JP7342608B2 - トナー残量検出装置、画像形成装置及びトナー残量検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、トナー残量検出装置、画像形成装置及びトナー残量検出方法に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置では、トナー容器内の上下壁面にそれぞれ電極を配置して、電極間の静電容量検出値に基づきトナー残量を検出する技術が知られている。

また、トナー容器の下端部の外周上に２つの電極を対向させて設置し、トナー容器内のトナー残量を検出する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来の技術では、電極間における全ての静電容量に基づきトナー残量を検出するため、２つの電極間に介在する意図しない部材や２つの電極間の空気等のトナー以外の静電容量が検出値に含まれることで、トナー残量を正確に検出できなくなる場合があった。

本発明は、トナー容器内のトナー残量を正確に検出することを課題とする。

本発明の一態様に係るトナー残量検出装置は、トナー容器の一部を挟んで平面部が向き合うように配置された２つの平行平板電極と、前記２つの平行平板電極の間の静電容量値に基づいて取得された前記トナー容器内のトナー残量の検出値を出力する出力部と、を備え、前記トナー容器は、前記トナー容器の長手方向の端部にトナーの排出部を備え、前記２つの平行平板電極によって挟まれた前記トナー容器の一部は、重力方向における前記トナー容器の高さの半分以下に該当する部分であるとともに、前記トナー容器の長手方向が水平方向に沿った状態において、前記トナー容器の長手方向における前記トナー容器の長さの半分以下に該当する部分であって、前記排出部が位置する側の部分であり、前記２つの平行平板電極は、前記２つの平行平板電極のそれぞれの平面部が重力方向と平行になるように配置されている。

本発明によれば、トナー容器内のトナー残量を正確に検出できる。

実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す図である。 実施形態に係る作像部の構成例を示す図である。 実施形態に係るトナー補給部の構成例を示す図である。 図３のＡ－Ａ断面図である。 トナー容器収容部へのトナー容器の設置状態例を示す斜視図である。 実施形態に係る検量線の一例を説明する図である。 実施形態に係る制御部のハードウェア構成例を示すブロック図である。 実施形態に係る制御部の機能構成例を示すブロック図である。 実施形態に係る制御部の処理例を示すフローチャートである。 第１実施形態に係るトナー残量検出装置の構成例を示す図である。 図１０のＢ－Ｂ断面図である。 少量トナーの静電容量検出値例を示す図である。 第１実施形態に係る検量線の一例を示す図である。 トナー残量が多い場合の図１０のＢ－Ｂ断面図である。 第２実施形態に係る制御部の機能構成例を示すブロック図である。 トナー残量の検出ばらつきと予測ばらつきの関係例の図である。 第２実施形態に係る制御部の処理例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して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。

以下では、トナー残量検出装置２００を備える画像形成装置１００を例にして、実施形態を説明する。

＜画像形成装置１００の構成例＞
図１は、画像形成装置１００の構成の一例を説明する図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、トナー容器収容部７０と、中間転写ユニット１５と、作像部６と、トナー補給部６０とを有する。トナー容器収容部７０には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が着脱可能（交換可能）に設置されている。

図１において、トナー容器収容部７０の下方には中間転写ユニット１５が設けられている。その中間転写ユニット１５の中間転写ベルト８に対向するように、各色に対応した作像部６（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が並列して配置されている。

また、トナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の下方には、それぞれ、トナー補給部６０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が設けられている。そして、トナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に収容されたトナーは、それぞれ、トナー補給部６０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）によって、作像部６（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の現像部５内に供給（補給）される。

各色に対応した４つのトナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、作像部（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）及びトナー補給部６０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、使用するトナーの色が異なる点以外は同様の構成となっている。そのため、以下の説明及び図面では、使用するトナーの色を示す「Ｙ」、「Ｍ」、「Ｃ」、「Ｋ」という添字は適宜省略して説明する。

図２は、４つの作像部６のうちの１つの構成の一例を説明する図である。

作像部６は、感光体１と、感光体１の周囲に設けられた帯電部４と、現像部５と、クリーニング部２と、除電部とを有する。そして、感光体１上で、作像プロセス、すなわち帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程が行われて、感光体１上に各色の画像が形成される。

感光体１は、駆動モータによって図２の感光体１に示した矢印の方向（時計周り方向）に回転駆動する。そして、帯電部４の位置で、感光体１の表面が一様に帯電される（帯電工程）。その後、感光体１の表面は、露光部７から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。

その後、感光体１の表面は、現像部５との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程）。その後、感光体１の表面は、中間転写ベルト８を挟んで一次転写ローラ９と対向する一次転写部で、感光体１上のトナー像が中間転写ベルト８上に転写される（一次転写工程）。各色の感光体１上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト８上に重ねて転写することで、中間転写ベルト８上にカラー画像が形成される。

一次転写部を通過した感光体１の表面上には、僅かながら未転写トナーが残存する。その後、感光体１の表面は、クリーニング部２との対向位置に達して、感光体１上に残存した未転写トナーがクリーニングブレード２ａによって機械的に回収される（クリーニング工程）。最後に、感光体１の表面は、除電部との対向位置に達して感光体１上の残留電位が除去される。

