特許 7188054 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

(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】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/08 20060101AFI20221206BHJP

   G03G 21/00 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

G03G15/08 322B

G03G21/00 386

G03G21/00 510

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018237761

(22)【出願日】2018-12-19

(65)【公開番号】P2020101586

(43)【公開日】2020-07-02

【審査請求日】2021-09-15

(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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】家入 雄二

【審査官】稲荷 宗良

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－１６０１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１４６００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０６１３０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｇ １５／０８

Ｇ０３Ｇ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の電極を有し、前記一対の電極間の静電容量に基づいてトナー容器内のトナー残量を検出するトナー残量検出装置であって、
前記一対の電極間に前記トナー容器を配置しない非配置状態で、予め検出された前記一対の電極間の静電容量値を記憶する非配置情報記憶部と、
前記非配置情報記憶部に記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値と、に基づいて前記トナー残量検出装置の異常を検知する異常検知部と、
前記一対の電極間の静電容量に基づき、予め取得された前記静電容量と前記トナー残量の関係を示す検量線を参照して取得されるトナー残量値を出力するトナー残量出力部と、
前記異常が検知された場合に、前記記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値との差分値に基づき、前記検量線を補正する検量線補正部と、
前記異常が検知された場合に、前記異常を示す信号を出力する異常信号出力部と、
前記異常の原因の除去を指示する通知を表示する表示部と、
前記記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値と、に基づき、前記検量線補正部、又は前記表示部の何れか一方に処理を実行させる切替部と、を有する
トナー残量検出装置。

【請求項2】

前記異常検知部は、前記記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値との差分値が、予め定められた異常閾値以上か否かを判定する異常判定部を有する
請求項１に記載のトナー残量検出装置。

【請求項3】

前記切替部は、前記記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値との差分値が、予め定められた切替閾値以上か否かを判定する切替判定部を有する
請求項１、又は２に記載のトナー残量検出装置。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか１項に記載のトナー残量検出装置を有する
画像形成装置。

【請求項5】

一対の電極を有し、前記一対の電極間の静電容量に基づいてトナー容器内のトナー残量を検出するトナー残量検出装置によるトナー残量検出方法であって、
前記一対の電極間に前記トナー容器を配置しない非配置状態で、予め検出された前記一対の電極間の静電容量値を記憶する非配置情報記憶工程と、
非配置情報記憶工程により記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値と、に基づき、前記トナー残量検出装置の異常を検知する異常検知工程と、
前記一対の電極間の静電容量に基づき、予め取得された前記静電容量と前記トナー残量の関係を示す検量線を参照して取得されるトナー残量値を出力するトナー残量出力工程と、
前記異常が検知された場合に、前記記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値との差分値に基づき、前記検量線を補正する検量線補正工程と、
前記異常が検知された場合に、前記異常を示す信号を出力する異常信号出力工程と、
前記異常の原因の除去を指示する通知を表示する表示工程と、
前記記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値と、に基づき、前記検量線補正工程、又は前記表示工程の何れか一方の処理を実行させる切替工程と、を含む
トナー残量検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

従来、電子写真方式の画像形成装置において、一対の電極を有し、一対の電極間の静電容量に基づいてトナー容器内のトナー残量を検出する装置が知られている。

【0003】

また、環境条件の変動に関わらず高精度にトナー残量を検出するために、装置本体内に設けられた環境センサで検出された温度と湿度に基づき、静電容量値を補正する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

さらに、プロセスカートリッジ内のトナー残量が少ない状態と、プロセスカートリッジが画像形成装置等に装着されていない状態とを見分けるために、感度の異なる２つの静電容量検出回路を用いる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１及び２の技術では、検出対象ではない異物であって静電容量を変化させるもの（トナー容器からこぼれたトナー等）が一対の電極間に介在すると、静電容量を正確に検出できず、トナー残量を精度よく検出できなくなる場合があった。

【0006】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、一対の電極間の静電容量に基づいてトナー容器内のトナー残量を検出する装置において、検出対象ではない異物であって静電容量を変化させるものが一対の電極間に介在する異常を検知することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

