JP6659084B2 - 現像剤量検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像剤量検出装置及び画像形成装置に関し、例えば、複写機又はプリンタ等の電子写真方式又は静電記録方式の画像形成装置における現像剤残量の検出方法に関する。

従来、画像形成装置が備えるトナー容器内の現像剤の残量を検出する方法が提案されている。例えば、平行に張設された２本の導線部材からなる攪拌棒を備え、攪拌棒が一回転する間の電圧をモニタすることによって、現像剤の残量を検出する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０２−１９７８７９号公報

しかし、互いに向き合う導電部材の距離や面積のばらつき、及び検出回路の部品ばらつきや、導電部材の抵抗値ばらつきによる影響を低減することにより、検出範囲を広げて、トナー容器内のトナー残量を高精度に検出することが望まれている。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、より精度よくトナー残量を検出することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。

（１）容器に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材と、前記容器に配置されており、対向する２つの導電部材を有し、前記撹拌部材により現像剤が撹拌されて該現像剤が移動されると前記２つの導電部材の間に現像剤が充填された状態又は現像剤が充填されていない状態となる、前記容器内の現像剤の量を検知するための検出部と、前記検出部に交流電圧を印加する交流電源と、前記検出部の静電容量に応じた電流を基準電圧に応じて電圧に変換する変換部と、を有し、前記２つの導電部材の静電容量に応じた電圧を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された電圧波形に基づき、前記容器内の現像剤の量を判断する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記出力手段の出力特性を決定している複数のパラメータである前記交流電源の振幅電圧、前記交流電源の周波数、及び前記基準電圧の中から選択された少なくとも２つのパラメータの値を変更し、前記出力手段から出力される電圧の検出範囲を、前記２つのパラメータの値を変更する前の検出範囲よりも広くすることを特徴とする現像剤量検出装置。
（２）容器に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材と、前記容器に配置されており、対向する２つの導電部材を有し、前記撹拌部材により現像剤が撹拌されて該現像剤が移動されると前記２つの導電部材の間に現像剤が充填された状態又は現像剤が充填されていない状態となる、前記容器内の現像剤の量を検知するための検出部と、前記検出部に交流電圧を印加する交流電源と、前記検出部の静電容量に応じた電流を基準電圧に応じて電圧に変換する変換部と、を有し、前記２つの導電部材の静電容量に応じた電圧を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された電圧波形に基づき、前記容器内の現像剤の量を判断する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記２つの導電部材の間に現像剤が充填された状態で前記出力手段から出力された電圧と、前記２つの導電部材の間に現像剤が充填されていない状態で前記出力手段から出力された電圧とに基づいて、前記出力手段の出力特性を決定している複数のパラメータである前記交流電源の振幅電圧、前記交流電源の周波数、及び前記基準電圧の中から選択された少なくとも２つのパラメータの値を変更し、前記出力手段から出力される電圧の検出範囲を、前記２つのパラメータの値を変更する前の検出範囲よりも広くすることを特徴とする現像剤量検出装置。
（３）容器に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材と、
前記容器に配置されており、対向する２つの導電部材を有し、前記撹拌部材により現像剤が撹拌されて該現像剤が移動されると前記２つの導電部材の間に現像剤が充填された状態又は現像剤が充填されていない状態となる、前記容器内の現像剤の量を検知するための検出部と、前記検出部に交流電圧を印加する交流電源と、前記検出部の静電容量に応じた電流を基準電圧に応じて電圧に変換する変換部と、を有し、前記２つの導電部材の静電容量に応じた電圧を出力する出力手段と、前記２つの導電部材の間に現像剤が充填された状態で前記出力手段から第１の電圧が出力されている第１の時間と、前記２つの導電部材の間に現像剤が充填されていない状態で前記出力手段から第２の電圧が出力されている第２の時間とに基づき、前記容器内の現像剤の量を判断する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記出力手段の出力特性を決定している複数のパラメータである前記交流電源の振幅電圧、前記交流電源の周波数、及び前記基準電圧の中から選択された少なくとも２つのパラメータの値を変更し、前記第２の電圧と前記第１の電圧との差である検出範囲を、前記２つのパラメータの値を変更する前の検出範囲よりも広くすることを特徴とする現像剤量検出装置。
（４）記録材に画像を形成する画像形成手段と、前記（１）から前記（３）のいずれか１項に記載の現像剤量検出装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、より精度よくトナー残量を検出することができる。

実施例１〜３のタンデム方式のカラー画像形成装置の構成図、トナー容器の断面図 実施例１〜３のトナー残量検出装置の構成図 実施例１のトナー残量検出装置の出力特性グラフ、パラメータ変更と検出範囲との関係を示す図、カラー画像形成装置の動作の時系列を示す図 実施例１のトナー残量検出処理を示すフローチャート 実施例２のＶ_ＰＰ、ｆにおける検出範囲の関係を示したグラフ 実施例２のトナー残量検出装置の出力特性グラフ、パラメータ調整の流れを示す図 実施例２のパラメータ調整処理のフローチャート 実施例３のＶ_ＰＰ、Ｖ_ｒｅｆにおける検出範囲の関係を示したグラフ 実施例３のトナー残量検出装置の出力特性グラフ、パラメータ調整の流れを示す図 実施例３のパラメータ調整処理のフローチャート

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。

［画像形成装置］
図１（ａ）は、実施例１のトナー残量検出装置を搭載した画像形成装置の全体構成を示す断面図であり、図１（ａ）を用いて画像形成装置（以下、本体１と記述）の構成及び基本動作を説明する。画像形成手段である画像形成部６０の一例について説明する。本体１は着脱可能なプロセスカートリッジ６Ｙ（イエロー）、６Ｍ（マゼンタ）、６Ｃ（シアン）、６Ｋ（ブラック）を備えている。これら４個は同一構造であるが、異なる色の現像剤であるトナー２８（図１（ｂ）、図１（ｃ）参照）による画像を形成する点で相違している。以下、必要な場合を除き、色を表す添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略して表記する。プロセスカートリッジ６は、感光ドラム８、帯電ローラ９、現像ローラ１０、トナー補給ローラ１１、トナー２８を収容する容器の一例であるトナー容器２０、撹拌部材２１から構成されている。トナー容器２０内の詳細については後述する。プロセスカートリッジ６、レーザーユニット７によって、一般的な電子写真プロセスにより感光ドラム８上に形成された各色のトナー像は、一次転写ローラ１２により中間転写ベルト１３上に重ねられる。

給紙カセット２から、給紙ローラ３、搬送ローラ４、レジストローラ５により記録媒体Ｐを搬送し、二次転写ローラ１４により、中間転写ベルト１３上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する。ここまでが画像形成部６０を構成する構成要件の一例である。また、上述した給紙カセット２、給紙ローラ３、搬送ローラ４、レジストローラ５が記録材搬送手段の一例である。定着ユニット１５により記録媒体Ｐ上の未定着のトナー像が定着され、排紙ローラ１６から排出される。また、本体１は、制御基板３０、トナー残量検出手段であるトナー残量検出部４０、表示部５０を有している。トナー残量検出部４０は、後述するトナー検出部２５の静電容量に応じた電圧（後述するＶ_ｓｎｓ）を出力する出力手段でもある。制御手段の一例である制御基板３０には、本体１の制御を行うためのＣＰＵ３１、及びデータ等が記憶される記憶部３２が搭載されている。ＣＰＵ３１は、記録媒体Ｐの搬送に関わる駆動源の制御や画像形成に関する制御など、本体１の動作を一括して制御する。また、ＣＰＵ３１は、内部に時間を計測するためのタイマーを有している。トナー残量検出部４０は、トナー容器２０内のトナー残量を検出するためのユニットであるが、詳細については後述する。表示部５０は、本体１からの情報をユーザーに報知するための表示器である。

［トナー容器］
図１（ｂ）、図１（ｃ）は、トナー残量が少なくなった状態の、トナー容器２０内の詳細を説明するための断面図であり、現像ローラ１０やトナー補給ローラ１１の回転軸方向から見た図である。検出部の一例であるトナー検出部２５は、トナー容器２０の側面に配置された、対向する２枚の導電部材で構成されており、２枚の導電部材によりコンデンサを形成している。トナー検出部２５を構成する２枚の導電部材により形成されている空間（以下、トナー検出部２５の空間という）は、トナー容器２０内の空間と繋がっている。撹拌部材２１は矢印方向（図中、時計回り方向）に回転し、トナー２８を撹拌する。撹拌部材２１は、可撓性を有する部材により形成されている。図１（ｂ）はトナー２８がトナー容器２０の底面にある状態を示しており、この状態ではトナー検出部２５にトナー２８は充填されていない。一方、図１（ｃ）は、撹拌部材２１によりトナー２８が持ち上げられ、トナー検出部２５にトナー２８が充填されている状態である。このように、トナー検出部２５には、撹拌部材２１によって攪拌された現像剤が、トナー検出部２５の空間を満たしている状態と、満たしていない状態とがある。

