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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-17
(45)【発行日】2022-01-26
(54)【発明の名称】粉体量検出装置、画像形成装置および粉体量検出方法
(51)【国際特許分類】
G03G 15/08 20060101AFI20220119BHJP
G01G 13/20 20060101ALI20220119BHJP
【ＦＩ】
G03G15/08 322B
G01G13/20
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018109565
(22)【出願日】2018-06-07
(65)【公開番号】P2019211695
(43)【公開日】2019-12-12
【審査請求日】2021-02-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100089118
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
(72)【発明者】
【氏名】本多 浩気
(72)【発明者】
【氏名】安達 洋司
(72)【発明者】
【氏名】家入 雄二
(72)【発明者】
【氏名】本美 勝史
(72)【発明者】
【氏名】久保 達哉
(72)【発明者】
【氏名】松本 純一
(72)【発明者】
【氏名】原 徹也
【審査官】小池 俊次
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－２８６７９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２５４１７０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０３Ｇ １５／０８
Ｇ０１Ｇ １３／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転駆動部により回転される粉体収容部に収容された粉体の残量を、荷重検出センサを用いて検出する粉体量検出装置において、回転中における前記粉体収容部内の前記粉体の残量に関する値を前記荷重検出センサから取得し続け、
前記回転駆動部の停止信号を受信した場合、当該停止信号を受信する前にＮ回転（Ｎ≧１）する間に検出した前記粉体の残量に関する値を、Ｎ回転にかかる時間で平均化した平均値を算出し、
前記平均値を用いて前記粉体の残量を検出する、
ことを特徴とする粉体量検出装置。
【請求項2】
検出した前記粉体の残量について、前記停止信号の受信後に前記粉体収容部が減速する間に減る粉体量を減じることで補正する、ことを特徴とする請求項１に記載の粉体量検出装置。
【請求項3】
前記粉体収容部の回転速度の変動に合わせて、Ｎ回転にかかる時間を最適化する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の粉体量検出装置。
【請求項4】
検出した前記粉体の残量が所定の閾値以下の場合、前記荷重検出センサの出力感度の低下を考慮した補正を行う、ことを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の粉体量検出装置。
【請求項5】
粉体である現像剤による現像を含む画像形成を行う画像形成部と、請求項１ないし４の何れか一項に記載の粉体量検出装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項6】
回転駆動部により回転される粉体収容部に収容された粉体の残量を、荷重検出センサを用いて検出する粉体量検出装置における粉体量検出方法であって、回転中における前記粉体収容部内の前記粉体の残量に関する値を前記荷重検出センサから取得し続ける工程と、
前記回転駆動部の停止信号を受信した場合、当該停止信号を受信する前にＮ回転（Ｎ≧１）する間に検出した前記粉体の残量に関する値を、Ｎ回転にかかる時間で平均化した平均値を算出する工程と、
前記平均値を用いて前記粉体の残量を検出する工程と、
を含むことを特徴とする粉体量検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粉体量検出装置、画像形成装置および粉体量検出方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、粉体の供給が必要な装置においては、粉体収容部である容器内にある粉体の残量の検出を荷重検出センサにより行い、検出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（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、荷重検出センサでの粉体残量検出においては、略円筒形状の容器の回転を停止させた状態で残量検出を行うため、容器の回転を停止させた角度によって、容器の偏心と容器内部の粉体の偏りにより検出荷重が変わってしまうという問題があった。
【0004】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粉体収容部に収容された粉体の残量検出の精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転駆動部により回転される粉体収容部に収容された粉体の残量を、荷重検出センサを用いて検出する粉体量検出装置において、回転中における前記粉体収容部内の前記粉体の残量に関する値を前記荷重検出センサから取得し続け、前記回転駆動部の停止信号を受信した場合、当該停止信号を受信する前にＮ回転（Ｎ≧１）する間に検出した前記粉体の残量に関する値を、Ｎ回転にかかる時間で平均化した平均値を算出し、前記平均値を用いて前記粉体の残量を検出する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、粉体収容部に収容された粉体の残量検出の精度を高めることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に添付図面を参照して、粉体量検出装置、画像形成装置および粉体量検出方法の実施の形態を詳細に説明する。
【0009】
本実施の形態においては、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出する粉体量検出装置および粉体残量検出方法について説明する。また、本実施の形態では、画像形成装置１として、モノクロプリンタ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（クロ）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。
【0010】
