特許 7589639 トナー残量検出装置、および画像形成装置

(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】2024-11-18

(45)【発行日】2024-11-26

(54)【発明の名称】トナー残量検出装置、および画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/08 20060101AFI20241119BHJP

   G03G 21/00 20060101ALI20241119BHJP

【ＦＩ】

G03G15/08 322B

G03G21/00 510

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021083703

(22)【出願日】2021-05-18

(65)【公開番号】P2022177443

(43)【公開日】2022-12-01

【審査請求日】2024-02-27

(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】井口 純宏

【審査官】中澤 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２３０３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－７５３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－１９００６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－８６５９８（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】

トナーの補給経路に設けられる第１センサと、
前記第１センサが検出した静電容量と、判定閾値とを比較してトナーエンドを検出する検出処理部と、を備えるトナー残量検出装置であって、
前記補給経路とは異なる位置に設けられる第２センサと、
初期期間における前記第２センサの静電容量を初期基準データとして記憶するとともに、部品交換後における前記第２センサの静電容量を交換後基準データとして記憶するメモリと、を有し、
前記検出処理部は、
前記初期期間に、前記初期基準データに基づき初期の前記判定閾値を設定し、
前記部品交換後に、前記交換後基準データに基づき、前記初期の前記判定閾値から交換後の前記判定閾値に設定し直す
ことを特徴とするトナー残量検出装置。

【請求項2】

前記検出処理部は、前記初期の前記判定閾値の設定において、所定の静電容量値を前記初期基準データに加える
ことを特徴とする請求項１に記載のトナー残量検出装置。

【請求項3】

前記検出処理部は、前記交換後の前記判定閾値の設定において、前記初期基準データと前記交換後基準データの差分を算出し、前記差分を前記初期の判定閾値に加える
ことを特徴とする請求項２に記載のトナー残量検出装置。

【請求項4】

前記検出処理部は、前記初期期間における当該検出処理部の起動時に、前記初期の前記判定閾値を自動的に設定する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のトナー残量検出装置。

【請求項5】

前記検出処理部は、前記部品交換後に、部品交換の情報を認識することに基づき、前記交換後の前記判定閾値を自動的に設定する
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のトナー残量検出装置。

【請求項6】

前記メモリは、前記検出処理部に対して取り出し可能な不揮発性メモリである
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のトナー残量検出装置。

【請求項7】

前記第１センサは、前記補給経路の内周面において互いに対向する一対の検出用電極を有し、
前記第２センサは、前記一対の検出用電極と同じ形状且つ同じ間隔に配置される一対の基準用電極を有する
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のトナー残量検出装置。

【請求項8】

前記検出処理部は、前記初期期間に、前記第１センサにより検出した静電容量を、初期検出データとして前記メモリに記憶し、
前記第１センサの交換時に、前記初期基準データと前記初期検出データとに基づき、前記第１センサのキャリブレーションを行う
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のトナー残量検出装置。

【請求項9】

トナーの補給経路に設けられる第１センサと、
前記第１センサが検出した静電容量と、判定閾値とを比較してトナーエンドを検出する検出処理部と、を備えるトナー残量検出装置を有する画像形成装置であって、
前記補給経路とは異なる位置に設けられる第２センサと、
初期期間における前記第２センサの静電容量を初期基準データとして記憶するとともに、部品交換後における前記第２センサの静電容量を交換後基準データとして記憶するメモリと、を有し、
前記検出処理部は、
前記初期期間に、前記初期基準データに基づき初期の前記判定閾値を設定し、
前記部品交換後に、前記交換後基準データに基づき、前記初期の前記判定閾値から交換後の前記判定閾値に設定し直す
ことを特徴とする画像形成装置。

【請求項10】

前記初期期間は、前記画像形成装置の工場出荷から前記画像形成装置にトナーボトルがセットされるまでの期間である
ことを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。

【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、および画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

画像形成装置として、トナーの残量を検出するトナー残量検出装置を備えた装置が知られている。トナー残量検出装置は、補給経路に補給されるトナーの状態を検出し、トナーの補給量低下を示すトナーエンドを判定して、トナーボトルの交換をユーザに促す。

【0003】

特許文献１には、透磁率センサ等の検出センサの検出結果と、判定閾値（トナーエンプティー判定閾値）とを比較して、トナーエンドを判定する画像形成装置が開示されている。この画像形成装置は、温湿度情報、出力ジョブの平均印字率情報、現像剤のライフ情報、交換可能なトナー収容容器内のトナー残量に応じて判定閾値の補正を行う。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、トナー残量検出装置は、コストダウンや省スペース化を図るために、検出センサとして静電容量センサを適用してもよい。静電容量センサは、トナーの補給経路上において相互に対向する一対の電極を有し、補給経路に貯まるトナーに応じた静電容量を検出する。しかしながら、この種の静電容量センサを適用した場合には、電極に対するトナーのこびりつき、部品交換時の部品バラつきによる誤差等により判定閾値がずれて、トナーエンドの判定が不正確になる場合がある。

