JP6688145B2 - 粉体検出装置及びトナー補給装置 - Google Patents

Description

この発明は、トナー等の粉体を検出する粉体検出装置及びこれを備えるトナー補給装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、静電潜像担持体上に形成された静電潜像に、現像槽からトナーを供給することで、静電潜像がトナー像に可視像化される。静電潜像をトナー像に可視像化する際にトナーが消費されるので、現像槽にトナーを補給する必要がある。現像装置の中には、現像槽の他に、トナー補給装置及びトナーカートリッジをさらに備えるものがある。現像槽は、静電潜像担持体へ供給するトナーを収容する。トナーカートリッジは、補給用のトナーを収容し、内部に収容するトナーが無くなると、トナーが充填された新たなトナーカートリッジと交換される。トナー補給装置は、現像槽に連結され、トナー補給装置にトナーカートリッジが着脱自在に装着される。トナー補給装置は、現像槽内のトナー濃度が一定に保たれるようにトナーを補給する。トナー補給装置は、トナーを貯留する粉体容器を有する。粉体容器には、貯留されるトナーの上面が所定高さを下回らないように、トナーカートリッジからトナーが供給される。このため、粉体容器には、粉体容器内の所定高さでトナーの有無を検出する粉体検出装置が設けられる。

従来の粉体検出装置は、圧電センサを備え、圧電センサの検出面に触れるものがあるとトナー有りと判定し、検出面に触れるものがないとトナー無しと判定していた（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−２１３６４号公報

しかし、画像形成装置のコストダウンの要望の高まりから、粉体検出装置も低コスト化する必要が生じている。このため、圧電センサに代えて、比較的安価な光学センサを用いることが考えられる。粉体検出装置に光学センサを用いる場合は、光学センサの受光面がトナーで汚れないように光学センサはセンサケースに収容され、センサケースの検出面を通してトナーが検出される。このため、検出面を摺擦する清掃部材を設け、検出面に固着するトナーを清掃することが考えられる。ところが、検出面を清掃部材で摺擦する構成において、清掃部材を検出面に接触した状態で停止させると、検出面と清掃部材との間に長時間にわたって挟まったトナーが、検出面と清掃部材との間に生じる圧力によって、検出面に固着することがある。検出面にトナーが固着してしまうと、トナー無しにもかかわらず、トナー有りと誤検出してしまう虞がある。

この発明の目的は、低コストで正確に粉体を検出できる粉体検出装置及びこれを備えるトナー補給装置を提供することにある。

この発明の粉体検出装置は、センサケース、光学センサ、清掃部材、駆動部、及び制御部を備える。センサケースは、粉体を収容する粉体容器の壁面に設けられる。センサケースは、粉体容器の内側へ向けて配置される透明性の検出面を有する。光学センサは、センサケース内に収容され、検出面を通して、設置された高さにおける粉体の有無を検出する。清掃部材は、検出面の外側の面を摺擦する。駆動部は、清掃部材を移動させる。制御部は、清掃部材を停止させる際は、検出面に接触しない領域で清掃部材を停止させるように駆動部を制御する。

この構成では、検出面と清掃部材との間に粉体が挟まった状態で清掃部材が停止することがないので、検出面と清掃部材との間に生じる圧力によって粉体が検出面に固着する事態を防止することができる。

上述の構成において、センサケースは、検出面に段差部を挟んで隣接する段差面であって検出面よりも清掃部材から遠い方に配置される段差面をさらに有し、清掃部材は、検出面を摺擦する可撓性部材及び可撓性部材を支持する支持部材を有し、検出面に対向する領域及び段差面に対向する領域を含む移動領域を移動するように構成されることが好ましい。

この構成では、可撓性部材は、検出面に対向する領域では湾曲状態となり、段差面に対向する領域では、検出面に接触せず湾曲しない開放状態又は検出面に対向する領域における湾曲状態よりも曲率半径が大きい即ち曲がり度合いが小さい小湾曲状態になる。検出面と段差面との間には段差部があるので、可撓性部材は、検出面に対向する領域から段差面に対向する領域へ移動する際に、湾曲状態から瞬間的に復元する。これによって、可撓性部材や支持部材に粉体の塊が付着していた場合に、可撓性部材や支持部材から粉体の塊を除去することができる。

また、可撓性部材は、清掃部材の停止中に、対向し得る面のいずれにも接触しないように構成されることが好ましい。この構成では、可撓性部材が長時間、湾曲状態にされることが防止されるので、可撓性部材の劣化防止、及び長寿命化を図ることができる。

さらに、制御部は、清掃部材の動作中に光学センサの出力値のサンプリングを一定間隔で行い、所定回数のサンプリングのうち、遮光状態であることを示す出力値のサンプリング回数が所定の閾値以上である場合に、粉体が粉体容器の前記高さまで収容されていると判定するように構成することができる。