図１は実施の形態にかかる画像形成装置１の概要構成を示す断面図、図２は画像形成装置１の概要構成を示す斜視図である。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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
次に、本実施の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。
【0020】
ここで、図３はトナーボトル２０１の構成を示す図、図４はトナーボトル２０１の設置態様を示す図である。図３に示すように、略円筒形状のトナーボトル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。
【0021】
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、回転駆動部である駆動モータ２５０が回転し、駆動モータ２０５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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
図４に示すように、画像形成装置１は、トナーボトル２０１内のトナー残量を検出するために、荷重検出センサであるひずみセンサ２０４を備えている。
【0026】
ここで、図５はひずみセンサ２０４を例示的に示す図である。図５に示すように、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２６０に設けられている。本実施の形態では、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出する。
【0027】
ひずみセンサ２０４は、例えば、ダイアフラム上にピエゾ抵抗がブリッジ回路を形成して配置されており、ダイアフラムの変形によってピエゾ抵抗に応力を与えることで抵抗値が変化し、その抵抗値変化によるブリッジ回路の中点電位変動を捉えることで、荷重検出を行なうことができる。
【0028】
また、図５に示すように、ひずみセンサ２０４が設けられる支持部２６０は、トナーボトル２０１の供給口２１２の反対側を支えることが可能な構造体となっている。これにより、トナーボトル２０１の供給口２１２側の一端のみで保持されている構成でトナーボトル２０１を回した場合に、供給口２１２の反対側が自由に動いてしまうことを防ぐことができる。
【0029】
次に、本実施の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説明する。
【0030】
図６は、画像形成装置１のハードウェア構成を示すハードウェアブロック図である。図６に示すように、本実施の形態に係る画像形成装置１は、コントローラ１００、駆動モータ２５０、ひずみセンサ２０４、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。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。
【0031】
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、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）５６および操作部５７によって実現される。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。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。
【0032】
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。
【0033】
図７は、コントローラ１００のハードウェア構成を示すハードウェアブロック図である。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。コントローラ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１を備えている。ＣＰＵ５１には、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。
【0034】
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。
【0035】
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。例えば、Ｉ／Ｆ５５には、ＬＣＤ５６や操作部５７などが接続されている。
【0036】
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、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。
【0037】
本実施の形態の画像形成装置１で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
【0038】
また、本実施の形態の画像形成装置１で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施の形態の画像形成装置１で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
【0039】
また、本実施の形態の画像形成装置１で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
【0040】
次に、コントローラ１００のＣＰＵ５１がＨＤＤ５４やＲＯＭ５３に記憶されたプログラムを実行することによって発揮する機能について説明する。なお、ここでは従来から知られている機能については説明を省略し、本実施の形態の画像形成装置１が発揮する特徴的な機能について詳述する。
【0041】
図８は、コントローラ１００の機能構成を示す機能ブロック図である。
【0042】
図８に示すように、コントローラ１００のＣＰＵ５１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、入出力制御部１５０として機能する。
【0043】
なお、本実施の形態においては、コントローラ１００が発揮する特徴的な機能をＣＰＵ５１がプログラムを実行することにより実現するものとしたが、これに限るものではなく、例えば、上述した各部の機能のうちの一部または全部が専用のハードウェア回路で実現されてもよい。
【0044】
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。また、主制御部１１０は、ひずみセンサ２０４からの出力値を受信する。
【0045】
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。また、エンジン制御部１２０は、トナーボトル２０１を回転駆動させる駆動モータ２５０を駆動制御する。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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出する粉体量検出装置としても機能する。次に、トナーボトル２０１内のトナー残量を検出する機能について説明する。