【0005】

そこで、静電容量センサを用いた場合でも、判定閾値を精度よく設定して、トナーエンドを正確に検出することができるトナー残量検出装置、および画像形成装置を提供することが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るトナー残量検出装置は、トナーの補給経路に設けられる第１センサと、前記第１センサが検出した静電容量と、判定閾値とを比較してトナーエンドを検出する検出処理部と、を備えるトナー残量検出装置であって、前記補給経路とは異なる位置に設けられる第２センサと、初期期間における前記第２センサの静電容量を初期基準データとして記憶するとともに、部品交換後における前記第２センサの静電容量を交換後基準データとして記憶するメモリと、を有し、前記検出処理部は、前記初期期間に、前記初期基準データに基づき初期の前記判定閾値を設定し、前記部品交換後に、前記初期基準データおよび前記交換後基準データに基づき、前記初期の前記判定閾値から交換後の前記判定閾値に設定し直す。

【発明の効果】

【0007】

上述の構成を有するトナー残量検出装置および画像形成装置は、静電容量センサを用いた場合でも、判定閾値を精度よく設定して、トナーエンドを正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係るトナー残量検出装置および画像形成装置を示すブロック図である。

【図2】ブラックのトナーを補給する構成およびトナー検出用静電容量センサを示す説明図である。

【図3】トナー検出用静電容量センサの測定波形のイメージを示す図である。

【図4】残量検出基板の機能ブロックを示す図である。

【図5】図５（ａ）は、初期の判定閾値の設定方法を示すフローチャートである。図５（ｂ）は、交換後の判定閾値の設定方法を示すフローチャートである。

【図6】交換後の判定閾値の設定を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。

【0010】

以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのトナー残量検出装置および画像形成装置を例示するものであって、本発明を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。

【0011】

図１は、本発明の一実施形態に係るトナー残量検出装置１および画像形成装置１００を示すブロック図である。トナー残量検出装置１は、画像形成装置１００におけるトナー残量を検出する構成部分であり、画像形成装置１００は、筐体内にトナー残量検出装置１を収容している。画像形成装置１００は、目的の画像を印刷媒体に印刷するものであり、例えば、複写機、プリンタおよびファクシミリ等があげられる。

【0012】

画像形成装置１００は、４色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナーを印刷媒体にそれぞれ付着させて、カラー画像を印刷媒体に形成する。あるいは、画像形成装置１００は、１色（例えば、ブラック）のトナーを印刷媒体に付着するものでもよく、別の色数のトナーを印刷媒体に付着するものでもよい。印刷媒体は、特に限定されず、用紙またはプラスチックシート等のシート状部材があげられる。

【0013】

画像形成装置１００は、表示操作部２、ＣＴＬ（コントローラ）基板３、プロッタ制御基板４を有し、またトナー残量検出装置１の構成部品である残量検出基板１０を有する。各基板は、互いに異なる部品であってもよく、適宜組み合わせることで一体化した部品であってもよい。

【0014】

表示操作部２は、画像形成装置１００の状態を表示するとともに、サービスマンやユーザが直接操作する部品であり、例えば、タッチパネルを適用することができる。表示操作部２は、４色のトナーのうちいずれかがなくなった際に、トナー交換を促すメッセージを表示し、サービスマンまたはユーザに報知する。なお、表示操作部２は、表示部と操作部を別々に備えてもよい。

【0015】

ＣＴＬ基板３は、１以上のインタフェース用プロセッサ（Ｉ／ＦＣＰＵ）３０、入出力インタフェース、および電子回路等を有する。ＣＴＬ基板３は、上記の表示操作部２、および画像形成装置１００の外部接続装置１０２（例えば、パーソナルコンピュータ）に対して情報通信可能に接続される。画像形成装置１００は、トナー残量検出装置１の出力情報（トナー残量、トナーの交換を促す情報等）を、ＣＴＬ基板３を介して表示操作部２や外部接続装置１０２に送信する。

【0016】

プロッタ制御基板４は、１以上のプロッタ制御用プロセッサ（プロッタＣＰＵ）４０、メモリ４１、入出力インタフェース、および電子回路等を有する。メモリ４１は、揮発性メモリ（ＲＡＭ：Random Access Memory）、不揮発性メモリ４１０（ＦＲＯＭ４１１（Flash Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ４１２（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））を含み、プロッタ制御基板４の記憶部を形成している。プロッタ制御基板４は、画像形成装置１００の画像の印刷を制御するためのプログラムをＦＲＯＭ４１１に記憶している。プロッタ制御用プロセッサ４０は、ＦＲＯＭ４１１からプログラムを読み出して実行することで、画像を形成する。

【0017】

ＥＥＰＲＯＭ４１２は、プロッタ制御基板４に対して取り出し可能に設けられる。このＥＥＰＲＯＭ４１２には、画像形成装置１００の固有情報（識別情報、各種の部品情報、印刷履歴、メンテナンス履歴、校正情報等）が記憶される。例えば、プロッタ制御基板４の故障時に、サービスマンは、ＥＥＰＲＯＭ４１２を取り出して交換用のプロッタ制御基板４に取り付ける。これにより、交換用のプロッタ制御基板４は、画像形成装置１００の固有情報を容易に取得することができる。