開示の技術の一態様に係るトナー残量検出装置は、一対の電極を有し、前記一対の電極間の静電容量に基づいてトナー容器内のトナー残量を検出するトナー残量検出装置であって、前記一対の電極間に前記トナー容器を配置しない非配置状態で、予め検出された前記一対の電極間の静電容量値を記憶する非配置情報記憶部と、前記非配置情報記憶部に記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値と、に基づいて前記トナー残量検出装置の異常を検知する異常検知部と、前記一対の電極間の静電容量に基づき、予め取得された前記静電容量と前記トナー残量の関係を示す検量線を参照して取得されるトナー残量値を出力するトナー残量出力部と、前記異常が検知された場合に、前記記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値との差分値に基づき、前記検量線を補正する検量線補正部と、前記異常が検知された場合に、前記異常を示す信号を出力する異常信号出力部と、前記異常の原因の除去を指示する通知を表示する表示部と、前記記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値と、に基づき、前記検量線補正部、又は前記表示部の何れか一方に処理を実行させる切替部と、を有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の実施形態によれば、一対の電極間の静電容量に基づいてトナー容器内のトナー残量を検出する装置において、検出対象ではない異物であって静電容量を変化させるものが一対の電極間に介在する異常を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る画像形成装置の構成の一例を説明する図である。

【図2】実施形態に係る作像部の構成の一例を説明する図である。

【図3】実施形態に係るトナー補給部の構成の一例を説明する図である。

【図4】図３のＡ－Ａ断面図である。

【図5】トナー容器収容部にトナー容器が設置された状態の一例を説明する斜視図である。

【図6】実施形態に係る検量線の一例を説明する図である。

【図7】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。

【図8】一対の電極間に異物が介在する状態の一例を説明する図である。

【図9】第1の実施形態に係る制御部の機能構成の一例を説明するブロック図である。

【図10】第１の実施形態に係る検量線の補正方法の一例を説明する図である。

【図11】第１の実施形態に係る制御部による異常の検知処理の一例を示すフローチャートである。

【図12】第１の実施形態に係る制御部によるトナー残量の検出処理の一例を示すフローチャートである。

【図13】第２の実施形態に係る制御部の機能構成の一例を説明するブロック図である。

【図14】第２の実施形態に係る制御部による処理の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

実施形態における記録媒体は、用紙、又はプラスチックシート等である。以下では、記録媒体が用紙である場合を一例として説明する。また、実施形態に係るトナー残量検出装置を備える画像形成装置を一例として説明する。

【0012】

なお、実施形態の用語における画像形成、印刷、印字はいずれも同義語であるとする。

【0013】

＜実施形態に係る画像形成装置の構成＞
図１は、実施形態に係る画像形成装置１００の構成の一例を説明する図である。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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）。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

第二現像剤収容部５４内に補給されたトナーは、二つの搬送スクリュー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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

＜実施形態に係るトナー残量検出装置の構成＞
そこで、実施形態では、図３及び図４に示すように、トナー容器３２の外側から一対の平行平板電極６５及び６６で挟む構成とし、一対の平行平板電極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。

【0053】

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。

【0054】

一対の平行平板電極６５及び６６の大きさは同一である。一対の平行平板電極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。

【0055】

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、「一対の電極」の一例である平行平板電極６５及び６６と、静電容量検出回路１１１と、制御部２５０と、表示部２６７とを有する。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

表示部２６７は、制御部２５０から入力したトナー残量値、及び異常の原因の除去を指示する通知の少なくとも一方を表示することができる。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

制御部２５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２５１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２５２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２５３と、ＮＶＲＡＭ（Non-Volatile Random Access Memory）２５４と、操作パネルＩ／Ｆ（Inter／Face）２５５と、センサＩ／Ｆ２５６と、外部Ｉ／Ｆ２５７とを有する。それぞれが、システムバスＢを介して相互に接続されている。

【0065】

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Ｂに接続される各種デバイスに対するアクセスを総括的に制御する。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することができる。

【0066】

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。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。ＮＶＲＡＭ２５４は、読み書きが可能な不揮発性メモリであり、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が格納されている。

【0067】

操作パネルＩ／Ｆ２５５は、ＣＰＵ２５１と画像形成装置１００に備えられた操作パネル２５８との間でデータ交換を行うインターフェースである。操作パネル２５８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。

【0068】

センサＩ／Ｆ２５６は、静電容量検出回路１１１に電気的に接続され、静電容量検出回路１１１との間で信号やデータの交換を行うインターフェースである。外部Ｉ／Ｆ２５７は、画像形成装置１００の備えるプリンタコントローラ等の外部装置との間で信号やデータの交換を行うインターフェースである。

【0069】

なお、静電容量検出回路１１１の機能は、ＣＰＵ２５１等によりソフトウェアで実現されてもよく、また、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。