以後、図１（ｂ）のようにトナー検出部２５にトナーが充填されていない状態をトナー検出部２５にトナーがない状態、図１（ｃ）のようにトナー検出部２５にトナーが充填されている状態をトナー検出部２５にトナーがある状態、と表記する。トナー検出部２５にトナーがない状態のトナー検出部２５の静電容量をＣ_Ｏ、トナー検出部２５にトナーがある状態のトナー検出部２５の静電容量をＣ_Ｉとし、トナー２８の誘電率をε_ｒとする。そうすると、次の式（１）で表される関係が成り立つ。
Ｃ_Ｉ＝ε_ｒＣ_Ｏ・・・（１）
図１（ｂ）、図１（ｃ）のようにトナー２８の残量が少ない状態で撹拌部材２１が回転している間は、トナー検出部２５の静電容量の変化が、撹拌部材２１が回転する周期（以下、回転周期又は撹拌周期という）で繰り返される。

［トナー残量の検出］
次に、本実施例の静電容量検出手段の一例であるトナー残量検出部４０を介したトナー残量検出の構成について、図２を用いて説明する。図２に示すように、トナー残量の検出は、トナー容器２０、制御基板３０、トナー残量検出部４０から構成される現像剤量検出装置によって実施される。トナー残量検出部４０は、交流電源４１、整流ダイオード４２、４３、検出抵抗４４、整流コンデンサ４５、オペアンプ４６、直流電源４７を有している。トナー残量検出部４０は、トナー検出部２５及び制御基板３０に配置されているＣＰＵ３１と接続されている。ＣＰＵ３１は、トナー残量検出部４０の出力特性を決定しているパラメータである、交流電源４１の振幅電圧（Ｖ_ｐｐ）や周波数ｆ、基準電圧である直流電源４７の直流電圧Ｖ_ｒｅｆの値を可変制御することができる。交流電源４１で発生させた交流電圧は、トナー検出部２５に印加され、トナー容器２０におけるトナー２８の充填量に応じて交流電流に変換される。交流電流は整流ダイオード４２、４３、整流コンデンサ４５により整流される。オペアンプ４６の非反転入力端子（以下、＋端子）には、直流電源４７から入力される直流電圧Ｖ_ｒｅｆが印加され、反転入力端子（以下、−端子）は、＋端子とイマジナリーショートの関係にあるため、＋端子とほぼ同電位の状態が保たれる。トナー残量検出部４０からＣＰＵ３１に入力される電圧Ｖ_ｓｎｓは、オペアンプの−端子の電圧（Ｖ_ｒｅｆ）から検出抵抗４４に流れた直流電流の分だけ電圧降下した電圧値となる。即ち、ダイオード４２、４３、整流コンデンサ４５、オペアンプ４６、直流電源４７、検出抵抗４４は、トナー検出部２５から入力された電流に応じた電圧Ｖ_ｓｎｓを出力する。このため、これらは変換部として機能する。

検出抵抗４４に流れる電流Ｉは、トナー検出部２５に流れる電流に等しい。トナー検出部２５の静電容量Ｃに蓄えられる電荷Ｑは、ダイオード４２のカソード側にかかる電圧をＶとすると、Ｑ＝Ｃ×Ｖで表される。また、Ｑ＝∫Ｉ（ｔ）ｄｔであり、これらの関係から、検出抵抗４４に流れる電流Ｉを求めることができる。検出抵抗４４に流れる電流Ｉは、トナー検出部２５の静電容量をＣ、交流電源４１の振幅電圧と周波数をそれぞれＶ_ＰＰ、ｆ、直流電源４７の電圧をＶ_ｒｅｆ、整流ダイオード４２、４３の順電圧をＶ_Ｆとすると、次の式（２）で表わされる。
Ｉ＝Ｃｆ（Ｖ_ＰＰ−Ｖ_ｒｅｆ−２Ｖ_Ｆ）・・・（２）
または、検出抵抗４４の抵抗値をＲとして、次の式（３）で表すこともできる。
Ｉ＝（Ｖ_ｒｅｆ−Ｖ_ｓｎｓ）／Ｒ・・・（３）
式（２）と式（３）からＩを消去して整理すると、次の式（４）が導かれる。
Ｃ＝（Ｖ_ｒｅｆ−Ｖ_ｓｎｓ）／｛Ｒｆ（Ｖ_ＰＰ−Ｖ_ｒｅｆ−２Ｖ_Ｆ）｝・・・（４）
よって、図２のような構成とすることで、ＣＰＵ３１は、トナー検出部２５の静電容量Ｃの変化を、トナー残量検出部４０から出力された電圧（以下、出力電圧）Ｖ_ｓｎｓの変化として検出することができる。

図３（ａ）は、式（４）に示した静電容量Ｃと、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係を示すグラフであり、横軸に静電容量Ｃ［ｐＦ］、縦軸に出力電圧Ｖ_ｓｎｓ［Ｖ］を示す図である。図中の破線が示す通り、トナー検出部２５にトナー２８がない状態の静電容量Ｃ_Ｏと、トナー検出部２５にトナー２８がある状態の静電容量Ｃ_Ｉにより、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲が決定される。ここで、トナー検出部２５にトナー２８がない状態の静電容量Ｃ_Ｏのときの出力電圧をＶ_Ｏ、トナー検出部２５にトナー２８がある状態の静電容量Ｃ_Ｉのときの出力電圧をＶ_Ｉとする。

グラフの右側に示す波形は、撹拌部材２１を回転させている状態のときに、トナー残量検出部４０からＣＰＵ３１に出力される出力電圧Ｖ_ｓｎｓの波形であり、横軸は時間を示す。波形の周期は撹拌部材２１の回転周期Ｔ、振幅は出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲（Ｖ_Ｉ≦Ｖ_ｓｎｓ≦Ｖ_Ｏ）となる。トナー検出部２５にトナー２８がない状態の時間Ｔ_Ｏと、トナー検出部２５にトナー２８がある状態の時間Ｔ_Ｉの比率は、トナー容器２０内のトナー２８の残量と相関がある。ＣＰＵ３１は、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの波形のエッジをトリガとして、内部のタイマーにより時間Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｉを測定し、回転周期Ｔとトナーがある状態の時間Ｔ_Ｉとの比（以下、デューティ比という）である（Ｔ_Ｉ／（Ｔ_Ｏ＋Ｔ_Ｉ））を算出する。そして、ＣＰＵ３１は、算出したデューティ比（Ｔ_Ｉ／（Ｔ_Ｏ＋Ｔ_Ｉ））に基づいて、予め記憶部３２に格納された、デューティ比とトナー２８の残量の関係を表すテーブルを参照することにより、トナー２８の残量を検出する。このように、ＣＰＵ３１は、トナー残量検出部４０により出力された電圧波形に基づいて、トナー容器２０内（容器内）のトナーの量を判断する。より詳細には、ＣＰＵ３１は、撹拌部材２１により攪拌された現像剤が、トナー検出部２５を満たしているときに出力された電圧波形とトナー検出部２５を満たしていないときに出力された電圧波形に基づいて、トナー２８の残量を検出する。尚、ＣＰＵ３１は、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの波形の立ち上がりエッジをトリガとしてタイマーによる計測を開始してもよいし、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの波形の立ち下がりエッジをトリガとしてタイマーによる計測を開始してもよい。

（テーブル）
表１に、記憶部３２に予め格納されたデューティ比（Ｔ_Ｉ／（Ｔ_Ｏ＋Ｔ_Ｉ））とトナー２８の残量の関係を表すテーブルの一例を示す。

表１は、一列目にデューティ比［％］、二列目にトナー残量［％］を示す。例えば、算出されたデューティ比が７０％のとき、ＣＰＵ３１は、表１のテーブルを参照することにより、トナー残量を３０％と検出する。検出されたトナー２８の残量は、例えば表示部５０によりユーザーに報知される。ここで、表１のテーブルを用いてトナー２８の残量を算出する具体例を示す。例として、トナー検出部２５にトナー２８がない状態の時間Ｔ_Ｏ＝０．６［ｓｅｃ］、トナー検出部２５にトナー２８がある状態の時間Ｔ_Ｉ＝０．４［ｓｅｃ］とする。ＣＰＵ３１は、デューティ比（Ｔ_Ｉ／（Ｔ_Ｏ＋Ｔ_Ｉ））を４０［％］と算出し、表１を参照することによりトナー残量を１５％と検出する。ＣＰＵ３１は、表示部５０により、トナー２８の残量を１５［％］と報知する。

