JP2019148713A - 粉体残量検知装置、画像形成装置、粉体残量検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内の粉体の残量を精度よく検知する。【解決手段】画像形成出力される描画情報に基づいて現像剤などの粉体によって現像を行い画像形成出力を実行する画像形成装置において前記粉体の残量を検知するために、前記粉体が収容された粉体収容部の内部空間において当該粉体の分布を変化させ、前記粉体収容部の位置変化を示す変化値を検知し、前記粉体収容部の一端に配置され、前記粉体収容部の外部へ前記粉体を供給する経路における異常の有無を、前記変化値検知部の近傍に前記粉体が移動している間に検知された前記変化値に基づいて検知し、前記粉体が前記変化値を検知する変化値検知部の近傍に移動された状態における前記変化値に基づいて前記残量を検知する。【選択図】図９

Description

本発明は、粉体残量検知装置、画像形成装置、粉体残量検知方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、粉体が充填された容器を回転駆動させて感光体上の静電潜像を現像する現像器に対しトナーなどの粉体を供給している。そして、容器内にある粉体の残量の検知を行い、検知結果をユーザに通知することによって、十分な量の粉体が充填された容器との交換を促している。

容器内にある粉体の残量を検知するために、粉体の供給後に容器全体の重量を検知し、検知した重量に基づいて容器内にある粉体の残量を算出する技術がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、容器を支持するばねなどの弾性体の変位量を可変抵抗やフォトセンサで測定し、測定した変位量に基づいて粉体の残量を検知する。

特許文献１では、容器を回転駆動させて現像器に対して粉体の供給を行うため、容器内にある粉体の分布態様が変化する。このような場合、特許文献１の技術では、粉体の分布態様の変化により弾性体の変位量と容器内にある粉体の残量との関係が一定ではないため、容器内にある粉体の残量を精度よく検知することができない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、容器内の粉体の残量を精度よく検知することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、粉体が収容された粉体収容部の内部空間において当該粉体の分布を変化させる粉体移動部と、前記粉体移動部を駆動させる駆動部と、前記粉体収容部の位置変化を示す変化値を検知する変化値検知部と、前記粉体収容部の一端に配置され、前記粉体収容部の外部へ前記粉体を供給する経路における異常の有無を、前記変化値に基づいて検知する異常検知部と、前記変化値に基づいて、前記粉体収容部に収容された前記粉体の残量を検知する粉体残量検知部と、を含み、前記駆動部は、前記変化値検知部の近傍に前記粉体を移動させるように前記粉体移動部を駆動させ、前記異常検知部は、前記変化値検知部の近傍に前記粉体が移動している間に検知された前記変化値に基づいて前記経路における異常の有無を検知し、前記粉体残量検知部は、前記粉体が前記変化値検知部の近傍に移動された状態における前記変化値に基づいて前記残量を検知することを特徴とする。

本発明によれば、容器内の粉体の残量を精度よく検知することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図。 本発明の実施形態に係るトナーボトルの構成を示す図。 本発明の実施形態に係るトナーボトルの構成を示す図。 本発明の実施形態に係る画像形成装置のハードウェア構成を示すハードウェアブロック図。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の機能構成を示す機能ブロック図。 本発明の実施形態に係るトナー残量を検知する機能の構成を示す機能ブロック図。 本発明の実施形態に係るトナー残量を検知する機能の構成を示す機能ブロック図。 本発明の実施形態に係るトナーの分布態様を示す図。 本発明の実施形態に係るトナーの分布態様を示す図。 本発明の実施形態に係るトナーの分布態様を示す図。 本発明の実施形態に係るトナー残量を検知する際の誤差を説明する図。 本発明の実施形態に係るひずみセンサ出力とトナーボトルの回転時間との関係を説明する図。 本発明の実施形態に係るトナー残量を検知する処理の流れを示すフローチャート。 本発明の実施形態に係るトナー残量を検知する際の誤差を説明する図。 本発明の実施形態に係るトナー残量を検知する処理の流れを示すフローチャート。 本発明の実施形態に係るトナーボトルの他の構成を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態においては、電子写真方式で画像形成出力を実行する画像形成装置において、感光体上に形成された静電潜像を現像する現像器に、粉体の現像剤であるトナーを供給するトナーボトル内におけるトナーの残量を検知する粉体残量検知方法について説明する。また、本実施形態では、画像形成装置１として、モノクロ機を例に挙げて説明を行うが、本発明は、Ｃ（シアン）Ｍ（マゼンダ）Ｙ（イエロー）Ｋ（キープレート）の各色のトナーを用いてカラー印刷を行う画像形成装置についても同様に適用することができる。

図１および図２は、本実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す図である。画像形成装置１は、給紙テーブル１０５、画像形成部であるプリントエンジン１０６、および、原稿を読み取るスキャナユニット１０２、ディスプレイパネル１０４を含む。給紙テーブル１０５には、紙やＯＨＰフィルム等の印刷媒体Ｐが収納されている。印刷媒体Ｐは呼出ローラ６２によって給紙された後、プリントエンジン１０６へ搬送される。

プリントエンジン１０６は、像担持体、潜像担持体としての感光体１０、書込装置４７、帯電装置１１、現像装置１２、転写装置１３、クリーニング装置１４、および、定着装置２２を含む画像形成部として機能する。帯電装置１１は、回転駆動する感光体１０の表面を一様に帯電する。書込装置４７は、感光体１０にレーザー光を照射して、感光体１０の表面に静電潜像を形成する。

現像装置１２は、現像ローラ８１によって感光体１０の表面にトナーを付着させ、感光体１０の表面に形成された静電潜像を可視像化する。転写装置１３は、転写ベルト１７を備えており、この転写ベルト１７は、転写位置Ｂで感光体１０の周面に押し当てられている。

