JP6972585B2 - 粉体補給装置及び粉体量検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉体を後段の装置に補給し、粉体の残量が検知可能な粉体補給装置及び該粉体補給装置における粉体量検知方法に関する。

一般的な画像形成装置において、現像部の内部には安定した現像性を実現するために所定量のトナーが貯留され、このトナーは帯電量を均一化するために撹拌部材でキャリア（研磨剤）と撹拌されるように構成されている。現像部の内部のトナーは現像動作の進行と共に減少するので、トナーの量が所定量まで低下すると、検知手段が検知して、トナー補給装置を介してトナー容器から新しいトナーが現像部に補給される。

トナー補給装置におけるトナー残量の検知として、回転軸にプラスチック製のトナー撹拌部材が固定され、内側面にトナーの影響を受ける金属製の振動板が固定され、回転軸を回転させることで撹拌部材が振動板を弾き、弾かれた振動板の変位を磁束センサで検出する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

しかし、今までのトナー補給装置におけるトナー残量検出方法では、撹拌部材を一方向にのみ回転させていた。この制御では、トナー残量検出の場合と、トナーを補給する場合とで同じ方向に撹拌部材が回転することになる。

したがって、トナー残量を検出すると、トナー補給装置内のトナーがかき出され、後段の現像装置に対して、不本意にトナーを補給してしまう。現像部において、トナー濃度が減少してないにも関わらずトナーが補給されると、トナー濃度が上昇し、画像の濃度変動を引き起こしてしまう。

そのため、上記構成では、トナー補給装置の内部のトナー残量を検出するためには、トナー補給装置に対して、現像部へのトナー補給要求が発生するのを待たなければならなかった。

したがって、トナー補給装置へトナーを供給元であるトナーボトルでのトナー量が残り少なくなっていることを判定するのも、現像部へのトナー補給要求が発生するのを待たなければならず、トナーボトルの交換が必要か否かの検出タイミングが遅れてしまうおそれがあった。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、粉体を後段の装置に補給することなく、粉体補給装置内の粉体残量を検出することができる、粉体補給装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様では、交換可能な粉体収容容器に収容された流動性を有する粉体を、後段の装置に補給する粉体補給装置であって、
前記粉体を貯留する筐体と、
前記筐体内部に設けられ、所定の方向に回転することで前記粉体を撹拌する撹拌部材と、
前記撹拌部材と接触することで、前記筐体内の粉体の量に応じた影響を受けながら、振動する振動部材と、
前記筐体の外側に、前記筐体の壁を介して前記振動部材と対向して配置され、前記振動部材からの距離により前記振動部材の振動状態を検知する振動検知部と、
前記振動検知部による検知結果に基づいて、前記筐体内の粉体の残量を検知する検知処理部と、を含み、
前記振動検知部による検知結果に基づいて算出した前記振動部材の振動状態を示す値が所定の閾値以下である場合に前記筐体内の前記粉体の残量が所定の量を下回ったことを判断するものであり、
前記筐体内の前記粉体の残量検知を行う際、前記撹拌部材を、前記撹拌の際の前記所定の方向である正回転方向に及び、前記正回転方向と反対向きの逆回転方向に回転可能であり、
前記粉体を前記後段の装置へ補給するかどうかに依らず、前記筐体内の粉体の残量検知ができ、
前記正回転方向への回転の際と前記逆回転方向への回転の際では、前記閾値として異なる値を設定する
粉体補給装置を提供する。

一態様によれば、粉体補給装置において、粉体を後段の装置に補給することなく、装置内の粉体残量を検出することができる。

本発明の実施形態に係るトナー補給装置を含む画像形成装置の機械的構成を示す全体概略図。 本発明の実施形態に係るトナーの補給構成に係る、トナーボトル、トナー補給装置（サブホッパー）、及び現像装置を示す概略説明図。 本発明の第１実施形態に係るサブホッパーの側面方向の断面模式図。 本発明の実施形態に係る現像装置の側面断面図。 本発明の実施形態に係るトナー供給に係る部分の機能ブロック図。 図５の制御部のハードウエア構成例を示す図。 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。 本発明の実施形態に係るサブホッパー及びトナー供給路の一部を別の角度から見た図。 本発明の実施形態のサブホッパーの内壁に配置される振動板の概略図。 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。 本発明の実施形態に係る磁束センサと接続される残量検知処理部のハードウエア構成例を示す図。 図３のサブホッパーにおいて振動板と撹拌部材とが接触するときの動きを示す上面図。 図３のサブホッパーにおいて撹拌部材が正回転する場合の振動板と撹拌部材の動きを示す側面図。 図３のサブホッパーにおいて撹拌部材が逆回転する場合の振動板と撹拌部材の動きを示す側面図。 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。 本発明の実施形態に係るトナー補給装置におけるトナー残量の検知動作を示す詳細フローチャート。 本発明の第１実施形態に係る残量検出及びトナーボトル取り替えのフローチャート。 比較例に係る振動板及びサブホッパーの側面方向の内部模式図。 比較例に係る残量検出及びトナーボトル取り替えのフローチャート。 本発明の第２実施形態に係るサブホッパーの側面方向の内部模式図。 本発明の第２実施形態に係る残量検出及びトナーボトル取り替えのフローチャート。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

本発明の複数の実施形態では、電子写真方式の画像形成装置において、感光体上に形成された静電潜像を現像する現像装置と、現像剤の１つであるトナー（粉体）の供給元であるトナー容器との間でトナーを保持するサブホッパーからなるトナー補給部におけるトナーの残量検知及びその駆動制御に関して説明する。

＜画像形成装置＞
まず、画像形成装置の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るトナー補給装置を含む画像形成装置の機械的構成を示す全体概略図である。

図１に示す例では、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例を示している。

詳しくは、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）Ｐ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Ｐは、レジストローラ１０３によって一旦停止させられ、画像形成部１０６における画像形成のタイミングに合わせて、搬送ベルト１０５から、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。

なお、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。

詳しくは、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、駆動モータ（不図示）により回転駆動させられる。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。また、従動ローラ１０８が、用紙Ｐへトナー画像を転写させる転写対向手段として機能する。

画像形成動作を行うとき、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、現像装置１１２Ｙ、感光体クリーナ１１３Ｙ、除電器（不図示）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、総称として「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。

画像形成動作を行うとき、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。

そして、現像装置（現像器、現像部ともいう）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。

上述の画像形成動作と平行して、給紙動作が実行される。給紙トレイ１０１に収納された用紙Ｐ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Ｐ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Ｐ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ー１１８が設けられている。ベルトクリーナー１１８は、図１に示すように、搬送ベルト１０５から用紙Ｐへの画像の転写位置の下流側であって、感光体ドラム１０９よりも上流側において搬送ベルト１０５に押し当てられたクリーニングブレードである。即ち、ベルトクリーナー１１８、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（トナー除去部）である。

なお、図１では、タンデム方式であって、中間転写タイプの画像形成装置を例として説明したが、本発明のトナー補給装置が適用可能な、画像形成装置は、１ドラム形式であってもよいし、直接転写形式であってもよい。

＜トナー補給＞
次に、現像装置１１２に対して、トナーボトル１１７からサブホッパーを介してトナーを供給するための構成について図２〜図４を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態に係るトナーの補給構成に係る、トナーボトル１１７、サブホッパー２００、及び現像装置１１２を示す概略説明図である。ＣＭＹＫ各色においてトナーの供給構成は概ね共通しているため、図２においては１つの現像装置１１２に対する供給構成を示す。

流動性を有する粉体であるトナーは粉体収容容器（トナー容器）であるトナーボトル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。図２中、トナー（トナーを含む現像剤）の大まかな流れは太線矢印で示す。

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、現像装置１１２内部のトナー残量に応じて現像装置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を介して現像装置１１２にトナーが供給される。

詳しくは、各色のサブホッパー２００の内部には撹拌部材２２０（図３参照）との接触することによる振動部材２１０の振動を検知することで、トナー残量を検出する、磁束センサ１０が配置されている。磁束センサ１０が、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で、一時的にサブホッパー２００内部のトナー貯留量を少ないことを検知することができる。

さらに、トナーボトル１１７からトナーを供給しながら、あるいはトナーを供給した直後に、磁束センサ１０が、サブホッパー２００内部のトナー量が無い（少ない）状態を複数回検知することで、トナーボトル１１７内部のトナーが無い（少ない）ことを検知することができる。

そして、磁束センサ１０で検知されたサブホッパー２００内のトナーの残量の情報は、残量検知処理部５２０（図５参照）を介して、ボトル回転制御部５４０に出力される。

ボトル回転制御部５４０により制御されるトナーボトル回転モータ４１０は、複数のトナーボトル１１７（図１の構成ではＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色分）に対して夫々設けられている。トナーボトル回転モータ４１０は、トナーボトル１１７を保持するトナーホルダに設けられる回転駆動伝達部７５０を駆動させて、トナーボトル１１７の、底面に開口部が設けられたキャップ部７０２以外のボトル本体（筒部本体の部分）７０１を回転駆動させる。

回転駆動伝達部７５０は、例えば、トナーボトル１１７のボトル本体７０１をその底部から回転駆動を伝達する。この回転駆動伝達部７５０としては、例えば、カップリングをスプリングの作用で押し付けるように構成され、そのカップリングのトナーボトル底部対向面には係合突起を設けられている。

他方、トナーボトルのボトル本体７０１底部外面には、係合突起に係脱可能な係合部７０１ａが形成されている。そして、カップリングをスプリングの作用でトナーボトル１１７の底部に押し付け、係合突起と係合部７０１ａを係合させてカップリングの回転をトナーボトル１１７に伝達する。なお、回転駆動伝達部７５０の構成は、上記に限られず、例えばボトル本体７０１の側面に係合部を設けて、回転駆動力が伝達されてもよい。