［検出範囲］
次に、本実施例の特徴である、トナー２８の残量の検出範囲を広げる方法について、図３（ｂ）〜図３（ｄ）を用いて説明する。まず、ＣＰＵ３１は、プロセスカートリッジ６が初期の状態、即ちトナー２８がトナー容器２０に充満した状態で、交流電源４１の振幅電圧Ｖ_ＰＰ、交流電源４１の周波数ｆ、直流電源４７の直流電圧Ｖ_ｒｅｆに、記憶部３２に予め格納された所定の値を設定する。ＣＰＵ３１は、これらの値を設定し、出力電圧Ｖ_ｓｎｓを測定する。そして、ＣＰＵ３１は、式（４）に基づいてトナー検出部２５にトナー２８がある状態の静電容量Ｃ_Ｉを算出する。また、トナー検出部２５にトナー２８がない状態の静電容量Ｃ_Ｏは、算出した静電容量Ｃ_Ｉと式（１）から算出する。

図３（ｂ）は、静電容量Ｃと出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係を示すグラフであり、横軸は静電容量Ｃ［ｐＦ］、縦軸は出力電圧Ｖ_ｓｎｓ［Ｖ］を示す。算出した静電容量Ｃ_Ｉ、Ｃ_Ｏと出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係をグラフ上のＡ点、Ｂ点にプロットしている。より詳細には、トナー検出部２５にトナー２８がない状態の静電容量Ｃ_ＯはＡ点、トナー検出部２５にトナー２８がある状態の静電容量Ｃ_ＩはＢ点となる。ここで、Ａ点、Ｂ点を、図中のＡ’点、Ｂ’点に移動させることができれば、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲を、図３（ａ）の（Ｖ_Ｏ−Ｖ_Ｉ）の範囲から図３（ｄ）の所定の範囲であるΔＶ_５まで広げることができる。言い換えれば、静電容量Ｃと出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係（特性ともいう）を示す直線について、Ａ点、Ｂ点を通る直線から、傾きが異なりＡ’点、Ｂ’点を通る直線に変更することにより、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲を広げることができる。具体的には、静電容量Ｃと出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係を示す直線の傾きを大きくする（傾きを急峻にする）ことにより、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲を広げることができる。出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲をΔＶ_５まで広げるためには、トナー検出部２５における導電部材の一方に電圧を印加する駆動条件、又は、トナー残量検出部４０における静電容量の検出条件のうち、少なくとも２つのパラメータの設定値を変更する必要がある。そして、静電容量Ｃと出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係を、Ａ’点、Ｂ’点を通る特性に変更する必要がある。

本実施例では、静電容量Ｃと出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係（直線の傾き）を変更するパラメータとして、交流電源４１の周波数ｆと直流電源４７の直流電圧Ｖ_ｒｅｆの設定値を変更する方法について説明する。ＣＰＵ３１は、トナー残量検出部４０の出力特性を決定しているパラメータの値を変更し、トナー残量検出部４０の検出範囲を、パラメータの値を変更する前の検出範囲よりも広くする。Ａ’点での出力電圧Ｖ_ｓｎｓの値をＶ_Ａ’、Ｂ’点での出力電圧Ｖ_ｓｎｓの値をＶ_Ｂ’とし、静電容量Ｃ_Ｏと出力電圧Ｖ_Ａ’、静電容量Ｃ_Ｉと出力電圧Ｖ_Ｂ’を、それぞれ式（４）に代入する。そうすると、次の式（５）、式（６）が得られる。
Ｃ_Ｏ＝（Ｖ_ｒｅｆ−Ｖ_Ａ’）／｛Ｒｆ（Ｖ_ＰＰ−Ｖ_ｒｅｆ−２Ｖ_Ｆ）｝・・・（５）
Ｃ_Ｉ＝（Ｖ_ｒｅｆ−Ｖ_Ｂ’）／｛Ｒｆ（Ｖ_ＰＰ−Ｖ_ｒｅｆ−２Ｖ_Ｆ）｝・・・（６）

式（５）、式（６）からｆを消去し、直流電圧Ｖ_ｒｅｆについて整理すると、パラメータを変更した後の直流電圧Ｖ_ｒｅｆ’が、以下の式（７）のように求められる。
Ｖ_ｒｅｆ’＝（Ｃ_ＩＶ_Ａ’−Ｃ_ＯＶ_Ｂ’）／（Ｃ_Ｉ−Ｃ_Ｏ）・・・（７）
式（７）で求めたＶ_ｒｅｆ’を、式（６）のＶ_ｒｅｆに置き換えて、周波数ｆについて式（６）を整理すると、パラメータを変更した後の周波数ｆ’が、以下の式（８）のように求められる。
ｆ’＝（Ｖ_ｒｅｆ’−Ｖ_Ｂ’）／｛ＲＣ_Ｉ（Ｖ_ＰＰ−Ｖ_ｒｅｆ’−２Ｖ_Ｆ）｝・・・（８）
よって、周波数ｆと直流電圧Ｖ_ｒｅｆの設定値を、式（７）及び式（８）で求めた直流電圧Ｖ_ｒｅｆ’と周波数ｆ’に変更することにより、図３（ｂ）の、Ａ点、Ｂ点を通る特性からＡ’点、Ｂ’点を通る特性に変更することができる。

図３（ｃ）、図３（ｄ）には、プロセスカートリッジ６の使用に伴い、トナー２８の残量が少なくなった状態でトナー２８の残量を検知した場合の出力電圧Ｖ_ｓｎｓの波形を示す。図３（ｃ）、図３（ｄ）の横軸はいずれも時間である。図３（ｃ）は、トナー２８が充満した状態のとき（初期状態ともいう）の設定値（初期値ともいう）、即ち、元の設定値で残量が少なくなったトナー２８を検出したときの出力電圧Ｖ_ｓｎｓの波形を示している。図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＡ点、Ｂ点を通る特性での波形である。一方、図３（ｄ）は、直流電圧を初期値の直流電圧Ｖ_ｒｅｆからＶ_ｒｅｆ’に、周波数を初期値の周波数ｆからｆ’に、それぞれ変更した設定値で残量が少なくなったトナー２８を検出したときの出力電圧Ｖ_ｓｎｓの波形を示している。図３（ｄ）は、図３（ｂ）のＡ’点、Ｂ’点を通る特性での波形である。図３（ｃ）及び図３（ｄ）から明らかなように、トナー残量検出部４０の可変制御できるパラメータの設定値を変更することで、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲を、ΔＶ_５に広げることができる。本実施例では、後述する図４に示す２つの工程がある。一つは図４（ａ）で説明する設定値算出処理を行う工程であり、もう一つは図４（ｂ）で説明するトナー残量検出処理を行う工程である。本実施例において２つの工程を実施するタイミングについて図３（ｅ）を用いて説明する。

［トナー残量検出のタイミング］
図３（ｅ）は、本体１の動作を簡易的に時系列で示した図であり、横軸に時間を示す。例えば、Ｔ_１１を、本体１を起動したタイミングとする。タイミングＴ_１１からタイミングＴ_１２の間を、本体１内の残留紙の確認や中間転写ベルト１３等のクリーニング動作を行うための起動シーケンスの区間とする。タイミングＴ_１２からタイミングＴ_１３の間を、中間転写ベルト１３等の駆動部の駆動開始や定着ユニット１５に電力の投入を開始するプリント準備の区間とする。タイミングＴ_１３からタイミングＴ_１４の間はプリント動作を行う（プリント中）区間、タイミングＴ_１４からタイミングＴ_１５の間を中間転写ベルト１３等のクリーニング動作を行うためのプリント停止準備の区間とする。

本実施例では、図４（ａ）の設定値算出処理の工程を、本体１とプロセスカートリッジ６が設置されてから初めて本体１を起動するＴ_１１〜Ｔ_１２の間、又は、プリント準備を行うＴ_１２〜Ｔ_１３の間に行うことが好ましい。プロセスカートリッジ６が新品に交換された場合には、新品に交換されるたびに、タイミングＴ_１２で図４（ａ）の設定値算出処理の工程を行って、検出範囲を調整することが好ましい。また、図４（ｂ）のトナー残量検出処理の工程は、タイミングＴ_１２からタイミングＴ_１５の間において行うことが好ましく、撹拌部材２１を回転させてトナー２８を撹拌させるタイミングであれば特に制限されるものではない。ただし、図４（ｂ）のトナー残量検出処理の工程は、図４（ａ）の設定値算出処理の工程を行った後に行うものとする。即ち、ＣＰＵ３１は、トナー残量検出部４０の検出範囲を広げた後で、トナー容器２０内のトナー２８の量を判断するものとする。