レジストローラ２１を通過した印刷媒体Ｐは、転写位置Ｂへ送り込まれる。転写装置１３によって感光体１０上のトナー像が転写位置Ｂへ送り込まれた印刷媒体Ｐに転写されて、印刷媒体Ｐの表面にトナー像が担持される。クリーニング装置１４は、転写後の感光体１０の表面に残留したトナーを除去し、除電ランプ９によって感光体１０上の残留電位を除去する。

定着装置２２は、加熱ローラ３０と加圧ローラ３２とを有し、トナー像が担持された印刷媒体Ｐに熱および圧力を加え、印刷媒体Ｐにトナー像を定着する。その後、印刷媒体Ｐは、排紙ローラ３５により排紙トレイ１０７上に排出され、そこにスタックされる。

一方、印刷媒体Ｐの両面に画像を形成する場合、排出分岐爪３４によって印刷媒体Ｐは、反転路４３に搬送される。その後、搬送ローラ６６を逆回転させることによって、印刷媒体Ｐは、再搬送路４４を介してレジストローラ２１に搬送される。そして、印刷媒体Ｐのトナー像が担持されていない面にも、これまで説明したようにトナー像が転写される。

画像形成装置１においては、感光体１０、帯電装置１１、現像装置１２、および、クリーニング装置１４は、図１に示すようにプロセスカートリッジ８０として一体に構成されている。現像装置１２は、現像ローラ８１、トナーを含む現像剤の層の厚みを制御するためのドクターブレード６、現像剤を撹拌搬送するスクリュー８２、８３を含む。クリーニング装置１４は、クリーニングブレード８を含む。除電ランプ９は、クリーニングブレード８で感光体表面を清掃したあとに感光体１０上の残留電位を除去する。

プロセスカートリッジ８０は、画像形成装置１の前後方向に渡されたレール９１に従って装置手前側にスライドさせることによって、開口部８０ａから取り外すことができる。

また、画像形成装置１は、プロセスカートリッジ８０に供給するためのトナーが充填されたトナーボトル２０１を含む。トナーボトル２０１は、開口部２０ａから引き出すことによって画像形成装置１から取り外すことができ、トナーが充填された交換用のトナーボトルを開口部２０ａから挿入することによって交換することができる。

次に、図３および図４を参照して、本実施形態に係る粉体収容部であるトナーボトル２０１の構成について説明する。図３に示すように、トナーボトル２０１は、突起部２１１、供給口２１２を含む。突起部２１１は、トナーボトル２０１の長手方向における螺旋状に設けられている。突起部２１１の突出方向はトナーボトル２０１の内壁面、すなわち、トナーが充填されている側である。つまり突起部２１１は、トナーボトル２０１の内壁面を長手方向における螺旋状に突出させて形成されている。なお、突起部２１１が形成されている位置に対応するトナーボトル２０１の外壁面は突起部２１１の形状に合わせて内側に凹んでいる。

また、図４に示すように、トナーボトル２０１の長手方向の一端側の外周には、ギア２０３が形成されている。トナー供給部２０２にトナーボトル２０１を装着すると、トナー供給部２０２に設けられた駆動モータ２５０とトナーボトル２０１が組み合わる状態になる。この状態において、ボトル駆動部１２１を駆動させると、駆動モータ２５０が回転し、駆動モータ２５０の回転に応じてトナーボトル２０１が長手方向の軸を中心として回転する。

トナーボトル２０１を回転させると、突起部２１１によってトナーは撹拌されながら、突起部２１１に沿ってトナーボトル２０１の内部を移動する。すでに説明したとおり、突起部２１１はトナーボトル２０１の長手方向において螺旋状に形成されているので、トナーもトナーボトル２０１の内側を螺旋状に移動する。

したがって、突起部２１１は、トナーボトル２０１の内部空間においてトナーの分布が変化するようにトナーを移動させる粉体移動部として機能する。トナーが供給口２１２に向かって移動するトナーボトル２０１の回転方向を供給方向とし、トナーが供給口２１２から離れるように移動するトナーボトル２０１の回転方向を逆方向として、以後の説明を行う。

トナーボトル２０１内を供給方向へと移動したトナーは、供給口２１２の内部を通過するように設けられた搬送ノズル２２２内の搬送スクリュー２２５によって現像装置１２へ送られる。このようにしてトナーボトル２０１から現像装置１２へとトナーが供給される。

ひずみセンサ２０４は、供給口２１２と対向するトナーボトル２０１の長手方向の一端において、トナーボトル２０１を支持する支持部に設けられている。本実施形態では、ひずみセンサ２０４の出力値に基づいてトナーボトル２０１の重量を計測し、計測したトナーボトル２０１の重量に基づいてトナーボトル２０１内におけるトナー残量を検知する。

なお、ひずみセンサ２０４は、ダイアフロムからなるボトル支え２０５に、ピエゾ素子などの抵抗がブリッジ回路を形成して配置されることよって構成されてもよい。このような構成からなるひずみセンサ２０４は、ボトル支え２０５の位置が変化することでピエゾ素子に応力が加わって抵抗値が変化し、ブリッジ回路における中点電位変動を検知して、トナーボトル２０１内の重量の変化を検知することができる。

次に本実施形態に係る画像形成装置１のハードウェア構成について図５を参照して説明する。図５に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）５４、および、Ｉ／Ｆ５５がバス５８を介して接続されている。また、Ｉ／Ｆ５５には、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）５６および操作部５７が接続されている。

ＣＰＵ５１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。ＲＡＭ５２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、ＣＰＵ５１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ５３は、読み出し専用の不揮発性の記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＨＤＤ５４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・プログラムなどが格納される。

Ｉ／Ｆ５５は、バス５８と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し制御する。ＬＣＤ５６は、ユーザが画像形成装置１の状態を確認するための視覚的ユーザインタフェースである。操作部５７は、キーボードやマウスなど、ユーザが画像形成装置１に情報を入力するためのユーザインタフェースである。

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭ５３に格納されたプログラムや、ＨＤＤ５４もしくは光学ディスクなどの記憶媒体からＲＡＭ５２にロードされたプログラムに従ってＣＰＵ５１が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、ハードウェアとの組み合わせによって、本実施形態に係る画像形成装置１の機能を実現する機能ブロックが構成される。

