JP6503890B2 - 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

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、磁束に影響する素材によって形成された振動板を容器内のトナーに接触するように配置し、振動板を貫通する磁束の状態に応じた周波数の信号を出力する発振部の発振信号に基づいてトナーが少なくなったことを検知する方法が考えられる。このような方法によれば、容器内のトナーが多い状態では振動板の振動が妨げられ、発振信号の周波数の経時変化は、振動板の振動が早期に収束する場合に対応した状態となる。

他方、容器内のトナーが少ない状態では振動板の振動が粉体によって妨げられないため、発振信号の周波数の経時変化は、振動板の振動が長期間継続する場合に対応した状態となる。従って、発振信号の周波数の経時変化に基づき、容器内のトナーが少なくなったことを検知することが可能である。

しかしながら、このような検知が可能となるのは、上述した発振部や振動板が意図した通りに配置され機能している場合に限られる。即ち、異常が発生して発振部や振動部が致した通りに機能しない状況においては、正確な粉体の検知が困難である。尚、このような課題は、電子写真方式に用いられる現像器内のトナー残量の検知に限らず、容器内における粉体の残量検知において同様に課題となり得る。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、容器内の粉体の残量が残り少なくなった状態を高精度に検知すると共に、検知機構の異常を判断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、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を含み、前記検知処理部は、前記発振部及び前記振動部を含む検知機構の異常の内容が前記周波数関連情報に基づいて得られる前記信号の状態と関連付けられた異常判断情報に基づき、前記検知機構の異常を判断する機能を含むことを特徴とする。

本発明によれば、容器内の粉体の残量が残り少なくなった状態を高精度に検知すると共に、検知機構の異常を判断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異常判断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異常判断情報の一例である周波数比較情報を示す図である。 本発明の実施形態に係る異常判断情報の一例である振動検知異常情報を示す図である。 本発明の実施形態に係る異常判断情報の一例である振動数判断情報を示す図である。 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一体型センサ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一体型センサを用いる場合における異常判断動作を示すフローチャートである。

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。そのような残量検知の機構における以上の検知方法が本実施形態に係る特徴の１つである。

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。

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、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及び入出力制御ＡＳＩＣ３０を含む。図８に示すコントローラ２０を含む構成が、粉体検知装置及び顕色剤残量検知装置として機能する。

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。

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。

また、入出力制御部ＡＳＩＣ３０は、磁束センサ１０から発振信号を受信する他、磁束センサ１０を動作させるための電源を供給している。磁束センサ１０を動作させるための電源は、本実施系形態においては３．３ボルトである。また、磁束センサ１０は、システムグランドの接続線を介して、入出力制御ＡＳＩＣ３０側のシステムグランドに接続されている。

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。

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、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。

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２０のフローチャートを参照して説明する。図２０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（Ｓ２００１）。

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。従って、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、Ｓ２００１において振動が発生したことを検知する。

Ｓ２００１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、Ｓ２００１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（Ｓ２００２）。Ｓ２００２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り、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”の符号が反転した一つ前の値がピーク値である。図２１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、Ｓ２００１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。

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、Ｓ２００１の後の最初のピークである。そのため、ＣＰＵ２１は、図２１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（Ｓ２００３）。このため、Ｓ２００２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（Ｓ２００４）。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。

Ｓ２００４の判断の結果、算出した減衰率ζが閾値未満であれば（Ｓ２００４／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（Ｓ２００４／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（Ｓ２００５）。

Ｓ２００５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Ｔ_{ｐｌａｔｅ}であり、サンプリング周期はＴ_{ｓａｍｐｌｅ}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、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２２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２２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２３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２３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。

次に、本実施形態に係る磁束センサ１０の発振信号に基づく各部の異常判断の動作について、図２４を参照して説明する。図２４に示す動作は、コントローラ２０が磁束センサ１０に電源を供給して磁束センサ１０が発振を開始する際の動作として実行される。また、その際、サブホッパー２００において回転軸２０４は回転駆動されておらず、撹拌部材２０５は停止した状態である。

そのような状態において磁束センサ１０に電源が供給されて磁束センサ１０が発振を開始すると、ＣＰＵ２１は上述したように所定期間毎のカウント値の取得を開始する（Ｓ２４０１）。ＣＰＵ２１は、入出力制御ＡＳＩＣ３０からカウント値を取得すると、そのカウント値に基づいて磁束センサ１０の発振信号の周波数を算出し、その算出結果を比較対象の情報（以降、「周波数比較情報」とする）と比較する（Ｓ２４０２）。