この構成では、清掃部材は、光学センサの光路を横切るように検出面の外側の面を摺擦する。清掃部材が検出面の外側の面を摺擦することで、検出面の外側の面に粉体が固着している場合でも、粉体が検出面の外側の面から除去される。光学センサの光路の高さまで粉体があるか無いかに関わらず、光学センサの光路を清掃部材が横切る間は、光学センサは遮光状態であることを示す値を出力する。また、光学センサの光路の高さまで粉体がある場合、光学センサは、遮光状態であることを示す値を出力する。しかし、清掃部材が検出面を摺擦すると、検出面の周囲には粉体が一時的に無くなる。このため、光学センサの光路の高さまで粉体がある場合であっても、光学センサの光路を清掃部材が通り過ぎた後の極めて短時間は、光学センサは透過状態であることを示す値を出力する。一方、光学センサの光路の高さまで粉体が無い場合は、光学センサの光路を清掃部材が横切る間を除いて、光学センサは透過状態であることを示す値を出力する。このため、光学センサを用いた構成において、所定回数のサンプリングのうち、遮光状態であることを示す出力値のサンプリング回数が所定の閾値以上である場合に、粉体が粉体容器の所定高さまで収容されていると判定できる。

また、制御部は、清掃部材の移動中に光学センサの出力値のサンプリングを一定間隔で行い、清掃部材を停止させる際は、光学センサの光路が遮光される遮光期間から、光学センサの光路が透過される透過期間へ、変化したときから所定時間経過後に、清掃部材を停止させることが好ましい。

上述のように、光学センサの光路の高さまで粉体があるか無いかに関わらず、光学センサの光路を清掃部材が横切る間は、光学センサの光路は遮光される。また、光学センサの光路の高さまで粉体があるか無いかに関わらず、光学センサの光路を清掃部材が通り過ぎた後の短時間は、光学センサは透過状態であることを示す値を出力する。このため、遮光期間から透過期間へ変化したタイミングを、光学センサの光路を清掃部材が通過したタイミングであると判定できる。よって、遮光期間から透過期間へ変化したタイミングから所定時間経過後に清掃部材を停止させることで、清掃部材を検出面に対向しない領域に停止させることができる。これによって、検出面と清掃部材との間に挟まった粉体が、検出面と清掃部材との間に生じる圧力によって、検出面に固着する事態を防止することができる。

また、制御部は、遮光状態であることを示す出力値を複数回連続してサンプリングした後に、続けて、透過状態であることを示す出力値を複数回連続してサンプリングした場合に、遮光期間から透過期間へ変化したと判定するように構成されることが好ましい。この構成では、ノイズによる誤検出が防止される。

この発明のトナー補給装置は、上述の何れかの構成の粉体検出装置、及び粉体容器を備え、粉体はトナーである。また、粉体容器は、粉体容器に対して着脱自在なトナーカートリッジからトナーの供給を受け入れる受入口、及びトナーカートリッジから供給されたトナーを一時的に貯留した後にトナーの補給対象である現像槽へ向けて排出する排出口を有する。

この発明によれば、低コストで正確に粉体を検出することができる。

この発明の第１実施形態に係るトナー検出装置を備える画像形成装置の概略の構成を示す図である。 画像形成装置に備えられる現像装置に含まれるホッパであってトナー検出装置を有するホッパの正面断面図である。 ホッパの斜視図である。 ホッパの一部を拡大した斜視図である。 ホッパの平面図である。 ホッパの一部を拡大した平面図である。 ホッパの一部を拡大した正面断面図である。 トナー検出装置に備えられる清掃部材の動きを模式的に示す図である。 トナー有無判定の処理手順を示すフローチャートである。 トナーカートリッジからホッパへのトナー供給動作の処理手順を示すフローチャートである。 清掃部材の移動角度と清掃部材の状態との関係を示す図である。 立ち下がりエッジ検出の処理手順を示すフローチャートである。 光学センサの出力値と時間との関係を示す図である。 光学センサの出力値の複数のパターンを示す図である。

［第１実施形態］
この発明の粉体検出装置は、例えば電子写真方式の画像形成処理に用いられるトナーを検出するためのトナー検出装置として具現化される。この発明の第１実施形態に係るトナー検出装置は、画像形成装置１に適用される。

図１に示すように、画像形成装置１は、感光体ドラム２、帯電装置３、露光装置４、現像装置５、転写装置６、クリーニングユニット７、定着装置８、給紙トレイ９、排紙トレイ１０、及び制御部１１を備える。

感光体ドラム２は、静電潜像担持体の一例であり、周面に感光層を有し、一方向へ回転する。帯電装置３は、感光体ドラム２の周面を所定の電位に帯電させる。露光装置４は、感光体ドラム２の周面を露光することで静電潜像を形成する。現像装置５は、感光体ドラム２の周面にトナーを供給することで、静電潜像をトナー像に可視像化する。

給紙トレイ９は、感光体ドラム２と転写装置６とが対向する転写領域へ用紙を供給する。転写装置６は、感光体ドラム２の周面に形成されたトナー像を用紙へ転写する。クリーニングユニット７は、トナー像の転写後に感光体ドラム２の周面に残留したトナーを回収する。

トナー像を転写された用紙は、定着装置８へ搬送される。定着装置８は、用紙を加熱及び加圧することでトナーを溶融し、トナー像を用紙に固着させる。このようにして、用紙に画像が形成される。画像が形成された用紙は、排紙トレイ１０へ排出される。画像形成装置１の各部機器は、制御部１１によって統括的に制御される。