【0018】

また、画像形成装置１００は、プロッタ制御基板４にスキャナ５を接続した構成でもよい。スキャナ５は、スキャナ制御部の制御下に、ユーザがスキャナ５にセットしたスキャナ画像を取り込む。プロッタ制御基板４は、スキャナ５から送信されたスキャナ画像の情報を、そのまま印刷することによりスキャナ画像をコピーする。なお、画像形成装置１００は、ＣＴＬ基板３にスキャナ５を接続した構成でもよい。

【0019】

そして、画像形成装置１００は、上記のプロッタ制御基板４に対してトナー残量検出装置１を接続している。トナー残量検出装置１は、残量検出基板１０と、４色のトナーの補給経路８（図２参照）にそれぞれ設けられるトナー検出用静電容量センサ１５（第１センサ）と、１つの基準用静電容量センサ１６（第２センサ）と、を有する。以下では、４色のトナーの構成を個別に説明する場合、必要に応じて、イエローのトナーに対応するものにＹ、マゼンタのトナーに対応するものにＭ、シアンのトナーに対応するものにＣ、ブラックのトナーに対応するものにＫを付して説明する。すなわち、４つのトナー検出用静電容量センサ１５は、イエロー用のトナー検出用静電容量センサ１５Ｙ、マゼンタ用のトナー検出用静電容量センサ１５Ｍ、シアン用のトナー検出用静電容量センサ１５Ｃ、ブラック用のトナー検出用静電容量センサ１５Ｋからなる。

【0020】

残量検出基板１０は、トナー残量の検出処理を行う検出処理部を形成している。残量検出基板１０は、１以上の残量検出プロセッサ１１、メモリ１２、電源ＩＣ１３、新品検出回路１４、入出力インタフェース、および電子回路等を有する。

【0021】

残量検出プロセッサ１１は、メモリ１２に記憶された検出用プログラムを実行する残量検出基板１０の処理本体であり、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、複数のディスクリート半導体からなる回路等のうち１つまたは複数を組み合わせて構成される。

【0022】

メモリ１２は、揮発性メモリ（ＲＡＭ）、不揮発性メモリ１２０（ＦＲＯＭ１２１、ＥＥＰＲＯＭ１２２）を含み、残量検出基板１０の記憶部を形成している。なお、メモリ１２の一部は、残量検出プロセッサ１１に内蔵されていてもよい。

【0023】

残量検出基板１０は、上記の検出用プログラムをＦＲＯＭ１２１に記憶している。ＥＥＰＲＯＭ１２２は、残量検出基板１０に対して取り出し可能に設けられる。ＥＥＰＲＯＭ１２２には、トナー残量検出装置１の固有情報（識別情報、各種の部品情報、トナー情報、校正情報等）が記憶される。例えば、残量検出基板１０の故障時に、サービスマンは、ＥＥＰＲＯＭ１２２を取り出して交換用の新しい残量検出基板１０に取り付ける。これにより、交換用の残量検出基板１０は、トナー残量検出装置１の固有情報を容易に取得することができる。

【0024】

電源ＩＣ１３は、残量検出基板１０の電源供給を行う。例えば、電源ＩＣ１３は、残量検出プロセッサ１１に動作用の電力を供給し、残量検出プロセッサ１１は、各トナー検出用静電容量センサ１５および基準用静電容量センサ１６に対して静電容量を測定するための電力を印加する。

【0025】

新品検出回路１４は、残量検出基板１０の交換が生じた場合に、新しい残量検出基板１０（新品状態）を検出する。一例として、新品検出回路１４は、ヒューズを備え、残量検出基板１０の使用中又は交換時に高電流を流してヒューズを遮断することで、新品状態から旧品状態に変更する。これにより、残量検出プロセッサ１１は、新品検出回路１４のヒューズが繋がっていること（部品交換の情報）を検出することで、残量検出基板１０が新品状態であることを認識できる。

【0026】

４つのトナー検出用静電容量センサ１５は、トナーの状態に応じた静電容量の変化を検出する。図２は、ブラックのトナーを補給する構成およびトナー検出用静電容量センサ１５を示す説明図である。次に、図２を参照して、ブラックのトナーの補給およびトナーの状態検出について説明する。なお、イエロー、マゼンタ、シアンのトナーの構成および動作は、ブラックのトナーと同様の構成および動作をとり得るため説明を省略する。

【0027】

画像形成装置１００は、ブラックのトナーを補給する構成として、トナーボトル６と、トナー補給機構７と、補給経路８と、現像機９とを備える。

【0028】

トナーボトル６は、収容空間６０を内部に有する円筒状に形成され、この収容空間６０にトナーを収容している。トナーボトル６は、螺旋状の突起を内周面に備えるとともに、収容空間６０からトナーを流出する流出口６１を軸方向の一端部に備える。画像形成装置１００のユーザは、トナー交換において、トナーボトル６のトナー補給機構７にセットする。画像形成装置１００は、トナーボトル６のセット状態で、補給経路８の鉛直方向上側に流出口６１を配置する。

