具体的には、図８に示すように、超音波パルスを生成するパルス発生ＩＣには超音波パルスの周波数を設定するための設定ピン１と設定ピン２があり、これらの設定ピンに外部接続される抵抗とコンデンサに応じて超音波パルスの周波数が変化する。超音波制御部６２は、抵抗やコンデンサに接続されているスイッチを制御することによって、パルス発生ＩＣが生成する超音波パルスの周波数を制御することができる。超音波制御部６２は、トナー詰りが発生していると判定された場合には、印刷用超音波センサー４１から送信する超音波パルスの周波数を、例えば、第１周波数と第２周波数の間で断続的に交互に変化させる。これにより、超音波振動によってトナー詰りを解消することができる。なお、トナー詰り処理の他の例として、トナー詰りが発生していることを操作パネル６３によってユーザーに報知するようにしてもよい。

トナー詰りが発生していないと判定された場合には（Ｓ０８：ＮＯ）、第１時間を第２時間で上書きして、第１時間を更新する（Ｓ１０）。そして、超音波の送信から受信までの時間であるｔ１−ｔ０（秒）に基づいて、印刷用超音波センサー４１から印刷トナー面までの距離Ｌ（ｍ）＝３４６×（ｔ１−ｔ０）／２を算出する（Ｓ１１）。ここでは、２５℃での空気中の音速を３４６（ｍ／ｓ）としている。なお、温度センサー６７で検出した筐体２内部の温度によって音速の値を補正し、距離Ｌの算出精度を向上させてもよい。例えば記憶部６１に温度と音速との関係を記憶しておき、検出温度が５０℃であれば音速の値として３６０（ｍ／ｓ）を用いることになる。

その後は、Ｓ１１で算出した距離Ｌに基づいてトナーボトル４０内の印刷トナー量を算出する（Ｓ１２）。この場合、予め把握できるトナーボトル４０の容積を基にして計算式から印刷トナー量を算出してもよいし、距離Ｌと印刷トナー量との関係を示すテーブルを予め記憶部６１に記憶させておき、これを参照して印刷トナー量を求めてもよい。このように制御すると、超音波の送信から受信までの時間を基にトナーボトル４０内の印刷トナー量を求めるので、印刷トナー量を細かく算出できる。

次に、算出された印刷トナー量に基づいて、印刷用超音波センサー４１の受信感度を更新する（Ｓ１３）。例えば、トナーボトル４０内の印刷トナー量が多い場合には、印刷用超音波センサー４１からトナー面までの距離が短く、その間に存在するトナー入出口７０の数は少ない。よって、トナー入出口７０を通じて音波反射器４７から漏れ出す超音波が少ないため、図９（ａ）に示すように、トナー面からの反射波およびノイズの振幅は大きくなる。一方、トナーボトル４０内の印刷トナー量が少ない場合には、印刷用超音波センサー４１からトナー面までの距離が長く、その間に存在するトナー入出口７０の数は多い。よって、トナー入出口７０を通じて音波反射器４７から漏れ出す超音波が多いため、トナー面からの反射波およびノイズの振幅は小さくなる。そこで、印刷トナー量が少ない場合の感度閾値Ｔ２を、印刷トナー量が多い場合の感度閾値Ｔ１よりも小さくすることによって、トナー面からの反射波を確実に検出することができるようにしている。なお、受信感度の更新は、超音波を送信する直前に随時行うようにしてもよい。

なお、上記の実施形態では、音波反射器４７の側面には、螺旋状に並んだ複数のトナー入出口７０が形成されているが、音波反射器４７に設けるトナー入出口７０の形状および個数は任意である。例えば、図１０に示すように、発射口４７ａから印刷用超音波センサー４１に向かって螺旋状に延びるスリット状のトナー入出口７０を設けてもよい。音波反射器５７についても同様である。

また、上記の実施形態では、送受信兼用型の印刷用超音波センサー４１を用いているが、図１１および図１２に示すように、送信器４２と受信器４３とを備える送受信分離型の印刷用超音波センサー４１を用いてもよい。このような送受信分離型の印刷用超音波センサー４１において、送信器４２に音波反射器４７を取り付ける場合には、トナー入出口７０を通じて音波反射器４７から漏れ出す超音波を受信器４３が誤検出してしまわないように、図１１および図１２に示すように、受信器４３とは反対側の側面にトナー入出口７０を設けるのが好ましい。図１１の例では、音波反射器４７において、受信器４３とは反対側の側面に、各々が水平方向に長い形状の複数のトナー入出口７０が垂直方向に並ぶように配置されている。また、図１２の例では、音波反射器４７において、受信器４３とは反対側の側面に、発射口４７ａから印刷用超音波センサー４１に向かって垂直方向に延びるスリット状のトナー入出口７０が設けられている。音波反射器５７についても同様である。

本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば、画像形成装置としてプリンターを例に説明したが、これに限らず、複写機、ファクシミリ又はこれらの機能を複合的に備えた複合機等でもよい。その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１ プリンター（画像形成装置）
３９ ボトル収容部
４０ トナーボトル
４０ａ 底部
４１ 印刷用超音波センサー
４２ 発信器
４３ 受信器
４５ ボトル駆動モーター
４６ 基板
４７ 音波反射器
４７ａ 発信口
５０ 廃トナーボックス
５０ａ 底部
５０ｂ 取り付け穴
５１ 廃棄用超音波センサー
５４ 搬送スクリュー
５５ 均しスクリュー
５６ 基板
５７ 音波発射器
５７ａ 発信口
７０ トナー入出口