中間転写ユニット１５は、中間転写ベルト８と、４つの一次転写ローラ９（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）と、二次転写バックアップローラ１２と、複数のテンションローラと、中間転写クリーニング部とを有する。中間転写ベルト８は、複数の張架ローラによって張架され、支持されるとともに、ローラ部材のうちの二次転写バックアップローラ１２の回転駆動によって、図１の中間転写ベルト８に示した矢印の方向（反時計周り方向）に無端移動する。４つの一次転写ローラ９（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、それぞれ、中間転写ベルト８を感光体１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）との間に挟み込んで一次転写ニップを形成している。

そして、一次転写ローラ９（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。中間転写ベルト８は、図１の中間転写ベルト８に示した矢印の方向に走行して、それぞれの一次転写ローラ９（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の一次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）上の各色のトナー像が、中間転写ベルト８上に重ねられ、一次転写される。

各色のトナー像が重ねられ、一次転写された中間転写ベルト８は、二次転写ローラ１９と対向する二次転写部に達する。二次転写部では、二次転写バックアップローラ１２と二次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで二次転写ニップが形成されている。中間転写ベルト８上に形成された４色のトナー像は、二次転写ニップの位置に搬送された転写紙等の記録媒体Ｐ上に二次転写される。

このとき、中間転写ベルト８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。その後、中間転写ベルト８は、中間転写クリーニング部の位置に達し、中間転写ベルト８上の未転写トナーが回収される。こうして、中間転写ベルト８上で行われる一連の転写プロセスが終了する。

二次転写ニップの位置に搬送される記録媒体Ｐは、画像形成装置１００の下方に設けられた給紙部２６から、給紙ローラ２７やレジストローラ対２８等を経由して搬送されたものである。詳しくは、給紙部２６には記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ２７が図１中の反時計周り方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対２８のローラ間に向けて給送される。

レジストローラ対２８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対２８のローラニップで一旦停止する。そして、中間転写ベルト８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対２８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが二次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

二次転写ニップでカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着部２０に搬送される。そして、この位置で、定着ベルト及び加圧ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。

その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対２９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対２９によって装置外に排出された記録媒体Ｐは、出力画像として、スタック部３０上に順次スタックされる。こうして、画像形成装置１００における一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、作像部における現像部の構成及び動作について、さらに詳しく説明する。

現像部５は、図２に示すように、ドラム状の感光体１に対向する現像ローラ５１と、現像ローラ５１に対向するドクターブレード５２と、第一現像剤収容部５３及び第二現像剤収容部５４内に設けられた二つの搬送スクリュー５５とを有する。また、第一現像剤収容部５３の現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知センサ５６を有する。

現像ローラ５１は、内部に固定されたマグネットや、マグネットの周囲を回転するスリーブ等で構成されている。現像剤収容部（５３，５４）内には、キャリアとトナーとからなる二成分の現像剤Ｇが収容されている。第二現像剤収容部５４は、その上方に形成された開口を介してトナー落下搬送経路６４に連通している。

現像ローラ５１のスリーブは、図２で現像ローラ５１に示した矢印の方向（反時計周り方向）に回転駆動する。そして、マグネットにより形成された磁界によって現像ローラ５１上に担持された現像剤Ｇは、スリーブの回転に伴い現像ローラ５１上を移動する。

現像部５内の現像剤Ｇは、現像剤中のトナーの割合（トナー濃度）が所定の範囲内になるように調整される。現像部５内のトナー消費に応じて、トナー容器３２に収容されているトナーが、トナー補給部６０を介して第二現像剤収容部５４内に補給される。トナー補給部６０の構成、動作については、後で詳しく説明する。

第二現像剤収容部５４内に補給されたトナーは、搬送スクリュー５５によって、現像剤Ｇとともに混合、攪拌されながら、二つの現像剤収容部（５３，５４）を循環する。そして、現像剤Ｇ中のトナーは、キャリアとの摩擦帯電によりキャリアに吸着して、現像ローラ５１上に形成された磁力によりキャリアとともに現像ローラ５１上に担持される。現像ローラ５１上に担持された現像剤Ｇは、図２で現像ローラ５１に示した矢印の方向に搬送されて、ドクターブレード５２の位置に達する。

そして、現像ローラ５１上の現像剤Ｇは、この位置で現像剤量が適量化された後に、感光体１との対向位置（現像領域）まで搬送され、現像領域に形成された電界によって感光体１上に形成された潜像にトナーが吸着される。その後、現像ローラ５１上に残った現像剤Ｇはスリーブの回転に伴い第一現像剤収容部５３の上方に達して、この位置で現像ローラ５１から離脱される。

次に、トナー補給部６０及びトナー容器３２について詳述する。

図３は、４つのトナー補給部６０のうちの１つの構成の一例を説明する図である。また、図４は、図３のＡ－Ａ断面図であり、図５は、トナー容器収容部７０にトナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が設置された状態の一例を説明する斜視図である。

画像形成装置１００のトナー容器収容部７０（図１参照）に設置されたトナー容器３２内のトナーは、各色の現像部５内のトナー消費に応じて、トナー色ごとに設けられたトナー補給部６０によって適宜に各色の現像部５内に補給される。

画像形成装置１００本体のトナー容器収容部７０に対して、トナー容器３２を図５中の矢印「Ｑ」の方向へ移動することで、トナー容器収容部７０にトナー容器３２を装着することができる。

トナー容器３２は、図４に示す２つのガイド部７２に支持されている。トナー容器３２は、略円筒状のトナーボトルであって、図３に示すように、トナー容器収容部７０に非回転で保持されるキャップ３４と、ギヤ３３ｃが一体的に形成された容器本体３３と、を有する。