【0029】

トナー補給機構７は、プロッタ制御基板４によって動作が制御されるモータを備え、セット状態のトナーボトル６を軸回りに回転させる。トナーボトル６は、トナー補給機構７の回転動作により、内部の螺旋状の突起が回転することで収容空間６０内のトナーを流出口６１に導き、流出口６１から補給経路８にトナーを落とすことができる。

【0030】

補給経路８は、トナーの流通方向上流側である流出口６１と、流通方向下流側である現像機９との間にあり、トナーの貯留およびトナーの送り出しを行う。補給経路８は、トナーの通路８０ａを有する通路用部材８０により構成され、通路用部材８０は、鉛直方向に延在する少なくとも一部に円管状部位８０１を有している。トナー残量検出装置１は、この円管状部位８０１にトナー検出用静電容量センサ１５を備える。

【0031】

トナー検出用静電容量センサ１５は、一対の検出用電極１５０、および各検出用電極１５０と残量検出基板１０（残量検出プロセッサ１１）とを接続する一対の電気配線１５１（図１参照）を有する。

【0032】

各検出用電極１５０は、金属板等の導電部材を通路８０ａの内周面に一致するように湾曲形成され、全体として半円筒状を呈している。一対の検出用電極１５０は、円管状部位８０１の通路８０ａに露出して、互いに非接触に対向しており、また互いの鉛直方向の長さが一致している。つまり、一対の検出用電極１５０は、トナーの通路８０ａを挟んだ状態で固定されていることで、通路８０ａ内の静電容量の変化を定常的に捕捉する。なお、一対の検出用電極１５０は、半円筒状に限定されず、補給経路８の形状に応じて適宜の形状（平板状、円盤状等）を採ることが可能である。

【0033】

一対の電気配線１５１は、ハーネスまたは中継基板）等が適用される。残量検出プロセッサ１１は、一対の電気配線１５１を介して、一対の検出用電極１５０間に適宜の電圧を印加し、この一対の検出用電極１５０間の静電容量の変化を検出する。なお、トナー検出用静電容量センサ１５は、一対の検出用電極１５０に接続される検出回路を備え、残量検出プロセッサ１１の指示に基づき検出回路が静電容量を測定して残量検出プロセッサ１１に測定結果を送信する構成でもよい。また、トナー検出用静電容量センサ１５は、一対の検出用電極１５０の一方を接地し、一対の検出用電極１５０の他方を残量検出プロセッサ１１に接続した構成でもよい。

【0034】

現像機９は、補給経路８からトナーが流入する容器９０と、容器内に設けられたモータ駆動機構と、を備える。容器９０は、補給経路８に接続される流入口９１を有する。現像機９は、トナーボトル６から補給経路８に落下して補給経路８に貯まったトナーを、モータ駆動機構の駆動下に、流入口９１を介して容器９０内に送り出す。すなわち、鉛直方向に延在する補給経路８内のトナーの貯留高さ（貯留状態、詰まり具合）は、トナーボトル６から供給されるトナーの補給量と、現像機９側へ送り出すトナーの送出量とのバランスによって変化する。

【0035】

残量検出プロセッサ１１は、トナー検出用静電容量センサ１５が測定した測定結果（静電容量の測定波形）を受信し、一対の検出用電極１５０間に存在しているトナーの量や空気の量を認識する。トナーボトル６内のトナーが空になると、トナーボトル６を回転しても補給経路８にトナーが落ちずに、補給経路８内のトナーが減少していく。したがって、残量検出プロセッサ１１は、トナーボトル６の回転中におけるトナー検出用静電容量センサ１５の測定結果に基づき、トナーボトル６によるトナーの補給量低下または補給量ゼロを示すトナーエンドを検出することができる。

【0036】

詳細には、残量検出プロセッサ１１は、トナー検出用静電容量センサ１５の測定結果と、判定閾値Ｔｈとを比較してトナーエンドを判定する。判定閾値Ｔｈは、補給経路８にトナーを補給する前に設定され、不揮発性メモリ４１０に記憶されている。

【0037】

図３は、トナー検出用静電容量センサ１５の測定波形のイメージを示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸は静電容量の値である。次に図３を参照して、トナーの補給に伴うトナー検出用静電容量センサ１５の静電容量の変化と、トナーエンドの検出について説明する。

【0038】

画像形成装置１００では、工場の製品出荷から画像形成装置１００にトナーボルトをセットするまでの初期期間（図３中の時点ｔ０～ｔ１）において、補給経路８に対するトナーのこびりつきがない。したがって、初期期間に画像形成装置１００が起動した際に、残量検出プロセッサ１１は、トナー検出用静電容量センサ１５の測定結果として最も低い値を取得する。なお、トナー検出用静電容量センサ１５の測定波形は、図３中に示すように、時間経過に伴って静電容量方向（縦軸）に小さな振幅を繰り返している。このため、残量検出プロセッサ１１は、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量の測定波形について、振幅の平均値（移動平均等）や中間値を算出し、静電容量の値としている。