【0058】
図９は、トナーボトル２０１内のトナー残量を検出する機能を示す機能ブロック図である。図９に示すように、本実施の形態においては、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出する。
【0059】
図９に示すように、主制御部１１０は、時間計測部１１１、回転制御部１１２、トナー残量検出部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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
トナー残量検出部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出する粉体残量検出部である。
【0063】
以下、トナー残量検出部１１３の内部構成について説明する。
【0064】
【0065】
ひずみ値検出部１１３１は、トナーボトル２０１を支持する支持部２６０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）を検出する。したがって、ひずみ値検出部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出する変化値検出部として機能する。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
このような構成において、本実施の形態においては、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、トナー残量を検出する。図１１から図１３は、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１１から図１３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。
【0069】
図１１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１２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１３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。
【0070】
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１２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。
【0071】
図１４は、図１１および図１２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出する際の誤差について説明する図である。図１４においては、図１１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１２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。
【0072】
図１４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で検出したひずみ値を領域Ｐ１において示している。図１１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出されるため、曲線Ａはリニアな曲線となる。
【0073】
一方で、図１２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の出力値が検出されるため、曲線Ｂはリニアな曲線とはならない。このように、図１２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、精度よく検出することができない。
【0074】
そこで、本実施の形態では、トナーボトル２０１内のトナー残量を検出する際に、図１１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出する。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。
【0075】
ところで、ひずみセンサ２０４でのトナー残量検出をトナーボトル２０１の停止中に行う場合、トナーボトル２０１の回転を停止させた角度、すなわちトナーボトル２０１の偏心とトナーボトル２０１内部のトナーの偏りによって、ひずみセンサ２０４が出力するひずみ値（検出量）が変わってしまうという問題がある。
【0076】
ここで、図１５は偏心の影響について説明する図、図１６はトナーボトル２０１内部のトナーの偏りの影響について示す図である。図１５に示すように、トナーボトル２０１を回転させるとどの角度でトナーボトル２０１が停止したか分からないため、トナーボトル２０１の偏心による影響がトナー残量の荷重にどの程度重畳しているかわからない。また、図１６に示すように、トナーボトル２０１が停止した際に、トナーボトル２０１内部のトナーの偏り方が毎回異なるため、正確な残量の検出が難しい。
【0077】
また、従来においては、ひずみセンサ２０４でのトナー残量検出をトナーボトル２０１トナー補給動作中に行うことが考えられていた。図１７は従来のトナー補給動作中の残量検出を示す図である。図１７に示すように、トナー補給動作中のひずみセンサ２０４が出力するひずみ値（検出量）をトナー補給動作時間ｔで平均化したとしても、トナー補給動作中にトナー残量は常に減っていくので、トナー補給動作終了時の正確なトナー残量を知ることは難しい、という問題もある。
【0078】
そこで、上記課題を解決するために、本実施の形態の画像形成装置１（トナー残量検出部１１３）においては、下記に示す処理を行う。
【0079】
ここで、図１８はボトル回転中の残量検出を示す図、図１９は平均化時間Ｔの算出について説明する図である。図１８に示すように、本実施の形態の画像形成装置１においては、ひずみ値検出部１１３１が、ボトル回転中のひずみセンサ２０４が出力するひずみ値（検出量）を取得し続ける。そして、トナー残量算出部１１３３は、ボトル回転中にトナーボトル２０１の回転を行う駆動モータ２５０の停止タイミングを監視し、駆動モータ２５０の停止信号を受けてからトナーボトル２０１が減速する直前にＮ回転（Ｎ≧１）する間に検出したトナー残量を、Ｎ回転にかかる平均化時間Ｔで平均化を行う。
【0080】
なお、トナー残量算出部１１３３は、平均化を行う際、図１９に示すように、トナー残量に応じてトナーボトル２０１の回転速度が変動するため、回転速度に合わせて平均化時間Ｔを最適化する。例えば、トナーが満タン時はトナーボトル２０１が重いため回転速度は遅くなり、Ｎ回転にかかる時間が長くなるため、平均化時間Ｔも長くなる。トナーが満タン時の回転速度は１００ｒｐｍであり、Ｎ回転にかかる時間Ｔは０．６Ｎｓとなる。一方、トナーが空の時はトナーボトル２０１が軽いため回転速度は速くなり、Ｎ回転にかかる時間が短くなるため、平均化時間Ｔも短くなる。トナーが空の時の回転速度は１２０ｒｐｍであり、Ｎ回転にかかる時間Ｔは０．５Ｎｓとなる。