次に、本実施形態に係る画像形成装置１の機能構成について、図６を参照して説明する。図６に示すように、画像形成装置１は、コントローラ１００、ＡＤＦ（Ａｕｔｏ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｆｅｅｄｅｒ：原稿自動搬送装置）１０１、スキャナユニット１０２、排紙トレイ１０３、ディスプレイパネル１０４、給紙テーブル１０５、プリントエンジン１０６、排紙トレイ１０７、および、ネットワークＩ／Ｆ１０８を有する。

また、コントローラ１００は、主制御部１１０、エンジン制御部１２０、画像処理部１３０、操作表示制御部１４０および入出力制御部１５０を含む。図６に示すように、画像形成装置１は、スキャナユニット１０２、プリントエンジン１０６を有する複合機として構成されている。なお、図６においては、電気的接続を実線の矢印で示しており、用紙の流れを破線の矢印で示している。

ディスプレイパネル１０４は、画像形成装置１の状態を視覚的に表示する表示部であるとともに、タッチパネルとしてユーザが画像形成装置１を直接操作し、もしくは、画像形成装置１に対して情報を入力する際の入力部でもある。すなわち、ディスプレイパネル１０４は、ユーザによる操作を受けるための画像を表示する機能を含む。ディスプレイパネル１０４は、図５に示すＬＣＤ５６および操作部５７によって実現される。したがって、ディスプレイパネル１０４は操作表示部として機能する。

ネットワークＩ／Ｆ１０８は、画像形成装置１がネットワークを介して他の機器と通信するためのインタフェースであり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）やＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースが用いられる。ネットワークＩ／Ｆ１０８は、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルによる通信が可能である。また、ネットワークＩ／Ｆ１０８は、画像形成装置１がファクシミリとして機能する際に、ファクシミリ送信を実行するためのインタフェースとしても機能する。そのため、ネットワークＩ／Ｆ１０８は、電話回線にも接続されている。ネットワークＩ／Ｆ１０８は、図５に示すＩ／Ｆ５５によって実現される。

コントローラ１００は、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成される。具体的には、ＲＯＭ５３や不揮発性メモリ、ならびに、ＨＤＤ５４や光学ディスクなどの不揮発性の記憶媒体に格納されたプログラムが、ＲＡＭ５２などの揮発性メモリ（以下、メモリ）にロードされ、ＣＰＵ５１がそのプログラムに従って演算を行うことにより構成されるソフトウェア制御部と集積回路などのハードウェアとによってコントローラ１００が構成される。コントローラ１００は、画像形成装置１全体を制御する制御部として機能する。

主制御部１１０は、コントローラ１００に含まれる各部を制御する役割を担い、コントローラ１００の各部に命令を与える。エンジン制御部１２０は、プリントエンジン１０６やスキャナユニット１０２などを制御する、もしくは、駆動する駆動手段としての役割を担う。画像処理部１３０は、主制御部１１０の制御に従い、印刷出力すべき画像情報に基づいて描画情報を生成する。この描画情報とは、画像形成部であるプリントエンジン１０６が画像形成動作において形成すべき画像を描画するための情報である。

また、画像処理部１３０は、スキャナユニット１０２から入力される撮像データを処理し、画像データを生成する。この画像データとは、スキャナ動作の結果物として画像形成装置１の記憶領域に格納され、もしくは、ネットワークＩ／Ｆ１０８を介して他の情報処理端末や記憶装置に送信される情報である。

操作表示制御部１４０は、ディスプレイパネル１０４に情報表示を行い、もしくは、ディスプレイパネル１０４を介して入力された情報を主制御部１１０に通知する。入出力制御部１５０は、ネットワークＩ／Ｆ１０８を介して入力される情報を主制御部１１０に入力する。また、主制御部１１０は、入出力制御部１５０を制御し、ネットワークＩ／Ｆ１０８およびネットワークを介してネットワークに接続された他の機器にアクセスする。

操作表示制御部１４０は、ソフトキーをディスプレイパネル１０４に表示するための情報である配置情報をＨＤＤ５４から参照し、ディスプレイパネル１０４を介して入力された情報とともに主制御部１１０に通知する。

画像形成装置１がプリンタとして動作する場合は、まず、入出力制御部１５０がネットワークＩ／Ｆ１０８を介して印刷ジョブを受信する。入出力制御部１５０は、受信した印刷ジョブを主制御部１１０に転送する。主制御部１１０は、印刷ジョブを受信すると、画像処理部１３０を制御して印刷ジョブに含まれる文書情報もしくは画像情報に基づいて描画情報（描画データ）を生成させる。

画像処理部１３０によって描画情報が生成されると、エンジン制御部１２０は、プリントエンジン１０６を制御し、上記生成された描画情報に基づき、給紙テーブル１０５から搬送される用紙に対して画像形成を実行させる。すなわち、画像処理部１３０、エンジン制御部１２０およびプリントエンジン１０６が画像形成出力部として機能する。プリントエンジン１０６によって画像形成が施された文書は排紙トレイ１０７に排紙される。

画像形成装置１がスキャナとして動作する場合は、ユーザによるディスプレイパネル１０４の操作もしくはネットワークＩ／Ｆ１０８を介して他の端末から入力されるスキャン実行指示に応じて、操作表示制御部１４０もしくは入出力制御部１５０が主制御部１１０にスキャン実行信号を転送する。主制御部１１０は、受信したスキャン実行信号に基づき、エンジン制御部１２０を制御する。

エンジン制御部１２０は、ＡＤＦ１０１を駆動し、ＡＤＦ１０１にセットされた撮像対象原稿をスキャナユニット１０２に搬送する。また、エンジン制御部１２０は、スキャナユニット１０２を駆動し、ＡＤＦ１０１から搬送される原稿を撮像する。また、ＡＤＦ１０１に原稿がセットされておらず、スキャナユニット１０２に直接原稿がセットされた場合、スキャナユニット１０２は、エンジン制御部１２０の制御に従い、セットされた原稿を撮像する。すなわち、スキャナユニット１０２が撮像部として動作するとともに、エンジン制御部１２０が、読取制御部として機能する。