【0039】

画像形成装置１００は、ユーザによりトナーボルトがセットされた時点ｔ１以降において、トナー補給機構７のトナーボルトの回転により、補給経路８内にトナーを補給していく。補給経路８内にトナーが詰まることで、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量が上昇する。残量検出プロセッサ１１は、この静電容量が判定閾値Ｔｈ以上となることに基づき（時点ｔ２参照）、トナー有状態を判定し、プロッタ制御用プロセッサ４０にトナー有状態の情報を送信する。

【0040】

トナー有状態でトナーボトル６からトナーの補給を続けると、トナーの過補給による異常発生の可能性があるため、プロッタ制御用プロセッサ４０は、トナー有状態において現像機９を動作させて、補給経路８から現像機９へのトナー送り出しを優先する。これにより、補給経路８内のトナーの貯留高さが徐々に下がり、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量が低下していく（時点ｔ３～時点ｔ４参照）。

【0041】

トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量が判定閾値Ｔｈを下回る時点ｔ４において、残量検出プロセッサ１１は、補給経路８内のトナーの貯留高さが低下したトナー無状態を判定する。ただし、補給経路８にはトナーが若干残留している（トナーのこびりつきが発生している）。よって仮に、一対の検出用電極１５０よりもトナーの貯留高さが低くなった時点ｔ５においても、トナー検出用静電容量センサ１５は、初期期間の静電容量より高い値を測定し続ける。

【0042】

プロッタ制御用プロセッサ４０は、残量検出プロセッサ１１からの送信情報がトナー無状態の場合に（例えば、時点ｔ６において）、トナー補給機構７を動作させて、トナーボトル６から補給経路８にトナーを補給する。補給経路８内にトナーが詰まることで、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量が上昇する。そして、残量検出プロセッサ１１は、静電容量が判定閾値Ｔｈ以上となることに基づき（時点ｔ７参照）、トナー有状態を再び判定する。つまり、画像形成装置１００は、残量検出プロセッサ１１のトナー有状態またはトナー無状態の情報に基づき、トナーボトル６のトナーの補給または補給停止、現像機９によるトナーの送り出しまたは送り出し停止を制御する。

【0043】

画像形成装置１００は、現像機９のトナーの付着による画像形成を継続し、トナーボトル６内のトナーが空になると、トナー補給機構７を動作させても補給経路８内にトナーを貯めることができなくなる。例えば、時点ｔ８において、残量検出プロセッサ１１は、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量が判定閾値Ｔｈを下回ることを判定する。さらに、残量検出プロセッサ１１は、所定期間にわたって（時点ｔ８から期間閾値を加えた時点ｔ９を超えるまで）、静電容量が判定閾値Ｔｈを下回り続けることを判定すると、トナーボトル６の交換を促すトナーエンドを検出する。

【0044】

以上のように、画像形成装置１００（トナー残量検出装置１）の判定閾値Ｔｈは、トナー補給機構７の動作や現像機９の動作を判断するためのトナー補給送出判定閾値と、トナーエンドを判定するためのトナーエンド判定閾値とを兼ねている。なお、トナー残量検出装置１は、トナー補給送出判定閾値とトナーエンド判定閾値を別に有していてもよい。この場合でも、トナー補給送出判定閾値およびトナーエンド判定閾値の設定には、後述する判定閾値Ｔｈの設定方法を適用することができる。

【0045】

図１および図２に戻り、次に判定閾値Ｔｈの設定方法について説明する。画像形成装置１００が補給経路８にトナーを一度でも補給すると、補給経路８へのトナーのこびりつきが発生してしまう。このため、トナー残量検出装置１は、初期期間の起動時に、各トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量に基づき判定閾値Ｔｈを設定する。初期期間は、工場出荷から画像形成装置１００にトナーボトル６がセットされるまでの期間である。

【0046】

ただし、画像形成装置１００のメンテナンス等により、トナー残量検出装置１の部品が交換された場合、電子部品（残量検出プロセッサ１１、電源ＩＣ１３等）の部品バラつきにより各トナー検出用静電容量センサ１５の測定結果が交換前の測定結果と異なる可能性がある。したがって、トナー残量検出装置１は、基準用静電容量センサ１６の静電容量の測定結果を用いて、判定閾値Ｔｈとして初期の判定閾値Ｔｈ１および交換後の判定閾値Ｔｈ２を各々設定する。

【0047】

具体的には、基準用静電容量センサ１６は、一対の基準用電極１６０、および各基準用電極１６０と残量検出基板１０（残量検出プロセッサ１１）との間を接続する一対の電気配線１６１を有する。

【0048】

各基準用電極１６０は、各検出用電極１５０と同じ形状（半円筒状）を呈している。また、一対の基準用電極１６０は、一対の検出用電極１５０と同じ間隔で互いに非接触に対向している。つまり、一対の基準用電極１６０の検出仕様は、一対の検出用電極１５０による静電容量の検出仕様と同一に設定される。