容器本体３３は、キャップ３４に対して相対的に回転可能に保持され、ギヤ３３ｃがトナー補給部６０の駆動出力ギヤ８１とかみ合うことができるようになっている。駆動モータ９１が駆動出力ギヤ８１を回転させることにより、容器本体３３のギヤ３３ｃに駆動力が伝達され、ガイド部７２（図５参照）に外周面がガイドされながら、容器本体３３は回転駆動することができる。

容器本体３３が回転することで、容器本体３３の内周面に螺旋状に形成された螺旋状突起３３１によって、容器本体３３の内部に収容されたトナーが容器本体３３の長手方向に沿って図３中の左側から右側へ搬送される。

搬送されたトナーは、トナー容器３２から排出され、トナー補給部６０のホッパ部６１内に供給される。すなわち、駆動モータ９１によってトナー容器３２の容器本体３３が適宜に回転駆動されることで、ホッパ部６１にトナーが適宜に供給される。各色のトナー容器３２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、それぞれ、寿命に達した時、例えば収容するトナーがほとんどすべて消費されて空になった時に、新品のものに交換される。

図３に示すように、トナー補給部６０は、ホッパ部６１と、トナー搬送スクリュー６２と、駆動モータ９１とを有する。ホッパ部６１には、トナー容器３２から供給されたトナーが貯留されており、トナー搬送スクリュー６２が設けられている。

トナー濃度検知センサ５６（図２参照）の検知結果に基づいて現像部５内のトナー濃度が低下したことを制御部が検知すると、トナー補給部６０は、トナー搬送スクリュー６２を所定時間回転させて現像部５Ｙへのトナー補給を行う。トナー搬送スクリュー６２を回転してトナーの補給を行うるため、トナー搬送スクリュー６２の回転数を検出することにより、現像部５へのトナー供給量を精度良く算出することもできる。

ホッパ部６１の壁面には、ホッパ部６１に貯留されたトナーが所定量以下になったことを検知するトナーエンドセンサが設置されている。トナーエンドセンサとしては、圧電センサ等を用いることができる。トナーエンドセンサによってホッパ部６１に貯留されたトナーが所定量以下になったことが検知（トナーエンド検知）されると、駆動モータ９１が駆動する。そして、トナー容器３２の容器本体３３を所定時間回転駆動してホッパ部６１へのトナー補給を行う。

実施形態では、ホッパ部６１を設けて、トナー容器３２から排出されたトナーを一時貯留しているが、トナー容器３２から排出されたトナーを、ダイレクトに現像部５へ供給してもよい。

ここで、従来からトナー容器３２のトナー残量を予測しユーザに通知等を行うものが知られている。トナー容器３２のトナー残量を予測する方法としては、トナー搬送スクリュー６２の累積駆動時間から予測する方法がある。トナー搬送スクリュー６２のトナー搬送量はほぼ回転角度（回転時間）に比例するため、トナー搬送スクリュー６２の総回転時間を記録していけばトナーの使用量が分かり、トナー容器３２の初期充填量から減算すれば、トナー残量が分かる。しかしながら、トナー搬送スクリュー６２の搬送量は、環境、駆動時間、補給頻度（補給間隔）等によってばらつくため、トナー残量予測もばらつきが大きい。

また、別のトナー容器３２のトナー残量を予測する方法としては、出力画像パターンにより予測する方法がある。プリント出力される画像に対して使用するトナー量（画像面積当たりの感光体に付着するトナーはほぼ一定）は算出可能であるため、累積の画像面積が分かれば使用トナー量が分かる。この方法においても、感光体に付着するトナーが種々の誤差によってばらつくため正確なトナー残量の把握は難しい。

＜トナー残量検出装置２００の構成例＞
実施形態では、図３及び図４に示すように、トナー容器３２の外側から平行平板電極６５及び６６で挟む構成とし、平行平板電極６５及び６６でトナー容器３２のほぼ全体を覆うようにしている。具体的には、平行平板電極６５及び６６の短手方向長さ（図４の左右方向の長さ）は、トナー容器３２の直径よりも長くなっており、平行平板電極６５及び６６の長手方向長さ（図３の左右方向長さ）は、トナー容器の長さの半分以上になっている。

平行平板電極６５は、トナー容器３２の上方からトナー容器３２と対向する画像形成装置１００の上壁面６７に両面テープ等で固定されている。また、平行平板電極６６は、トナー容器３２の下方からトナー容器３２と対向する画像形成装置１００の下壁面６８に両面テープ等で固定されている。平行平板電極６５及び６６は、任意の導電性部材でよく実施形態では鉄製の板材である。

平行平板電極６５及び６６の大きさは同一である。平行平板電極６５及び６６の大きさを同一にすることで、平行平板電極間の電気力線の密度がばらつくのを抑制することができ、トナー容器３２のトナーの偏在によって、同一のトナー量でも静電容量が異なるのを抑制することができる。

図３に示すように、実施形態に係るトナー残量検出装置２００は、平行平板電極６５及び６６と、静電容量検出回路１１１と、制御部２５０とを有する。

平行平板電極６５及び６６は、それぞれ静電容量検出回路１１１に電気的に接続されている。静電容量検出回路１１１から一対の平行平板電極６５及び６６に電力が印加されることで、平行平板電極間の静電容量が検出される。