このように、回転駆動伝達部７５０により、トナーボトル１１７のボトル本体７０１が回転することで、トナーボトル１１７からサブホッパー２００にトナーが供給される。

なお、トナーボトル１１７のボトル本体７０１が複数回、回転しても、トナーボトルからサブホッパー２００にトナーが供給されずに、磁束センサ１０によりトナーの残量が検出できない場合は、トナーボトル１１７が空であるとして、トナーボトルを交換させる。

一方、サブホッパー２００の後段に設けられた現像装置には、現像装置内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ３２０が設けられている。

現像装置１１２が２成分現像装置である場合、現像剤とトナーとを撹拌するために、粉体を撹拌しながら搬送する搬送スクリュー（現像スクリュー）が設けられている。トナー濃度センサ３２０は、サブホッパー２００から供給され、ある程度現像剤とトナーとが撹拌された後に、トナー濃度を検出するように、トナー補給路３１１から離れた場所に設けられている。

トナー濃度センサ３２０は、現像装置１１２内の現像剤中のトナーの濃度が低くなったことを検知することにより、トナーが少ない又はトナーが存在しないことを検知する。そして、現像装置１１２内のトナーの残量の情報は、補給部制御部５５０に出力される。

現像装置１１２には、複数の現像スクリュー３０２，３０３（図４参照）及び現像ローラ３０４の回転軸３１２，３１３，３１４を、回転駆動する現像部モータ４３０が設けられている。なお、現像装置１１２は、予め現像剤が所定量含まれていてもよいし、現像剤もトナー同様に適宜補充する構成であってもよい。

補給部制御部５５０は、補給部モータ４２０を駆動して（正転駆動）、サブホッパー２００に設けられる撹拌部材２２０の回転軸２２１、搬送スクリュー２３０の回転軸２２１を回転させることで、サブホッパー２００から現像装置１１２へトナーを供給する。

ここで、サブホッパー内の撹拌部材２２０の回転軸（撹拌部材回転軸）２２１と、現像装置１１２へトナーを搬送する搬送スクリュー２３０の回転軸（スクリュー回転軸）２３１は、補給部モータ４２０による同一モータ駆動となっており、同時に回転動作する構成となっている。

なお、サブホッパー２００から現像装置１１２へのトナー補給のタイミングは、トナーで濃度の検知により、トナー濃度が低くなったときに限られず、例えば、検知手段であるトナー濃度センサ３２０に代えて印字ドットカウンタを備えることで、消費量を想定して適時補給を行ってもよい。あるいは、画像形成後の用紙上の画像濃度を確認して、薄い場合は、区切りとなる部分で、次ページ以降の用紙で濃度を補正するように補給を行ってもよい。

また、本発明の本実施形態では、サブホッパー２００から現像装置１１２へのトナー補給のタイミングと、トナーボトル１１７からサブホッパー２００へのトナー補給のタイミングを同時にすることもできるし、別のタイミングにすることもできる。

＜サブホッパーの概略構成＞
次に、交換可能なトナーボトル１１７からトナーが供給されて、後段の現像装置１１２にトナーを補給する粉体補給装置として機能するサブホッパー２００について概略説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係るサブホッパー２００の側面断面模式図である。

図３に示すサブホッパー（補給部）２００と、図２、図５に示す補給部制御部５５０、補給部モータ４２０とを合わせて、粉体補給装置を構成する。

サブホッパー２００は、振動部材２１０と、撹拌部材２２０と、搬送スクリュー２３０が内部に設けられ、振動検知部である磁束センサ１０が外側に取り付けられている。

図３に示すサブホッパー２００の筐体２０１は、図２に示すように、トナーボトル１１７と、現像装置１１２との間で、一時的にトナーを貯留する一時貯留容器である。

サブホッパー２００の筐体２０１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、撹拌部材２２０が設けられている。撹拌部材２２０は、回転軸２２１と、回転軸２２１に固定された撹拌羽根（撹拌板）２２２とを有している。回転軸２２１の回転に伴って撹拌羽根２２２が回転することで、サブホッパー２００内部のトナーが撹拌される。そして、正回転方向への回転を行うと、撹拌部材２２０はトナーを撹拌しながら、サブホッパー２００内で搬送スクリュー２３０側へ（図３中、右側から左側へ）トナーを移動させる。

本発明では、撹拌部材２２０は、どちらの回転方向にも回転可能である。以下の記述では、現像装置側へトナーが補給されるときの撹拌部材２２０の回転方向（図３の時計回り方向）を「正回転方向」（順回転方向）とし、正回転方向と反対向きの回転方向（図３の反時計回り方向）を「逆回転方向」と定義して記載する。

サブホッパー２００の筐体２０１の内壁には、振動部材２１０が設けられている。振動部材２１０は、振動板２１１と、錘（おもり）２１２を備える。

サブホッパー２００を構成する筐体２０１の外壁には、振動検知部である磁束センサ１０が取り付けられている。磁束センサ（Ｖセンサともいう）１０は、筐体２０１の壁を介して振動部材２１０と対向して配置される。磁束センサ１０は、振動部材２１０からの距離により振動部材２１０の振動状態を検知する。

撹拌羽根２２２は、トナーの撹拌に加えて、回転により振動部材２１０に設けられた錘２１２を弾く機能を担う。これにより、撹拌部材２２０が１周回転する毎に、撹拌羽根２２２により錘２１２が弾かれて振動板２１１が振動する。このとき、振動板２１１は、サブホッパー２００内のトナーの量に応じた影響を受けながら、撹拌羽根２２２と接触することで、振動する。

磁束センサ１０は、この振動板２１１の振動することで、磁束センサ１０と振動部材２１０との距離が変動することを利用して、サブホッパー２００内部におけるトナーの残量を検知する。

また、サブホッパー２００内部においては、内部のトナーを撹拌して後段の現像装置１１２へ送り込む構成として、搬送スクリュー２３０が設けられている。搬送部材である搬送スクリュー２３０は、回転軸２３１と、螺旋状羽根２３２とを有している。

ここで、サブホッパー２００内で、現像装置へのトナー供給及び/又は残量検知のために回転する撹拌部材２２０の回転軸２２１と、現像装置１１２へトナーを搬送する搬送スクリュー２３０の回転軸２３１は同一モータ（補給部モータ４２０、図２参照）で駆動され、同時に、同じ方向へ回転動作を行う構成となっている。

サブホッパー２００内では、撹拌部材２２０及び搬送スクリュー２３０は、常時は回転しておらず、現像装置へのトナー供給及び/又は残量検知のための所定の期間のみ、補給部モータ４２０によって回転駆動される。

＜現像装置＞
上記のようなサブホッパー２００の後段に設けられている現像装置１１２について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る現像装置及び感光体ドラム周囲の側面断面図である。

図４に示すように、現像装置１１２は、筐体であるケーシング３０１内に、現像剤を撹拌搬送する現像剤搬送部材（現像スクリュー）である供給室スクリュー３０２及び回収室スクリュー３０３、現像ローラ３０４などの回転部材などを具備している。

また、ケーシング３０１では、仕切り板３０６及び仕切り板３０６の一部として構成される流れ込み防止壁３０５により、供給室スクリュー３０２を含む上方の搬送空間と、回収室スクリュー３０３を含む下方の搬送空間に、内部空間が仕切られている。ケーシング３０１の下方の搬送空間の下部であって、図４紙面方向奥端側に、磁束センサ１０が設けられている。

現像ローラ３０４は、斜め下の部分で感光体ドラム１０９に近接して対向することで、現像ニップ領域Ａを構成するように配置されている。この感光体ドラム１０９との対向部位に相当するケーシング３０１の部位は現像ローラ３０４を露出させるため開口している。

ケーシング３０１内の現像剤は、現像ローラ３０４により現像ニップ領域Ａへ搬送される。現像ニップ領域Ａで感光体ドラム１０９の表面に形成されている静電潜像に現像剤中のトナーが付着してトナー像として現像（顕像化）される。

このトナー像は感光体ドラム１０９の回転と共に下流側に移動し、図１を参照して、感光体ドラム１０９の真下の位置に配置されている転写器１１５との対向部に至り、トナー像は、記録媒体へ転写される。

感光体ドラム１０９にトナーが付着された後の現像剤は、現像剤中のトナー濃度が下がっている。そのため、このトナー濃度が低下した現像剤が現像ローラ３０４から離れずに再度現像ニップ領域Ａに搬送され現像に供されると、狙いの画像濃度を得ることが出来ない。

これを防止するため、本例では、現像ローラ３０の表面が現像後の剤離し領域Ｃに到達すると、現像ローラ３０４から現像剤が離れる。現像ローラ３０４から離された現像剤はその後、狙いのトナー濃度、トナー帯電量になるように、ケーシング３０１内で十分に撹拌混合される。

こうして、狙いのトナー濃度、帯電量にされた現像剤は、撹拌されながら紙面方向奥側の端部により、再び上方搬送空間に搬送され、供給室スクリュー３０２により現像剤貯留スペースＤに供給される。このとき、供給室スクリュー３０２と現像剤貯留スペースＤとの間に設けられた流れ込み防止壁３０５は、現像ローラ３０４よりも上方に配置された供給室スクリュー３０２から供給された現像剤がダイレクトに現像剤貯留スペースＤへと押込まれるのを防止する。

また、矢印で示すように、上部であって図４紙面手前側（図２、マイナスＹ方向）には、図２に示すサブホッパー供給路１１９からトナーが補給されるトナー補給路３１１が設けられている。なお、そのトナー補給路３１１は上方の搬送空間には連通しないように、図４点線矢印で示すように、下方の搬送空間に、サブホッパー２００からのトナーが直接供給される。