［パラメータの設定値］
ここで、実際にパラメータの設定値を算出する具体例を示す。ＣＰＵ３１は、トナー検出部２５がトナー２８で満たされているときに、トナー残量検出部４０から出力された電圧Ｖ_ｓｎｓに基づいてトナー検出部２５の静電容量Ｃ_Ｉを求める。ＣＰＵ３１は、求めた静電容量Ｃ_Ｉに基づいて、トナー残量検出部４０の検出範囲を所定の範囲、例えばΔＶ_５とするときのパラメータの値（Ｖｒｅｆ’、ｆ’）をトナー残量検出部４０に設定する。可変制御できるパラメータの初期設定は、直流電源４７の直流電圧をＶ_ｒｅｆ＝４．０［Ｖ］、交流電源４１の周波数をｆ＝５０［ｋＨｚ］とする。また、その他の値を次のようにする。まず、誘電率ε_ｒ＝１．４、交流電源４１の振幅電圧Ｖ_ＰＰ＝２００［Ｖ］、検出抵抗４４の抵抗値Ｒ＝３３［ｋΩ］とする。また、整流ダイオード４２、４３の順電圧Ｖ_Ｆ＝１．０［Ｖ］、トナー検出部２５にトナー２８がある状態での出力電圧Ｖ_ｓｎｓ＝０．４８［Ｖ］とする。まず、式（４）より、Ｃ_Ｉ＝１１．０［ｐＦ］、式（１）より、Ｃ_Ｏ＝７．９［ｐＦ］と算出できる。算出したＣ_Ｏを式（４）に代入することにより、トナー検出部２５にトナー２８がない状態での出力電圧は、Ｖ_ｓｎｓ＝１．４８［Ｖ］と求められる。これにより、トナー２８が充満している初期状態における出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲は、１．０（＝１．４８−０．４８）［Ｖ］であることがわかる。

ここから、出力電圧Ｖ_ｓｎｓを検出できる範囲を、０．５［Ｖ］〜２．５［Ｖ］とする場合に、検出範囲が２．０［Ｖ］となるようにするために必要な、可変制御できるパラメータの設定値について説明する。ここでは、トナー検出部２５にトナーがない状態のときの出力電圧をＶ_Ａ’＝２．５［Ｖ］、トナー検出部２５にトナーがある状態のときの出力電圧をＶ_Ｂ’＝０．５［Ｖ］とする。そうすると、式（７）から、Ｖ_ｒｅｆ’＝７．５［Ｖ］と算出できる。更に、式（８）から、ｆ’＝１０１［ｋＨｚ］と算出できる。このようにして、各パラメータの設定値を、直流電圧についてＶ_ｒｅｆから算出されたＶ_ｒｅｆ’に、周波数についてｆからｆ’に、それぞれ変更することにより、検出範囲を１．０［Ｖ］から２．０［Ｖ］に広げることができる。

［トナー残量検出処理］
（パラメータの設定値の算出）
次に、本実施例におけるＣＰＵ３１によるトナー２８の残量を検出する流れについて、図４のフローチャートにより説明する。図４（ａ）は、プロセスカートリッジ６のトナー容器２０にトナー２８が充満された状態における、トナー残量検出部４０の可変制御できる各パラメータの設定値算出処理を示すフローチャートである。本実施例では、トナー残量検出部４０の可変制御できる各パラメータの一例として、直流電源４７の直流電圧Ｖ_ｒｅｆ’と交流電源４１の周波数ｆ’の設定値を算出する。

ステップ（以下、Ｓとする）１０１でＣＰＵ３１は、予め記憶部３２に格納された所定の設定値を読み出し、トナー残量検出部４０の各パラメータを読み出した所定の設定値に設定して、出力電圧Ｖ_ｓｎｓを測定する。ここで、ＣＰＵ３１が測定した出力電圧Ｖ_ｓｎｓは、トナー検出部２５にトナーが充填された状態、即ち、トナー検出部２５にトナーがある状態での出力電圧Ｖ_ｓｎｓである。Ｓ１０２でＣＰＵ３１は、Ｓ１０１で測定した出力電圧Ｖ_ｓｎｓに基づき、式（４）よりトナー検出部２５にトナー２８がある状態の静電容量Ｃ_Ｉを算出する。また、ＣＰＵ３１は、式（１）からトナー検出部２５にトナー２８がない状態の静電容量Ｃ_Ｏを算出する。Ｓ１０３でＣＰＵ３１は、Ｓ１０２で算出した静電容量Ｃ_Ｉ、Ｃ_Ｏと、予め記憶部３２に記憶された変更後の出力電圧Ｖ_Ａ’、Ｖ_Ｂ’から、式（７）より変更後の直流電圧Ｖ_ｒｅｆ’を算出する。ＣＰＵ３１は、式（８）より変更後の周波数ｆ’を算出する。Ｓ１０４でＣＰＵ３１は、Ｓ１０３で算出した変更後の直流電圧Ｖ_ｒｅｆ’と周波数ｆ’を、記憶部３２に格納する。

（トナーの残量検出）
図４（ｂ）により、トナー容器２０内のトナー２８の残量が少なくなった状態での、トナー残量検出処理を説明する。Ｓ２０１でＣＰＵ３１は、交流電源４１の周波数ｆと、直流電源４７の直流電圧Ｖ_ｒｅｆを、図４（ａ）のＳ１０４で記憶部３２に格納した変更後の直流電圧Ｖ_ｒｅｆ’と周波数ｆ’に変更する。Ｓ２０２でＣＰＵ３１は、撹拌部材２１を回転させる。Ｓ２０３でＣＰＵ３１は、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの測定を開始する。例えば、ＣＰＵ３１は、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの波形のエッジを検知したときに、タイマーによる計測を開始する。Ｓ２０４でＣＰＵ３１は、Ｓ２０３で得られた出力電圧Ｖ_ｓｎｓの波形から、ＣＰＵ３１内のタイマーを参照することにより、トナー検出部２５にトナーがある状態の時間Ｔ_Ｉ、トナー検出部２５にトナーがない状態のＴ_Ｏを測定する。ＣＰＵ３１は、デューティ比（Ｔ_Ｉ／（Ｔ_Ｏ＋Ｔ_Ｉ））を算出する。Ｓ２０５でＣＰＵ３１は、Ｓ２０４で算出したデューティ比（Ｔ_Ｉ／（Ｔ_Ｏ＋Ｔ_Ｉ））と、予め記憶部３２に格納されたテーブル（例えば、表１のテーブル）に基づいて、トナー２８の残量を検出する。Ｓ２０６でＣＰＵ３１は、Ｓ２０５で検出したトナー２８の残量を、表示部５０に表示させて報知する。

以上のように、トナー残量検出部４０における可変制御できる各パラメータの設定値を適切に変更することにより、トナー容器２０内におけるトナー２８の残量が多い時点に比べて出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲を広げることが可能である。その結果、トナー２８の残量検出に対する分解能を向上させることができる。

尚、本実施例では交流電圧の周波数ｆ、直流電圧Ｖ_ｒｅｆを変更する場合の方法について説明した。しかし、変更するパラメータの組み合わせは、例えば、交流電源４１の振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電源４７の直流電圧Ｖ_ｒｅｆでもよい。この場合、式（７）で求めた変更後の直流電圧Ｖ_ｒｅｆ’を式（６）のＶ_ｒｅｆに置き換えて、振幅電圧Ｖ_ＰＰについて式（６）を整理する。これにより、変更後の振幅電圧Ｖ_ＰＰ’が以下の式（９）のように求められる。
Ｖ_ＰＰ’＝｛（Ｖ_ｒｅｆ’−Ｖ_Ｂ’）／ＲｆＣ_Ｉ｝＋Ｖ_ｒｅｆ’＋２Ｖ_Ｆ・・・（９）
よって、振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆの設定値を、式（７）及び式（９）で求めた変更後の直流電圧Ｖ_ｒｅｆ’と振幅電圧Ｖ_ＰＰ’に変更することにより、図３（ｂ）の、Ａ’点、Ｂ’点を通る特性に変更することができる。このように、変更するパラメータは、交流電源４１の振幅電圧Ｖ_ｐｐ、交流電源４１の周波数ｆ、直流電圧Ｖ_ｒｅｆの中から選択された２つのパラメータである。