撮像動作においては、スキャナユニット１０２に含まれるＣＩＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）やＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子が原稿を光学的に走査し、光学情報に基づいて生成された撮像情報が生成される。エンジン制御部１２０は、スキャナユニット１０２が生成した撮像情報を画像処理部１３０に転送する。画像処理部１３０は、主制御部１１０の制御に従い、エンジン制御部１２０から受信した撮像情報に基づき画像情報を生成する。

画像処理部１３０が生成した画像情報は主制御部１１０が取得し、主制御部１１０がＨＤＤ５４などの画像形成装置１に装着された記憶媒体に保存する。すなわち、スキャナユニット１０２、エンジン制御部１２０および画像処理部１３０が連動して、画像入力部として機能する。画像処理部１３０によって生成された画像情報は、ユーザの指示に応じてそのままＨＤＤ５４等に格納されもしくは入出力制御部１５０およびネットワークＩ／Ｆ１０８を介して外部の装置に送信される。

また、画像形成装置１が複写機として動作する場合は、エンジン制御部１２０がスキャナユニット１０２から受信した撮像情報もしくは画像処理部１３０が生成した画像情報に基づき、画像処理部１３０が描画情報を生成する。その描画情報に基づいてプリンタ動作の場合と同様に、エンジン制御部１２０がプリントエンジン１０６を駆動する。なお、描画情報と撮像情報との情報形式が同一である場合は、撮像情報をそのまま描画情報として用いることも可能である。

このような構成において、画像形成装置１は、ひずみセンサ２０４の出力値に基づいてトナーボトル２０１内のトナー残量を検知する。次に本実施形態において、トナーボトル２０１内のトナー残量を検知する機能について図７および図８を参照して説明する。

図７は、本実施形態に係るトナーボトル２０１内のトナー残量を検知する機能を示す機能ブロック図である。図７に示すように、本実施形態においては、主制御部１１０およびエンジン制御部１２０が協働して、トナーボトル２０１内のトナー残量を検知する。

図７に示すように、主制御部１１０は、時間計測部１１１、回転制御部１１２、トナー残量検知部１１３を含む。また、エンジン制御部１２０は、ボトル駆動部１２１を含む。時間計測部１１１は、画像形成装置１の動作状況に応じて、所定のタイミングからの経過時間を測定する。

回転制御部１１２は、ボトル駆動部１２１に駆動モータ２５０を動作させるための命令情報を送信する。ボトル駆動部１２１は、駆動モータ２５０を駆動させることによって、トナーボトル２０１を回転駆動させる。トナー残量検知部１１３は、主制御部１１０に入力される画像形成装置１の動作に関する情報に基づいてトナーボトル２０１内のトナーの残量を検知する粉体残量検知部である。

以下、トナー残量検知部１１３の内部構成について、図８を参照して説明する。トナー残量検知部１１３は、ひずみ値検知部１１３１、トナー残量予測部１１３２、トナー残量算出部１１３３、異常検知部１１３４を含む。

ひずみ値検知部１１３１は、トナーボトル２０１を支持するボトル支え２０５の位置がトナーボトル２０１の重量に応じて上下方向に、すなわち、図４の矢印Ｖが示す方向に変化することによってひずみセンサ２０４が出力する値（以後、「ひずみ値」とする）を検知する。したがって、ひずみ値検知部１１３１は、トナーボトル２０１の位置変化を示す変化値であるひずみ値を検知する変化値検知部として機能する。

トナー残量予測部１１３２は、画像形成装置１において画像形成出力される描画情報の画素数に基づいてトナーボトル２０１内のトナー残量の予測値を算出する粉体残量予測部として機能する。トナー残量算出部１１３３は、ひずみ値とトナー残量との関係を示すデータテーブルもしくは、ひずみ値とトナー残量との関係を表す数式を有し、ひずみ値に基づいてトナーボトル２０１内のトナー残量を算出する。

異常検知部１１３４は、トナーボトル２０１の回転駆動によってトナーが移動する際のひずみ値の変化に基づいて、トナーボトル２０１から現像装置１２にトナーが供給される間にトナーが通過する経路において異常が発生しているか否かを検知する。すなわち、異常検知部１１３４は、トナーが移動する際のひずみ値の変化に基づいて、供給口２１２から搬送ノズル２２２、そして搬送スクリュー２２５によって現像装置１２に至るまでの間におけるトナー詰まりの有無などを検知する。

このような構成において、本実施形態においては、トナーボトル２０１を回転駆動させることによってトナーボトル２０１内のトナー分布を制御した上で、トナー残量を検知する。図９から図１１は、本実施形態に係るトナーボトル２０１内のトナーの分布態様を示す図である。図９から図１１においては、トナーボトル２０１内のトナーを網掛けされた領域で示している。

図９に示すトナーボトル２０１内では、ひずみセンサ２０４付近に集中してトナーが分布している。図１０に示すトナーボトル２０１内では、供給口２１２付近に集中してトナーが分布している。図１１に示すトナーボトル２０１内では、トナーボトル２０１の長手方向中央付近にトナーが集中して分布している。

トナーボトル２０１内のトナーは、供給口２１２を通過して現像装置１２に供給される。そのため、トナーボトル２０１からプロセスカートリッジ８０にトナーが供給された直後のトナーボトル２０１内においては、図１０に示すように供給口２１２付近に集中してトナーが分布する。これは、トナーボトル２０１が回転駆動することによって、突起部２１１に沿ってトナーが供給口２１２の方向に移動するためである。