このような搬送経路によれば、トナー補給路３１１から供給されたトナーが直ちに供給室スクリュー３０２による搬送経路から現像剤貯留スペースＤに供給されることがなく、回収室スクリュー３０３によってキャリアと撹拌、混合されながら搬送された上で、供給室スクリュー３０２による搬送経路から現像剤貯留スペースＤに供給される。

従って、トナー濃度の安定した現像剤が現像に用いられるため、トナー濃度の変動による画質の低下を防ぐことができる。

貯留スペースＤに供給された現像剤は、現像剤規制部材３０７を通過することにより、所定の厚さに整えられて、磁気ブラシを形成しながら、現像ローラ３０４により、現像ニップ領域Ａに搬送され、感光体ドラム１０９の表面へと運ばれる。

また、図４においては、現像ローラ３０４によって生成される磁束の密度分布が破線で示されている。現像ローラ３０４は、現像スリーブと現像スリーブの内部にあるマグネットローラとからなり、マグネットローラは、３つの磁極（磁力分布）が生じるように構成されている。

具体的には、現像ローラ３０４の中心と感光体ドラム１０９の中心とを結ぶ線上で対向する部分（現像ニップ領域Ａに相当する領域）の磁極をＰ１極（現像極）と称し、以下反時計回りの向きで示す現像ローラの回転方向順に、各磁極をＰ２極（ケーシング対向極）、Ｐ３極（現像剤規制部材対向極）と称する。

極性はＰ１極から、Ｎ、Ｓ、Ｓ極としているが、これらは各極が反対の極性であっても構わない。Ｐ１極は現像極であり、感光体ドラム１０９に対向している。Ｐ２極はケーシング３０１に対向しており、Ｐ３極は現像剤規制部材３０７に対向している。

このように磁極が形成されているため、現像ローラ３０４上に静電力で引きつけられていた現像剤のうち、磁性体であるキャリアを除いたトナーが、感光体ドラム１０９の表面に形成されている静電潜像に付着することで、感光体ドラム１０９の表面にトナー像として現像させることができる。

＜駆動制御部＞
図２〜図５を参照して、本発明の画像形成装置においてトナー補給に係る部分の駆動及び制御を説明する。図５は、本発明の画像形成装置においてトナー補給に係る部分の機能ブロック図である。

図５に示すように、画像形成装置において、画像形成装置全体の制御を司る主制御部５１０を含む、制御部５００が設けられている。

制御部５００には、主制御部５１０に加えて、図２で示した、トナーボトル（回転）、トナー補給部であるサブホッパー、現像装置１１２をそれぞれ駆動制御するための、ボトル回転制御部５４０、補給部制御部５５０、現像制御部５６０が設けられている。これらの制御部５００は、主制御部５１０とバス又は/及びインターフェース５７０を介して接続されている。

また、制御部５００には、バス部（インターフェース部）５７０を介して、トナー補給部であるサブホッパー２００に設けられた磁束センサ（残量検知部）１０からの信号を処理する残量検知処理部（検知処理部）５２０が設けられている。さらに、制御部５００には、現像装置１１２に設けられたトナー濃度センサ３２０からの信号を処理する、濃度検知処理部５３０なども設けられている。

さらに、制御部５００は、バス部（インターフェース部）５７０を介して、操作部８３０、通信部８２０や、画像処理部（不図示）等と接続されている。なお、画像形成装置１００の制御部５００には、図では省略するが、搬送制御部、定着制御部、書き込み制御部等が含まれているとする。

図２、図５に示すように、トナーボトル１１７からのトナー供給のために、ボトル回転制御部５４０は、トナーボトル回転モータ４１０を駆動制御することで、トナーボトル回転モータ４１０が、トナーボトルのボトル本体７０１を回転させるために回転駆動伝達部７５０を駆動させる。

また、図２、図３、図５に示すように、サブホッパー（補給部）２００でのトナー供給のために、補給部制御部５５０が、補給部モータ４２０を駆動制御し、補給部モータ４２０が、回転軸（撹拌部材回転軸）２２１、回転軸（スクリュー回転軸）２３１を一括して回転駆動させる。

図２、図４、図５に示すように、現像動作のために、現像制御部５６０が、現像部モータ４３０を制御し、現像部モータ４３０が、供給室スクリュー回転軸３１２、回収室スクリュー回転軸３１３、現像ローラ回転軸３１４を一括して回転駆動させる。

サブホッパー２００内のトナー量を振動板２１１とともに検知する磁束センサ１０からの信号により、残量検知処理部５２０が、「トナー量が少なくなったこと」を検知すると、直接、あるいは、主制御部５１０を介して、ボトル回転制御部５４０に通知して、トナーボトル１１７のボトル本体７０１を回転させる。このように、回転駆動伝達部７５０が、ボトル本体７０１を回転させることで、トナーボトル１１７からサブホッパー２００へのトナー補給を行う。

同時に、あるいはこの直後に、サブホッパー２００内で撹拌部材２２０を回転させることで、磁束センサは、トナーの補給により、サブホッパー２００内のトナー残量が増えたことを確認する。

しかし、ボトル本体７０１を回転させても、トナーボトル１１７からサブホッパー２００へのトナーの補給がされず、磁束センサ１０により検出されるサブホッパー２００内のトナー残量が増加しない場合は、トナーボトル１１７のトナーが無くなった（空である）ことを通知する。

サブホッパー２００内のトナー量を検知する磁束センサ１０からの情報により、残量検知処理部５２０が、トナーボトルが空であることを検出すると、主制御部５１０は「トナーボトルのトナー残量無し」の通知を表示部８１０で行う、及び/又は接続されたコンピューター等に対して通知する。

そして、必要に応じて、画像形成を一旦中断させるため、画像処理部及び搬送制御部の動作を停止させる。

あるいは、トナーボトルを交換不要な場合は、必要に応じて画像処理により使用する色を他の色で補完するように、画像処理を行うことで、画像形成動作を再開する。なお、例えば一色のみ足りない場合は他の色で補完させるように、画像処理部など反映させることも考えられる。

なお、トナーボトルのボトル本体が回転されることで補給されている最中又はその直後に、サブホッパー２００内で撹拌部材を回転させることで、磁束センサ１０が検出したサブホッパー内のトナー残量が増加したとしても、その増加量が所定量よりも大幅に少ない場合（閾値以下）は、「トナーボトルの残量が少ない」ことを通知してもよい。

この場合も同様に、表示部８１０で表示させたり、通信部８２０を介して、外部機器に通信したりすることで、「トナーボトルの残量が少ない（トナーボトルの交換が近づいている）」旨を通知してもよい。

一方、現像装置において、トナー濃度センサ３２０の信号により、濃度検知処理部５３０が現像装置内のトナーが少ないことを検知すると、直接、又は主制御部５１０を介して、補給部制御部５５０に通知する。補給部制御部５５０は、補給部モータ４２０を駆動制御し、補給部モータ４２０が、撹拌部材回転軸２２１、スクリュー回転軸２３１を一括して回転駆動させる。この動作により、サブホッパー２００から現像装置１１２へトナーを補給する。

この際、サブホッパー２００からの補給だけでは、現像装置１１２へのトナーの補給量が足りない場合は、ボトル回転制御部５４０にも通知して、ボトル本体７０１も回転駆動させて、トナーボトル１１７からサブホッパー２００へのトナーの補給を平行して行ってもよい。

ここで、本発明の実施形態に係る補給部モータ４２０は、トナーを補給する方向である正回転方向に加えて、正回転方向と逆向きの逆回転方向にも、撹拌部材回転軸２２１、スクリュー回転軸２３１を一括して回転駆動させることができる。

したがって、トナー濃度センサ３２０からの信号やその他のセンサにより、又は主制御部５１０から、補給要求が無い場合でも、補給部モータ４２０により逆回転に駆動することで、サブホッパー２００内のトナー残量を検知することも可能である。

＜制御部のハードウエア構成例＞
上記は機能ブロックで示したが、図６に、画像形成装置の制御部６００のハードウエア構成例を示す。

図６に示すように、本実施形態に係る画像形成装置の制御部６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１０、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２０、ＲＯＭ（Read Only Memory）６３０、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）６４０及びＩ／Ｆ（Interface）６５０がバス６６０を介して接続されている。

これらの、ＣＰＵ６１０、ＲＡＭ６２０、ＲＯＭ６３０、ＨＤＤ６４０は、図５の主制御部５１０を構成してもよい。また、Ｉ／Ｆ６５０には表示部８１０、通信部８２０、操作部８３０及び専用デバイス８４０が接続されている。

ＣＰＵ６１０は演算手段であり、画像形成装置１全体の動作を制御する。ＲＡＭ６２０は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ６１０が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ６３０は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＨＤＤ６４０は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（Operating System）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納される。

Ｉ／Ｆ６５０は、バス６６０と各種のハードウエアやネットワーク等を接続し制御する。表示部８１０は、ユーザーが画像形成装置１００の状態を確認するための視覚的ユーザインターフェースであり、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置によって実現される。

操作部８３０は、キーボードやマウス等、ユーザーが画像形成装置１に情報を入力するためのユーザインターフェースである。

専用デバイス８４０は、プリンタ、スキャナ、ファクシミリにおいて専用の機能を実現するためのハードウエアと、これらのハードウエアのための専用の制御部を意図する。例えば、専用デバイス８４０として、図５のボトル回転制御部５４０、補給部制御部５５０、現像制御部５６０、残量検知処理部５２０、濃度検知処理部５３０なども含みうる。