以上、本実施例によれば、より精度よくトナー残量を検出することができる。

実施例２では、実施例１の図４（ａ）に示した設定値算出処理の別の方法について説明する。トナー残量検出部４０を搭載した本体１の構成、及び、トナー２８の残量検出における基本動作については実施例１と同様のため、説明を省略する。また、図４（ｂ）に示したトナー残量検出処理については同様であるため、説明を省略する。実施例２では、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲をＣＰＵ３１でモニタしながら、トナー残量検出部４０の可変制御できる各パラメータを段階的に調整して、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲を広げる方法について述べる。ここで、本実施例では、トナー残量検出部４０の可変制御できるパラメータとして、交流電源４１の振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆの設定値を段階的に調整する。

［振幅電圧と周波数］
まず、振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆの調整における前提条件について説明する。図５は、出願人らが実験で測定した出力電圧Ｖ_ｓｎｓに対する、ＣＰＵ３１が振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆを変更したときの検出範囲の特性の一例を示している。図５は、横軸に振幅電圧Ｖ_ｐｐ［Ｖ］、縦軸に検出範囲［Ｖ］を示す。尚、振幅電圧Ｖ_ｐｐの初期値を１４０Ｖとする。また、図５では、実線が周波数ｆを８０ｋＨｚとした場合、ピッチの長い一点鎖線が周波数ｆを７０ｋＨｚとした場合、二点鎖線が周波数ｆを６０ｋＨｚとした場合の特性を示す。更に、図５では、一点鎖線が周波数ｆを５０ｋＨｚとした場合、破線が周波数ｆを４０ｋＨｚとした場合、点線が周波数ｆを３０ｋＨｚとした場合の特性を示す。尚、周波数ｆの初期値を５０ｋＨｚとする。また、図５中の黒点は、初期値の振幅電圧Ｖ_ｐｐ（＝１４０Ｖ）と周波数ｆ（＝５０ｋＨｚ）を示し、このときの検出範囲はΔＶ_１となっている。

ＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ＰＰを１２０［Ｖ］〜２００［Ｖ］の範囲内でトナー２８の撹拌毎に、即ち、撹拌部材２１を所定回数、回転させる毎に、２０［Ｖ］ずつ変化させることができるものとする。例えば、ＣＰＵ３１は、撹拌部材２１を１回回転させる毎に、振幅電圧Ｖｐｐを２０［Ｖ］ずつ変化させる。尚、撹拌部材２１を回転させる回数は１回に限定されず、撹拌部材２１の回転周期に応じて、パラメータの値を変更する構成であればよい。また、ＣＰＵ３１は、周波数ｆを３０［ｋＨｚ］〜８０［ｋＨｚ］の範囲内でトナー２８の撹拌毎に１０［ｋＨｚ］ずつ変化させることができるものとする。ＣＰＵ３１は、記憶部３２に格納された振幅電圧Ｖ_ＰＰの初期値１４０［Ｖ］、周波数ｆの初期値５０［ｋＨｚ］、をそれぞれ設定し、また、直流電圧Ｖ_ｒｅｆを３［Ｖ］に設定して、トナー残量検出部４０の調整を開始するものとする。ＣＰＵ３１は、パラメータの値を順次変更してトナー残量検出部４０に設定したときの複数の検出範囲を求め、求めた複数の検出範囲の中で最も大きい検出範囲となったときのパラメータの値をトナー残量検出部４０に設定する。

尚、本実施例において、図４（ａ）の設定値算出処理の工程を実施するタイミングは、トナー容器２０内のトナー量が減った状態から行う。また、図３（ｅ）のタイミングＴ_１１からタイミングＴ_１５の間において撹拌部材２１を回転させてトナー２８を撹拌させるタイミングであれば、特に制限されるものではない。ただし、図４（ｂ）のトナー残量検出処理の工程は、図４（ａ）の設定値算出処理の工程を行った後に行うものとする。本実施例の処理は、プロセスカートリッジ６が交換されたとしても、常にトナー容器２０内のトナー量が減った状態までプリント動作を行ってから、図４（ａ）の設定値算出処理の工程を実施する。

［パラメータの設定値の算出］
次にＣＰＵ３１が行う調整方法に関して説明する。図６（ａ）は本実施例における出力電圧Ｖ_ｓｎｓと静電容量Ｃの関係を示しており、横軸に静電容量Ｃ［ｐＦ］、縦軸に出力電圧Ｖ_ｓｎｓ［Ｖ］を示す。また、図６（ａ）では、８０１は振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆを調整する前の出力電圧Ｖ_ｓｎｓを、８０２は振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆを調整した後の出力電圧Ｖ_ｓｎｓを、それぞれ示している。調整前の８０１における静電容量Ｃ_Ｏに対応した出力電圧Ｖ_ｓｎｓをＶ_Ｏ、静電容量Ｃ_Ｉに対応した出力電圧Ｖ_ｓｎｓをＶ_Ｉとして、検出範囲をΔＶ_１とする。

ＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆを調整する前の工程として、記憶部３２に格納された所定の振幅電圧Ｖ_ＰＰと所定の周波数ｆを設定する。そしてＣＰＵ３１は、トナー２８を撹拌する際に、ＣＰＵ３１のアナログデジタル変換ポート（不図示）に入力される出力電圧Ｖ_ｓｎｓの変化をモニタする。ＣＰＵ３１は、撹拌部材２１の撹拌周期内で電圧レベルが最も高いときの出力電圧Ｖ_ｓｎｓ、電圧レベルが最も低いときの出力電圧Ｖ_ｓｎｓを測定し、最も高いときの出力電圧をＶ_Ｏ、最も低いときの出力電圧をＶ_Ｉとする。Ｖ_Ｏ、Ｖ_Ｉに基づいて、ΔＶ_１を式（１０）により求める。
ΔＶ_１＝Ｖ_Ｏ‐Ｖ_Ｉ・・・（１０）

次に、振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆを調整する工程について説明する。ＣＰＵ３１は、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲が式（１０）で求めたΔＶ_１の状態から、検出範囲が最大となるΔＶ_２となるように、振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆを調整する。以下に、一例としてトナー２８の撹拌毎に振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆを可変制御することによる出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲を広げる方法について説明する。

［検出範囲の変化］
図６（ｂ）は本実施例の振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆの調整における検出範囲の変化を時間軸で示した図であり、横軸は時間Ｔ［ｓ］、縦軸は検出範囲［Ｖ］を示す。図６（ｂ）のｔ_１は振幅電圧Ｖ_ｐｐと周波数ｆの調整を開始した時間を示す。ｔ_１では、振幅電圧Ｖ_ｐｐは１４０Ｖ、周波数ｆは５０ｋＨｚと、いずれも図５で初期値とした値にする。図６（ｂ）のｔ_２は振幅電圧Ｖ_ＰＰが調整範囲の上限値２００［Ｖ］に、ｔ_４は検出範囲が調整範囲の最大（ΔＶ_２）に到達した時間を示す。図６（ｂ）のｔ_５は振幅電圧Ｖ_ｐｐと周波数ｆの調整が終了した時間を示している。尚、振幅電圧Ｖ_ＰＰ及び周波数ｆの設定は、撹拌部材２１の撹拌周期の間隔で変更している。以降、パラメータを設定する際の時間の間隔（本実施例では攪拌周期）を調整幅ともいう。また、ｔ_１における静電容量に対する出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係が図６（ａ）の８０１に対応しており、ｔ_４における静電容量に対する出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係が図６（ａ）の８０２に対応している。したがって、ｔ_１における出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲はΔＶ_１、ｔ_４における出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲はΔＶ_２となる。

ＣＰＵ３１は、ｔ_１〜ｔ_３までの間においては振幅電圧Ｖ_ＰＰを２０［Ｖ］ずつ大きくする。ＣＰＵ３１は、ｔ_３で振幅電圧Ｖ_ＰＰが調整範囲の上限値２００［Ｖ］に到達したことを検出したら、ｔ_３〜ｔ_５の間で振幅電圧Ｖ_ＰＰを上限値２００［Ｖ］に固定して、周波数ｆを１０［ｋＨｚ］ずつ高くする。ＣＰＵ３１は、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲が、前回の検出範囲から増加幅が所定範囲を下回るｔ_５のタイミングで調整を終了する。例えば、図５に示す例では、振幅電圧Ｖ_ｐｐが２００Ｖのとき、最大の検出範囲ΔＶ_２となるのは、周波数が７０ｋＨｚのときであり、周波数ｆを１０ｋＨｚ高くした８０ｋＨｚでは、検出範囲がΔＶ_２よりも下がってしまう。このため、ＣＰＵ３１は、周波数ｆを８０ｋＨｚにしたタイミングで調整を終了する。