図１２は、図９および図１０に示したそれぞれのトナー分布におけるひずみ値に基づいてトナー残量を検知する際の誤差について説明する図である。図１２においては、図９のトナー分布におけるひずみセンサ２０４の出力特性について曲線Ａで示し、図１０のトナー分布におけるひずみセンサ２０４の出力特性について曲線Ｂで示している。

図１２では、トナーボトル２０１内のトナー残量が少ない場合にひずみセンサ２０４で検知したひずみ値を領域Ｐ１において示している。図９のトナー分布では、トナーボトル２０１内のトナー残量に関わらず、トナー残量に応じてひずみ値が検知されるため、曲線Ａはリニアな曲線となる。

一方で、図１０のトナー分布では、トナー残量が少ない場合には、実際のトナー残量に対応するひずみ値と異なるひずみセンサ２０４の出力値が検知されるため、曲線Ｂはリニアな曲線とはならない。このように、図１０のトナー分布の状態のままでは、トナーボトル２０１内のトナー残量を、精度よく検知することができない。

そこで、本実施形態では、トナーボトル２０１内のトナー残量を検知する際に、図９に示すように、ひずみセンサ２０４付近にトナーが分布するように、トナーを移動させてからトナー残量を検知する。トナーボトル２０１を逆方向に回転駆動させることによって、供給口２１２付近に集中して分布しているトナーをひずみセンサ２０４付近に移動させることができる。

次に、図１３を参照して、トナーボトル２０１の回転駆動によってトナーが移動する際のひずみ値の変化について説明する。図１３は、本実施形態に係るひずみセンサ２０４が出力するひずみ値とトナーボトル２０１の回転時間との関係を説明する図である。

ひずみセンサ期待値Ｈは、前回検知したトナー残量と画像形成出力された画像の画素数に基づいて算出されたトナーの消費量とに基づいて算出されたひずみ値を縦軸（Ｙ軸）、トナーボトル２０１の回転時間（ｔ）を横軸（Ｘ軸）としてプロットしたものである。なお、「ｔ＝Ａ」のときに、トナーがひずみセンサ２０４まで移動し、ひずみ値が安定する。

ひずみセンサ期待値範囲Ｊ１およびＪ２は、画像形成出力された画像の濃度および画像形成装置１の動作状況に基づいて定めたひずみセンサ期待値Ｈからの上限値および下限値を、それぞれ、ひずみ値を縦軸（Ｙ軸）、トナーボトル２０１の回転時間（ｔ）を横軸（Ｘ軸）としてプロットしたものである。

異常検知部１１３４は、「ｔ＝Ｐ２」、「ｔ＝Ｐ３」、「ｔ＝Ｐ４」、「ｔ＝Ｐ５」のタイミングでひずみ値を取得する。そして、異常検知部１１３４は、取得したひずみ値がひずみセンサ期待値範囲Ｊ１からひずみセンサ期待値範囲Ｊ２の範囲内に該当しない場合には、トナーボトル２０１から現像装置１２にトナーが供給される間にトナーが通過する経路における異常の発生を検知する。

次に、図１４を参照して、本実施形態に係るトナーボトル２０１内のトナー残量を検知する処理の流れについて説明する。図１４は、本実施形態に係るトナーボトル２０１内のトナー残量を検知する処理の流れを示すフローチャートである。

なお、トナーボトル２０１から現像装置１２へのトナーが供給されたとき、大量の画像形成出力の実行後、ユーザがディスプレイパネル１０４からトナー残量検知を行うための操作を行ったとき、あらかじめ定められた任意の周期、などをトリガーとして本処理が開始される。

まず、異常検知部１１３４は、画像形成出力された画像の画素数に関する情報を主制御部１１０から取得し、前回検知したトナーボトル２０１内のトナー残量と取得した画像数に関する情報とに基づいて、図１３に示すようにひずみセンサ期待値Ｈ、ひずみセンサ期待値範囲Ｊ１およびひずみセンサ期待値範囲Ｊ２を算出する（Ｓ１４０１）。

次に、回転制御部１１２は、ボトル駆動部１２１に対して、トナーボトル２０１を逆回転させるように駆動モータ２５０を駆動させる命令情報を送信し、ボトル駆動部１２１は、命令情報に従って駆動モータ２５０を駆動させる（Ｓ１４０２）。

時間計測部１１１は、駆動モータ２５０の駆動が開始されるタイミングから経過した時間の計測を開始する（Ｓ１４０３）。時間計測部１１１は、駆動モータ２５０が駆動されることによってトナーボトル２０１が回転駆動し、トナーが移動する時間を計測する。

トナーボトル２０１が回転駆動しはじめると、ひずみ値検知部１１３１は、ひずみセンサ２０４によって検知されたひずみ値Ｍｎを取得する（Ｓ１４０４）。異常検知部１１３４は、Ｓ１４０４で取得したひずみ値Ｍｎがひずみセンサ期待値範囲Ｊ１からひずみセンサ期待値範囲Ｊ２の範囲内に該当するか否かを判定する（Ｓ１４０５）。

Ｓ１４０４で取得したひずみ値Ｍｎがひずみセンサ期待値範囲Ｊ１からひずみセンサ期待値範囲Ｊ２の範囲内に該当する場合（Ｓ１４０５／Ｙｅｓ）、トナー残量検知部１１３は、ひずみ値検知部１１３１がＮ回にわたってひずみ値Ｍｎを取得したか否かを判定し（Ｓ１４０６）、ひずみ値ＭｎがＮ回取得されていない場合（Ｓ１４０６／Ｎｏ）には、Ｓ１４０４から再度処理を実行する。

Ｓ１４０４で取得したひずみ値Ｍｎがひずみセンサ期待値範囲Ｊ１からひずみセンサ期待値範囲Ｊ２の範囲内に該当しない場合（Ｓ１４０５／Ｎｏ）、異常検知部１１３４は、トナーボトル２０１から現像装置１２にトナーが供給される間にトナーが通過する経路における異常の発生を検知する（Ｓ１４０７）。