図２５は、Ｓ２４０２において参照される周波数比較情報の例を示す図である。図２５に示すように、本実施形態に係る周波数比較情報は、磁束センサ１０や振動板２０１等の検知機構に関する異常を判断するために予め定められた周波数の範囲と、想定される以上の内容とが関連付けられた情報である。図２５に示す周波数比較情報は、ＡＳＩＣ２２に設けられたメモリ等、コントローラ２０に搭載された記憶媒体に記憶されている。

例えば、磁束センサ１０に電源が供給されているにも関わらず磁束センサ１０が信号を発信せず、周波数の算出結果がゼロとなる場合がある。その場合、磁束センサ１０が出力する信号の信号状態が“Ｈｉｇｈ”固定の状態か、“Ｌｏｗ”固定の状態かで異常が異なる。“Ｈｉｇｈ”固定の場合、磁束センサ１０のコネクタ抜けや、その他発振回路の異常が考えられる。

“Ｌｏｗ”固定の場合、ハーネス地絡や、その他発振回路の異常が考えられる。尚、この判断結果は、磁束センサ１０がオープンドレイン出力であり、入出力制御ＡＳＩＣ３０側でプルアップされている場合の例であり、磁束センサ１０の駆動態様によって判断結果は逆になる。

図１９において説明したように、振動板２０１が振動していない状態における磁束センサ１０の発振信号のカウント値はＣ_０であり、その周波数はカウント値Ｃ_０に応じた値となる。従って、Ｓ２４０２における周波数の算出結果が、カウント値Ｃ_０に応じた値を中心とした所定の範囲内であれば、検知機構が正常であると言える。図２５の例において、ＣＰＵ２１は、算出した周波数が３．１ＭＨｚ〜３．４ＭＨｚである場合、検知機構が正常であると判断する。

磁束センサ１０や振動板２０１の組み付け状態が設計とは異なる状態であり、図２３において説明した配置間隔ｇが意図した間隔からずれている場合、そのずれに応じて周波数の算出結果が変化する。図２５の例において、ＣＰＵ２１は、算出した周波数が２．９ＭＨｚ〜３．１ＭＨｚ、または３．４ＭＨｚ〜３．６ＭＨｚである場合、そのような検知機構の組み付け不良であると判断する。

また、磁束センサ１０に様々な種類のものがあり、種類に応じて基準となる周波数が異なる場合もある。図２０のＳ２００４における閾値判断は、特定の種類の磁束センサ１０の発振信号を基準として行われるため、種類の異なる磁束センサ１０が搭載されていると、正確な検知を行うことが出来ない。図２５の例において、ＣＰＵ２１は、算出した周波数が２．９ＭＨｚ以下、または３．６ＭＨｚ以上である場合、種類の異なる磁束センサ１０が組み付けられていると判断する。

尚、図２５の例においては、磁束センサ１０の発振信号の周波数が検知機構の異常の内容と関連付けられている場合を例としている。しかしながらこれは一例であって周波数に応じて変化する値であればよく、例えばカウント値出力部３３から取得されるカウント値でも良い。

Ｓ２４０２の判断の結果、何らかの異常があると判断した場合（Ｓ２４０３／ＮＯ）、即ち、周波数が３．１ＭＨｚ〜３．４ＭＨｚではなかった場合、ＣＰＵ２１は、判断結果に応じたエラー処理を行い（Ｓ２４１１）、処理を終了する。Ｓ２４１１のエラー処理においてＣＰＵ２１は、判断結果に応じたエラー内容をディスプレイパネルに表示する処理や、画像形成装置１００の動作を停止させる処理などを行う。

Ｓ２４０２の判断の結果、周波数の算出結果が正常であった場合（Ｓ２４０３／ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、回転軸２０４を回転駆動し、撹拌部材２０５の回転を開始させる（Ｓ２４０４）。これにより、図１３、図１４、図１６において説明したように、振動板２０１が撹拌部材２０５の回転に応じて振動させられることとなる。