【0049】

ただし、一対の基準用電極１６０の設置位置は、一対の検出用電極１５０の設置位置（トナーの補給経路８）と異なる位置となっている。例えば、トナー残量検出装置１は、通路用部材８０の円管状部位８０１と同形状に形成された円管状ケースに一対の基準用電極１６０を固定して、画像形成装置１００の内部構造（補給経路８）や外部に対し一対の基準用電極１６０を隔離している。また、トナー残量検出装置１は、好ましくは、一対の基準用電極１６０を、各トナーの補給経路８の周辺に備えることで、基準用静電容量センサ１６の電気配線１６１の長さと、トナー検出用静電容量センサ１５の電気配線１５１の長さとを略同じに設定している。

【0050】

このように構成された基準用静電容量センサ１６は、トナーの補給経路８に設けられたトナー検出用静電容量センサ１５とは異なり、トナーの影響を受けず、トナーのこびりつきによる静電容量の誤差成分を発生させない。

【0051】

なお、一対の検出用電極１５０と一対の基準用電極１６０は、互いに同じ形状および同じ間隔であることに限定されず、異なる形状や異なる間隔でもよい。基準用静電容量センサ１６が検出した静電容量を基準データとし、一対の検出用電極１５０の静電容量の差分を算出および保有しておけば、その差分を利用して閾値設定やキャリブレーション処理を行うことができるからである。すなわち、トナー残量検出装置１は、基準用静電容量センサ１６の静電容量を用いることで、判定閾値Ｔｈを精度よく設定するとともに、トナー検出用静電容量センサ１５の経年変化やメンテナンスにおいてキャリブレーションを行うことが可能となる。

【0052】

図４は、残量検出基板１０の機能ブロックを示す図である。残量検出プロセッサ１１は、ＦＲＯＭ１２１の検出用プログラムを実行して、図４に示す機能ブロックを形成する。残量検出基板１０の内部には、初期期間検出部１１０、部品交換時検出部１１１、部品交換認識部１１２、記憶部１１３、キャリブレーション部１１４、閾値設定部１１５、使用中検出部１１６、トナー残量判定処理部１１７が形成される。また、残量検出基板１０は、ＥＥＰＲＯＭ１２２の記憶領域を記憶部１１３として利用する。

【0053】

初期期間検出部１１０は、初期期間（工場の製品出荷からトナーボトル６のセットまでの間）に、各トナー検出用静電容量センサ１５により静電容量を測定し、基準用静電容量センサ１６により静電容量を測定する。そして、初期期間検出部１１０は、各トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量を初期検出データＰＤとして記憶部１１３に記憶するとともに、基準用静電容量センサ１６の静電容量を初期基準データＰＳとして記憶部１１３に記憶する。

【0054】

一方、部品交換時検出部１１１は、サービスマンによるトナー残量検出装置１の部品交換後に、部品交換認識部１１２による部品交換指令に基づき、基準用静電容量センサ１６により静電容量を測定する。この実施形態における「部品交換」としては、残量検出基板１０の交換、残量検出基板１０内の電子部品の交換、検出用電極１５０の交換、あるいは電気配線１５１の交換があげられる。

【0055】

部品交換時検出部１１１は、部品交換認識部１１２の部品交換指令に基づき、基準用静電容量センサ１６の測定を行うと、測定した静電容量を、交換後基準データＣＳとして記憶部１１３に記憶する。

【0056】

部品交換認識部１１２は、トナー残量検出装置１の部品交換を適宜の認識手段により認識する。例えば、残量検出基板１０の基板交換の認識手段としては、以下の第１手段または第２手段があげられる。
第１手段：サービスマンが、トナー残量検出装置１の部品交換時に、表示操作部２に部品交換した旨の情報入力を行うことで、画像形成装置１００が残量検出プロセッサ１１に部品交換情報を送信する。
第２手段：ヒューズの繋がりによる新品検出回路１４が通電することを、残量検出プロセッサ１１が認識することで、部品交換を識別する。

【0057】

また、部品交換認識部１１２は、残量検出基板１０以外の部品交換についても、第１手段や第２手段と同様の認識手段（サービスマンの入力、新品検出時に通電を行うことによる反応）に基づいて認識することができる。なお、残量検出基板１０を交換する場合、サービスマンは、交換前の残量検出基板１０のＥＥＰＲＯＭ１２２を取り外して、当該ＥＥＰＲＯＭ１２２を交換予定の残量検出基板１０に取り付ける。これにより、残量検出プロセッサ１１は、ＥＥＰＲＯＭ１２２に記憶された交換前のトナー残量検出装置１の情報を簡単に利用することができる。

【0058】

キャリブレーション部１１４は、初期期間において、初期検出データＰＤと初期基準データＰＳとの初期差分を算出し、この初期差分を記憶部１１３に記憶する。つまり、トナー残量検出装置１は、初期基準データＰＳ（基準用静電容量センサ１６の静電容量）に対する各トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量のずれを予め記憶する。これにより、キャリブレーション部１１４は、例えば、トナー検出用静電容量センサ１５の交換時等に、初期差分を用いてトナー検出用静電容量センサ１５のキャリブレーションを行うことができる。