静電容量の検出方法は一般的な方法でよく、実施形態では充電法（定電圧または定電流を電極間に印加し、充電到達ポイントの時間と電圧または電流の関係から静電容量を検出する）により静電容量が検出される。静電容量検出回路１１１は、検出した静電容量値を示す信号を制御部２５０に出力する。

検出される静電容量は平行平板電極６５及び６６間の誘電率により変化する。トナーは、空気よりも誘電率が高いため、平行平板電極間の電界の範囲のトナー量によって誘電率が変化する。そのため、外側から平行平板電極６５及び６６により挟まれたトナー容器３２内のトナー残量によって静電容量が変化する。

従って、制御部２５０は、静電容量検出回路１１１で検出された静電容量に基づき、予め取得された静電容量とトナー残量との関係を示す検量線を参照してトナー容器内３２のトナー残量を取得することができる。なお、制御部２５０の機能構成の詳細は後述する。

ここで、図６は、検量線の一例を説明する図である。図６の横軸はトナー残量を示し、縦軸は静電容量を示している。トナー残量検出装置２００は、検量線２０１を取得する際、トナー容器３２が空の時、すなわちトナー容器３２内のトナー残量がゼロの時の静電容量Ｃ１と、トナー容器３２が満杯の時の静電容量Ｃ２を、それぞれ検出する。そして、静電容量Ｃ１及びＣ２を含む一次式を求め、一次式に従って静電容量とトナー残量とを対応付けることで、検量線２０１を取得することができる。

但し、検量線２０１を取得する際のトナー残量の状態は、トナー容器３２が空の時と満杯の時に限られるものではない。トナー容器３２内のトナー残量が２以上の既知の状態での静電容量から検量線２０１を取得してもよい。

＜制御部２５０のハードウェア構成例＞
図７は、実施形態に係る制御部のハードウェア構成の一例を説明するブロック図である。

制御部２５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２５１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２５２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２５３とを有する。それぞれは図示を省略するシステムバスを介して電気的に接続されている。

ＣＰＵ２５１は、トナー残量検出装置２００の全体を制御し、ＲＯＭ２５２に記憶された制御プログラム等に基づいて、システムバスに接続される各種デバイスに対するアクセスを統括的に制御する。ＣＰＵ２５１は、ＲＡＭ２５３を作業領域としてＲＯＭ２５２に記憶されている制御プログラムを実行することで、後述する各種機能を実現できる。

ＲＯＭ２５２は、読み出し専用の不揮発性メモリであり、ＣＰＵ２５１によって使用される制御プログラムや制御用データ等が格納される。また、ＲＯＭ２５２は、制御プログラムが利用するトナー残量検出装置に関する情報を格納している。

ＲＡＭ２５３は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性のメモリであり、記録データの展開や環境データの格納に用いられるワークフレームメモリとして利用される。

ＣＰＵ２５１は、画像形成装置１００に備えられた操作パネル２５４との間でデータ交換できる。操作パネル２５４は、表示部及び入力部を備え、ユーザインタフェースとして機能する。ＣＰＵ２５１は、静電容量検出回路１１１で検出した結果を操作パネル２５４に表示させ、また、所定の条件下でトナーの発注指示や交換指示を表示させることができる。

ＣＰＵ２５１は、静電容量検出回路１１１との間で信号やデータを交換できる。また、ＣＰＵ２５１は、Ｈｏｓｔ ＰＣ（Personal Computer）２５５との間で信号やデータを交換できる。

なお、ＣＰＵ２５１等により実現される後述の各種機能は、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよい。

＜制御部２５０の機能構成例＞
図８は、制御部２５０の機能構成の一例を説明するブロック図である。図８に示すように、制御部２５０は、静電容量入力部２５６と、検量線記憶部２５７と、トナー残量検出値取得部２５８と、出力部２５９とを有する。

静電容量入力部２５６は、静電容量の検出値を示す信号を入力し、トナー残量検出値取得部２５８に出力する。ＲＯＭ２５２等で実現される検量線記憶部２５７は、予め取得された検量線のデータを記憶する。

トナー残量検出値取得部２５８は、静電容量入力部２５６から入力した静電容量の検出値に基づき、検量線記憶部２５７が記憶する検量線のデータを参照してトナー残量の検出値を取得する。トナー残量検出値取得部２５８は、取得したトナー残量の検出値を出力部２５９に出力する。出力部２５９は、入力したトナー残量の検出値を、画像形成装置１００の操作パネル２５４に出力する。操作パネル２５４の備える表示部２５４１には、トナー残量の検出値が表示される。

＜制御部２５０による処理例＞
次に、制御部２５０による処理について説明する。図９は、制御部２５０による処理の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ９１において、静電容量入力部２５６は、静電容量検出回路１１１から静電容量の検出値信号を入力し、該検出値をトナー残量検出値取得部２５８に出力する。

続いて、ステップＳ９２において、トナー残量検出値取得部２５８は、入力した静電容量検出値に基づき、検量線記憶部２５７を参照してトナー残量の検出値を取得し、トナー残量の検出値を出力部２５９に出力する。