このようにして、ＣＰＵ３１は、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲が最大（ΔＶ_２）となるときに設定された振幅電圧Ｖ_ＰＰ＝２００［Ｖ］とｆ＝７０［ｋＨｚ］を、トナー２８の残量を検出する際の設定値として採用し、記憶部３２に保存する。撹拌部材２１がトナー２８を攪拌することにより、トナー検出部２５をトナー２８で満たす状態と満たさない状態とが周期的に繰り返される。ＣＰＵ３１は、トナー２８がトナー検出部２５を満たしているときにトナー残量検出部４０から出力された電圧Ｖ_Ｉと、トナー検出部２５を満たしていないときにトナー残量検出部４０から出力された電圧Ｖ_Ｏとから検出範囲を求める。尚、本実施例では振幅電圧Ｖ_ＰＰを調整した後に周波数ｆを調整したが、調整の順序は逆、又は交互に行ってもよい。また、振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆは固定の調整幅で調整を行ったが、調整幅を可変してもよく、その調整幅も実施例の調整幅に限定する必要はない。

［パラメータの設定値算出処理］
次に図７のフローチャートを用いて、本実施例のＣＰＵ３１によるトナー残量検出部４０の振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆの設定値を求めるまでの流れを説明する。Ｓ３０１でＣＰＵ３１は、所定の設定値で出力電圧Ｖ_ｓｎｓを測定し、この時点での検出範囲を算出する。具体的には、ＣＰＵ３１は、トナー残量検出部４０の各パラメータに予め記憶部３２に格納された所定の設定値を設定する。本実施例では、パラメータとして、振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆと直流電圧Ｖ_ｒｅｆの各値を記憶部３２から読み出して、読み出した値を設定値とする。ここで、振幅電圧Ｖ_ＰＰを１４０［Ｖ］、周波数ｆを５０［ｋＨｚ］、直流電圧Ｖ_ｒｅｆを３［Ｖ］とする。ＣＰＵ３１は、これらの値を設定して、撹拌部材２１を動作させ、トナー検出部２５にトナー２８がある状態のときの出力電圧Ｖ_ｓｎｓと、トナー検出部２５にトナー２８がない状態のときの出力電圧Ｖ_ｓｎｓを検出し、検出範囲を算出する。

Ｓ３０２でＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ＰＰを２０［Ｖ］大きくして、Ｓ３０３で、トナー検出部２５にトナー２８がある状態のときの出力電圧Ｖ_ｓｎｓと、トナー検出部２５にトナー２８がない状態のときの出力電圧Ｖ_ｓｎｓから検出範囲を算出する。Ｓ３０４でＣＰＵ３１は、Ｓ３０３で算出した検出範囲に基づいて、Ｓ３０２における振幅電圧Ｖ_ＰＰの変更前後に対する出力電圧Ｖ_ｓｎｓから、検出範囲が変更前（前回）の検出範囲の増加幅よりも所定の増加幅以上高くなったか否かを判断する。Ｓ３０４でＣＰＵ３１は、出力電圧Ｖ_ｓｎｓに対する検出範囲の増加幅が所定の増加幅より下回ったと判断した場合には、Ｓ３１０の処理に進む。Ｓ３１０でＣＰＵ３１は、変更する前の振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆを記憶部３２に格納して調整を終了する。

Ｓ３０４でＣＰＵ３１は、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲の増加幅が所定の増加幅以上であると判断した場合には、Ｓ３０５の処理に進む。Ｓ３０５でＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ＰＰが調整範囲の上限値である２００［Ｖ］に到達したか否かを判断する。Ｓ３０５でＣＰＵ３１は、上限値２００［Ｖ］に到達していないと判断した場合、Ｓ３０２の処理に戻る。Ｓ３０５でＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ＰＰが調整範囲の上限値２００［Ｖ］に到達したと判断した場合、Ｓ３０６の処理に進む。

Ｓ３０６でＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ＰＰを２００［Ｖ］に固定し、周波数ｆを１０［ｋＨｚ］高くする。Ｓ３０７でＣＰＵ３１は、トナー検出部２５にトナー２８がある状態のときの出力電圧Ｖ_ｓｎｓと、トナー検出部２５にトナー２８がない状態のときの出力電圧Ｖ_ｓｎｓを検出して、検出範囲を算出する。Ｓ３０８でＣＰＵ３１は、Ｓ３０７で算出した検出範囲に基づいて、Ｓ３０６における周波数ｆの変更前後に対する出力電圧Ｖ_ｓｎｓから、検出範囲が変更前（前回）の検出範囲の増加幅よりも所定の増加幅以上高くなったか否かを判断する。Ｓ３０８でＣＰＵ３１は、出力電圧Ｖ_ｓｎｓに対する検出範囲の増加幅が所定の増加幅より下回ったと判断した場合には、Ｓ３１０の処理に進む。Ｓ３１０でＣＰＵ３１は、変更する前の振幅電圧Ｖ_ＰＰ（この場合、２００Ｖ）と周波数ｆを記憶部３２に格納して調整を終了する。

Ｓ３０８でＣＰＵ３１は、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲の増加幅が所定の増加幅以上であると判断した場合には、Ｓ３０９の処理に進む。Ｓ３０９でＣＰＵ３１は、周波数ｆが調整範囲の上限値８０［ｋＨｚ］に到達したか否かを判断する。Ｓ３０９でＣＰＵ３１は、上限値８０［ｋＨｚ］に到達していないと判断した場合、Ｓ３０６の処理に戻る。Ｓ３０９でＣＰＵ３１は、周波数ｆが調整範囲の上限値８０［ｋＨｚ］に到達したと判断した場合、Ｓ３１０の処理に進む。Ｓ３１０でＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ｐｐ（この場合、２００Ｖ）と変更した後の周波数ｆ（この場合、８０ｋＨｚ）を記憶部３２に格納して調整を終了する。

以上のように、トナー残量検出部４０における可変制御できる各パラメータの設定値を適切に変更することにより、検出範囲を広くすることが可能である。また、本実施例の方法であれば、トナー残量検出部４０内の部品の定数ばらつきやトナー検出部２５がもつ抵抗成分による影響に対しても補正し、検出範囲を広くすることが可能である。ここで、トナー残量検出部４０の部品とは、例えば、ダイオード４２、４３と抵抗４４等である。そのため、トナー残量検出部４０の可変制御できるパラメータを高精度に設定することができる。

以上、本実施例によれば、より精度よくトナー残量を検出することができる。

実施例３でも実施例１の図４（ａ）に示した設定値算出処理の別の方法について説明する。本実施例においても、トナー残量検出部４０を搭載した本体１の構成、及び、トナー２８の残量検出における基本動作については実施例１と同様のため、内容を省略する。また、図４（ｂ）に示したトナー残量検出処理については同様であるため、説明を省略する。本実施例では、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲を、ＣＰＵ３１がモニタしながらトナー残量検出部４０の可変制御できる各パラメータを段階的に調整して、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲を広げる方法について述べる。尚、本実施例では、トナー残量検出部４０の可変制御できるパラメータとして、交流電源４１の振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電源４７の直流電圧Ｖ_ｒｅｆを段階的に調整する。

実施例２で述べた通り、振幅電圧Ｖ_ＰＰを大きくすると、検出範囲は広くなる。本実施例では、直流電圧Ｖ_ｒｅｆを大きくして、静電容量の検出範囲を高い側にシフトさせ、且つ、振幅電圧Ｖ_ＰＰを大きくする。これにより、Ｃ_Ｏ、Ｃ_Ｉについて静電容量が高めに位置する場合でも、検出範囲を広くすることができる。例えば、２枚の導電部材の位置ばらつきや使用環境等により、トナー検出部２５が形成する静電容量がばらつく場合、図６（ａ）の８０１のように出力電圧Ｖ_ｓｎｓに対する静電容量の範囲を広くする必要がある。トナーがない状態のトナー検出部２５の静電容量がＣ_Ｏ’、トナーがある状態のトナー検出部２５の静電容量がＣ_Ｉ’であった場合、８０１の直線では、検出範囲はΔＶ_３となる。実施例２で説明した通り、振幅電圧Ｖ_ＰＰ又は周波数ｆを大きくすると、直線の傾きは急峻な傾きに近づく。本実施例では、この特性を静電容量Ｃ_Ｏ、Ｃ_Ｉが検出範囲内で高い側に位置する場合においても適用するために、振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆを適切に変更することにより、検出範囲を広くすることが可能となることを説明する。