【0070】

［第１の実施形態］
実施形態に係るトナー残量検出装置において、平行平板電極６５及び６６に挟まれた空間には、検出対象であるトナー容器３２内のトナーの他、空気やトナー容器３２、トナー補給部６０の一部等の検出対象でないものも含まれる。そのため、予め取得した検量線を利用することで、検出される静電容量から検出対象でないものによる静電容量の変化の影響を取り除いている。

【0071】

しかし、検量線を取得した後で、トナー残量検出装置による検出対象でない異物であって、静電容量を変化させるものが平行平板電極６５及び６６に挟まれた空間に介在すると、異物による静電容量の変化によりトナー残量の検出結果に誤差が生じる場合がある。

【0072】

図８は、一対の電極間に異物が介在する状態の一例を説明する図である。異物の具体例としては、トナー容器３２からこぼれた漏洩トナー３２１や、画像形成装置１００の下壁面６８上に混入されたクリップやステープル等の金属片３２２が挙げられる。

【0073】

トナー容器３２はトナー容器収容部７０に対して着脱可能であるため、着脱時にトナー容器３２内からトナーがこぼれる場合がある。このような漏洩トナー３２１は現像部５に補給されないため、漏洩トナー３２１をトナー残量に含めることはできない。しかし、漏洩トナー３２１は、平行平板電極６５及び６６間の誘電率を変化させるため、静電容量の検出誤差の要因となる。

【0074】

また、画像形成された記録媒体Ｐを綴じるために用いられるクリップやステープル等の金属片３２２が、誤って画像形成装置１００の下壁面６８上等に混入する場合がある。金属片３２２は、平行平板電極６５及び６６間の誘電率を変化させるため、静電容量の検出誤差の要因となる。

【0075】

そこで、本実施形態では、このような異物が平行平板電極６５及び６６間に介在する異常を検知する。具体的には、平行平板電極６５及び６６間にトナー容器３２を配置しない非配置状態で、予めトナー残量検出装置２００により静電容量を検出し、検出値である静電容量初期値を記憶部に記憶する。そして、画像形成装置１００の点検時等に、非配置状態でトナー残量検出装置２００により検出した静電容量の検出値である静電容量点検値と、静電容量初期値とに基づいて、一対の電極間に異物が介在する異常を検知する。

【0076】

なお、上述した非配置状態は、トナー容器収容部７０に対して着脱可能なトナー容器３２をトナー容器収容部７０から取り外すことで、実現することができる。

【0077】

また、静電容量初期値は「記憶された静電容量値」の一例であり、静電容量点検値は「非配置状態で検出された一対の電極間の静電容量値」の一例である。

【0078】

上述した画像形成装置１００の点検は、所定の期間毎に行う定期点検であってもよいし、トナー容器３２の交換時等の任意の時期に行う不定期の点検であってもよい。

【0079】

＜第１の実施形態に係るトナー残量検出装置の制御部の機能構成＞
図９は、本実施形態に係る制御部の機能構成の一例を説明するブロック図である。なお、図９に示されている各機能ブロックの全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・結合して構成されてもよい。

【0080】

図９に示すように、制御部２５０は、静電容量入力部２５９と、検量線記憶部２６０と、トナー残量取得部２６１と、トナー残量出力部２６２と、異常検知部２６３と、非配置情報記憶部２６４とを有する。

【0081】

センサＩ／Ｆ２５６等により実現される静電容量入力部２５９は、静電容量検出回路１１１に電気的に接続され、静電容量の検出値を示す信号を入力し、トナー残量取得部２６１及び異常検知部２６３に出力する機能を有する。

【0082】

ＮＶＲＡＭ２５４等で実現される検量線記憶部２６０は、予め取得された検量線のデータを記憶する。トナー残量取得部２６１は、静電容量入力部２５９から入力した静電容量の検出値に基づき、検量線記憶部２６０が記憶する検量線のデータを参照してトナー残量を取得する機能を有する。

【0083】

トナー残量取得部２６１は、取得したトナー残量を示す信号を、操作パネルＩ／Ｆ２５５等により実現されるトナー残量出力部２６２に出力し、トナー残量出力部２６２は入力したトナー残量を示す信号を、画像形成装置１００の操作パネル２５８に出力する。これにより、操作パネル２５８の備える表示部２６７に、検出したトナー残量を表示させることができる。