図２に示すように、現像装置５は、現像装置本体部２０、トナーカートリッジ３０、及びホッパ４０を備える。

現像装置本体部２０は、現像槽２１及び現像ローラ２２を備え、感光体ドラム２の周面に対向するように配置されている。現像槽２１には、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤が収容される。現像装置本体部２０は、現像槽２１に収容されたトナーを現像ローラ２２の周面に担持し、現像ローラ２２を回転させることで、トナーを感光体ドラム２の周面へ供給する。これによって、静電潜像がトナー像に可視像化される。静電潜像をトナー像に可視像化する際にトナーが消費されるので、現像槽２１にトナーを補給する必要がある。

トナーカートリッジ３０は、供給ローラ３１を有し、補給用のトナーを収容している。内部に収容するトナーが無くなったトナーカートリッジ３０は、トナーが充填された新たなトナーカートリッジ３０と交換される。ホッパ４０は、現像槽２１に連結され、ホッパ４０にトナーカートリッジ３０が着脱自在に装着される。即ち、ホッパ４０は、トナーカートリッジ３０と現像装置本体部２０との間に配置されている。トナーカートリッジ３０から排出されたトナーは、ホッパ４０に一時的に貯留され、ホッパ４０から現像槽２１へトナーが供給される。ホッパ４０は、補給対象である現像槽２１にトナーを補給するトナー補給装置である。

現像槽２１には、図示しないトナー濃度センサが備えられ、現像槽２１内のトナー濃度が検出される。一例として、トナー濃度センサは、透磁率センサである。トナー濃度の検出結果は、制御部１１へ出力される。

制御部１１は、現像槽２１内のトナー濃度が低くなると、現像槽２１内のトナー濃度が所定濃度に保たれるように、ホッパ４０の補給ローラ４１を回転させることで、ホッパ４０から現像槽２１へトナーを補給させる。また、制御部１１は、ホッパ４０のトナー収容量が低下すると、トナーカートリッジ３０の供給ローラ３１を回転させることで、トナーカートリッジ３０からホッパ４０へトナーを供給させる。このように、トナーカートリッジ３０から現像槽２１へ補給すべきトナーは、ホッパ４０に一時的に貯留され、ホッパ４０から現像槽２１へトナーが補給される。このため、トナーカートリッジ３０内に収容されるトナーが無くなっても、画像形成処理を続けながら、トナーカートリッジ３０を交換することができる。

このようなホッパ４０では、ホッパ４０に貯留されるトナーが所定量を下回らないように、トナーカートリッジ３０からホッパ４０にトナーを補給する必要がある。このため、ホッパ４０内の所定高さにおいて、トナーが有るか無いかが検出される。

ホッパ４０は、補給ローラ４１の他に、ホッパ容器４２、撹拌部材４３、及びトナー検出装置５０を備えている。ホッパ容器４２は、粉体容器の一例である。

ホッパ容器４２は、受入口４２１を有する上蓋４２３を上端部に備えている。また、ホッパ容器４２は、下端部に排出口４２２を備えている。トナーカートリッジ３０から供給されるトナーは、受入口４２１からホッパ容器４２内に受け入れられ、ホッパ容器４２内に一時的に貯留される。

撹拌部材４３は、ホッパ容器４２に軸支され、ホッパ容器４２内において回転する。ホッパ容器４２内に貯留されたトナーは、撹拌部材４３が回転することで撹拌される。

補給ローラ４１は、排出口４２２の近傍に配置され、ホッパ容器４２に軸支されて回転する。補給ローラ４１の回転量に応じて、ホッパ容器４２内のトナーが、排出口４２２から排出され、現像槽２１に補給される。

トナー検出装置５０は、一対のセンサケース５１，５２、光学センサ５３，５４（但し、光学センサ５４は図示されていない。）、及び清掃部材５５を備えている。この実施形態では、光学センサ５３，５４の出力値に基づくトナーの有無判定、及び清掃部材５５の動作制御といったトナー検出装置５０の各機器の制御は、制御部１１によって行われる。制御部１１は、トナー検出装置５０の構成要素でもある。

図２及び図３に示すように、センサケース５１，５２は、ホッパ容器４２の所定高さにおいて、ホッパ容器４２の側壁面４２４，４２５から内側へそれぞれ突出するように形成されている。側壁面４２４と側壁面４２５（図５参照）とは、互いに対向している。なお、図３では、上蓋４２３及び清掃部材５５の記載が省略されている。

図４に示すように、センサケース５１は、検出面５１１、及び段差面５１２，５１３を有している。検出面５１１及び段差面５１２，５１３は、センサケース５１が設けられた側壁面４２４に略平行である。段差面５１２，５１３は、検出面５１１よりも側壁面４２４からの突出量が小さく、検出面５１１に段差部５１４，５１５を挟んで隣接している。検出面５１１は、透明性を有する。なお、図４では、説明の便宜上、検出面５１１及び段差面５１２，５１３のそれぞれに、ハッチングを付している。