続いて、ステップＳ９３において、出力部２５９は、入力したトナー残量の検出値を操作パネル２５４の表示部２５４１に出力する。

続いて、ステップＳ９４において、表示部２５４１は、入力したトナー残量値を表示する。

このようにして、トナー残量検出装置２００は、トナー残量を検出し、表示部２５４１に検出値を表示させることができる。なお、実施形態では、画像形成装置１００の操作パネル２５４が表示部２５４１を備える例を示したが、制御部２５０が表示部２５４１を備えてもよいし、表示部２５４１の機能を備える表示装置を別途設けてもよい。

［第１実施形態］
次に、第１実施形態に係るトナー残量検出装置２００ａについて説明する。

実施形態に係るトナー残量検出装置２００では、上述したように、平行平板電極６５及び６６の短手方向長さはトナー容器３２の直径よりも長く、平行平板電極６５及び６６の長手方向長さはトナー容器３２の長さの半分以上である。また、平行平板電極６５及び６６間に介在する全ての物体の静電容量が検出され、トナー容器３２や空気等のトナー以外の静電容量も検出される。

上述したように、トナー容器３２が空の状態と満杯の状態での静電容量に基づく検量線を用いることで、トナー以外の静電容量の影響を低減できる。しかし、トナー容器３２内のトナー残量が少なくなると、空気の量が相対的に大きくなることに起因して、トナー残量の検出ばらつきが大きくなる場合があった。

そのため、本実施形態では、トナー容器３２の一部を挟んで配置された２つの電極を備え、電極間の静電容量値に基づいてトナー容器３２内のトナー残量を検出する。例えば、上記のトナー容器３２の一部は、重力方向におけるトナー容器３２の高さの半分以下に該当する部分であって、トナー容器３２の長手方向が水平方向に沿った状態におけるトナー容器３２の端部に設けられた排出部３５側の部分である。

このようにすることで、トナー残量が少なくなり、重力方向におけるトナー容器３２内の低い部分で、トナー容器３２の排出部３５側の部分にトナーが溜った場合にも、トナー残量を正確に検出する。

＜トナー残量検出装置２００ａの構成例＞
トナー残量検出装置２００ａの構成について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、画像形成装置１００ａに備えられたトナー残量検出装置２００ａの構成の一例を示す図であり、図１１は、図１０のＢ－Ｂ断面図である。

図１０及び図１１に示すように、トナー残量検出装置２００ａは、平行平板電極６５ａ及び６６ａを有する。図１０では、斜線ハッチングで示した部分が平行平板電極６５ａに該当する。また、図１０及び図１１では、梨地ハッチングで示した部分は、トナーＴを示している。ここで、平行平板電極６５ａ及び６６ａは、「２つの電極」の一例である。

平行平板電極６５ａ及び６６ａは、トナー容器３２の一部を外側から挟んでいる。具体的には、平行平板電極６５ａ及び６６ａは、重力方向（図１０中の上下方向）におけるトナー容器３２の高さの半分以下に該当する部分であって、トナー容器３２の長手方向が水平方向（図１０中の左右方向）に沿った状態でのトナー容器３２の長手方向の一部を外側から挟むように設けられている。

平行平板電極６５ａは、トナー容器３２の側方からトナー容器３２と対向する画像形成装置１００ａの側壁面（図示を省略）に両面テープ等で固定されている。また、平行平板電極６６ａは、平行平板電極６５ａが固定された側壁面とは反対側の側壁面（図示を省略）に両面テープ等で固定されている。

平行平板電極のサイズ、及び固定されている位置を除き、平行平板電極６５ａの機能は平行平板電極６５と同様であり、また、平行平板電極６６ａの機能は平行平板電極６６と同様であるため、ここでは重複する説明を省略する。

＜トナー残量検出装置２００ａによる検出例＞
図１０及び図１１に示すように、トナー残量が少なくなると、トナー容器３２内のトナーＴは、重力に従ってトナー容器３２の底部分に溜る。また、トナーＴは、トナー容器３２の排出部３５（図１０）から現像装置に向けて排出されるため、トナー残量が少なくなると、排出部３５付近に溜る。

従って、平行平板電極６５ａ及び６６ａを、図１０及び図１１に示すように配置することで、少量になったトナーＴの周辺のみを平行平板電極６５ａ及び６６ａで挟むことができ、空気等のトナー以外の静電容量を検出することを抑えることができる。

ここで、図１２は、少量のトナーＴの静電容量検出値の一例を説明する図である。図１２は、平行平板電極６５ａ及び６６ａによる静電容量検出値におけるトナーＴ、トナー容器３２及び空気のそれぞれの静電容量検出値の割合を示している。横軸は割合（％）である。

斜線ハッチングで示した部分はトナーＴの静電容量検出値の割合を示し、梨地ハッチングで示した部分はトナー容器３２の静電容量検出値の割合を示し、格子ハッチングで示した部分は空気の静電容量検出値の割合を示している。

グラフ１２１は、上述した実施形態に係るトナー残量検出装置２００でトナー容器３２の全体を平行平板電極６５及び６６で挟んだ場合の静電容量検出値を示している。また、グラフ１２２は、本実施形態に係るトナー残量検出装置２００ａでトナー容器３２の一部を平行平板電極６５ａ及び６６ａで挟んだ場合の静電容量検出値を示している。

図１２に示すように、トナー残量検出装置２００ａでは、トナー残量検出装置２００と比較して、静電容量検出値全体におけるトナーＴの静電容量検出値の割合が大きくなっている。従って、トナー残量検出装置２００ａでは、トナー残量検出装置２００と比較して、トナーＴの静電容量の検出精度を向上させることができる。