【0059】

閾値設定部１１５は、初期基準データＰＳが記憶部１１３に記憶されたタイミングで、記憶部１１３の初期基準データＰＳを読み出して判定閾値Ｔｈを設定する。閾値設定部１１５は、例えば、初期基準データＰＳ（基準用静電容量センサ１６の静電容量）に所定の静電容量値Ｘを加えることで、判定閾値Ｔｈを算出する。所定の静電容量値Ｘは、シミュレーションや実験等により予め算出され、記憶部１１３に記憶されている。そして、閾値設定部１１５は、算出した初期の判定閾値Ｔｈ１を記憶部１１３に記憶する。

【0060】

また、閾値設定部１１５は、交換後基準データＣＳが記憶部１１３に記憶されると、記憶部１１３の初期基準データＰＳと交換後基準データＣＳを読み出して、判定閾値Ｔｈを再設定する。上記したように、トナー残量検出装置１の部品交換として、例えば、残量検出基板１０を交換した場合には、電子部品（残量検出プロセッサ１１、電源ＩＣ１３等）の部品バラつきが生じる可能性がある。このため、閾値設定部１１５は、初期基準データＰＳ（基準用静電容量センサ１６の静電容量）と交換後基準データＣＳとの差分ΔＳを算出し、交換後の判定閾値Ｔｈ２の算出において、その差分ΔＳを初期の判定閾値Ｔｈ１に加える。これにより、閾値設定部１１５は、部品交換による電子部品の部品バラつきを抑制することができる。

【0061】

使用中検出部１１６は、画像形成装置１００による印刷媒体への画像形成時に、各トナー検出用静電容量センサ１５の測定を行い、各トナー検出用静電容量センサ１５の測定結果を取得する。使用中検出部１１６は、取得した各トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量をメモリ１２（揮発性メモリ等）に記憶するとともに、トナー残量判定処理部１１７に送信する。

【0062】

トナー残量判定処理部１１７は、使用中検出部１１６から受信した各トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量に基づき、トナー残量を認識する。図３を参照して説明したように、トナー残量判定処理部１１７は、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量が判定閾値Ｔｈ（初期の判定閾値Ｔｈ１、交換後の判定閾値Ｔｈ２）以上であれば、トナー有状態を判定する。そして、トナー残量判定処理部１１７は、トナー有状態をプロッタ制御基板４に送信する。一方、トナー残量判定処理部１１７は、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量が判定閾値Ｔｈを下回る場合に、トナー無状態を判定し、このトナー無状態をプロッタ制御基板４に送信する。これにより、プロッタ制御基板４のプロッタ制御用プロセッサ４０は、トナー残量検出装置１から送信されたトナー有状態又はトナー無状態に基づき、トナー補給機構７や現像機９の動作を制御する。

【0063】

さらに、トナー残量判定処理部１１７は、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量が所定期間にわたって判定閾値Ｔｈ（初期の判定閾値Ｔｈ１、交換後の判定閾値Ｔｈ２）を下回った場合に、トナーボトル６の交換を促すトナーエンドを判定する。トナー残量判定処理部１１７は、トナーエンドを判定すると、トナーエンドを示す情報をＣＴＬ基板３またはプロッタ制御基板４に送信する。これにより、ＣＴＬ基板３またはプロッタ制御基板４は、表示操作部２または外部接続装置１０２を介して、トナーの交換を促す旨の情報をユーザに報知する。

【0064】

一実施形態に係るトナー残量検出装置１および画像形成装置１００は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、トナー残量検出装置１の判定閾値Ｔｈの設定方法について説明する。

【0065】

図５（ａ）は、初期の判定閾値Ｔｈ１の設定方法を示すフローチャートである。残量検出基板１０は、上記したように、工場からの製品出荷からトナーボトル６がセットされる初期期間に、初期の判定閾値Ｔｈ１を設定する。例えば、初期の判定閾値Ｔｈ１を設定するタイミングとしては、製造後の起動確認時、工場からの製品出荷における検品時、画像形成装置１００を使用場所に設置したタイミングにおける初回起動時等をあげることができる。

【0066】

残量検出基板１０は、初期期間におけるトナー残量検出装置１の起動により、初期の判定閾値Ｔｈ１の設定を自動的に開始する。この際、初期期間検出部１１０は、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量（初期検出データＰＤ）および基準用静電容量センサ１６の静電容量（初期基準データＰＳ）を測定する（ステップＳ１０）。つまり、トナー検出用静電容量センサ１５は、補給経路８にトナーを一度も通さない状態で静電容量を測定する。そして、初期期間検出部１１０は、取得した初期検出データＰＤおよび初期基準データＰＳを記憶部１１３（ＥＥＰＲＯＭ１２２）に記憶する。なお、残量検出プロセッサ１１は、初期検出データＰＤおよび初期基準データＰＳをプロッタ制御基板４のメモリ４１（ＥＥＰＲＯＭ４１２等）に保存してもよい。

【0067】

その後、閾値設定部１１５は、記憶部１１３の初期基準データＰＳおよび所定の静電容量値Ｘを読み出し、初期基準データＰＳに所定の静電容量値Ｘを加えることで、初期の判定閾値Ｔｈ１を算出する（ステップＳ１１）。