センサケース５１とセンサケース５２とは、実質的に同様の形状に構成されている。センサケース５１の検出面５１１とセンサケース５２の検出面とは、互いに対向している。

光学センサ５３は、センサケース５１内に収納され、光学センサ５４は、センサケース５２内に収納される。この実施形態では、光学センサ５３は、発光素子であり、具体的には発光ダイオードである。光学センサ５４は、受光素子であり、具体的にはフォトセンサである。光学センサ５３及び光学センサ５４は、それぞれが収納されたセンサケース５１，５２の検出面５１１を通してトナーを検出する。即ち、光学センサ５３，５４の光路は、検出面５１１内の所定箇所を通る。一例として、光学センサ５３，５４の光路の直径は２．０ｍｍである。

光学センサ５３と光学センサ５４との間にトナー等の遮光要因が無い透過状態である場合は、光学センサ５３から発光された光が光学センサ５４で受光される。光学センサ５３と光学センサ５４との間にトナー等の遮光要因が有る遮光状態である場合は、光学センサ５３から発光された光が光学センサ５４で受光されない。

図２及び図５に示すように、清掃部材５５は、支持部材５５１、及び可撓性部材５５２，５５３を備えている。支持部材５５１は、水平方向であって側壁面４２４，４２５に対する直交方向に延びる軸部５５４に支持され、軸部５５４を中心として回転移動するように構成されている。軸部５５４は、モータ５５６の駆動力によって回転する。モータ５５６は、清掃部材５５を移動させる駆動部である。

支持部材５５１は、中央部に孔部５５５を有している。支持部材５５１の上に落下してきたトナーの一部又は全部は孔部５５５から落下するので、支持部材５５１にトナーが積載することが抑制される。なお、図５、図６及び図８では、説明の便宜上、可撓性部材５５２，５５３にハッチングを付している。

可撓性部材５５２，５５３は、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）で構成される。なお、可撓性部材５５２，５５３は、ウレタンゴムやシリコンゴムで構成することもできる。可撓性部材５５２，５５３の硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）は、例えば６０度であり、６０度以上９０度以下に構成することが好ましい。

軸部５５４に平行な方向において、可撓性部材５５２は、支持部材５５１の一方の端部に基端部を支持され、可撓性部材５５３は、支持部材５５１の他方の端部に基端部を支持されている。これによって、支持部材５５１がセンサケース５１，５２の検出面５１１の高さに配置された状態において、可撓性部材５５２の先端部は検出面５１１に圧接し、可撓性部材５５３の先端部はセンサケース５２の検出面に圧接する。

清掃部材５５は、側壁面４２４，４２５に対する直交方向に延びる軸部５５４を中心として回転移動するので、支持部材５５１と検出面５１１との距離、及び支持部材５５１とセンサケース５２の検出面との距離は、支持部材５５１の回転方向における位置に関わらず、一定である。

図６に示すように、側壁面４２４，４２５に対する直交方向における可撓性部材５５２の先端部と可撓性部材５５３の先端部との間の寸法Ｌ１は、センサケース５１，５２のそれぞれの検出面５１１の間隔Ｌ２よりも大きい。寸法Ｌ１は、段差面５１２の間隔Ｌ３よりも小さいことが好ましい。

図７に示すように、検出面５１１と段差面５１２との間の段差部５１４、及び検出面５１１と段差面５１３との間の段差部５１５の少なくとも一部は、軸部５５４に対する半径方向に延びるように構成されている。なお、図７では、説明の便宜上、検出面５１１にハッチングを付している。

図８に示すように、清掃部材５５は、センサケース５１，５２のそれぞれの検出面５１１との対向領域及び段差面５１２，５１３との対向領域を含む移動領域Ｅ１を、軸部５５４を中心として円弧を描くように往復移動する。

清掃部材５５を停止させる際は、検出面５１１に接触しない領域で清掃部材５５を停止させる。検出面５１１と清掃部材５５との間にトナーが挟まった状態で清掃部材５５が停止することがなくなるので、検出面５１１と清掃部材５５との間に生じる圧力によってトナーが検出面５１１に固着する事態を防止することができる。なお、センサケース５１，５２は段差面５１２，５１３及び段差部５１４，５１５を有することが好ましいが、この第１実施形態では、センサケース５１，５２が段差面５１２，５１３及び段差部５１４，５１５を有することに限定されない。

可撓性部材５５２，５５３がセンサケース５１，５２のそれぞれの検出面５１１に圧接しつつ検出面５１１の外側の面を摺擦することで、検出面５１１の外側の面にトナーが付着している場合でも、トナーが検出面５１１の外側の面から除去される。

特に、可撓性部材５５２，５５３の支持部材５５１に支持される基端部よりも検出面５１１に圧接する先端部の方が可撓性部材５５２，５５３の移動方向の後ろ側に位置する理想方向に、可撓性部材５５２，５５３が湾曲している場合に、清掃能力が高くなる。