【0081】
そして、トナー残量算出部１１３３は、平均化した値から減速中に減る微小トナー量を減じた値をトナー残量とする。なお、減速中に減る微小トナー量は、予め把握しておくものとする。
【0082】
ここで、図２０は実際のトナー残量とセンサ検出量との関係を示すグラフである。図２０に示すように、トナー残量が少なくなった場合、トナーボトル２０１内のトナーの在り方がトナー量で異なり重心が変化するため、ひずみセンサ２０４のセンサ出力感度が落ちてしまうという課題がある。
【0083】
そこで、トナー残量算出部１１３３は、トナーボトル２０１内のトナー残量が少ない場合（任意の閾値以下）では、あらかじめ作成しておいた補正テーブルで測定したトナー残量値の補正を行う。
【0084】
【0085】
これにより、残量検出を適切なタイミングで行うことで、トナーボトル２０１の偏心とトナーボトル２０１内部のトナーの偏りによりひずみセンサ２０４が出力するひずみ値（検出量）が変動してしまう課題を解消することができ、トナー残量を正確に検出することができる。
【0086】
次に、本実施の形態に係るトナーボトル２０１内のトナー残量を検出する処理の流れについて説明する。
【0087】
図２２は、トナーボトル２０１内のトナー残量を検出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からトナー残量検出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。
【0088】
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（ステップＳ１３０１）。
【0089】
次に、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（ステップＳ１３０２）。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。
【0090】
続いて、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（ステップＳ１３０３／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（ステップＳ１３０４）。
【0091】
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。ステップＳ１３０２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。
【0092】
駆動モータ２５０が停止すると、ひずみ値検出部１１３１は、ひずみセンサ２０４によって検出されたひずみ値Ｓを取得する（ステップＳ１３０５）。なお、ひずみ値検出部１１３１は、トナー補給動作中において、ひずみセンサ２０４が出力するひずみ値（検出量）を取得し続ける。
【0093】
トナー残量算出部１１３３は、ステップＳ１３０５で取得したひずみ値Ｓに基づいてトナーボトル２０１内のトナー残量を算出する（ステップＳ１３０６）。
【0094】
より詳細には、トナー残量算出部１１３３は、トナーボトル２０１の回転中に駆動モータ２５０の停止タイミングを監視し、駆動モータ２５０の停止信号を受けてからトナーボトル２０１が減速する直前にＮ回転する間に検出したトナー残量を、Ｎ回転にかかる平均化時間Ｔで平均化を行う。そして、トナー残量算出部１１３３は、平均化した値から減速中に減る微小トナー量を減じた値をトナー残量として算出する。なお、減速中に減る微小トナー量は、予め把握しておくものとする。
【0095】
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、ステップＳ１３０６の処理において、トナー残量算出部１１３３は、ステップＳ１３０５で取得したひずみ値Ｓに対応したトナー残量をデータテーブルから抽出する。
【0096】
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（ステップＳ１３０７）、主制御部１１０は本処理を終了する。なお、主制御部１１０は、ステップＳ１３０６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。
【0097】
以上説明したように、本実施の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出するために、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、駆動モータ２５０を駆動させる時間を短くしてトナーをひずみセンサ２０４に移動させ、トナー残量を算出することもできる。
【0098】
このように本実施の形態によれば、残量検出を適切なタイミングで行うことで、粉体収容部であるトナーボトル２０１に収容された粉体であるトナーの残量検出の精度を高めることができる。
【0099】
また、本実施の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出する粉体残量検出装置を搭載し、トナー残量を検出する。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出することができ、さらには、トナー残量を検出するためのセンサに異常が発生しているか否かを検出することも可能である。
【0100】
なお、本実施の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２３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。
【0101】
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。
【0102】
なお、上記実施の形態では、本発明の画像形成装置を、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能のうち少なくとも２つの機能を有する複合機を例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置であればいずれにも適用することができる。
【符号の説明】
【0103】
１ 粉体量検出装置、画像形成装置
１０６ 画像形成部
２０１ 粉体収容部
２０４ 荷重検出センサ
２５０ 回転駆動部
１０６ 画像形成部
２０１ 粉体収容部
２０４ 荷重検出センサ
２５０ 回転駆動部
【先行技術文献】
【特許文献】
【0104】
【文献】特開２０１４－０８５５４１号公報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】