その後、ＣＰＵ２１は、撹拌部材２０５の一周分に相当するカウント値を取得し（Ｓ２４０５）、その取得結果に応じて、振動板２０１の振動検知に基づく異常判断を行う（Ｓ２４０６）。図２６は、Ｓ２４０６において参照される情報（以降、「振動検知異常情報」とする）の例を示す図である。図２６に示すように、振動検知異常情報においては、振動板２０１の振動の有無に応じて、異常の判断結果が関連付けられている。図２６に示す振動検知異常情報は、ＡＳＩＣ２２に設けられたメモリ等、コントローラ２０に搭載された記憶媒体に記憶されている。

Ｓ２４０４において既に撹拌部材２０５の回転は開始されているため、撹拌部材２０５が一周する期間のカウント値を参照することにより、図１９に示すように、振動板２０１の振動に応じたカウント値の変動が抽出されるはずである。従って、振動板２０１の振動が抽出されない場合には、マイラである撹拌部材２０５の破損、振動板２０１の破損、振動板２０１周囲でのトナー詰まり、回転軸２０４を回転駆動するモータの故障、モータのトルク異常が考えられる。

尚、Ｓ２４０６における振動板２０１の振動検知については、例えば、上述したＳ２００１と同様の処理を用いることが出来る。この他、上述したようにピーク値の取得を行い、所定期間内に複数のピーク値が取得できたか否かを判断しても良い。Ｓ２５０６の判断の結果、振動が検知されなかった場合（Ｓ２４０７／ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、検知機構に上述した異常が発生していると判断し、エラー処理を行って（Ｓ２４１１）処理を終了する。

Ｓ２４０６の判断の結果、振動が検知された場合（Ｓ２４０７／ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、図２０において説明したトナー有無の検知動作を実行する（Ｓ２４０８）。トナー有無の検知動作を実行したＣＰＵ２１は、その検知結果及び図１９に示すように取得された振動板２０１の固有振動数に基づいた異常判断を行う（Ｓ２４０９）。

Ｓ２４０９においてＣＰＵ２１は、図１９に示すように取得されたカウント値のピーク値に基づいて振動板２０１の振動数を計算する。振動数の計算においては、最初にピーク値が取得されてから１０個目のピーク値が取得されるまでの期間を測定し、その測定結果に基づいて振動数を計算する。そして、ＣＰＵ２１は、振動数の計算結果及びＳ２４０８における検知結果に基づき、図２７に示すような情報（以降、「振動数判断情報」とする）を参照して異常を判断する。

図２７に示すように、振動数判断情報は、振動板２０１の振動数の範囲とトナーの有無とのマトリクス状のテーブルである。図２７に示す振動数判断情報は、ＡＳＩＣ２２に設けられたメモリ等、コントローラ２０に搭載された記憶媒体に記憶されている。振動板２０１の振動数の範囲は、正常であることを判断するための下限値ＴＨ_２及び上限値ＴＨ_１によって区切られている。振動数の計算結果がＴＨ_２以上ＴＨ_１未満の範囲内であれば、ＣＰＵ２１は振動板２０１の振動数が正常であり、検知機構は正常であると判断する。

振動数がＴＨ_２未満であり、Ｓ２４０８の検知結果がトナーありの場合、ＣＰＵ２１は、振動板２０１にトナー固着等の異常が発生しているか、供給されているトナーに異常があると判断する。振動数がＴＨ_２未満であり、Ｓ２４０８の検知結果がトナーなしの場合、ＣＰＵ２１は、振動板２０１にトナー固着等の異常が発生していると判断する。

振動数がＴＨ_１以上であり、Ｓ２４０８の検知結果がトナーありの場合、ＣＰＵ２１は、振動板２０１の一部や重り２０２が欠損しているか、供給されているトナーに異常があると判断する。振動数がＴＨ_１以上であり、Ｓ２４０８の検知結果がトナーなしの場合、ＣＰＵ２１は、振動板２０１の一部や重り２０２が欠損していると判断する。

尚、図２７においては、振動板２０１の振動数が、トナー有無の検知結果との組み合わせによって異常の内容を示す情報と関連付けられて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り、振動板２０１の振動数に応じて変化する値であればよく、例えば上述したような、最初にピーク値が取得されてから１０個目のピーク値が取得されるまでの期間の測定結果を用いることが出来る。