次に、図１３は、本実施形態に係る検量線の一例を示す図である。図１３の見方は、図６と同様である。

トナー残量検出装置２００ａは、検量線２０１ａを取得する際、トナー容器３２が空の時、すなわちトナー容器３２内のトナー残量がゼロの時の静電容量Ｃ１と、トナー容器３２に既知量のトナーが入っている時の静電容量Ｃ２ａを、それぞれ検出する。そして、静電容量Ｃ１及びＣ２ａを含む一次式を求め、一次式に従って静電容量とトナー残量とを対応付けることで、検量線２０１ａを取得できる。

但し、検量線２０１と同様に、トナー容器３２内のトナー残量が２以上の既知の状態での静電容量から検量線２０１ａを取得してもよい。

＜トナー残量検出装置２００ａの作用効果＞
以上説明してきたように、本実施形態では、トナー容器３２の一部を挟んで配置された平行平板電極６５ａ及び６６ａを備え、平行平板電極６５ａ及び６６ａの間の静電容量値に基づいてトナー容器３２内のトナー残量を検出する。

例えば、平行平板電極６５ａ及び６６ａは、重力方向におけるトナー容器３２の高さの半分以下に該当する部分であって、トナー容器３２の長手方向が水平方向に沿った状態でのトナー容器３２の長手方向の一部を外側から挟むように設けられている。

このようにすることで、トナー残量が少なくなり、重力方向におけるトナー容器３２内の低い部分等のトナー容器３２の一部にトナーが溜った場合にも、トナーが溜った部分を平行平板電極６５ａ及び６６ａで挟むことができる。これにより、静電容量検出値全体におけるトナー以外の静電容量検出値の割合を減らし、トナーＴの静電容量検出値の割合を増やすことができる。そして、トナーＴの静電容量の検出精度を向上させ、トナー残量の検出精度を向上させることができる。

なお、上述した例では、電極として平行平板電極６５ａ及び６６ａを示したが、電極の形状はこれに限定されるものではなく、湾曲状等、任意の形状であってもよい。また、上述した例では、平行平板の平面部が重力方向と平行になるように、平行平板電極を配置したものを示したが、これに限定されるものではない。トナー容器３２に沿って平行平板電極６５ａ及び６６ａを斜めに配置してもよい。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るトナー残量検出装置２００ｂについて説明する。

第１実施形態に係るトナー残量検出装置２００ａでは、トナー容器３２の一部を挟んで配置された平行平板電極６５ａ及び６６ａを備え、平行平板電極６５ａ及び６６ａの間の静電容量値に基づいてトナー容器３２内のトナー残量を検出することで、トナー残量が少なくなった場合にも、トナー残量を正確に検出するようにした。

しかし、トナー容器３２内のトナー残量が多いときには、平行平板電極６５ａ及び６６ａで挟まれるトナー容器３２の一部以外にあるトナーの静電容量を適切に検出できず（図１４参照）、トナー残量を正確に検出できない場合がある。

そのため、本実施形態では、トナー残量が予め定められた残量閾値以下である場合には、平行平板電極６５ａ及び６６ａによる静電容量検出値に基づき、トナー残量の検出値を取得する。また、トナー残量が予め定められた残量閾値以下でない場合には、トナー残量検出装置２００ｂを備える画像形成装置１００ｂにおける、トナー搬送スクリューの累積回転時間や形成される画像の累積面積等の画像形成情報に基づいてトナー残量の予測値を取得する。

＜制御部２５０ｂの機能構成例＞
まず、本実施形態に係るトナー残量検出装置２００ｂの備える制御部２５０ｂの機能構成について説明する。図１５は、制御部２５０ｂの機能構成の一例を示すブロック図である。図１５に示すように、制御部２５０ｂは、トナー残量検出値取得部２５８ｂと、トナー残量予測値取得部２６０と、出力部２５９ｂとを有する。

これらのうち、トナー残量検出値取得部２５８ｂは、静電容量入力部２５６から入力した静電容量の検出値に基づき、検量線記憶部２５７が記憶する検量線のデータを参照してトナー残量の検出値を取得する。

また、トナー残量検出値取得部２５８ｂは、出力判定部２５８１を有する。出力判定部２５８１は、取得したトナー残量の検出値と予め定められた残量閾値とを比較し、検出値が残量閾値以下である場合には、検出値を出力部２５９ｂに出力する。一方、検出値が残量閾値以下でない場合には、出力判定部２５８１は、トナー残量予測値取得部２６０にトナー残量の予測値の取得を指示する。

トナー残量予測値取得部２６０は、トナー搬送スクリューの累積回転時間や形成される画像の累積面積等の画像形成情報に基づいて、トナー残量の予測値を取得する。

ここで、トナー搬送スクリューを用いたトナー搬送量は、ほぼ回転角度(回転時間)に比例するため、トナー搬送スクリューの累積回転時間を記録していくことでトナー使用量が分かる。また、プリント出力される画像に対して使用するトナー量（画像面積当たりの感光体に付着するトナーはほぼ一定）は算出可能であるため、累積の画像面積が分かればトナー使用量が分かる。

そのため、トナー搬送スクリューの累積回転時間や形成される画像の累積面積等の画像形成情報から算出したトナー使用量を、トナー容器３２におけるトナーの初期充填量から減算することで、トナー残量を予測できる。