【0084】

また、ＮＶＲＡＭ２５４等で実現される非配置情報記憶部２６４には、平行平板電極６５及び６６間にトナー容器３２を配置しない非配置状態で予め検出された静電容量初期値が記憶されている。

【0085】

異常検知部２６３は、非配置情報記憶部２６４から取得した静電容量初期値と、点検時等に静電容量検出回路１１１で検出された静電容量点検値とに基づき、検出対象ではない異物であって静電容量を変化させるものが、平行平板電極６５及び６６間に介在する異常を検知することができる。

【0086】

詳しくは、異常検知部２６３は異常判定部２６６を有し、異常判定部２６６は静電容量初期値と静電容量点検値を比較し、両者の差分値Ｓが予め定められた異常閾値以上か否かを判定する。異常検知部２６３は、差分値Ｓが異常閾値以上であると異常判定部２６６が判定した場合に、トナー残量検出装置２００の異常を検知する。異常検知部２６３は、異常を検知した場合に、差分値Ｓを検量線補正部２６５に出力する。

【0087】

また、検量線補正部２６５は、異常検知部２６３から入力した差分値Ｓに基づき、検量線２０１を補正する機能を有する。

【0088】

平行平板電極６５及び６６間に漏洩トナー３２１等の異物が介在すると、検出される静電容量が増加し、差分値Ｓはこの増加分に該当する。そのため、検量線補正部２６５は、検量線記憶部２６０を参照して取得した検量線のデータの全部を、静電容量を増加させる方向に差分値Ｓだけシフトさせる。検量線を一次式で表す場合には、検量線補正部２６５は、１次式の傾きを維持したまま、差分値Ｓだけ切片を増加させる。

【0089】

図１０は、検量線補正部２６５による検量線の補正方法の一例を説明する図である。図の見方は図６と同様であり、図１０では、検量線２０１と検量線２０２が示されている。図１０に示すように、検量線２０２は、検量線２０１に対して、静電容量が増加する方向に差分値Ｓだけシフトしている。

【0090】

図１１は、本実施形態に係る制御部による異常検知処理の一例を示すフローチャートである。図１１に示す処理に先立ち、トナー容器収容部７０からトナー容器３２が取り外され、非配置状態にされている。

【0091】

先ず、ステップＳ１１１において、静電容量入力部２５９は静電容量検出回路１１１から静電容量の検出値を静電容量点検値として入力し、静電容量点検値を示す信号を異常検知部２６３に出力する。

【0092】

続いて、ステップＳ１１２において、異常検知部２６３は、非配置情報記憶部２６４を参照して静電容量初期値を取得する。

【0093】

続いて、ステップＳ１１３において、異常判定部２６６は、静電容量点検値と静電容量初期値とを比較し、両者の差分値Ｓが異常閾値以上か否かを判定する。

【0094】

続いて、ステップＳ１１３で差分値Ｓが異常閾値以上と判定された場合は（ステップＳ１１３、Ｙｅｓ）、異常検知部２６３は、差分値Ｓを検量線補正部２６５に出力する。

【0095】

続いて、ステップＳ１１４において、検量線補正部２６５は、入力した差分値の分だけ、静電容量を増加させる方向に検量線をシフトさせる。これにより検量線が補正される。

【0096】

一方、ステップＳ１１３で差分値Ｓが異常閾値以上ではないと判定された場合は（ステップＳ１１３、Ｎｏ）、制御部２５０は、トナー残量検出装置２００に異常はないと判断し、処理を終了する。

【0097】

このようにして、トナー残量検出装置２００は、検出対象ではない異物であって静電容量を変化させるものが一対の電極間に介在することによる異常を検知することができる。そして、異物による静電容量の変化の影響を除去するために、検量線を補正することができる。

【0098】

次に、図１２は、本実施形態に係る制御部によるトナー残量の検出処理の一例を示すフローチャートである。

【0099】

先ず、ステップＳ１２１において、静電容量入力部２５９は、静電容量検出回路１１１から静電容量の検出値を示す信号を入力し、トナー残量取得部２６１に出力する。

【0100】

続いて、ステップＳ１２２において、トナー残量取得部２６１は、入力した静電容量の検出値に基づき、検量線記憶部２６０を参照してトナー残量値を取得し、トナー残量値を示す信号をトナー残量出力部２６２に出力する。