このようなハードウエア構成において、ＲＯＭ６３０やＨＤＤ６４０若しくは図示しない光学ディスク等の記憶媒体に格納されたプログラムがＲＡＭ６２０に読み出され、ＣＰＵ６１０がＲＡＭ６２０にロードされたプログラムに従って演算を行うことにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部と、ハードウエアとの組み合わせによって、例えば図５のような本実施形態に係る画像形成装置１００の機能を実現する機能ブロックが構成される。

＜サブホッパーの外観＞
図７は、本実施形態に係るサブホッパー２００及びサブホッパーの概観を示す斜視図である。図７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。サブホッパー２００の上部は開口しており、この開口に対してトナーボトル供給路１２０（図３参照）に取り付けられる供給口２０２が形成されたカバー（不図示）が取り付けられる。また、サブホッパー２００内部に貯留されるトナーは排出口２０３（図８参照）を通ってサブホッパー供給路１１９から送り出される（排出される）。

なお、この例では、サブホッパー供給路１１９は、サブホッパー２００の下部に一体化して取り付けられており、図７の右下に示す連結部分１１９Ｊで、現像装置１１２又はさらに下流の供給路１１９へ接続される。

図８は、サブホッパー２００及びサブホッパー供給路１１９の一部を別の角度から見た図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図を示す。図８（ａ）に示すように、サブホッパー２００内部の内壁には、振動板２１１が設けられている。振動板２１１が設けられた内壁２０１ｉは、図７において磁束センサ１０が取り付けられている外壁２０１ｏの裏側である。従って、振動板２１１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２１１は、長方形の板状の金属部品であり、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２１１の長手方向において固定されていない側の端部には錘２１２が配置されている。

錘２１２は、振動板２１１が振動した場合の振動数を調整する機能や、振動板２１１を大きく振動させるための機能を有する。

サブホッパー２００内部には、収容されるトナーを撹拌するための構成として、回転体である撹拌部材２２０が設けられている。撹拌部材２２０は、回転軸２２１と撹拌羽根２２２が設けられている。回転軸（撹拌部材回転軸）２２１は、撹拌部材２２０がサブホッパー２００内部で回転する軸である。

この回転軸２２１に対して、中心から一方の外側に延出するように撹拌羽根２２２が固定されている。図８では、この撹拌羽根（翼）２２２は、サブホッパー２００内において、回転軸２２１の延伸方向のほぼ全域を幅として有し、回転軸２２１から先端面が内壁近傍までの長さ（高さ）として有する、全域タイプの幅広な略長方形の板状形状である。

回転軸２２１の回転に伴って撹拌部材２２０が回転して、サブホッパー２００内部であって、図８（ｂ）左側のトナーが撹拌される。また、振動板２１１の長手方向は、撹拌部材２２０の回転軸２２１の軸方向と略平行になるように配置されている。

また、撹拌羽根２２２は、トナーの撹拌に加えて、回転により振動板２１１に取り付けられた錘２１２を弾く機能を担う。これにより、撹拌部材２２０が１周回転する毎に、撹拌羽根２２２に錘２１２が弾かれて振動板２１１が振動する。

この振動板２１１の振動を磁束センサ１０が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。

撹拌羽根２２２は、検知に使用される磁束に影響を与えない非磁性体であって、接触により破損しにくい可撓性の素材である、例えばプラスチック等で作製され、平板状に形成されている可撓部材である。なお、図８（ｂ）に示すように、撹拌羽根２２２の先端部以外の部分に空洞を設けてもよい。

ここで、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、サブホッパー供給路１１９の少なくとも一部が筐体２０１の下面に取り付けられている。サブホッパー供給路１１９の始点である排出口２０３は、搬送スクリュー２３０の下側に形成されている。そして、現像装置１１２のトナー補給路３１１又は現像装置の上流にある供給路との連結部分１１９Ｊまで、筐体２０１の下面に沿って略４分の１の円弧状に取り付けられている。

よって、搬送スクリュー２３０は、撹拌部材２２０よりも排出口２０３に近い位置に、設けられている。正回転方向への回転を行うと、撹拌部材２２０はトナーを撹拌しながら、サブホッパー２００内で搬送スクリュー２３０側へ（図８（ｂ）の右側から左側へ）トナーを移動させる。そして、図中点線で示すように、搬送スクリュー２３０により、筐体２０１から排出口２０３を通ってサブホッパー供給路１１９へかき出されたトナーは図８（ｂ）中、左中央から、円弧状に搬送されて、図中右上にある連結部分１１９Ｊへ到達する。

＜振動部材の構成＞
次に、振動部材２１０と磁束センサ１０による検知の構成について説明する。

図９（ａ）は、サブホッパー２０から取り外した状態の振動部材２１０の斜視図である。図９（ａ）に示すように、振動部材２１０は、振動板２１１と、錘２１２と、固定部２１３で構成されている。

振動板２１１の一端であってサブホッパー２００に取り付ける際に外部に近い、外側の面には、サブホッパー２００の筐体２０１の内壁に固定するために固定部２１３が取り付けられている。

また、振動板２１１の固定されていない、先端の内側には、錘２１２が取り付けられている。振動部材２１０をサブホッパー２００に取り付けた状態では、錘２１２は、筐体２０１の内側に突出して設けられる突出部となり、この突出部である錘２１２が、撹拌部材２２０の撹拌羽根２２２と接触することで、振動板２１１が振動する。

本実施形態では、図９（ａ）に示すように、錘２１２は、側面が二等辺三角形の三角柱形状、即ち、最も突出する辺２１２ｅを中心にして上下対称形状である。

図９（ｂ）は、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。図９（ｂ）を用いて、磁束センサ１０の発振周波数に対する振動板２１１の振動による影響について説明する。

図９（ｂ）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２１１とは、対向して配置されている。そして、図９（ｂ）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２１１を貫く。なお、図９（ｂ）では、磁束センサ１０と、振動板２１１との間にある、サブホッパー２００の筐体２０１の壁は省略して示している。

また、磁束センサ１０が振動検知部として機能する。

図９（ｃ）は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。
振動板２１１は、例えばＳＵＳ板によって構成されており、図９（ｃ）に示すように磁束Ｇ１が振動板２１１を貫くことによって振動板２１１内に渦電流が発生する。

振動板２１１において、この渦電流が磁束Ｇ２を発生させ、図９（ｂ）の磁束センサ１０の平面パターンコイル１１による磁束Ｇ１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。詳細は図１０で回路とともに説明するが、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２１１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２１１との間隔によっても変化する。振動板２１１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２１１との間隔に反比例する。従って、平面パターンコイル１１と振動板２１１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、上記の反比例の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２１１の振動を検知する。そのようにして検知した振動板２１１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。

このように、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示す振動板２１１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（残量検知処理部、図９参照）が、粉体残量検知ユニットとして機能する。このトナー補給部として機能するサブホッパー２００は、トナー残量の検知に用いられる顕色剤残量検知装置としても機能する。また、磁束センサ１０が残量検知部として機能する。

なお、撹拌羽根２２２によって弾かれた振動板２１１の振動は、振動板２１１の剛性や錘２１２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２１１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２１１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２１１に接触するトナーによる振動に対する負荷は、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２１１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。

トナー残量を検知するための磁束センサ１０の構成について下記説明する。

＜磁束センサの回路構成＞
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１０を参照して説明する。図１０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。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、図９（ｂ）に示すように、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（即ち、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）に形成されたパターンである。このように折り曲げられたパターン抵抗１２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。図１０に示すように、パターン抵抗１２は、抵抗値ＲＰを有する。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ＲＰ、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、平面パターンコイル１１によって得られるインダクタンスＬは、平面パターンコイル１１の近傍における磁性体の存在やその濃度によっても変化する。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、図９（ｃ）で説明したように、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２１１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２１１を通る。即ち、振動板２１１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。その結果、振動板２１１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により、その振動板２１１の振動状況を検出することでトナーの残量を検知する。

＜残量検知処理部＞
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検知の具体的な構成について図１１を参照して説明する。図１１は、磁束センサ１０の出力値を取得する残量検知処理部（検知コントローラ）５２０の詳細構成を示す図である。

図１１に示すように、本実施形態に係る残量検知処理部５２０は、ＣＰＵ２１、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。

ＣＰＵ２１は演算手段であり、ＲＯＭ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、残量検知処理部５２０全体の動作を制御する。

ＡＳＩＣ２２は、ＣＰＵ２１やＲＡＭ等が接続されたシステムバスと他の機器との接続インターフェースとして機能する。

タイマ２３は、水晶発振回路２４から入力される基準クロックのカウント値が所定の値になる度に割込み信号を生成してＣＰＵ２１に対して出力する。ＣＰＵ２１は、タイマ２３から入力される割込み信号に応じて、磁束センサ１０の出力値を取得するためのリード信号を出力する。

水晶発振回路２４は、残量検知処理部５２０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、残量検知処理部５２０内部において処理可能な情報に変換する。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。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磁束センサ１０が、透磁率カウンタ３１に接続されている。

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各色の現像装置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。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２１１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、ＡＳＩＣ２２を介してＣＰＵ２１へ送られ、ＣＰＵ２１内の振動状態の検知及びトナー残量の演算に用いられる。

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１１に示すコントローラである残量検知処理部５２０は、磁束センサ１０とは別個に、図５に示すように、例えば画像形成装置１００の制御部５００内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。

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２１１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、トナー残量の検知が行われる。