異常検知部１１３４によって異常が検知されると、主制御部１１０は、トナーボトル２０１から現像装置１２にトナーが供給される間にトナーが通過する経路における異常を検知したことを画像形成装置１のユーザに対して通知し（Ｓ１４０８）、Ｓ１４０９の処理ステップに進む。

回転制御部１１２は、時間計測部１１１による計測時間が所定の時間ｔ１を経過する（Ｓ１４０９／Ｙｅｓ）と、ボトル駆動部１２１に対して駆動モータ２５０の駆動を停止させる命令情報を送信する。ボトル駆動部１２１は、回転制御部１１２からの命令情報に従って駆動モータ２５０を停止させる（Ｓ１４１０）。

なお、時間ｔ１は、トナーがひずみセンサ２０４付近に移動するために必要な時間であって、トナー残量に応じた値を示すデータテーブルが予め時間計測部１１１に保持されている。Ｓ１４０３において、時間計測部１１１は、前回のトナー残量の値に基づいて、トナーボトル２０１内をトナーが移動する時間に相当する所定の時間ｔ１を決定して時間計測を行う。

駆動モータ２５０が停止すると、ひずみ値検知部１１３１は、ひずみセンサ２０４によって検知されたひずみ値Ｓ１を取得する（Ｓ１４１１）。トナー残量算出部１１３３は、Ｓ１４１１で取得したひずみ値Ｓ１に基づいてトナーボトル２０１内のトナー残量を算出する（Ｓ１４１２）。

トナー残量算出部１１３３は、ひずみ値とトナー残量との関係を示すデータテーブルを有している。そのため、Ｓ１４１２の処理においてトナー残量算出部１１３３は、Ｓ１４１１で取得したひずみ値Ｓ１に対応したトナー残量をデータテーブルから抽出する。

トナー残量算出部１１３３によってトナー残量が算出されると、時間計測部１１１は、時間計測を終了し（Ｓ１４１３）、主制御部１１０は本処理を終了する。なお、主制御部１１０は、Ｓ１４１２で算出されたトナーボトル２０１内のトナー残量が所定の量よりも少なくなっている場合、ディスプレイパネル１０４を介してユーザに通知するための画面を表示させる処理を実行してもよい。

以上説明したように、本実施形態においてはトナーボトル２０１内のトナー残量を精度よく検知するために、トナーをひずみセンサ２０４付近に移動させてからひずみ値を取得し、トナー残量を算出する。また、トナー残量の検知とともに、トナーボトル２０１から現像装置１２へのトナーの供給経路における異常を検知する。

従来の画像形成装置では、トナー残量の検知後にトナーの供給経路における異常の有無を検知していた。そのため、本実施形態では、異常発生時における画像形成装置１を利用するための待機時間を少なくすることができる。

このように、本実施形態においては、トナーボトル２０１内のトナーをひずみセンサ２０４の付近に集中して分布させたのちにひずみ値を検知することによって、トナーボトル２０１内のトナー残量を検知する。しかし、図１５に示すように、画像形成装置１の動作状況によっては、ひずみセンサ２０４が検知するひずみ値に誤差が生じることがある。

他の画像形成装置においては、描画情報の画素数に基づいてトナー残量を算出しているものがある。図１５において、符号Ｄにて示すグラフは、描画情報の画素数に基づいて予測された画像形成装置１のトナー残量、符号Ｅにて示すグラフは、描画情報の画素数に基づいて予測された画像形成装置１のトナー残量の最小値、符号Ｆにて示すグラフは、描画情報の画素数に基づいて予測された画像形成装置１のトナー残量の最大値、それぞれについて、印刷枚数の増加に伴う変化の傾向を示す。

画像形成装置１においては、印刷の濃度や印刷枚数によっては、同じ描画情報を用いて印刷を行った場合であってもトナーの消費量が変動する。そこで、本実施形態においては、ひずみ値に基づいて算出されたトナー残量が画像形成装置１において印刷される描画情報の画素数に基づいて予測されたトナー残量の最大値から最小値までの範囲（以後、「予測範囲」と記載する）内であるか否かを判定する。このようにすることによって、ひずみセンサ２０４が検知したひずみ値が異常値であるか否かを判定し、より精度を高めてトナーボトル２０１内のトナー残量を検知する。

以後、図１６を参照して、ひずみ値に基づいて算出されたトナー残量と、画像形成装置１において印刷される描画情報の画素数に基づいて決定されたトナー残量の予測範囲Ｇとを比較してトナーボトル２０１内のトナー残量を検知する処理の流れについて説明する。図１６において、図１４と同じ処理を行う箇所については、同じ符号を付し、重複する説明を省略する。すなわち、図１６に示すフローチャートのＳ１４０１からＳ１４１０までの処理は、図１４において既に同じ符号を用いて説明した処理と同様である。

すなわち、トナーボトル２０１が、所定の時間ｔ１に相当するまで逆方向に回転駆動されたのち、ボトル駆動部１２１によって駆動モータ２５０が停止される（Ｓ１４０１〜Ｓ１４１０）。続いて、ひずみ値検知部１１３１が、ひずみセンサ２０４によってひずみ値Ｓ２を取得する（Ｓ１６０１）。

トナー残量算出部１１３３は、ひずみ値Ｓ２に基づいてトナー残量を算出する（Ｓ１６０２）。トナー残量検知部１１３は、トナー残量予測部１１３２において画像形成装置１が印刷済みの描画情報の画素数、印刷枚数、印刷濃度などの情報に基づいて決定されたトナー残量の予測範囲ＧにＳ１６０２で算出したトナー残量の値が該当するか否かを判定する（Ｓ１６０３）。

Ｓ１６０２で算出したトナー残量の値がＳ１６０１までに印刷出力された描画情報の画素数に基づいて決定されたトナー残量の予測範囲Ｇ内である場合（Ｓ１６０３／Ｙｅｓ）、トナー残量検知部１１３は、トナー残量予測部１１３２において決定されたトナー残量をＳ１６０２で算出したトナー残量の値に置き換え（Ｓ１６１１）、置き換えた値をトナー残量として検知する。このようにすることで、トナー残量予測部１１３２において、精度を高めたトナー残量の予測を行うことができるようになる。