ホッパ４０では、支持部材５５１と検出面５１１との間隔よりも、支持部材５５１と段差面５１２，５１３との間隔の方が広い。このため、可撓性部材５５２，５５３は、検出面５１１との対向領域では湾曲状態となり、段差面５１２，５１３との対向領域では、段差面５１２，５１３と接触せず湾曲しない開放状態又は検出面５１１に対向する領域における湾曲状態よりも曲率半径が大きい即ち曲がり度合いが小さい小湾曲状態となる。検出面５１１と段差面５１２，５１３との間には段差部５１４，５１５があるので、可撓性部材５５２，５５３は、検出面５１１との対向領域から段差面５１２，５１３との対向領域へ移動する際に、湾曲状態から開放状態又は小湾曲状態へ弾性力によって瞬間的に復元する。これによって、可撓性部材５５２，５５３や支持部材５５１にトナーの塊が付着していた場合に、可撓性部材５５２，５５３や支持部材５５１からトナーの塊を除去することができる。

また、清掃部材５５は、検出面５１１との対向領域及び段差面５１２，５１３との対向領域を含む移動領域Ｅ１を移動するように構成されるので、可撓性部材５５２，５５３は、検出面５１１との対向領域を往方向に移動した後から復方向に移動するまでの間、及び復方向に移動した後から往方向に移動するまでの間に、必ず段差面５１２又は段差面５１３との対向領域を経由する。このため、可撓性部材５５２，５５３は、検出面５１１との対向領域を往方向に移動した後、一旦開放状態になるので、検出面５１１との対向領域を復方向に移動する際に復方向における理想方向に湾曲しやすくすることができる。可撓性部材５５２，５５３が検出面５１１との対向領域を復方向に移動した後に段差面５１２，５１３との対向領域を経て検出面５１１を往方向に移動する際も、同様である。

さらに、上述のように、検出面５１１と段差面５１２，５１３との段差部５１４，５１５は、軸部５５４に対する半径方向に延びるように構成されているので、検出面５１１と段差面５１２，５１３との段差部５１４，５１５が延びる方向と、清掃部材５５の長手方向とが、平行になる。このため、清掃部材５５が検出面５１１との対向領域と段差面５１２，５１３との対向領域との間を移動する際に、可撓性部材５５２，５５３の各部の検出面５１１との接触及び離間のタイミングが一定になる。よって、可撓性部材５５２，５５３の各部が不揃いに互いに異なる方向に湾曲することが抑制され、全体的に理想方向に湾曲させやすくなる。また、可撓性部材５５２，５５３の全体が同時に湾曲状態から瞬間的に復元するので、可撓性部材５５２，５５３や支持部材５５１からトナーの塊がより除去されやすくなる。

可撓性部材５５２，５５３は、清掃部材５５の停止中に、検出面５１１及び段差面５１２，５１３といった対向し得る面の何れにも接触しないように構成されることが好ましい。可撓性部材５５２，５５３が長時間、湾曲状態及び小湾曲状態にされることが防止されるので、可撓性部材の劣化防止、及び長寿命化を図ることができる。

［第２実施形態］
光学センサ５３，５４によってトナーの有無を検出する際は、以下のように処理することが好ましい。ホッパ容器４２内の所定高さにおけるトナーの有無判定は、トナーカートリッジ３０からホッパ４０へのトナーの供給中、及びホッパ４０から現像槽２１へのトナーの補給中に、繰り返し行われる。また、トナーカートリッジ３０からホッパ４０へのトナーの供給中、及びホッパ４０から現像槽２１へのトナーの補給中は、清掃部材５５及び撹拌部材４３は、回転し続ける。

図９に示すように、制御部１１は、まず、光学センサ５４の出力値のサンプリング回数ＳＣをリセットする（Ｓ１）。また、制御部１１は、光学センサ５４の遮光状態であることを示す出力値をサンプリングした回数である遮光カウントＩＣもリセットする（Ｓ２）。一例として、遮光状態である場合は１（Ｈｉｇｈ）が出力され、透過状態である場合は０（Ｌｏｗ）が出力される。

制御部１１は、ホッパ４０の清掃部材５５を移動させるモータ５５６が駆動中である場合に（Ｓ３）、光学センサ５４の出力値を、一定間隔でサンプリングする（Ｓ４）。この実施形態では、サンプリングは、１０００分の２０秒即ち２０ｍｓｅｃ間隔で行われる。制御部１１は、サンプリングを行う毎に、サンプリング回数ＳＣに１を加算する（Ｓ５）。

制御部１１は、遮光状態であることを示す出力値（Ｈｉｇｈ）をサンプリングした場合は（Ｓ６）、遮光カウントＩＣに１を加算し（Ｓ７）、透過状態であることを示す出力値（Ｌｏｗ）をサンプリングした場合は遮光カウントＩＣを加算せずに、サンプリング回数ＳＣが所定回数、例えば１００回に達するまでサンプリングを繰り返す（Ｓ８）。

制御部１１は、遮光カウントＩＣが９５未満であって（Ｓ９）、５０以上である場合（Ｓ１０）、光学センサ５３，５４が設置された所定高さまでトナーが収容されていると判定する（Ｓ１１）。