＜振動板の振動の上面図＞
次に、サブホッパー２００内部における振動板２１１周辺の部品の配置や、撹拌羽根２２２が振動板２１１を弾いている様子について説明する。

図１２は、本発明の実施形態のサブホッパー２００において振動部材２１０と撹拌羽根２２２とが接触するときの動きを示す上面図である。

図１２（ａ）は、磁束センサ１０と振動板２１１とが接触する前の様子を示す上面図である。上述のように、振動板２１１は固定部２１３を介してサブホッパー２００の筐体２０１の内壁に固定される。磁束センサ１０と振動板２１１との配置間隔ｇの調整は、磁束センサ１０及び振動板２１１が取り付けられるサブホッパー２００の筐体２０１の厚みや、振動板２１１が固定される固定部２１３の厚みによって調整することが可能である。

図１２（ｂ）は、振動板２１１及び錘２１２が撹拌羽根２２２によって押し込まれる状態を示す上面図である。この際、振動板２１１は固定部２１３を介してサブホッパー２００の筐体２０１内壁に固定されているため、固定部２１３側の位置は変化しない。これに対して、錘２１２が設けられて自由端となっている反対側の端部は、撹拌羽根２２２によって押し込まれることにより、回転軸２２１が設けられた側とは反対側である筐体の外側に近づくように移動する。

結果的に、振動板２１１は、固定部２１３を基点として図１２（ｂ）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２１１を振動させるためのエネルギーが蓄えられる。

なお、図１２（ｂ）に示すように、本実施形態に係る撹拌羽根２２２は、錘２１２に接触する部分とそれ以外の部分との間に切り込み２２３が設けられている。これにより、撹拌羽根２２２が錘２１２を押し込む際に無理な力が加わって撹拌羽根２２２が破損してしまうことを防ぐことができる。

また、切り込み２２３の始点（終点）には丸型部２２３ｂが設けられている。これにより、切り込み２２３ａを境に撹拌羽根２２２の撓み量が異なった場合に切り込み２２３の始点に加わる応力を分散し、撹拌羽根２２２の破損を防ぐことができる。

図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）に示す状態から更に撹拌部材２２０が回転した後の振動部材２１０の状態を示す上面図である。図１２（ｃ）に示すように、撹拌羽根２２２による錘２１２の押圧が解除されると、振動板２１１に蓄えられた撓みのエネルギーにより、自由端である錘２１２が設けられた側の端部が反対側に撓む。そして、振動板２１１の撓んだ端部がその後、減衰しながら振動する。

＜側面図＞
図１３は、本発明の実施形態のサブホッパー２００において撹拌部材２２０が正回転する場合の振動板２１１と撹拌羽根２２２の動きを示す側面図である。図１３において、回転軸２２１は、撹拌羽根２２２が時計回りに回転するように回転する。

図１３（ａ）は、撹拌部材２２０の回転が、撹拌羽根２２２が振動板２１１に取り付けられた錘２１２に接触する前である状態を示す側面図である。

その後、図１３（ｂ）に示すように、振動板２１１及び錘２１２が撹拌羽根２２２によって押し込まれる。

図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）に示す状態から更に撹拌部材２２０が回転した状態を示す側面図である。図１３（ｃ）においては、定常状態における振動板２１１の位置を破線で、図１４に示す振動板２１１の位置を一転鎖線で示している。そして、撹拌羽根２２２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２１１の位置を実線で示している。

図１３（ｃ）の実線に示す状態において、振動板２１１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２１１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。

図１３（ｄ）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１３（ｄ）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２１１や錘２１２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２１１の振動が減衰する。

さらに、トナーが存在する場合においても、サブホッパー２００内のトナーが振動板２１１の上端まで覆っている場合は振動板２１１の振動の減衰がより早くなり、トナーが振動板２１１の下端近傍の一部のみを覆っている場合は振動板の振動の早まり方が緩和される。

このように、振動の減衰の変化に基づいてサブホッパー２００内部のトナー残量について、トナーの有無を検知する、及びトナーが存在する場合の、振動板２１１に対する表面レベルの位置などを、検知することができる。

図１４は、図３のサブホッパー２００において撹拌部材２２０が逆回転する場合の振動板２１１と撹拌部材２２０の動きを示す側面図である。

図１４において、（ａ）は、撹拌羽根２２２が振動板２１１に取り付けられた錘２１２に接触する前の状態、（ｂ）は、振動板２１１及び錘２１２が撹拌羽根２２２によって押し込まれる状態、（ｃ）は（ｂ）に示す状態からさらに撹拌部材２２０が回転した状態を示す。

上述の図９（ａ）で説明したように、本発明の実施形態では、振動部材２１０の突出部である錘２１２は、それぞれの弾き方向で振動板２１１の振動状態が同一となるように、側面から見て逆Ｖ字型に上下対称形状である。

この構成により、図１３（ｂ）と図１４（ｂ）に示すように、撹拌部材の回転が正回転方向であっても逆回転方向であってもどちらでも、撹拌羽根２２２は錘２１２を弾くことが可能になり、どちらに回転しても残量検出が可能になる。

なお、図１３に示す正回転の場合と、図１４に示す逆回転の場合とで、撹拌部材２２０の回転速度は同じであってもよいし、異なっていてもよい。なお、撹拌部材２２０の回転速度を変更するためには、図５に示すモータ回転速度を変更する。

例えば、現像装置へトナーを供給する場合の、撹拌部材の正回転のときよりも、現像装置へトナーを供給しないでトナー量を検知する撹拌部材の逆回転のときの方が、回転速度を遅く設定してもよい。

逆回転のときに、正回転のときよりも遅く回転させることで、撹拌部材の掻き上げによるサブホッパー内のトナー舞い上がり等のトナーの位置変動を低減させる。これにより、逆回転させることでトナー量を検出する場合のトナー量検知精度を向上することができる。

＜センサによる残量の検知方法＞
図１５は、撹拌羽根２２２によって錘２１２が弾かれた後、振動板２１１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。図１５のグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は発振信号のカウント値を示す。

図１５に示すように、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１５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１５に示すように、タイミングｔ１において撹拌羽根２２２が錘２１２に接触して錘２１２を押し込むことにより、振動板２１１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ｔ２において撹拌羽根２２２による錘２１２の押圧が解除され、それ以後、振動板２１１は蓄えられた振動エネルギーによって振動する。振動板２１１が振動することにより、振動板２１１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２１１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２１１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２１１の振動は時間と共に減衰する。そのため、振動板２１１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１５に示すように、カウント値の時間変化も同様に、時間経過と共に小さくなっていく。

ここで、上述したように、振動板２１１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１５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２１１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１５に示すように、カウント値の振動のピークを夫々Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４、・・・とすると、例えば、以下の式（２）により、振動板２１１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１５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。ただし、振動板２１１が撹拌羽根２２２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ｔ２におけるピーク値は、撹拌羽根２２２と錘２１２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１３（ｄ）、図１４（ｄ）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２１１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。

上記のグラフに基づく、振幅の減衰の算出方法は、撹拌部材が、正回転、逆回転のいずれでも使用することができる。

＜残量検知フロー＞
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１６のフローチャートを参照して説明する。図１６に示すフローチャートの動作は、図１１に示す、残量検知処理部５２０のＣＰＵ２１の動作に相当する。

図１６において、ＣＰＵ２１は、まず撹拌羽根２２２によって、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｃ）に示すように錘２１２が押し込まれることにより振動が発生し始めることを検知する（Ｓ５１）。

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１５に示すＣ_０である。これに対して、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｃ）に示すように錘２１２が押し込まれると、振動板２１１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。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、Ｓ５１において振動が発生したことを検知する。

Ｓ５１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、Ｓ５１の後、ＣＰＵ２１は、図１５に示すような振動板２１１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（Ｓ５２）。

Ｓ５２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。

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（Ｓ５３）。このため、前段のＳ５２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、Ｐ６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を算出した後、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（Ｓ５４）。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１５のグラフで説明したように、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２１１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２１１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ζＳ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（閾値）」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。

尚、サブホッパー２００内部のトナー残量が、振動板２１１の振動の減衰態様に直接影響するのではなく、トナー残量に応じて振動板２１１に対するトナーの接触状態が変化し、それによって振動板２１１の振動の減衰態様が定まる。従って、サブホッパー２００内部のトナー残量が同量であっても、振動板２１１に対するトナーの接触態様が異なれば、振動板２１１の減衰態様は異なる。

そこで、正回転の際と逆回転の際では、算出した減衰値に対して、基準となる所定の閾値として異なる値を設定しておいてもよい。

Ｓ５４の判断の結果、算出した減衰率ζが閾値未満であれば（Ｓ５４で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（Ｓ５４で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（Ｓ５５）。

Ｓ５５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である主制御部５１０（図５参照）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。

なお、サブホッパー内の具体的な検知方法については、本出願人が行った、特開2016-109445号公報と同様である。

＜第１実施形態の制御フロー＞
上記構成の画像形成装置の第１実施形態における動作制御について、図１７を用いて説明する。図１７は、本発明の第１実施形態に係る残量検出及びトナーボトル取り替えのフローチャートである。図１７に示すフローチャートの動作は、図５に示す制御部５００内のいずれかの制御部の動作に相当し、図２に示したトナー補給構造のいずれかによって実行される。

まず、ステップ（以後、単にＳと称す）Ｓ１０１で、補給部制御部５５０は、主制御部５１０又は濃度検知処理部５３０から、「トナー補給要求」を受け取る。

一例として、現像装置１１２に設けられたトナー濃度センサ３２０の信号を処理する濃度検知処理部５３０は、現像装置１１２内のトナー濃度が低くなった場合、即ちトナーが不足する場合、トナーの補給を要求する通知を主制御部５１０に送信する。そして、主制御部５１０は、一定の濃度が要求される画像形成動作の区切り又は終了の所定のタイミングで、サブホッパー２００から現像装置１１２へのトナー補給を行うように、補給部制御部５５０に対して、「トナー補給要求」を指示する。