Ｓ１６０２で算出したトナー残量の値がＳ１６０１までに印刷出力された描画情報の画素数に基づいて決定されたトナー残量の予測範囲Ｇ内にない場合（Ｓ１６０３／Ｎｏ）、ひずみ値検知部１１３１は、ひずみセンサ２０４によってひずみ値Ｓ３を検知し（Ｓ１６０４）、トナー残量算出部１１３３は、ひずみ値Ｓ３に基づいてトナー残量を算出する（Ｓ１６０５）。

Ｓ１６０５で算出したトナー残量の値がＳ１６０１までに印刷出力された描画情報の画素数に基づいて決定されたトナー残量の予測範囲Ｇ内である場合（Ｓ１６０６／Ｙｅｓ）、トナー残量検知部１１３は、トナー残量予測部１１３２において決定されたトナー残量をＳ１６０５で算出したトナー残量の値に置き換え（Ｓ１６１１）、置き換えた値をトナー残量として検知する。

Ｓ１６０５で算出したトナー残量の値がＳ１６０１までに印刷出力された描画情報の画素数に基づいて決定されたトナー残量の予測範囲Ｇ内にない場合（Ｓ１６０６／Ｎｏ）、回転制御部１１２は、トナーボトル２０１を供給方向に回転する制御を行う。

具体的に、回転制御部１１２は、トナーボトル２０１を所定の時間ｔ２のあいだ、供給方向に回転させる命令情報をボトル駆動部１２１に送信し、ボトル駆動部１２１は所定の時間ｔ２のあいだトナーボトル２０１が逆回転するように駆動モータ２５０を駆動させる（Ｓ１６０７）。

所定の時間ｔ２については、Ｓ１６０５で算出したトナー残量の値と、描画情報の画素数に基づいて決定されたトナー残量の予測範囲Ｇに基づいて、トナーボトル２０１内をトナーが移動する時間に相当する時間を時間ｔ５として用いてもよい。

所定の時間ｔ２のあいだ、トナーボトル２０１を供給方向に回転させ、駆動モータ２５０が停止すると、ひずみ値検知部１１３１は、ひずみセンサ２０４によってひずみ値Ｓ４を取得する（Ｓ１６０８）。

トナー残量算出部１１３３は、ひずみ値Ｓ４に基づいてトナー残量を算出する（Ｓ１６０９）。Ｓ１６０９で算出したトナー残量の値がＳ１６０１までに印刷出力された描画情報の画素数に基づいて決定されたトナー残量の予測範囲Ｇ内である場合（Ｓ１６１０／Ｙｅｓ）、トナー残量検知部１１３は、トナー残量予測部１１３２において決定されたトナー残量をＳ１６０９で算出したトナー残量の値に置き換える補正を行い（Ｓ１６１１）、トナー残量を検知する。

なお、Ｓ１６１１の処理において、トナー残量検知部１１３は、Ｓ１６０９で算出したトナー残量の値をトナー残量予測部１１３２において決定されたトナー残量の値に置き換えることなく、トナー残量補正値として保存してもよい。また、Ｓ１６１１の処理を実行せずに、ひずみセンサ２０４の異常検知のみを行う構成であってもよい。

Ｓ１６０９で算出したトナー残量の値がＳ１６０１までに印刷出力された描画情報の画素数に基づいて決定されたトナー残量の予測範囲Ｇ内にない場合（Ｓ１６１０／Ｎｏ）、主制御部１１０は、ひずみセンサ２０４に異常が生じていると判定し、異常が発生していることを示すエラー通知を行う（Ｓ１６１２）。このとき、主制御部１１０は、センサ異常検知部として機能する。また、主制御部１１０は、ディスプレイパネル１０４に通知画面を表示するなどしてエラー通知を行ってもよい。

Ｓ１６１１またはＳ１６１２の処理が実行されると、時間計測部１１１は、時間の計測を終了し（Ｓ１６１３）、主制御部１１０は、本処理を終了する。なお、トナー残量予測部１１３２が、トナー残量に応じて任意の範囲を設定するためのデータテーブルを有する場合、前回のトナー残量の値によってトナー残量の予測範囲Ｇを任意の値の範囲に設定する構成であってもよい。

また、トナー残量検知部１１３は、トナー残量が所定の値よりも少なくなった場合、トナー残量予測部１１３２が予測する予測範囲Ｇにおける中間値をトナー残量として用いてもよい。さらに、主制御部１１０は、Ｓ１６１２でエラー通知を行った後、トナー残量予測部１１３２によって決定される値をトナー残量として用いてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置においては、トナーボトル内のトナーの分布を一定の状態に制御してトナー残量を検知する粉体残量検知装置を搭載し、トナー残量を検知する。このようにすることで、トナーボトル内のトナー残量を精度よく検知することができ、さらには、トナー残量を検知するためのセンサに異常が発生しているか否かを検知することも可能である。

なお、本実施形態に係るトナーボトル２０１は、内壁面に突起部２１１を有するトナーボトルを例に説明を行ったが、図１７に示すように、突起部２１１の代わりとして内部にスクリュー機構２１３を有するトナーボトル２０１に対しても本発明を適用することができる。

スクリュー機構２１３は、トナー供給部２０２に装着されると、駆動モータ２５０と係合し、駆動モータ２５０の駆動に従って回転駆動する。そして、トナーボトル２０１の内部空間にあるトナーは、スクリュー機構２１３の回転駆動によって、トナーの分布が変化する。したがって、スクリュー機構２１３は、トナーボトル２０１を回転駆動させることなく、トナーボトル２０１内のトナーを移動させることによって分布状態を変化させる粉体移動部として機能する。