光学センサ５３，５４の光路の高さまでトナーがあるか無いかに関わらず、光学センサ５３，５４の光路を清掃部材５５が横切る間は、光学センサ５４は遮光状態であることを示す値（Ｈｉｇｈ）を出力する。また、光学センサ５３，５４の光路の高さまでトナーがある場合も、光学センサ５４は、遮光状態であることを示す値（Ｈｉｇｈ）を出力する。しかし、光学センサ５３，５４の光路の高さまでトナーがある場合であっても、清掃部材５５が検出面５１１を摺擦すると、検出面５１１の周囲にはトナーが一時的に無くなり、短時間の後にトナーが自身の流動性によって光学センサ５３と光学センサ５４との間に戻ってくる。このため、光学センサ５３，５４の光路を清掃部材５５が通り過ぎた後の短時間は、光学センサ５４は透過状態であることを示す値（Ｌｏｗ）を出力する。一方、光学センサ５３，５４の光路の高さまでトナーが無い場合は、光学センサ５３，５４の光路を清掃部材５５が横切る間を除いて、光学センサ５３，５４は透過状態であることを示す値（Ｌｏｗ）を出力する。

このため、光学センサ５３，５４を採用するトナー検出装置５０において、所定回数のサンプリングのうち、遮光状態であることを示す出力値（Ｈｉｇｈ）のサンプリング回数ＳＣが所定の第１閾値以上である場合に、ホッパ容器４２内の所定高さまでトナーが収容されていると判定できる。この実施形態では、サンプリング１００回のうち、遮光状態であることを示す出力値（Ｈｉｇｈ）のサンプリング回数ＳＣが５０回以上である場合に、ホッパ容器４２内の所定高さまでトナーが収容されていると判定する。したがって、ホッパ容器４２内の所定高さにおけるトナーの有無の検出を正確に行うことができる。また、光学センサ５３，５４を用いることで、圧電センサを用いる場合と比較して、低コスト化することができる。

制御部１１は、遮光カウントＩＣが９５以上である場合は、動作不良であると判定する（Ｓ１２）。

光学センサ５３，５４は、電圧を印加することで検出内容に応じた電圧値を出力するものなので、電気コネクタの差し忘れ、リード線の断線など、電圧が印加されていない場合は、光学センサ５４の出力値は、遮光状態であることを示す値（Ｈｉｇｈ）と常に同じになる。

また、サンプリング１００回のうち遮光カウントＩＣが９５以上ということは、ホッパ容器４２内の所定高さまでトナーが収容されているという可能性が考えられるが、清掃部材５５が正常に検出面５１１を摺擦するように移動している場合は、摺擦後の短時間は透過状態であることを示す値（Ｌｏｗ）が出力されるはずである。このため、サンプリング回数ＳＣに対して遮光カウントＩＣが非常に高い比率を占める場合は、清掃部材５５が移動していないという問題が生じていると考えられる。

このため、制御部１１は、遮光カウントＩＣが所定の第２閾値以上、例えば９５以上である場合は、電気系統又は清掃部材５５の駆動系の動作不良が生じているものと判定して、図示しない表示部にエラー通知させる。

制御部１１は、遮光カウントＩＣが第１閾値未満であって、第３閾値以上である場合、例えば、遮光カウントＩＣが５０未満であって、５以上である場合は（Ｓ１３）、光学センサ５３，５４の光路の高さにおいてトナーが無い、即ちホッパ容器４２内の所定高さまでトナーが収容されていないと判定する（Ｓ１４）。サンプリング回数ＳＣのうちの多数回において、透過状態であることを示す値（Ｌｏｗ）がサンプリングされたことで、光学センサ５３，５４の高さにはトナーが無いと考えられるからである。なお、光学センサ５３，５４の高さにトナーが無い場合でも遮光状態であることを示す出力値がサンプリングされることがあるのは、清掃部材５５が光学センサ５３，５４の光路を横切るタイミングでサンプリングされることがあるからである。

制御部１１は、遮光カウントＩＣが第３閾値未満即ち５未満である場合も、動作不良であると判定する。光学センサ５３，５４の高さにトナーが無い場合であっても、清掃部材５５が正常に動作している場合は、５回以上の遮光カウントＩＣがカウントされると考えられるからである。第１閾値、第２閾値及び第３閾値は、正の整数であって、これら閾値の間には、ＳＣ＞第２閾値＞第１閾値＞第３閾値＞０の関係が成立する。

［第３実施形態］
図１０及び図１１に示すように、トナーカートリッジ３０からホッパ４０へのトナー供給動作は、以下のように処理することが好ましい。即ち、制御部１１は、清掃部材５５を停止させる際は、光学センサ５３，５４の光路が遮光される遮光期間から、光学センサ５３，５４の光路が透過される透過期間へ、変化したときから所定時間経過後に、清掃部材５５を停止させることが好ましい。具体的には、次のように処理される。

制御部１１は、ホッパ容器４２内の所定高さまでトナーが収容されていないと判定すると、トナーカートリッジ３０からホッパ４０へのトナー補給開始要求があったものとして（Ｓ２１）、清掃部材５５を回転させるホッパ４０のモータ５５６及び供給ローラ３１を回転させるモータの駆動を開始させる（Ｓ２２）。これによって、供給ローラ３１の回転量に応じた量のトナーが、トナーカートリッジ３０からホッパ４０へ供給される。トナーカートリッジ３０からホッパ４０へのトナーの供給中は、一定間隔でサンプリングが行われる。また、トナーカートリッジ３０からホッパ４０へのトナーの供給中は、図９に示すトナー有無判定の処理によってホッパ容器４２内の所定高さまでトナーが収容されたか否かの判定が行われることが好ましい。制御部１１は、ホッパ容器４２内の所定高さまでトナーが収容されるまで、トナーカートリッジ３０からホッパ４０へのトナーの供給を続けさせる。