または、別の例として、濃度検知処理部５３０は、トナー濃度センサ３２０で検出した現像装置１１２内のトナー濃度が低くなった場合、主制御部５１０を介さずに補給部制御部５５０に、直接「トナー補給要求」を指示する。

あるいは、さらに別の例として、用紙Ｐ上に形成された画像の状態を検出する濃度検知センサによって用紙Ｐ上の画像濃度不足を検出することで、現像装置１１２へのトナー補給を、主制御部５１０へ要求してもよい。または、画像処理部における画像データ段階でのドットカウンタによって消費量を推測することで、現像装置１１２へのトナー補給を、主制御部５１０へ要求してもよい。これらの場合も、主制御部５１０は、上記所定のタイミングで、補給部制御部５５０に対して「トナー補給要求」を指示する。

上記の「トナー補給要求」がされている場合（Ｓ１０１でＹｅｓ）、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２で、補給部制御部５５０は、「トナー補給要求」を取得すると、補給部モータ４２０を正回転方向へ駆動させる。

これにより、撹拌部材２２０の回転軸２２１、搬送スクリュー２３０のスクリュー回転軸２３１が正回転方向へ回転させられることで、サブホッパー２００内のトナーが、撹拌されながら搬送スクリュー２３０の方に移動した後、サブホッパー供給路（排出路）１１９を通って、現像装置１１２へ供給される。

同時に、撹拌部材２２０が正回転方向に回転することで、撹拌羽根２２２が、振動部材２１０の錘２１２に上から下に擦るように接触して振動板２１１が振動する。この振動を、磁束センサ１０が検出することで、サブホッパー２００のトナー残量を検出する。

一方、補給部制御部５５０が「トナー補給要求」を取得していない場合（Ｓ１０１でＮｏ）、Ｓ１０３で、トナー残量検知要求を取得していないかどうか確認する。

画像形成装置１００において、主電源がＯＮになった場合や、省エネから復帰した場合などの駆動開始時（装置を立ち上がるとき）、又はトナーボトル交換後、主制御部５１０は補給部制御部５５０に対して、「トナー残量検知要求」を行う。

即ち、「トナー残量検知要求」は、（１）起動時、（２）トナーボトル交換後、（３）トナーボトルが交換された可能性がある場合に、指示されることを意図する。

この際、トナー補給要求があった時にタイムラグなくトナーを搬送するため、サブホッパーには常にトナーが十分に入っていることが望ましい。そこで、トナー残量検知要求によって電源立ち上げ後に、サブホッパー内のトナー残量を確認することで、続いて実行を予定する画像形成動作において、トナーボトルを途中で交換せずに、画像形成動作が実施できるかどうかを確認することができる。Ｓ１０３として、想定しうるケースについて説明する。

上記のケース（１）として、その時点でのサブホッパー内残量が不明な場合である。不十分ならボトルから供給する必要がある。サブホッパー内残量を不揮発メモリに残し読み出す等、他にその時点での残量検知を知る手段があればここでの残量検知は不要となる。このケース（１）は、起動時（電源ＯＮ／省エネ復帰）に相当する。

ケース（２），（３）として、ボトルが交換された、あるいは交換された可能性がある場合である。セットされたボトル内のトナー残量が不明な（空の場合もあり得る）ため、補給要求と関係なく、ボトルを駆動させてサブホッパーに補給されるかどうかを確認する。空ならボトル交換させる。このケースは、（２）トナー補給完了後（図１７の、ステップＳ１０９，Ｓ１１０，Ｓ１１６でのトナー補給停止の後）、（３）補給動作以外でのボトル交換後、に相当する。

このように、補給部制御部５５０に、主制御部５１０からの、「トナー残量検出要求」が指示されると（Ｓ１０３でＹｅｓ）、Ｓ１０４へ進む。

一方、補給部制御部５５０が、「トナー残量検出要求」を取得していない場合（Ｓ１０３でＮｏ）は、サブホッパー２００内のトナー補給及びトナー残量検知のいずれも行わないことになる。そのため、「トナー補給要求」又は「トナー残量検出要求」のいずれかの要求が来るまでは、以降のフローへは進まない。

補給部制御部５５０は、「トナー残量検出要求」を取得すると（Ｓ１０３でＹｅｓ）、Ｓ１０４で、補給部モータ４２０を逆回転方向へ駆動させる。

これにより、撹拌部材２２０の回転軸２２１、搬送スクリュー２３０のスクリュー回転軸２３１が逆回転方向へ回転させられることで、サブホッパー２００内のトナーが、撹拌されながら撹拌部材２２０の方に移動する。

同時に、撹拌部材２２０が逆回転方向に回転することで、撹拌羽根２２２が、振動部材２１０の錘２１２に下から上に擦るように接触して振動板２１１が振動する。この振動を、磁束センサ１０が検出することで、サブホッパー２００内のトナー残量を検出する。

そして、Ｓ１０２でのモータ正回転での残量検出、又はＳ１０４でのモータ逆回転での残量検出において、Ｓ１０５で、サブホッパー２００内にトナーが有るかどうか、磁束センサ１０で検出し、残量検知処理部５２０で確認する。

ここで、「サブホッパー２００内にトナーが有る」とは、サブホッパー２００内に、少なくとも磁束センサ１０によって残量が検知される閾値（規定量）まで達している分のトナー量が存在すること、を意味する。

トナーがサブホッパー２００内に存在すると検出された場合（Ｓ１０５でＹｅｓ）は、フローを終了する。

トナーがサブホッパー２００内に存在しない場合（Ｓ１０５でＮｏ）は、トナーボトル１１７が空になったかどうかの判定処理であるＳ１０６〜Ｓ１０８に示すニアエンド判定へ移行する。

Ｓ１０５でＮｏのためサブホッパー内にトナーが存在しない（少ない）と検出されているため、トナーボトル１１７からサブホッパー２００へトナーを補給するように、Ｓ１０６で、ボトル回転制御部５４０が回転駆動伝達部７５０を駆動して、トナーボトル１１７のボトル本体７０１を回転させる。

なお、所定回数とは、サブホッパー２００が空の状態から、サブホッパー２００内で磁束センサ１０によって残量が検知される閾値となる量に到達するまでのトナー補給量に相当するボトル本体７０１の回転回数である。なお、サブホッパー２００内のトナー残量の閾値は、画像形成に必要な量であって、タイムラグなく現像部にトナーを搬送できる量である。

サブホッパー２００に対して、トナーボトル１１７からトナーが供給されるため、サブホッパー２００内にトナーが補給されたことを確認するために、Ｓ１０７でサブホッパー２００のモータ回転を開始し、補給部モータ４２０により撹拌部材２２０を逆回転に回転駆動する。

この際、撹拌部材２２０が逆回転方向又は正回転方向に回転することで、撹拌羽根２２２が振動部材２１０の錘２１２に接触して発生する振動板２１１の振動を、磁束センサ１０が検出して、サブホッパー２００内のトナー残量を検出する。

なお、図１７に示すフローでは、Ｓ１０６でトナーボトル１１７からサブホッパー２００へのトナー補給を行った後に、Ｓ１０７でサブホッパー２００内のトナー残量の検出を行うように示しているが、Ｓ１０６とＳ１０７の継続動作は平行して実施してもよい。

Ｓ１０８で、ボトル本体７０１の回転が所定回数に到達する前に、磁束センサ１０によって、トナー残量があること（サブホッパー２００内でトナー有りになったこと）が検出された場合（Ｙｅｓ）、Ｓ１０９へ進み、所定回数到達前に、ボトル本体７０１の回転を停止する。例えば、磁束センサ１０による検出対象となる閾値には達しない程度の少量のトナーがサブホッパー２００内に残っていた場合は、所定回数到達前に、閾値に達することになる。

Ｓ１０８で、トナー補給の途中で、サブホッパー２００内でトナー有りにならない場合（Ｎｏ）、Ｓ１１０で、ボトル本体７０１を所定回数回転しても、連続でサブホッパー２００内にトナーが無いかどうかを確認する。

Ｓ１１０でＮｏでは、所定回数回転したときに、サブホッパー２００内にトナー有りと、検出されたことにより、ほぼ空の状態のサブホッパー２００にトナーが補給され、磁束センサ１０による検出対象となる閾値まで達したことになる。そのため、Ｓ１１１で、ボトル本体７０１の回転を停止し、トナーボトル１１７からサブホッパー２００へのトナーの補給を停止する。

一方、Ｓ１１０において、トナーボトル１１７からトナー供給動作を行いながら、又はトナーボトル１１７からのトナー供給動作を行った後に、磁束センサ１０で、「トナー無し」と、所定の回数連続で検出した場合に（Ｙｅｓ）、トナーボトル内にトナー残量少（なし）」（ニアエンド）と判定する（Ｓ１１２）。

Ｓ１１２で、ニアエンド判定とともに、ボトル本体７０１の回転を停止し、サブホッパー２００のモータ回転を停止して、撹拌部材２２０及び搬送スクリュー２３０の逆回転を停止させる。

残量検知処理部５２０は、Ｓ１０７での複数回の連続した「トナー無し」の検出（Ｓ１１０でＹｅｓ）により、ニアエンド判定（Ｓ１１２）として、Ｓ１１３において、トナーボトル交換要求を、主制御部５１０を介して、又は直接、表示部８１０又は通信部８２０に通知する。この「トナーボトル交換要求」を、表示部８１０に表示する又は、通信部８２０を介して外部機器で表示することで、ユーザーや管理者に、交換のための新規のトナーボトルの準備あるいは交換を促す。