１ 画像形成装置
６ ドクターブレード
８ クリーニングブレード
９ 除電ランプ
１０ 感光体
１１ 帯電装置
１２ 現像装置
１３ 転写装置
１４ クリーニング装置
１７ 転写ベルト
２０ａ 開口部
２１ レジストローラ
２２ 定着装置
３０ 加熱ローラ
３２ 加圧ローラ
３４ 排出分岐爪
３５ 排紙ローラ
４３ 反転路
４４ 再搬送路
４７ 書込み装置
５１ ＣＰＵ
５２ ＲＡＭ
５３ ＲＯＭ
５４ ＨＤＤ
５５ Ｉ／Ｆ
５６ ＬＣＤ
５７ 操作部
５８ バス
６２ 呼出ローラ
６６ 搬送ローラ
８０ プロセスカートリッジ
８０ａ 開口部
８１ 現像ローラ
８２、８３ スクリュー
９１ レール
１００ コントローラ
１０２ スキャナユニット
１０３ 排紙トレイ
１０４ ディスプレイパネル
１０５ 給紙テーブル
１０６ プリントエンジン
１０７ 排紙トレイ
１０８ ネットワークＩ／Ｆ
１１０ 主制御部
１１１ 時間計測部
１１２ 回転制御部
１１３ トナー残量検知部
１２０ エンジン制御部
１２１ ボトル駆動部
１３０ 画像処理部
１４０ 操作表示制御部
１５０ 入出力制御部
２０１ トナーボトル
２０２ トナー供給部
２０３ ギア
２０４ ひずみセンサ
２０５ ボトル支え
２１１ 突起部
２１２ 供給口
２１３ スクリュー機構
２５０ 駆動モータ
１１３１ ひずみ値検知部
１１３２ トナー残量予測部
１１３３ トナー残量算出部
１１３４ 異常検知部

特開２００４−２８６７９３号公報

Claims (9)

1. 粉体が収容された粉体収容部の内部空間において当該粉体の分布を変化させる粉体移動部と、
   前記粉体移動部を駆動させる駆動部と、
   前記粉体収容部の位置変化を示す変化値を検知する変化値検知部と、
   前記粉体収容部の一端に配置され、前記粉体収容部の外部へ前記粉体を供給する経路における異常の有無を、前記変化値に基づいて検知する異常検知部と、
   前記変化値に基づいて、前記粉体収容部に収容された前記粉体の残量を検知する粉体残量検知部と、
   を含み、
   前記駆動部は、
   前記変化値検知部の近傍に前記粉体を移動させるように前記粉体移動部を駆動させ、
   前記異常検知部は、
   前記変化値検知部の近傍に前記粉体が移動している間に検知された前記変化値に基づいて前記経路における異常の有無を検知し、
   前記粉体残量検知部は、
   前記粉体が前記変化値検知部の近傍に移動された状態における前記変化値に基づいて前記残量を検知する
   ことを特徴とする粉体残量検知装置。
2. 前記異常検知部は、
   前記変化値が、前記粉体収容部に収容された前記粉体の量に基づいて定められた所定の範囲であるか否かによって前記経路における異常の有無を検知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の粉体残量検知装置。
3. 画像形成出力される描画情報に基づいて粉体である現像剤によって現像を行い画像形成出力を実行する画像形成装置であって、
   前記粉体が収容された粉体収容部の内部空間において当該粉体の分布を変化させる粉体移動部と、
   前記粉体移動部を駆動させる駆動部と、
   前記粉体収容部の位置変化を示す変化値を検知する変化値検知部と、
   前記粉体収容部の一端に配置され、前記粉体収容部の外部へ前記粉体を供給する経路における異常の有無を、前記変化値に基づいて検知する異常検知部と、
   前記変化値に基づいて前記粉体収容部に収容された前記粉体の残量を検知する粉体残量検知部と、
   を含み、
   前記駆動部は、
   前記変化値検知部の近傍に前記粉体を移動させるように前記粉体移動部を駆動させ、
   前記異常検知部は、
   前記変化値検知部の近傍に前記粉体が移動している間に検知された前記変化値に基づいて前記経路における異常の有無を検知し、
   前記粉体残量検知部は、前記粉体が前記変化値検知部の近傍に移動された状態における前記変化値に基づいて前記残量を検知することを特徴とする画像形成装置。
4. 前記異常検知部は、
   前記描画情報の画素数および前記画像形成装置の動作状況に基づいて所定の範囲を定め、前記粉体が前記変化値検知部に移動している間に検知された前記変化値が前記所定の範囲であるか否かによって前記経路における異常の有無を検知する
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記描画情報の画素数および前記画像形成装置の動作状況に基づいて前記残量の予測値を算出する粉体残量予測部と、
   前記予測値の最大および最小の範囲である予測範囲および前記変化値に基づいて前記変化値検知部に異常が発生していることを検知するセンサ異常検知部と、
   を含む請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記粉体残量検知部は、
   前記予測範囲内の前記変化値が検知された場合に、当該変化値によって前記予測値を補正して前記残量を検知することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記センサ異常検知部は、
   前記予測範囲外の前記変化値が所定の回数にわたって検知された場合に前記変化値検知部に異常が発生していると判定することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
8. 前記異常検知部は、
   前記画像形成出力の実行後に前記経路おける異常の有無を検知することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
9. 画像形成出力される描画情報に基づいて現像剤などの粉体によって現像を行い画像形成出力を実行する画像形成装置において前記粉体の残量を検知する粉体残量検知方法であって、
   前記粉体が収容された粉体収容部の内部空間において当該粉体の分布を変化させ、
   前記粉体収容部の位置変化を示す変化値を検知し、
   前記粉体収容部の一端に配置され、前記粉体収容部の外部へ前記粉体を供給する経路における異常の有無を、前記変化値を検知する変化値検知部の近傍に前記粉体が移動している間に検知された前記変化値に基づいて検知し、
   前記粉体が前記変化値を検知する変化値検知部の近傍に移動された状態における前記変化値に基づいて前記残量を検知することを特徴とする粉体残量検知方法。