［振幅電圧と直流電圧］
まず、振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆの調整における前提条件について説明する。図８は、出願人らが実験で測定した出力電圧Ｖ_ｓｎｓに対する、ＣＰＵ３１が振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆを変えたときの検出範囲の特性例を示している。図８は、横軸に振幅電圧Ｖ_ｐｐ［Ｖ］、縦軸に検出範囲［Ｖ］を示す。尚、振幅電圧Ｖ_ｐｐの初期値を１４０Ｖ、周波数ｆの初期値を５０［ｋＨｚ］とする。また、図８では、実線が直流電圧Ｖ_ｒｅｆを３［Ｖ］とした場合、点線が直流電圧Ｖ_ｒｅｆを４［Ｖ］とした場合の特性を示している。尚、直流電圧Ｖｒｅｆが３［Ｖ］のときを初期値とする。ＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ＰＰを１００Ｖ〜２００Ｖの範囲内でトナー２８の撹拌毎に１０Ｖずつ変化させることができ、直流電圧Ｖ_ｒｅｆは３［Ｖ］と４［Ｖ］の２段階で切り替えられるものとする。尚、図４（ａ）の設定値算出処理の工程を実施するタイミングを含むその他の条件は、実施例２と同様なため、説明を省略する。

［パラメータの設定値の算出］
次にＣＰＵ３１が行う調整方法に関して説明する。図９（ａ）は本実施例における出力電圧Ｖ_ｓｎｓと静電容量Ｃの関係を示しており、横軸に静電容量Ｃ［ｐＦ］、縦軸に出力電圧Ｖ_ｓｎｓ［Ｖ］を示す。また、図９（ａ）では、８０１は振幅電圧Ｖ_ＰＰ、直流電圧Ｖ_ｒｅｆを含むパラメータに対して、記憶部３２に格納された所定の値を設定したときの調整前の出力電圧Ｖ_ｓｎｓを示している。ここで、記憶部３２に格納された所定の値は、振幅電圧Ｖ_ＰＰは１４０［Ｖ］、周波数ｆは５０［ｋＨｚ］、直流電圧Ｖ_ｒｅｆは３［Ｖ］である。

８０１において静電容量Ｃ_Ｏ’に対応した出力電圧Ｖ_ｓｎｓをＶ_Ｏ’、静電容量Ｃ_Ｉ’に対応した出力電圧Ｖ_ｓｎｓをＶ_Ｉ’とする。また、検出範囲をΔＶ_３としたとき、ＣＰＵ３１はΔＶ_３を式（１１）により求める。Ｖ_Ｏ’、Ｖ_Ｉ’の測定方法は実施例２のＶ_Ｏ、Ｖ_Ｉと同様のため説明を省略する。
ΔＶ_３＝Ｖ_Ｏ’−Ｖ_Ｉ’・・・（１１）

図９（ａ）の１１０４、１１０５は、８０１の状態から振幅電圧Ｖ_ＰＰ又は直流電圧Ｖ_ｒｅｆを変更したときの、静電容量に対する出力電圧Ｖ_ｓｎｓを示している。ＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆを変えて、８０１、１１０４、１１０５、の順番になるように静電容量に対する出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係を変えていく。まず、振幅電圧Ｖ_ｐｐが初期値１４０［Ｖ］である８０１の状態から、振幅電圧Ｖ_ＰＰを１０［Ｖ］大きくすると、検出範囲はΔＶ_３よりも小さくなる。即ち、図８に示すように、直流電圧Ｖ_ｒｅｆが３［Ｖ］のとき、振幅電圧Ｖ_ｐｐを１４０［Ｖ］から１５０［Ｖ］に変更すると検出範囲がΔＶ_３よりも下がる。このため、ＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ＰＰを変更する前の１４０［Ｖ］に戻して、直流電圧Ｖ_ｒｅｆを３［Ｖ］から４［Ｖ］に設定する。このときの静電容量に対する出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係は、１１０４の状態のようになり、１１０４は８０１に対して全体として右側に平行移動する。１１０４の状態では、直線の傾きは変わらないため、静電容量Ｃ_ｏ’、Ｃ_Ｉ’に対する検出範囲はΔＶ_３となる。その後、１１０４の状態から、振幅電圧Ｖ_ＰＰを１０［Ｖ］ずつ大きくしていくと、直流電圧Ｖ_ｒｅｆが４［Ｖ］で検出範囲が最大（ΔＶ_４）となる。このときの静電容量に対する出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係は１１０５となる。このように、ＣＰＵ３１は、検出範囲が初期値ΔＶ_３から最大値ΔＶ_４になるように、振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆを段階的に調整する。このように、本実施例では、トナー検出部２５の静電容量が高い側へシフトしている場合でも、検出範囲を広くすることができる。次はＣＰＵ３１が行う調整方法を時間軸で説明する。

［検出範囲の変化］
図９（ｂ）は本実施例の振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆの調整における検出範囲の変化を時間軸で示した図であり、横軸は時間Ｔ［ｓ］、縦軸は検出範囲［Ｖ］を示す。図９（ｂ）のｔ_１’は振幅電圧Ｖ_ｐｐと直流電圧Ｖ_ｒｅｆの調整を開始した時間を示す。ｔ_１’における静電容量に対する出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係は、図９（ａ）の８０１に対応し、検出範囲はΔＶ_３となる。ｔ_２’は振幅電圧Ｖ_ＰＰを１４０［Ｖ］から１０［Ｖ］高くした時間である。ｔ_２’で振幅電圧Ｖ_ｐｐを１０［Ｖ］高くすると検出範囲がΔＶ_３よりも小さくなる。ｔ_３’は振幅電圧Ｖ_ＰＰを１４０［Ｖ］に戻して、直流電圧Ｖ_ｒｅｆを３［Ｖ］から４［Ｖ］に設定した時間を示し、ｔ_３’における静電容量に対する出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係は図９（ａ）の１１０４に対応し、検出範囲はΔＶ_３となる。ｔ_４’は振幅電圧Ｖ_ＰＰを１４０［Ｖ］から１０［Ｖ］ずつ高くしていき、直流電圧Ｖ_ｒｅｆが４［Ｖ］のときの検出範囲が最大（ΔＶ_４）に到達した時間を示している。ｔ_４’における静電容量に対する出力電圧Ｖ_ｓｎｓの関係は図９（ａ）の１１０５に対応し、検出範囲はΔＶ_４となる。

ｔ_５’は検出範囲がΔＶ_４の状態から更に振幅電圧Ｖ_ＰＰを１０［Ｖ］高くして、検出範囲がΔＶ_４より小さくなったときの時間を示している。このように撹拌周期の間隔で振幅電圧Ｖ_ＰＰ又は直流電圧Ｖ_ｒｅｆを変更しており、ＣＰＵ３１は、前回の検出範囲からの増加幅が所定の増加幅を下回るｔ_５’のタイミングで調整を終了する。例えば、図８に示す例では、直流電圧Ｖ_ｒｅｆが４Ｖのとき、最大の検出範囲ΔＶ_４となるのは、振幅電圧Ｖ_ｐｐが１７０Ｖのときであり、振幅電圧Ｖ_ｐｐを１０Ｖ高くすると、検出範囲がΔＶ_４よりも下がってしまう。このため、ＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ｐｐを１８０Ｖにしたタイミングで調整を終了する。以上のことから、検出範囲がΔＶ_４となるときに設定した振幅電圧Ｖ_ＰＰ＝１７０［Ｖ］と直流電圧Ｖ_ｒｅｆ＝４［Ｖ］を、トナー２８の残量を検出する際の設定値として採用する。

本実施例では直流電圧Ｖ_ｒｅｆを２段階で調整できるようにしたが、２段階以上の調整でもよいし、ＣＰＵ３１のＰＷＭ出力用ポート（不図示）から出力されるＰＷＭ出力で調整しても構わない。また、本実施例における出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲は、振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆの組み合わせにおける調整に関して記述したが、図５に示した特性から明らかなように、周波数ｆと直流電圧Ｖ_ｒｅｆでもよい。周波数ｆと直流電圧Ｖ_ｒｅｆの組み合わせとした場合でも、本実施例の方法を用いれば、検出範囲を広くする調整が可能である。周波数ｆを所定のステップ間隔で変更し、検出範囲が前回の結果よりも低くなった時点で直流電圧Ｖ_ｒｅｆを変更して、再度、周波数ｆを調整することにより、出力電圧Ｖ_ｓｎｓの検出範囲を広くすることができる。

また、実施例２、実施例３では振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆ、振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆという様に、２つのパラメータを用いて検出範囲の調整を行っている。しかし、用いるパラメータは２つに限らず３つ以上の組み合わせとしてもよい。例えば、振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆと直流電圧Ｖ_ｒｅｆを変更する場合、振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆを所定のステップ間隔で変更し、検出範囲が前回の結果よりも低くなった時点で直流電圧Ｖ_ｒｅｆを変更して、再度、振幅電圧Ｖ_ＰＰと周波数ｆを調整する。これにより、より広い調整範囲で検出範囲を広くすることができる。尚、振幅電圧Ｖ_ＰＰは固定の調整幅で調整を行ったが、可変してもよく、その調整幅も実施例の調整幅に限定する必要はない。周波数ｆに関しても同様である。