Ｓ２４０９の判断の結果が正常である場合（Ｓ２４１０／ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、検知機構には異常が発生していないことを確認し、そのまま処理を終了する。この際、検知機構には異常が検知されなかったことを、ディスプレイパネルへの表示等によりユーザに対して通知しても良い。他方、Ｓ２４０９の判断の結果が異常である場合（Ｓ２４１０／ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、エラー処理を行って（Ｓ２４１１）、処理を終了する。このような処理により、本実施形態に係る検知機構の異常判断動作が完了する。

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２５〜図２７に示すように、磁束センサ１０から得られる信号に基づいて得られる情報に応じた検知機構の異常を判断するための情報を用いることにより、検知機構の異常を判断することが可能となる。従って、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と共に、検知機構の異常を判断することが可能となる。図２５〜図２７に示す情報は、換言すると磁束センサ１０の周波数に基づいて得られる磁束センサ１０の発振信号の状態と、検知機構の異常の内容とが関連付けられた情報であり、異常判断情報として用いられる。

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。

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、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。

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キャリア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２７、図２８に示す。図２７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２８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２７、２８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２７、２８の例においても、図２７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。

また、上記実施形態においては、図８に示すように、磁束センサ１０が発振信号を出力し、画像形成装置１００を制御するコントローラ側においてその信号を取得して各所の検知動作や判断動作を行う場合を例として説明した。この他、ある程度の判断動作を行うための情報処理機能と磁束センサ１０とを一体に構成した一体型センサ１０´を図３に示す磁束センサ１０のように取り付け、コントローラ２０側ではその判断結果のみを取得するような態様も可能である。そのような例について、図３０に示す。

図３０は、一体型センサ１０´を用いる場合の各部の機能構成及びコントローラ２０との接続関係を示すブロック図である。図３０に示すように、一体型センサ１０´は、上述した磁束センサ１０に加えて、図８において説明した入出力制御部ＡＳＩＣ３０やコントローラ２０に含まれる各構成と同等の構成を含むセンサ制御ＡＳＩＣ３０´を含む。

センサ制御ＡＳＩＣ３０´は、透磁率カウンタ３１、リード信号取得部３２、カウント値出力部３３、ＣＰＵ２１、ＡＳＩＣ２２、タイマ２３、水晶発振回路２４及びコントローラＩ／Ｆ２５を含む。コントローラＩ／Ｆ２５以外の構成は、図８における同一符号を付す構成と同様の機能を有する。

コントローラＩ／Ｆ２５は、ＣＰＵ２１がコントローラ２０との間で情報をやり取りするためのインタフェースである。このような構成において、図２０や図２４において説明した動作はセンサ制御ＡＳＩＣ３０´側において実行され、その動作によって判断された結果がコントローラＩ／Ｆ２５を介してコントローラ２０側に通知される。

図３１は、そのような場合の動作を示すフローチャートである。図３１においては、コントローラ２０の動作とセンサ制御ＡＳＩＣ３０´の動作を夫々示している。図３１に示すように、まずはコントローラ２０がセンサ制御ＡＳＩＣ３０´に対して磁束センサ１０によるトナー残量の検知動作を開始させる（Ｓ３１０１）。この処理は、コントローラ２０からコントローラＩ／Ｆ２５を介してセンサ制御ＡＳＩＣ３０´に命令が通知されることにより実行される。

コントローラ２０からの開始制御を受けたセンサ制御ＡＳＩＣ３０´は、図２４において説明した処理と同様に、ＣＰＵ２１がカウント値の取得を開始し（Ｓ３１０２）、周波数の算出及び図２５に示す周波数比較情報との比較処理を行う（Ｓ３１０３）。Ｓ３１０３の処理により周波数に基づく判断を行うと、ＣＰＵ２１はその判断結果をコントローラＩ／Ｆ２５を介してコントローラ２０側に通知する（Ｓ３１０４）。

その後、ＣＰＵ２１は、図２４におけるＳ２４０３〜２４０６、Ｓ２４１１と同様に処理を実行する（Ｓ３１０５〜３１０８、Ｓ３１１５）。そして、振動検知に基づく異常判断結果をコントローラＩ／Ｆ２５を介してコントローラ２０側に通知する（Ｓ３１０９）。振動板２０１が振動していることが確認されなければ以降の処理を実行できないため、ＣＰＵ２１は、振動検知に基づく異常判断結果が正常になるまで、Ｓ３１０７からの処理を繰り返す（Ｓ３１１０／ＮＯ）。