ユーザーや管理者によりトナーボトルが交換されると、Ｓ１１４で、トナーボトル保持部（不図示）等により、交換後のトナーボトルが適切に装着されたかどうか、の確認を行う。例えば、交換後のトナーボトル１１７のトナー保持部への嵌合状態を検出し、あるいは交換されたトナーボトル１１７のキャップ部７０２に搭載されたＩＣタグ等を検出することで、トナーボトルが装着されたことを確認する。

トナーボトルが装着されたことを確認すると、Ｓ１１５で、トナーボトル１１７のボトル本体７０１を回転駆動する。ボトル回転制御部５４０が回転駆動伝達部７５０を駆動してトナーボトル１１７のボトル本体７０１を回転させることで、トナーボトル１１７からサブホッパー２００へトナーを供給する。

Ｓ１１５では、Ｓ１０９でサブホッパー２００内にトナーが無いことが確認されたため、Ｓ１１１０で交換されたトナーボトル１１７からトナーを補給する。

そして、ボトル本体の回転数が、所定回数に到達したら、ボトル本体７０１の回転を停止し（Ｓ１１６）、トナーボトル７００からサブホッパー２００へのトナーの補給を停止する。そして、トナーの補給に伴うことで、トナーの補給状態がリカバリされたので、ニアエンド判定を解除し（クリアし）、フローを終了する。

このフロー終了後、補給要求や、残量検知要求があった場合はまたＳＴＡＲＴに戻ってフローを開始する。

本発明の実施形態では、撹拌部材を正回転させることに加えて、撹拌部材を逆回転させるように制御することを可能なので、トナー残量を検出する際、トナー補給を伴ったトナー残量検出と、トナー補給を伴わないトナー残量検出の両方が可能になる。

即ち、本実施形態において、トナー残量を検知する際、後段の装置である現像装置へ補給するかどうかに応じて、補給部モータ４２０を、正回転方向の回転か、逆回転方向の回転か、のいずれかの回転方法が選択可能である。

そのため、本発明では、トナー補給要求がある場合でも、ない場合でも残量検出が可能なため、トナーボトルからサブホッパーへのトナー供給、ニアエンド判定、ニアエンドリカバリを、現像装置への次回トナー補給タイミングまで待つ必要はなく、タイミングの制約なく実行できる。

＜比較例＞
下記、本発明とは異なるモータ制御を行う比較例に係るサブホッパーについて図１８，１９を用いて説明する。

図１８（ａ）は、サブホッパー２００Ｘから取り外した状態の比較例に係る振動部材２１０Ｘの斜視図であり、図１８（ｂ）は、比較例に係るサブホッパー２００Ｘの側面方向の断面模式図である。

比較例のトナー残量検出方法では、サブホッパー２００Ｘにおいて、撹拌部材２２０Ｘや、搬送スクリュー２３０Ｘは、正回転方向のみ回転可能である。この構成においても、撹拌部材２２０Ｘの回転軸２２１と搬送スクリュー２３０Ｘのスクリュー回転軸２３１Ｘとは同一モータ駆動となっており、同時に回転動作する構成であるとする。

よって、図１８（ａ）に示すように、比較例に係る振動部材２１０Ｘに設けられる錘２１２Ｘは、上から下へ擦ることのみを想定された構成である。その他の部材の構成については、本発明の構成と同様であるとする。

比較例では、撹拌部材２２０Ｘの回転軸２２１Ｘは図１８（ｂ）に示す矢印方向のみに回転し、撹拌部材で振動板２１１Ｘを弾くトナー残量検出と、現像装置側へのトナーかき出し・トナー補給を同時に行っている。

図１９に、比較例に係る残量検出及びトナーボトル取り替えのフローチャートを示す。

図１９のフローチャートと、上述の本発明の第１実施形態に係る図１７のフローチャートと比較すると、比較例の動作では、Ｓ１０３、Ｓ１０４に対応するトナー残量検出要求と、モータ逆回転のステップが存在しない。

また、ニアエンド判定の際、トナーボトル１１７からサブホッパー２００へトナーを補給しながら、サブホッパー２００内部の残量検出を行うＳ９０５でのモータ回転が正回転である点が異なる。

図１８、図１９に示すように、撹拌部材２２０Ｘを正回転のみ可能な構成でトナー残量検出する方法では、トナー残量を検出するときは、撹拌部材２２０Ｘ、搬送スクリュー２３０Ｘが正反転することでサブホッパー２００Ｘ内のトナーがかき出され、サブホッパー供給路内を搬送されることで、必ず現像装置へのトナー補給も伴ってしまう。

ここで、トナー残量を検出すると同時にトナー補給もされてしまうと、現像装置１１２Ｘ内のトナー濃度が上昇し、画像の濃度変動を引き起こすため、図１９に示すように、現像装置にトナーを補給するタイミングでしか、サブホッパー内のトナー残量を検出できない。即ち、この構成では、サブホッパー１１２Ｘは、トナーボトルと、現像装置部とを連結するトナー供給経路の一部として、現像装置へのトナー補給の要求があるときのみ、トナーを補給するために、付随的にトナー残量を検出していた。

ゆえに、例えば電源立ち上げの際に、トナーボトルからサブホッパーへのトナー供給やニアエンド判定、ニアエンドリカバリを実行するタイミングにならず、現像装置への次回トナー補給タイミングまで待たなければならなかった。

そのため、画像形成動作を一時停止中に、サブホッパーから現像装置への補給と、トナーボトルからサブホッパーへのトナー補給の両方を行うため、そのときにトナーボトル内のトナー切れ（又はニアエンド）が検出されるため、トナーボトルの交換の通知が遅れてしまう。例えば、画像形成において、区切れ目の一時停止期間で現像装置へトナーが補給されるときにトナーボトルのトナー切れが検出され、トナーボトル交換要求が指示されると、画像形成中のユーザーの負担が大きい。

これに対して、本発明の上記の第１実施形態では、サブホッパー内のトナー撹拌部材の回転動作を、正回転に加えて「逆回転」に制御することで、トナー補給せずにトナー残量を検出することができる、という効果を奏する。したがって、現像装置でトナーが不足している場合でなくても、トナーボトルのトナー切れを別のタイミングで検出できる。

また、上記のように撹拌部材を「逆回転」にすることが可能になることで、撹拌部材の逆回転の状態を連続して使用する例が第１実施形態であったが、別の制御として正回転と逆回転を交互に繰り返す例として、下記の第２実施形態を説明する。

＜第２実施形態＞
図２０は、本発明の第２実施形態に係るサブホッパー２００Ａの側面方向の内部模式図である。

本実施形態では、現像装置へトナーを供給しない場合の、トナー残量検出期間中のサブホッパー内のトナー撹拌部材の回転動作を、トナーを現像器に搬送しない一定角度内での反復動作とする点が第１実施形態とは異なる。

図２０において、上記の回転動作の駆動制御を除き、振動板２１１に固定された錘２１２の形状を含む、サブホッパー２００Ａ内の構成は、上記第１実施形態と同じである。

本実施形態においても、撹拌部材２２０は、正回転方向及び逆回転方向に回転駆動可能である。また、本実施形態では、トナー残量を検知する際、後段の装置である現像装置へ補給するかどうかに応じて、補給部モータ４２０を、正回転方向の回転か、正回転方向及び逆回転方向を交互に行う反復動作か、のいずれかの回転方法が選択可能である。

したがって、トナー残量検出のときに、第１実施形態と同様に、サブホッパー２００のトナーが現像装置１１２に搬送されることを防止できる。

実施形態における、回転モータの反復動作が行われる一定角度の角度は、例えばメモリ等に記憶されて選択可能であってもよいし、予め固定されていてもよい。

本実施形態における、回転モータの反復動作においては、撹拌羽根２２２が振動板２１１を弾いたことよる変形分は除いいて、規定の位置から規定角度だけ回転させたら逆回転させる、といった、位置情報をメモリ等に保持しておき、使用してもよい。

また、第１実施形態と同様に、正回転と逆回転で、撹拌部材２２０Ａとスクリュー２３９Ａを駆動するモータ回転速度を変えてもよい。

＜第２実施形態の制御例＞
図２１に、本発明の第２実施形態に係る残量検出及びトナーボトル取り替えのフローチャートを示す。

本実施形態のフローは、概略は図１７に示す実施形態と同様であるが、トナー残量を検知するときのＳ２０４及びＳ２０７でのモータの動作が異なる。

Ｓ２０４及びＳ２０７では、撹拌部材２２０が振動板２１１を弾いたことを検知した後、撹拌部材２２０の位置が規定角度に達したら、回転軸２２１を駆動させている補給部モータ４２０を逆回転させる。これを繰り返すことで撹拌部材２２０を一定の角度内で、反復動作させる。

ここで、第１実施形態では、残量検出のときに、特にトナー残量無しの場合、確認のために補給部モータ４２０の逆回転を連続して行うと、撹拌部材２２０スクリューも連続して逆回転し、現像装置１１２からサブホッパー供給路１１９を介してサブホッパー２００へトナー逆流が発生するおそれがある。この逆流により、一時的に、サブホッパーと、現像装置とを連結するサブホッパー供給路１１９（図８参照）内のトナーが少なくなったり、空になったりすることがありうる。そのため、次回補給時に、現像装置へトナー補給が開始されるタイミングにタイムラグが生じる可能性があった。

これに対して、本実施形態では、トナー残量検出期間中、撹拌羽根２２２Ａは一定角度内でしか移動しない。そのため、撹拌部材２２０Ａによりサブホッパー２００Ａ内のトナーが搬送スクリュー２３０側へ移動されることがない。

また、撹拌部材２２０Ａの回転軸２２１Ａと搬送スクリュー２３０Ａのスクリュー回転軸２３１Ａが同一モータ駆動となっているため、上記の制御だと、搬送スクリュー２３０Ａの螺旋状羽根２３２Ａも一定角度内でしか移動しない。そのため、搬送スクリュー２３０Ａによりサブホッパー供給路１１９内のトナーも現像装置１１２の方へ搬送されることない。