制御部１１は、ホッパ容器４２内の所定高さまでトナーが収容されたと判定すると、トナーカートリッジ３０からホッパ４０へのトナー供給の停止要求があったものとして（Ｓ２３）、遮光期間から透過期間へ変化するタイミングである立ち下がりエッジを検出する（Ｓ２４）。

図１１では、縦軸に、清掃部材５５が対向するセンサケース５１，５２の箇所、又は光学センサ５３，５４の光路を遮光する状態であるかといった清掃部材５５の状態が示される。横軸には、ある位置からの、清掃部材５５の累積の移動角度が示される。

図１１に示すように、清掃部材５５は、段差面５１２、段差部５１４、検出面５１１、段差部５１５、段差面５１３、段差部５１５、検出面５１１、段差部５１４、段差面５１２の順に対向するように、往復移動する。清掃部材５５は、往方向及び復方向の両方の移動時において、検出面５１１を摺擦する際に、光学センサ５３，５４の光路を横切る。

光学センサ５３，５４の光路の高さまでトナーがあるか無いかに関わらず、光学センサ５３，５４の光路を清掃部材５５が横切る間は、光学センサ５３，５４の光路は遮光される。また、光学センサ５３，５４の光路の高さまでトナーがあるか無いかに関わらず、光学センサ５３，５４の光路を清掃部材５５が通り過ぎた後の短時間は、光学センサ５４は透過状態であることを示す値（Ｌｏｗ）を出力する。このため、遮光期間から透過期間へ変化したタイミング、即ち図１１において破線で示す立ち下がりエッジを、光学センサ５３，５４の光路を清掃部材５５が通過したタイミングであると判定できる。一例として、図１１では、１１度及び２４２度のときが、立ち下がりエッジとして検出される。

制御部１１は、遮光期間から透過期間へ変化したタイミング即ち立ち下がりエッジから、所定時間経過後に（Ｓ２５）、清掃部材５５を回転させるホッパ４０のモータ５５６の駆動を停止させることで、清掃部材５５を停止させる（Ｓ２６）。清掃部材５５の停止とともに、供給ローラ３１を回転させるモータも停止させることが好ましい。

これによって、清掃部材５５を、検出面５１１に対向しない領域に停止させることができる。即ち、清掃部材５５を、段差面５１２，５１３、又は段差部５１４，５１５に停止させることができる。このため、検出面５１１と清掃部材５５との間に挟まったトナーが、検出面５１１と清掃部材５５との間に生じる圧力によって、検出面５１１に固着するという事態を、防止することができる。

立ち下がりエッジから清掃部材５５を停止させるまでの所定時間は、次のようにして決定することができる。

一例として、清掃部材５５が１往復（３６０度移動）するのに要する時間が２０００ｍｓｅｃであるとする。また、立ち下がりエッジから６９度移動すれば、検出面５１１に対向しない領域に達するとする。この場合、上記所定時間は、次のように算出される。

６９÷３６０×２０００＝３８３（ｍｓｅｃ）
そこで、制御部１１は、立ち下がりエッジの検出時から３８３ｍｓｅｃ経過時に、清掃部材５５を停止させる。この例では、図１１において、清掃部材５５の停止位置は、８０度、及び３１１度の位置である。

［第４実施形態］
図１２、図１３及び図１４に示すように、遮光期間から透過期間へ変化するタイミング即ち立ち下がりエッジは、以下のようにして特定することが好ましい。即ち、制御部１１は、遮光状態であることを示す出力値１（Ｈｉｇｈ）を複数回連続してサンプリングした後に、続けて、透過状態であることを示す出力値０（Ｌｏｗ）を複数回連続してサンプリングした場合に、遮光期間から透過期間へ変化したと判定するように構成されることが好ましい。具体的には、次のように処理される。

制御部１１は、一定間隔、例えば２０ｍｓｅｃ毎にサンプリングを行い（Ｓ３１）、直近の２回の光学センサ５４の出力値を、図示しないメモリに格納する（Ｓ３２）。

制御部１１は、光学センサ５４の遮光状態であることを示す出力値１を例えば２回連続サンプリングしたことを示す”１１”検知フラグがＨｉｇｈでない場合は（Ｓ３３）、直近２回の光学センサ５４の出力値がともに１になるまで、サンプリングを繰り返す（Ｓ３４）。

図１３に示すように、清掃部材５５が光学センサ５３，５４の光路を横切るのに要する時間は、サンプリングの間隔時間よりも十分に長い。このため、清掃部材５５が光学センサ５３，５４の光路を１回横切る間に、遮光状態であることを示す出力値１（Ｈｉｇｈ）が複数回、サンプリングされる。