［パラメータの設定値算出処理］
次に図１０のフローチャートを用いてＣＰＵ３１によるトナー残量検出部４０の振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆの設定値を求めるまでの流れを説明する。尚、図７で説明した処理と同じ処理には同一符号を付けて説明を省略する。ただし、Ｓ３０５の処理で否となった場合、後述するＳ４０１の処理に戻る。本実施例の処理では、図７のＳ３０１、Ｓ３０３〜Ｓ３０５の処理と基本的には同様の処理を行う。図７のフローチャートと異なっているのは、振幅電圧Ｖ_ＰＰを１０［Ｖ］ずつ変化させる点（Ｓ４０１）と、直流電圧Ｖ_ｒｅｆを３［Ｖ］から４［Ｖ］に変更する点（Ｓ４０４）である。

Ｓ４０１でＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ＰＰを１０［Ｖ］大きくする。Ｓ３０４でＣＰＵ３１は、検出範囲が振幅電圧Ｖ_ＰＰを変更する前より所定の増加幅を下回ったと判断した場合、Ｓ４０３の処理に進む。Ｓ４０３でＣＰＵ３１は、直流電圧Ｖ_ｒｅｆが４［Ｖ］であるか否かを判断し、４［Ｖ］であると判断した場合は、Ｓ３１０で振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆを記憶部３２に格納して調整を終了する。Ｓ４０３でＣＰＵ３１は、直流電圧Ｖ_ｒｅｆが４［Ｖ］でないと判断した場合、Ｓ４０４で直流電圧Ｖ_ｒｅｆを４［Ｖ］に変更する。Ｓ４０５でＣＰＵ３１は、振幅電圧Ｖ_ＰＰを１０［Ｖ］大きくし、Ｓ３０３の処理に戻る。

以上、本実施例で説明したトナー残量検出部４０における振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆの調整によれば、検出範囲を広くするための振幅電圧Ｖ_ＰＰと直流電圧Ｖ_ｒｅｆを求めることが可能である。尚、本実施例の方法であれば、トナー残量検出部４０内の部品（ダイオード４２、４３と抵抗４４）の定数ばらつきやトナー検出部２５がもつ抵抗成分による影響も含めて検出範囲を広くすることが可能であるため、調整の精度を向上させることができる。

以上、本実施例によれば、より精度よくトナー残量を検出することができる。

２５ トナー検出部
３１ ＣＰＵ
４０ トナー残量検出部

Claims (13)

1. 容器に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材と、
   前記容器に配置されており、対向する２つの導電部材を有し、前記撹拌部材により現像剤が撹拌されて該現像剤が移動されると前記２つの導電部材の間に現像剤が充填された状態又は現像剤が充填されていない状態となる、前記容器内の現像剤の量を検知するための検出部と、
   前記検出部に交流電圧を印加する交流電源と、前記検出部の静電容量に応じた電流を基準電圧に応じて電圧に変換する変換部と、を有し、前記２つの導電部材の静電容量に応じた電圧を出力する出力手段と、
   前記出力手段により出力された電圧波形に基づき、前記容器内の現像剤の量を判断する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記出力手段の出力特性を決定している複数のパラメータである前記交流電源の振幅電圧、前記交流電源の周波数、及び前記基準電圧の中から選択された少なくとも２つのパラメータの値を変更し、前記出力手段から出力される電圧の検出範囲を、前記２つのパラメータの値を変更する前の検出範囲よりも広くすることを特徴とする現像剤量検出装置。
2. 前記制御手段は、前記現像剤が、前記２つの導電部材を充填しているときに前記出力手段から出力された電圧と、前記２つの導電部材を充填していないときに前記出力手段から出力された電圧とに基づいて、前記検出範囲を求めることを特徴とする請求項１に記載の現像剤量検出装置。
3. 容器に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材と、
   前記容器に配置されており、対向する２つの導電部材を有し、前記撹拌部材により現像剤が撹拌されて該現像剤が移動されると前記２つの導電部材の間に現像剤が充填された状態又は現像剤が充填されていない状態となる、前記容器内の現像剤の量を検知するための検出部と、
   前記検出部に交流電圧を印加する交流電源と、前記検出部の静電容量に応じた電流を基準電圧に応じて電圧に変換する変換部と、を有し、前記２つの導電部材の静電容量に応じた電圧を出力する出力手段と、
   前記出力手段により出力された電圧波形に基づき、前記容器内の現像剤の量を判断する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記２つの導電部材の間に現像剤が充填された状態で前記出力手段から出力された電圧と、前記２つの導電部材の間に現像剤が充填されていない状態で前記出力手段から出力された電圧とに基づいて、前記出力手段の出力特性を決定している複数のパラメータである前記交流電源の振幅電圧、前記交流電源の周波数、及び前記基準電圧の中から選択された少なくとも２つのパラメータの値を変更し、前記出力手段から出力される電圧の検出範囲を、前記２つのパラメータの値を変更する前の検出範囲よりも広くすることを特徴とする現像剤量検出装置。
4. 容器に収容された現像剤を撹拌する撹拌部材と、
   前記容器に配置されており、対向する２つの導電部材を有し、前記撹拌部材により現像剤が撹拌されて該現像剤が移動されると前記２つの導電部材の間に現像剤が充填された状態又は現像剤が充填されていない状態となる、前記容器内の現像剤の量を検知するための検出部と、
   前記検出部に交流電圧を印加する交流電源と、前記検出部の静電容量に応じた電流を基準電圧に応じて電圧に変換する変換部と、を有し、前記２つの導電部材の静電容量に応じた電圧を出力する出力手段と、
   前記２つの導電部材の間に現像剤が充填された状態で前記出力手段から第１の電圧が出力されている第１の時間と、前記２つの導電部材の間に現像剤が充填されていない状態で前記出力手段から第２の電圧が出力されている第２の時間とに基づき、前記容器内の現像剤の量を判断する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記出力手段の出力特性を決定している複数のパラメータである前記交流電源の振幅電圧、前記交流電源の周波数、及び前記基準電圧の中から選択された少なくとも２つのパラメータの値を変更し、前記第２の電圧と前記第１の電圧との差である検出範囲を、前記２つのパラメータの値を変更する前の検出範囲よりも広くすることを特徴とする現像剤量検出装置。
5. 前記制御手段は、前記現像剤が、前記２つの導電部材を充填しているときに前記出力手段から出力された電圧と、前記２つの導電部材を充填していないときに前記出力手段から出力された電圧とに基づいて、前記検出範囲を求めることを特徴とする請求項４に記載の現像剤量検出装置。
6. 前記制御手段は、前記現像剤が、前記２つの導電部材を充填しているときに出力された電圧波形と前記２つの導電部材を充填していないときに出力された電圧波形とに基づいて、前記容器内の現像剤の量を判断することを特徴とする請求項２又は５に記載の現像剤量検出装置。
7. 前記制御手段は、前記２つの導電部材が前記現像剤で充填されているときに前記出力手段から出力された電圧に基づいて前記２つの導電部材の静電容量を求め、求めた静電容量に基づいて、前記検出範囲を所定の範囲とするときの前記パラメータの値を算出し、算出したパラメータの値を前記出力手段に設定することを特徴とする請求項６に記載の現像剤量検出装置。
8. 前記制御手段は、前記パラメータの値を順次変更して前記出力手段に設定したときの複数の前記検出範囲を求め、求めた複数の前記検出範囲の中で最も大きい検出範囲となったときのパラメータの値を前記出力手段に設定することを特徴とする請求項６に記載の現像剤量検出装置。
9. 前記制御手段は、前記撹拌部材の回転周期に応じて、前記パラメータの値を変更することを特徴とする請求項８に記載の現像剤量検出装置。
10. 前記制御手段は、前記検出範囲を広げた後で、前記容器内の現像剤の量を判断することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の現像剤量検出装置。
11. 前記検出部は、前記容器の側面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の現像剤量検出装置。
12. 前記変換部は、オペアンプと、前記オペアンプの反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗と、を有し、
    前記オペアンプは、前記基準電圧が非反転入力端子に入力され、前記抵抗に前記静電容量に応じた電流が流れた分、前記基準電圧から降下した電圧を出力することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の現像剤量検出装置。
13. 記録材に画像を形成する画像形成手段と、
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の現像剤量検出装置と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。

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