トナー残量予測値取得部２６０は、トナー残量検出値取得部２５８ｂからの指示に応答して取得したトナー残量の予測値を出力部２５９ｂに出力する。

出力部２５９ｂは、トナー残量検出値取得部２５８ｂから入力したトナー残量の検出値、又はトナー残量予測値取得部２６０から入力したトナー残量の予測値の何れか一方を、操作パネル２５４の表示部２５４１に出力する。

また、出力部２５９ｂは、交換判定部２５９１を有する。交換判定部２５９１は、トナー残量検出値取得部２５８ｂから入力したトナー残量の検出値が、予め定められた交換閾値以下である場合に、トナー容器３２の交換又は発注を促す通知の表示を、表示部２５４１に指示することができる。以下では、「交換又は発注」を単に「交換」という。

＜トナー残量の検出ばらつきと予測ばらつきの関係例＞
図１６は、トナー残量検出装置２００ｂによるトナー残量の検出ばらつきと予測ばらつきの関係の一例を示す図である。図１６の横軸は、トナー容器３２内の実際のトナー残量（実トナー残量）を示し、縦軸は、トナー残量検出装置２００ｂによるトナー残量の検出値及び予測値を示している。

太い実線１４０は、トナー残量の真値を表しており、２本の一点鎖線１４１の幅は、検出ばらつきの大きさを表している。実トナー残量が大きくなるにつれて、２本の一点鎖線１４１の幅は広くなっており、検出ばらつきが大きくなることが分かる。

また、２本の二点鎖線１４２の幅は、予測ばらつきの大きさを表している。実トナー残量が大きくなるにつれて、２本の二点鎖線１４２の幅は狭くなっており、予測ばらつきが小さくなることが分かる。

また、破線１４３は残量閾値を示している。上述したように、出力判定部２５８１は、取得したトナー残量の検出値とこの残量閾値とを比較し、検出値が残量閾値以下である場合には、検出値を出力部２５９ｂに出力する。従って、図示するように、図１６の破線１４３より左側に該当する残量閾値以下の範囲が、トナー残量の検出対象範囲になる。

一方、検出値が残量閾値以下でない場合には、出力判定部２５８１は、トナー残量予測値取得部２６０にトナー残量の予測値の取得を指示する。従って、図１６の破線１４３より右側に該当する残量閾値より大きい範囲がトナー残量の予測対象範囲になる。

このような残量閾値を設けてトナー残量の検出と予測を切り替えることで、ばらつきを抑えて検出値と予測値を取得でき、トナー残量検出装置２００ｂは、ばらつきを抑制して、取得したトナー残量情報を出力できる。

また、点線１４４は交換閾値を示している。上述したように、交換判定部２５９１は、トナー残量の検出値とこの交換閾値とを比較し、検出値が交換閾値以下の場合には、トナー容器３２の交換又は発注を促す通知を表示するように、表示部２５４１に指示する。従って、図１６の点線１４４より左側に該当する交換閾値以下の範囲がトナー容器３２の交換指示の対象範囲になる。このように交換閾値を設けて検出ばらつきの小さい範囲で交換の要否を判定することで、誤ってトナー容器３２の交換を促す誤通知を抑制できる。

＜制御部２５０ｂによる処理例＞
次に、制御部２５０ｂによる処理について説明する。図１７は、制御部２５０ｂによる処理の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１７１において、静電容量入力部２５６は、静電容量検出回路１１１から静電容量の検出値信号を入力し、該検出値をトナー残量検出値取得部２５８ｂに出力する。

続いて、ステップＳ１７２において、トナー残量検出値取得部２５８ｂは、静電容量入力部２５６から入力した静電容量の検出値に基づき、検量線記憶部２５７が記憶する検量線のデータを参照してトナー残量の検出値を取得する。

続いて、ステップＳ１７３において、出力判定部２５８１は、取得したトナー残量の検出値が残量閾値以下であるか否かを判定する。

ステップＳ１７３で、検出値が残量閾値以下であると判定された場合は（ステップＳ１７３、Ｙｅｓ）、出力判定部２５８１は、出力部２５９ａに検出値を出力する。

続いて、ステップＳ１７４において、交換判定部２５９１は、トナー残量検出値取得部２５８ｂから入力したトナー残量の検出値が交換閾値以下であるか否かを判定する。

ステップＳ１７４で、トナー残量の検出値が交換閾値以下であると判定された場合は（ステップＳ１７４、Ｙｅｓ）、ステップＳ１７５において、出力部２５９ａは、トナー容器３２の交換を促す通知を表示するように、表示部２５４１に指示する。指示に応答して、表示部２５４１は、トナー容器３２の交換を促す通知を表示する。その後、処理はステップＳ１７６に移行する。

一方、ステップＳ１７４で、トナー残量の検出値が交換閾値以下でないと判定された場合は（ステップＳ１７４、Ｎｏ）、処理はステップＳ１７６に移行する。

続いて、ステップＳ１７６において、出力部２５９ａは、トナー残量の検出値を表示部２５４１に出力し、表示部２５４１は、トナー残量の検出値を表示する。その後、処理は終了する。

一方、ステップＳ１７３で、検出値が残量閾値以下でないと判定された場合は（ステップＳ１７３、Ｎｏ）、出力判定部２５８１は、トナー残量予測値取得部２６０にトナー残量の予測値の取得を指示する。