振動検知に基づく異常判断結果が正常であれば、ＣＰＵ２１は、Ｓ２４０８と同様にトナー有無検知処理を実行し、（Ｓ３１１１）、その検知結果をコントローラＩ／Ｆ２５を介してコントローラ２０側に通知する（Ｓ３１１２）。その後、Ｓ２４０９と同様に固有振動数の判断処理を行い（Ｓ３１１３）、その判断結果をコントローラＩ／Ｆ２５を介してコントローラ２０側に通知し（Ｓ３１１４）、処理を終了する。

他方、コントローラ２０側においては、センサ制御ＡＳＩＣ３０´に検知動作を介させた後、Ｓ３１０４、Ｓ３１０９、Ｓ３１１２、Ｓ３１１４夫々の処理による結果をコントローラＩ／Ｆ２５を介して取得する（Ｓ３１１６）。そして、コントローラ２０は、夫々の結果を取得する度に、その結果が異常であるか否かを確認し（Ｓ３１１７）、異常が検知されるまで処理を繰り返す（Ｓ３１１７／ＮＯ）。

Ｓ３１０４、Ｓ３１０９、Ｓ３１１２、Ｓ３１１４夫々の処理による結果がいずれか１つでも異常であれば（Ｓ３１１７／ＹＥＳ）、コントローラ２０は、異常の内容に応じたエラー処理を行って（Ｓ３１１８）、処理を終了する。このような処理により、図３０の例の場合における動作が完了する。このように、センサ制御ＡＳＩＣ３０´と一体に構成された一体型センサ１０´が用いられる場合においても、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
１０´ 一体型センサ
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 コントローラＩ／Ｆ
３０ 入出力制御ＡＳＩＣ
３０´ センサ制御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
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 トナーボトル供給路
１１９ サブホッパー供給路
２００ サブホッパー
２０１ 振動板
２０１ａ 固定部
２０２ 重り
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 (8)

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を含み、
   前記検知処理部は、前記発振部及び前記振動部を含む検知機構の異常の内容が前記周波数関連情報に基づいて得られる前記信号の状態と関連付けられた異常判断情報に基づき、前記検知機構の異常を判断する機能を含むことを特徴とする粉体検知装置。
2. 前記異常判断情報は、前記信号の周波数に応じて変化する値と、前記検知機構の異常の内容とが関連付けられた情報であり、
   前記検知処理部は、前記周波数関連情報に基づいて前記周波数に応じて変化する値を取得し、取得した前記値に応じて前記検知機構の異常を判断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. 前記検知処理部は、前記周波数関連情報に基づく前記容器内の粉体の残量の検知動作の開始に際して、前記異常判断情報に基づく前記検知機構の異常判断を行い、
   前記振動付与部は、前記周波数関連情報に基づいて前記周波数に応じて変化する値に応じて前記検知機構が正常であることが判断された後に、前記振動部を振動させ始めることを特徴とする請求項２に記載の粉体検知装置。
4. 前記異常判断情報は、前記振動部の振動の有無と、前記検知機構の異常の内容とが関連付けられた情報であり、
   前記検知処理部は、前記周波数関連情報に基づいて前記振動部の振動の有無を取得し、その取得結果に応じて前記検知機構の異常を判断することを特徴とする請求項１に記載の粉体検知装置。
5. 前記異常判断情報は、前記振動部の振動数に応じて変化する値と、前記検知機構の異常の内容とが関連付けられた情報であり、
   前記検知処理部は、前記周波数関連情報に基づいて前記振動部の振動数に応じて変化する値を取得し、取得した前記値に応じて前記検知機構の異常を判断することを特徴とする請求項１に記載の粉体検知装置。
6. 前記異常判断情報は、前記容器内の粉体の残量と前記振動部の振動数に応じて変化する値との組み合わせに応じて前記検知機構の異常の内容が特定された情報であり、
   前記検知処理部は、前記周波数関連情報に基づいて前記振動部の振動数に応じて変化する値を取得し、取得した前記値及び前記容器内の粉体の残量の検知結果に基づいて前記検知機構の異常を判断することを特徴とする請求項５に記載の粉体検知装置。
7. 請求項１乃至６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。
8. 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、
   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し、
   前記発振部及び前記振動部を含む検知機構の異常の内容が前記周波数関連情報に基づいて得られる前記信号の状態と関連付けられた異常判断情報に基づき、前記検知機構の異常を判断することを特徴とする粉体検知方法。