【0101】

続いて、ステップＳ１２３において、トナー残量出力部２６２は、入力したトナー残量値を示す信号を操作パネル２５８に出力する。

【0102】

続いて、ステップＳ１２４において、操作パネル２５８の備える表示部２６７は、入力したトナー残量値を表示する。

【0103】

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２６７に表示させることができる。なお、本実施形態では、画像形成装置１００の操作パネル２５８が表示部２６７を備える例を示したが、制御部２５０が表示部２６７を備えてもよいし、表示部２６７の機能を備える表示装置を別途設けてもよい。

【0104】

＜効果＞
以上説明してきたように、本実施形態に係るトナー残量検出装置２００は、非配置情報記憶部２６４と、異常検知部２６３とを有する。

【0105】

平行平板電極６５及び６６間に、漏洩トナー３２１や金属片３２２等の異物が介在すると、静電容量初期値と静電容量点検値との差分値が大きくなるため、異常検知部２６３は、差分値が予め定められた異常閾値以上か否かを判定することで、異物の介在を検知することができる。

【0106】

また、本実施形態では、トナー残量出力部２６２と、検量線補正部２６５とを有する。検量線を補正することで、異物による静電容量の変化の影響を取り除くことができる。また、ユーザが検量線のデータを取得し直す手間を省くことができるため、ユーザの手間や時間をかけることなく、平行平板電極６５及び６６間に異物が介在する場合にも、正確にトナー残量を検出することが可能となる。

【0107】

さらに、実施形態では、平行平板電極６５及び６６をトナー容器３２の外側に設けることで、平行平板電極６５及び６６にトナーが固着するのを抑制し、正確なトナー残量を検出することができる。また、トナー容器３２の部品点数を削減することができ、トナー容器３２のコストダウンを図ることができる。さらに、トナー容器３２の熱膨張の影響を受けることがなく、高温環境下でも正確なトナー残量を検出することができる。

【0108】

また、実施形態では、平行平板電極６５及び６６でトナー容器３２のほぼ全体を覆っている。これにより、トナー容器３２内のトナーのほぼ全部が１対の電極間の電気力線（電界）に含まれる。そのため、トナー容器３２内でトナーの偏在があっても、正確にトナー容器３２内のトナー残量を把握することができ、ユーザに正確なトナー残量を、報知することができる。

【0109】

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係るトナー残量検出装置について説明する。なお、既に説明した実施形態と同一の構成部についての説明は省略する。

【0110】

漏洩トナー３２１と比較して、金属片３２２は誘電率が高く、金属片３２２による平行平板電極６５及び６６間の静電容量の変化は大きくなる。従って、平行平板電極６５及び６６間に金属片３２２が介在する場合には、検量線を補正するより金属片３２２を除去したほうが、より正常な検出環境に復旧でき、好ましい場合がある。

【0111】

そこで、本実施形態では、静電容量初期値と静電容量点検値の差分値Ｓが大きい場合は、金属片３２２等の誘電率が高い異物が平行平板電極６５及び６６間に介在していると判定し、ユーザが視認できるように、異物の除去を指示する通知を表示部２６７に表示する。そして、静電容量初期値と静電容量点検値の差分値Ｓが大きくない場合は、異物の除去は行わず、検量線を補正する。このように、差分値Ｓに応じて実行する処理を切替可能にしている。

【0112】

図１３は、本実施形態に係る制御部の機能構成の一例を説明するブロック図である。図１３に示すように、制御部２５０ａは、切替部２６８と、異常信号出力部２６９とを有する。

【0113】

切替部２６８は、異常検知部２６３から入力した静電容量初期値と静電容量点検値の差分値Ｓに基づいて、検量線補正部２６５、又は表示部２６７の何れか一方に処理を実行させることができる。

【0114】

詳しくは、切替部２６８は切替判定部２７０を有し、切替判定部２７０は静電容量初期値と静電容量点検値を比較して、両者の差分値Ｓが予め定めた切替閾値以上か否かを判定する。切替部２６８は、差分値Ｓが予め定められた切替閾値以上であると切替判定部２７０が判定した場合に、異常信号出力部２６９を介して、異常の原因の除去を指示する通知を示す信号を表示部２６７に出力する。そして、表示部２６７に通知を表示させる。

【0115】

一方、差分値Ｓが切替閾値以上ではないと切替判定部２７０が判定した場合には、切替部２６８は、検量線補正部２６５に差分値Ｓを示す信号を出力する。そして、検量線補正部２６５に検量線を補正させることができる。