制御部１１は、直近２回の光学センサ５４の出力値が”１１”となった場合、”１１”検知フラグをＨｉｇｈに設定する（Ｓ３５）。

制御部１１は、”１１”検知フラグがＨｉｇｈに設定されている状態では、直近２回の光学センサ５４の出力値がともに０になるまで、サンプリングを繰り返す（Ｓ３６）。

このようにして、制御部１１は、図１４に示すように、光学センサ５４の連続４回の出力値の組み合わせが種々ある中で、”１１００”となったタイミングを、遮光期間から透過期間へ変化したタイミング即ち立ち下がりエッジであると判定する（Ｓ３７）。

これによって、ノイズによって光学センサ５４の出力値が１（Ｈｉｇｈ）になることがあっても、ノイズによる立ち下がりエッジの誤検出を防止することができる。このため、清掃部材５５を停止させる際に、清掃部材５５を正確に、検出面５１１に対向しない領域に停止させることができる。

［第５実施形態］
清掃部材５５は、往復移動するように構成されることに限定されず、一方向に回転するように構成することもできる。清掃部材５５が一方向に回転する場合でも、可撓性部材５５２，５５３は、検出面５１１との対向領域と段差面５１２，５１３との対向領域とを交互に移動するので、可撓性部材５５２，５５３や支持部材５５１にトナーの塊が付着していた場合に、可撓性部材５５２，５５３や支持部材５５１からトナーの塊を除去することができる。

［第６実施形態］
清掃部材５５の軸部５５４は、側壁面４２４，４２５に対して直交方向に配置されることに限定されず、側壁面４２４，４２５及び検出面５１１に対して平行方向に配置された場合にも、検出面５１１からトナーを除去できるとともに、ホッパ容器４２内の所定高さにおけるトナーの有無を、低コストで正確に検出することができる。

なお、光学センサ５３，５４に代えて、発光素子と受光素子とが一体化された反射型の光学センサを用いることもできる。

また、トナー以外の粉体の検出にも、この発明を適用することができる。

上述の実施形態のそれぞれの技術的特徴を、矛盾が生じない範囲内で互いに組み合わせることで、新たな実施形態を構成することができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 画像形成装置
５ 現像装置
２０ 現像装置本体部
３０ トナーカートリッジ
４０ ホッパ（トナー補給装置）
４２４，４２５ 側壁面
５０ トナー検出装置（粉体検出装置）
５１，５２ センサケース
５１１ 検出面
５１２，５１３ 段差面
５１４，５１５ 段差部
５３，５４ 光学センサ
５５ 清掃部材
５５１ 支持部材
５５２，５５３ 可撓性部材
５５４ 軸部
５５５ 孔部
５５６ モータ（駆動部）
Ｅ１ 移動領域

Claims (6)

1. 粉体を収容する粉体容器の壁面に設けられるセンサケースであって前記粉体容器の内側へ向けて配置される透明性の検出面を有するセンサケースと、
   前記センサケース内に収容され、前記検出面を通して、設置された高さにおける粉体の有無を検出する光学センサと、
   前記検出面の外側の面を摺擦する清掃部材と、
   前記清掃部材を移動させる駆動部と、
   前記清掃部材を停止させる際は、前記検出面に接触しない領域で前記清掃部材を停止させるように前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記清掃部材の移動中に前記光学センサの出力値のサンプリングを一定間隔で行い、前記清掃部材を停止させる際は、前記光学センサの光路が遮光される遮光期間から、前記光学センサの光路が透過される透過期間へ、変化したときから所定時間経過後に、前記清掃部材を停止させる、粉体検出装置。
2. 前記制御部は、遮光状態であることを示す出力値を複数回連続してサンプリングした後に、続けて、透過状態であることを示す出力値を複数回連続してサンプリングした場合に、前記遮光期間から前記透過期間へ変化したと判定する、請求項１に記載の粉体検出装置。
3. 前記センサケースは、前記検出面に段差部を挟んで隣接する段差面であって前記検出面よりも前記清掃部材から遠い方に配置される段差面をさらに有し、
   前記清掃部材は、前記検出面を摺擦する可撓性部材及び前記可撓性部材を支持する支持部材を有し、前記検出面に対向する領域及び前記段差面に対向する領域を含む移動領域を移動するように構成される、請求項１又は２に記載の粉体検出装置。
4. 前記可撓性部材は、前記清掃部材の停止中に、対向し得る面のいずれにも接触しない、請求項３に記載の粉体検出装置。
5. 前記制御部は、前記清掃部材の移動中に前記光学センサの出力値のサンプリングを一定間隔で行い、所定回数のサンプリングのうち、遮光状態であることを示す出力値のサンプリング回数が所定の閾値以上である場合に、粉体が前記粉体容器の前記高さまで収容されていると判定する、請求項１〜４の何れかに記載の粉体検出装置。
6. 前記粉体は、トナーであり、
   請求項１〜５の何れかに記載の粉体検出装置と、前記粉体容器とを備え、
   前記粉体容器は、前記粉体容器に対して着脱自在なトナーカートリッジからトナーの供給を受け入れる受入口、及び前記トナーカートリッジから供給されたトナーを一時的に貯留した後にトナーの補給対象である現像槽へ向けて排出する排出口を有する、トナー補給装置。

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