Claims (15)

1. トナーを収容するトナー容器と、
   前記トナー容器内のトナー表面に向けて超音波を送信して、その反射波を受信する反射型の超音波センサーと、
   前記超音波センサーから前記トナー容器の底部に向けて延びる筒状の音波反射器と、
   前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて前記トナー容器内のトナー量を算出するトナー量算出手段と、
   を備え、
   前記超音波センサーは、送受信兼用型の超音波センサーであり、
   前記音波反射器の側面には、螺旋状に並んだ複数のトナー入出口が設けられている、
   トナー量検出装置。
2. トナーを収容するトナー容器と、
   前記トナー容器内のトナー表面に向けて超音波を送信して、その反射波を受信する反射型の超音波センサーと、
   前記超音波センサーから前記トナー容器の底部に向けて延びる筒状の音波反射器と、
   前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて前記トナー容器内のトナー量を算出するトナー量算出手段と、
   を備え、
   前記超音波センサーは、送受信兼用型の超音波センサーであり、
   前記音波反射器の側面には、当該音波反射器の先端から前記超音波センサーに向かって螺旋状に延びるスリット状のトナー入出口が設けられている、
   トナー量検出装置。
3. トナーを収容するトナー容器と、
   前記トナー容器内のトナー表面に向けて超音波を送信して、その反射波を受信する反射型の超音波センサーと、
   前記超音波センサーから前記トナー容器の底部に向けて延びる筒状の音波反射器と、
   前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて前記トナー容器内のトナー量を算出するトナー量算出手段と、
   を備え、
   前記超音波センサーは、送信部と受信部が分離している送受信分離型の超音波センサーであり、
   前記音波反射器は、前記送信部に設けられており、
   前記音波反射器において、前記受信部とは反対側の側面に少なくとも１つのトナー入出口が設けられている、
   トナー量検出装置。
4. 前記音波反射器の側面には、垂直方向に並んだ複数の前記トナー入出口が設けられている、
   請求項３に記載のトナー量検出装置。
5. 前記音波反射器の側面には、当該音波反射器の先端から前記送信部に向かって垂直方向に延びるスリット状の前記トナー入出口が設けられている、
   請求項３に記載のトナー量検出装置。
6. トナーを収容するトナー容器と、
   前記トナー容器内のトナー表面に向けて超音波を送信して、その反射波を受信する反射型の超音波センサーと、
   前記超音波センサーから前記トナー容器の底部に向けて延びる筒状の音波反射器と、
   前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて前記トナー容器内のトナー量を算出するトナー量算出手段と、
   を備え、
   前記音波反射器の側面には、少なくとも１つのトナー入出口が設けられており、
   さらに、第１の時点において前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間である第１時間と、前記第１の時点よりも後の第２の時点において前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間である第２時間とを比較することによって、前記音波反射器におけるトナー詰りを検知するトナー詰り検知手段を備える、
   トナー量検出装置。
7. 前記超音波センサーから送信される超音波の周波数を変更する周波数変更手段を備え、
   前記周波数変更手段は、前記トナー詰り検知手段によってトナー詰りが検知されたときに、前記超音波の周波数を断続的に変更する、
   請求項６に記載のトナー量検出装置。
8. 前記トナー詰り検知手段によってトナー詰りが検知されたときに、トナー詰りが発生していることをユーザーに報知する報知手段を備える、
   請求項６に記載のトナー量検出装置。
9. トナーを収容するトナー容器と、
   前記トナー容器内のトナー表面に向けて超音波を送信して、その反射波を受信する反射型の超音波センサーと、
   前記超音波センサーから前記トナー容器の底部に向けて延びる筒状の音波反射器と、
   前記超音波センサーが超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて前記トナー容器内のトナー量を算出するトナー量算出手段と、
   を備え、
   前記音波反射器の側面には、少なくとも１つのトナー入出口が設けられており、
   前記超音波センサーは、送受信兼用型の超音波センサーであり、
   さらに、前記超音波センサーにおける前記反射波の受信感度を変更する受信感度変更手段を備え、
   前記受信感度変更手段は、前記超音波センサーからトナー面までの距離が長くなるに従い、超音波の受信感度を高くする、
   トナー量検出装置。
10. 前記トナー入出口の少なくとも１つが、通常使用時において、前記トナー容器内のトナーに埋まり得る位置に設けられている、
    請求項１〜９のうちいずれかに記載のトナー量検出装置。
11. 前記トナー容器は、印刷トナーを収容するトナーボトルである、
    請求項１〜１０のうちいずれかに記載のトナー量検出装置。
12. 前記音波反射器の側面には、少なくとも、前記トナーボトル内の印刷トナーが残り僅かであることをユーザーに報知すべき印刷トナー面の位置に、前記トナー入出口が設けられている、請求項１１に記載のトナー量検出装置。
13. 前記トナー容器は、廃トナーを収容する廃トナーボックスである、
    請求項１〜１０のうちいずれかに記載のトナー量検出装置。
14. 前記音波反射器の側面には、少なくとも、前記廃トナーボックス内の廃トナーが満杯であることをユーザーに報知すべき廃トナー面の位置に、前記トナー入出口が設けられている、
    請求項１３に記載のトナー量検出装置。
15. 請求項１〜１４のうちいずれかに記載のトナー量検出装置を備える、
    画像形成装置。

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