【0116】

図１４は、本実施形態に係る制御部による処理の一例を示すフローチャートである。図１４に示す処理に先立ち、トナー容器収容部７０からトナー容器３２が取り外され、非配置状態にされている。また、ステップＳ１４１～Ｓ１４３は、図１１のステップＳ１１１～１１３と同様であるため、説明を省略する。

【0117】

ステップＳ１４４において、切替判定部２７０は差分値Ｓが切替閾値以上か否かを判定する。

【0118】

ステップＳ１４４で差分値Ｓが予め定めた切替閾値以上ではないと判定された場合は、切替部２６８は検量線補正部２６５に差分値Ｓを示す信号を出力する。そして、ステップＳ１４５において、検量線補正部２６５は、入力した差分値Ｓの分だけ静電容量を増加させる方向に検量線をシフトさせ、検量線を補正する。

【0119】

一方、ステップＳ１４４で差分値Ｓが切替閾値以上であると判定された場合は、切替部２６８は異常信号出力部２６９を介して、異常の原因の除去を指示する通知を示す信号を表示部２６７に出力する。

【0120】

続いて、ステップＳ１４６において、表示部２６７は入力した通知を表示する。

【0121】

このようにして、異物の種類に応じて、より適切な処理を実行することができる。

【0122】

制御部２５０ａによるトナー残量の検出処理は、図１２を参照して説明したものと同様であるため、説明を省略する。

【0123】

以上説明してきたように、本実施形態では、切替部２６８を有する。そして、金属片３２２等の誘電率が高い異物が平行平板電極６５及び６６間に介在する場合には、異物の除去を指示する通知を表示する。また、漏洩トナー３２１等の誘電率が低い異物が平行平板電極６５及び６６間に介在した場合には、検量線を補正する。これにより、異物の種類に応じて、より適切な処理を実行することができる。

【0124】

なお、上述したもの以外の効果は、第１の実施形態で説明したものと同様である。

【0125】

また、本実施形態では、ユーザに異物の除去を指示する通知を表示する例を説明したが、サービスコール等の他の対応方法を指示する通知を表示してもよい。

【0126】

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。

【0127】

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、一対の電極を有し、前記一対の電極間の静電容量に基づいてトナー容器内のトナー残量を検出するトナー残量検出装置によるトナー残量検出方法であって、前記一対の電極間に前記トナー容器を配置しない非配置状態で、予め検出された前記一対の電極間の静電容量値を記憶する非配置情報記憶工程と、非配置情報記憶工程により記憶された静電容量値と、前記非配置状態で検出された前記一対の電極間の静電容量値と、に基づき、前記トナー残量検出装置の異常を検知する異常検知工程と、を含む。

【0128】

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。

【符号の説明】

【0129】

１ 感光体
２ クリーニング部
４ 帯電部
５ 現像部
６ 作像部
７ 露光部
８ 中間転写ベルト
９ 一次転写ローラ
１２ 二次転写バックアップローラ
１５ 中間転写ユニット
１９ 二次転写ローラ
２０ 定着部
３０ スタック部
３２ トナー容器
３３ 容器本体
５１ 現像ローラ
５２ ドクターブレード
５３ 第一現像剤収容部
５４ 第二現像剤収容部
５５ 搬送スクリュー
５６ トナー濃度検知センサ
６０ トナー補給部
６１ ホッパ部
６２ トナー搬送スクリュー
６５、６６ 平行平板電極
７０ トナー容器収容部
９１ 駆動モータ
１００ 画像形成装置
１１１ 静電容量検出回路
２００ トナー残量検出装置
２５０ 制御部
２５１ ＣＰＵ
２５２ ＲＯＭ
２５３ ＲＡＭ
２５４ ＮＶＲＡＭ
２５５ 操作パネルＩ／Ｆ
２５６ センサＩ／Ｆ
２５７ 外部Ｉ／Ｆ
２５８ 操作パネル
２５９ 静電容量入力部
２６０ 検量線記憶部
２６１ トナー残量取得部
２６２ トナー残量出力部
２６３ 異常検知部
２６４ 非配置情報記憶部
２６５ 検量線補正部
２６６ 異常判定部
２６７ 表示部
２６８ 切替部
２６９ 異常信号出力部
２７０ 切替判定部
３２１ 漏洩トナー
３２２ 金属片
Ｇ 現像剤
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ 静電容量
Ｒ トナー残量
Ｂ システムバス
Ｓ 差分値

【先行技術文献】

【特許文献】

【0130】

【文献】特開２００２－１３２０３８号公報

【文献】特開２００４－０９３６９９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】