よって、サブホッパー供給路１１９内のトナーは、サブホッパー供給路１１９内で保持されたままで、現像装置１１２へ供給することもなく、さらにサブホッパー２００Ａへ逆流することもない状態で、トナー残量の検出が可能である。

したがって、本発明の第２実施形態では、トナー残量検出中は、サブホッパー供給路１１９内で保持されたトナーは変化しないため、次回補給時に、現像装置へトナー補給が開始されるタイミングにタイムラグが生じる可能性が生じえない。

また、本発明の第２実施形態でも、トナー補給要求がある場合でも、ない場合でも残量検出が可能なため、トナーボトルからサブホッパーへのトナー供給、ニアエンド判定、ニアエンドリカバリを、現像装置への次回トナー補給タイミングまで待つ必要はなく、タイミングの制約なく実行できる。

＜第３実施形態＞
上記において、トナーを現像装置へ補給せずにトナー残量を検知する場合、撹拌部材の逆回転の状態を連続して使用する第１実施形態、正回転と逆回転を交互に繰り返す第２実施形態を説明したが、これらの実施形態の制御を組み合わせてもよい。

本実施形態では、トナーを現像装置へ補給せずにトナー残量を検知する場合、補給部モータは、逆回転方向の回転を連続して行うか、一定の角度内で、正回転方向及び逆回転方向を交互に行う反復動作か、の回転方法が選択可能である。

例えば、図１７のフローでＳ１０４での残量検出では、逆回転方向の回転を連続して行い、より多くの回転回数が必要な、Ｓ１０７でのトナー補給を行いながらの残量検出では、正回転方向及び逆回転方向を交互に行う反復動作を行う、など適宜選択しうる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０ 磁束センサ（残量検知部）
１００ 画像形成装置
１１２ 現像装置（後段の装置）
１１７ トナーボトル（粉体収容容器、トナー容器）
１１９ サブホッパー供給路（排出路）
１２０ トナーボトル供給路
２００，２００Ａ サブホッパー（補給部，粉体補給装置の一部）
２０１ 筐体
２０２ 供給口
２０３ 排出口
２１０ 振動部材
２１１ 振動板
２１２ 錘
２２０，２２０Ａ 撹拌部材
２２１，２２１Ａ 撹拌部材回転軸（回転軸）
２２２ 撹拌羽根
２３０，２３０Ａ 搬送スクリュー（粉体搬送部材）
２３１，２３０Ａ スクリュー回転軸
２３２ 螺旋状羽根
４１０ トナーボトル回転モータ
４２０ 補給部モータ（モータ）
４３０ 現像部モータ
５００ 制御部
５１０ 主制御部
５２０ 残量検知処理部（検知処理部）
５３０ 濃度検知処理部
５４０ ボトル回転制御部
５５０ 補給部制御部
７０１ ボトル本体
７０２ キャップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）

特開２０１３−３７２８０号公報

Claims (12)

1. 交換可能な粉体収容容器に収容された流動性を有する粉体を、後段の装置に補給する粉体補給装置であって、
   前記粉体を貯留する筐体と、
   前記筐体内部に設けられ、所定の方向に回転することで前記粉体を撹拌する撹拌部材と、
   前記撹拌部材と接触することで、前記筐体内の粉体の量に応じた影響を受けながら、振動する振動部材と、
   前記筐体の外側に、前記筐体の壁を介して前記振動部材と対向して配置され、前記振動部材からの距離により前記振動部材の振動状態を検知する振動検知部と、
   前記振動検知部による検知結果に基づいて、前記筐体内の粉体の残量を検知する検知処理部と、を含み、
   前記振動検知部による検知結果に基づいて算出した前記振動部材の振動状態を示す値が所定の閾値以下である場合に前記筐体内の前記粉体の残量が所定の量を下回ったことを判断するものであり、
   前記筐体内の前記粉体の残量検知を行う際、前記撹拌部材を、前記撹拌の際の前記所定の方向である正回転方向に及び、前記正回転方向と反対向きの逆回転方向に回転可能であり、
   前記粉体を前記後段の装置へ補給するかどうかに依らず、前記筐体内の粉体の残量検知ができ、
   前記正回転方向への回転の際と前記逆回転方向への回転の際では、前記閾値として異なる値を設定する
   粉体補給装置。
2. 前記筐体には、前記粉体が供給される供給口と、前記粉体を排出する排出口とが形成されており、
   前記撹拌部材よりも前記排出口に近い位置に、前記撹拌部材と同じ方向に回転することで前記粉体を撹拌しながら搬送し、前記粉体を前記排出口から排出させる搬送部材を備え、
   前記撹拌部材及び前記搬送部材は同一のモータによって回転駆動する
   請求項１に記載の粉体補給装置。
3. 前記撹拌部材及び前記搬送部材を回転駆動する前記モータを駆動制御する駆動制御部を備え、
   前記駆動制御部は、前記筐体内の前記粉体の残量検知が要求され、且つ、前記後段の装置から前記粉体を前記後段の装置へ補給することを要求された場合、
   前記駆動制御部は、前記撹拌部材及び前記搬送部材を、前記正回転方向に回転することで、前記振動部材を振動させて、前記筐体内の前記粉体の残量を検知する、
   請求項２に記載の粉体補給装置。
4. 前記撹拌部材及び前記搬送部材を回転駆動する前記モータを駆動制御する駆動制御部を備え、
   前記駆動制御部は、前記筐体内の前記粉体の残量検知が要求されて、前記後段の装置から前記粉体を前記後段の装置へ補給することを要求されなかった場合、
   前記駆動制御部は、前記撹拌部材及び前記搬送部材を、前記逆回転方向に回転させることで、前記振動部材を振動させて、前記筐体内の前記粉体の残量を検知する、
   請求項２に記載の粉体補給装置。
5. 前記撹拌部材及び前記搬送部材を回転駆動する前記モータを駆動制御する駆動制御部を備え、
   前記駆動制御部は、前記筐体内の前記粉体の残量検知が要求されて、前記後段の装置から前記粉体を前記後段の装置へ補給することを要求されなかった場合、
   前記撹拌部材を、一定角度以内で、前記正回転方向及び前記逆回転方向を交互に行う反復動作をさせる、
   請求項２に記載の粉体補給装置。
6. 前記撹拌部材及び前記搬送部材を回転駆動する前記モータを駆動制御する駆動制御部を備え、
   前記駆動制御部は、前記筐体内の前記粉体の残量検知が要求されて、前記後段の装置から前記粉体を前記後段の装置へ補給することを要求されなかった場合、
   前記逆回転方向の回転か、一定の角度内で前記正回転方向及び前記逆回転方向を交互に行う反復動作か、のいずれかの回転方法が選択可能である、
   請求項２に記載の粉体補給装置。
7. 前記撹拌部材は、前記正回転方向への回転速度よりも、前記逆回転方向への回転速度が遅く設定される、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の粉体補給装置。
8. 前記撹拌部材は可撓部材であり、
   前記振動部材は、一端が前記筐体の内壁に固定される振動板、及び前記振動板の先端の内側の面に前記筐体の内側に突出して設けられる突出部を備え、前記撹拌部材と前記突出部とが接触することで前記振動板が振動するものであって、
   前記振動部材の前記突出部は前記振動板の板面に対して逆Ｖ字型に両側が傾斜して内側に突出し、前記撹拌部材によって、前記正回転方向の場合も前記逆回転方向の場合も、接触により押し込むことが可能である、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の粉体補給装置。
9. 前記振動部材の前記突出部は、それぞれの弾き方向で前記振動板の振動状態が同一となるように、側面から見て上下対称形状である、
   請求項８に記載の粉体補給装置。
10. 前記粉体はトナーである、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の粉体補給装置。
11. 交換可能な前記粉体収容容器を構成するトナー容器と、
    前記トナー容器から新規のトナーが送り込まれる、請求項１０に記載の粉体補給装置と、
    前記粉体補給装置から前記トナーが補給される前記後段の装置を構成する現像装置と、を備える、
    画像形成装置。
12. 交換可能な粉体収容容器に収容された流動性を有する粉体を後段の装置に補給する流動性を有する粉体の、筐体内における残量を検知する粉体補給装置の粉体検知方法であって、
    前記粉体補給装置は、前記粉体を貯留する筐体と、前記筐体内部に設けられ、所定の方向に回転することで前記粉体を撹拌する撹拌部材と、前記撹拌部材と接触することで、前記筐体内の粉体の量に応じた影響を受けながら、振動する振動部材と、前記筐体の外側に、前記筐体を構成する筐体の壁を介して前記振動部材と対向して配置され、前記振動部材からの距離により前記振動部材の振動状態を検知する振動検知部と、を備え、
    前記筐体内の粉体の残量検知要求を取得するステップと、
    前記粉体を前記後段の装置へ補給するかどうかの要求を取得するステップと、を含み、
    前記振動検知部による検知結果に基づいて算出した前記振動部材の振動状態を示す値が所定の閾値以下である場合に前記筐体内の前記粉体の残量が所定の量を下回ったことを判断するものであり、
    前記粉体を前記後段の装置へ補給するかどうかに応じて、前記残量を検知する際、前記撹拌の際の前記所定の方向である正回転方向の回転か、前記正回転方向と反対向きである逆回転方向の回転か、前記正回転方向及び前記逆回転方向を交互に行う反復動作か、のいずれかの回転方法が選択可能であり、
    前記正回転方向への回転の際と前記逆回転方向への回転の際では、前記閾値として異なる値を設定する
    粉体量検知方法。

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