続いて、ステップＳ１７７において、トナー残量予測値取得部２６０は、トナー残量の予測値を取得し、取得結果を出力部２５９ｂに出力する。

続いて、ステップＳ１７８において、出力部２５９ｂは、トナー残量の予測値を表示部２５４１に出力し、表示部２５４１は、トナー残量の予測値を表示する。その後、処理は終了する。

このようにして、トナー残量検出装置２００ｂは、トナー残量の検出値、又は予測値を表示部２５４１に表示させることができ、また、トナー容器３２の交換が必要な場合には、交換を促す通知を表示部２５４１に表示させることができる。

＜トナー残量検出装置２００ｂの作用効果＞
以上説明してきたように、本実施形態では、トナー残量が予め定められた残量閾値以下である場合には、平行平板電極６５ａ及び６６ａによる静電容量検出値に基づき、トナー残量の検出値を取得する。また、トナー残量が予め定められた残量閾値以下でない場合には、スクリューの累積回転時間や形成される画像の累積面積等の画像形成情報に基づいてトナー残量の予測値を取得する。

これにより、トナー残量の検出値のばらつきが小さい範囲では、トナー残量の検出値を表示部２５４１等に出力し、トナー残量の検出値のばらつきが大きい範囲では、トナー残量の予測値を表示部２５４１等に出力でき、ばらつきを抑制してトナー残量情報を出力できる。

また、本実施形態では、トナー残量の検出値が予め定められた交換閾値以下の場合に、トナー容器３２の交換を促す通知を表示するように、表示部２５４１に指示する。トナー容器３２の交換通知を誤って行うと、トナーの無駄や交換作業の無駄等が生じるところ、交換閾値を設けて検出ばらつきの小さい範囲で交換の要否を判定することで、高い信頼性で交換の要否を判定できる。これにより、誤通知を抑え、トナーの無駄や交換作業の無駄等を抑制できる。

以上、実施形態に係る画像形成装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

また実施形態は、トナー残量検出方法も含む。例えば、トナー残量検出方法は、トナー容器の一部を挟んで配置された２つの電極間の静電容量値を取得する工程と、前記静電容量値に基づいて取得された前記トナー容器内のトナー残量の検出値を出力する工程と、を含む。このようなトナー残量検出方法により、上述のトナー残量検出装置と同様の効果を得ることができる。

３２ トナー容器
３５ 排出部
６５ａ、６６ａ 平行平板電極（２つの電極の一例）
１００ａ、１００ｂ 画像形成装置
１１１ 静電容量検出回路
２００ａ、２００ｂ トナー残量検出装置
２５０ｂ 制御部
２５４ 操作パネル
２５４１ 表示部
２５６ 静電容量入力部
２５８ｂ トナー残量検出値取得部
２５８１ 出力判定部
２５９ｂ 出力部
２５９１ 交換判定部
２６０ トナー残量予測値取得部
Ｔ トナー

特開２０１６－７１２９９号公報

Claims (5)

1. トナー容器の一部を挟んで平面部が向き合うように配置された２つの平行平板電極と、
   前記２つの平行平板電極の間の静電容量値に基づいて取得された前記トナー容器内のトナー残量の検出値を出力する出力部と、を備え、
   前記トナー容器は、前記トナー容器の長手方向の端部にトナーの排出部を備え、
   前記２つの平行平板電極によって挟まれた前記トナー容器の一部は、重力方向における前記トナー容器の高さの半分以下に該当する部分であるとともに、前記トナー容器の長手方向が水平方向に沿った状態において、前記トナー容器の長手方向における前記トナー容器の長さの半分以下に該当する部分であって、前記排出部が位置する側の部分であり、
   前記２つの平行平板電極は、前記２つの平行平板電極のそれぞれの平面部が重力方向と平行になるように配置されている
   トナー残量検出装置。
2. 前記出力部は、
   前記トナー残量が予め定められた残量閾値以下の場合に、前記検出値を出力する
   請求項１に記載のトナー残量検出装置。
3. 請求項１又は２に記載のトナー残量検出装置を備える
   画像形成装置。
4. 累積の画像形成情報に基づいて、前記トナー残量の予測値を取得するトナー残量予測値取得部を備え、
   前記出力部は、
   前記トナー残量が予め定められた残量閾値以下である場合に、前記検出値を出力し、
   前記トナー残量が前記残量閾値以下でない場合に、前記予測値を出力する
   請求項３に記載の画像形成装置。
5. トナー容器の一部を挟んで平面部が向き合うように配置された２つの平行平板電極の間の静電容量値を取得する工程と、
   前記静電容量値に基づいて取得された前記トナー容器内のトナー残量の検出値を出力する工程と、を含み、
   前記トナー容器は、前記トナー容器の長手方向の端部にトナーの排出部を備え、
   前記２つの平行平板電極によって挟まれた前記トナー容器の一部は、重力方向における前記トナー容器の高さの半分以下に該当する部分であるとともに、前記トナー容器の長手方向が水平方向に沿った状態において、前記トナー容器の長手方向における前記トナー容器の長さの半分以下に該当する部分であって、前記排出部が位置する側の部分であり、
   前記２つの平行平板電極は、前記２つの平行平板電極のそれぞれの平面部が重力方向と平行になるように配置されている
   トナー残量検出方法。

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