【0068】

そして、閾値設定部１１５は、算出した初期の判定閾値Ｔｈ１を記憶部１１３（ＥＥＰＲＯＭ１２２）に記憶する（ステップＳ１２）。なお、残量検出プロセッサ１１は、算出した初期の判定閾値Ｔｈ１をプロッタ制御基板４のメモリ４１（ＥＥＰＲＯＭ４１２等）に保存してもよい。これにより、画像形成装置１００は、ＥＥＰＲＯＭ１２２の故障によるデータ消失を回避することができる。また、プロッタ制御基板４と残量検出基板１０の両方にミラーリングした初期検出データＰＤ、初期基準データＰＳ、初期の判定閾値Ｔｈ１等を持っておくことでも、故障した場合にケアすることができる。

【0069】

図３に示すように、基準用静電容量センサ１６の静電容量に基づき設定された初期の判定閾値Ｔｈ１は、初期期間に検出された各トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量に近似（略一致）している。すなわち、トナー残量検出装置１は、補給経路８にトナーを通過させていない初期期間において、各トナー検出用静電容量センサ１５と基準用静電容量センサ１６とは近似した静電容量を検出することで、初期の判定閾値Ｔｈ１を適切に設定することができる。

【0070】

また、画像形成装置１００は、初期期間以降の画像形成時に、各補給経路８にトナーを補給し、各補給経路８から現像機９に各トナーを送り出す。この際、トナー残量検出装置１は、各トナー検出用静電容量センサ１５が測定する静電容量と、初期の判定閾値Ｔｈ１とを比較して、各補給経路８のトナーの状態（トナー有状態、トナー無状態）を監視する。また、トナー残量検出装置１は、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量が初期の判定閾値Ｔｈ１を所定期間下回った場合に、その色のトナーについてトナーエンドを精度よく判定することができる。

【0071】

図５（ｂ）は、交換後の判定閾値Ｔｈ２の設定方法を示すフローチャートである。残量検出基板１０は、上記したように、トナー残量検出装置１の部品交換が行われた際に、交換後の判定閾値Ｔｈ２を設定する。以下では、残量検出基板１０を交換した場合について説明する。

【0072】

画像形成装置１００のサービスマンは、残量検出基板１０の交換において、交換前の残量検出基板１０のＥＥＰＲＯＭ１２２を取り出して、交換予定の残量検出基板１０に交換前のＥＥＰＲＯＭ１２２を取り付ける。サービスマンは、この交換予定の残量検出基板１０を、画像形成装置１００の所定位置（交換前の残量検出基板１０の配置箇所）に設置する。

【0073】

その後、トナー残量検出装置１を起動すると、交換した残量検出基板１０の残量検出プロセッサ１１の部品交換認識部１１２は、基板交換を識別し、交換された部品を認識する（ステップＳ２０）。

【0074】

次に、残量検出プロセッサ１１の部品交換時検出部１１１は、部品交換認識部１１２の部品交換指令に基づき、自動的に、基準用静電容量センサ１６の静電容量（交換後基準データＣＳ）を測定する（ステップＳ２１）。そして、部品交換時検出部１１１は、取得した交換後基準データＣＳを記憶部１１３（ＥＥＰＲＯＭ１２２）に記憶する。

【0075】

その後、閾値設定部１１５は、記憶部１１３の初期基準データＰＳ、交換後基準データＣＳ、所定の静電容量値Ｘを読み出し、これらのパラメータに基づき交換後の判定閾値Ｔｈ２を算出する（ステップＳ２２）。具体的には、図６（ａ）に示すように、閾値設定部１１５は、初期基準データＰＳに対する交換後基準データＣＳの変化量である差分ΔＳを算出する。差分ΔＳは、符号を有する実数（非絶対値）であり、図６は初期基準データＰＳに対して交換後基準データＣＳが大きい場合である正の差分ΔＳを例示している。さらに、図６（ｂ）に示すように、閾値設定部１１５は、算出した差分ΔＳを、初期の判定閾値Ｔｈ１に加えることで、交換後の判定閾値Ｔｈ２を算出する。つまり、閾値設定部１１５は、初期の判定閾値Ｔｈ１を交換後基準データＣＳにより補正して、交換後の判定閾値Ｔｈ２を設定する。

【0076】

そして、閾値設定部１１５は、算出した交換後の判定閾値Ｔｈ２を記憶部１１３（ＥＥＰＲＯＭ１２２）に記憶する（ステップＳ２３）。

【0077】

これにより、トナー残量検出装置１は、基板交換により残量検出プロセッサ１１、電源ＩＣ１３等の部品バラつきがあったとしても、交換後の判定閾値Ｔｈ２を適切に調整することができる。例えば、基準用静電容量センサ１６の静電容量のマージンとして３０ｃｎｔ（Ｃ＝１２ｆＦ）である場合に、部品バラつきにより一対の基準用電極１６０に印加する電圧が０．１Ｖ変動すると１００ｃｎｔずれることになる。これに対して、残量検出プロセッサ１１は、初期基準データＰＳと交換後基準データＣＳを用いることで、このようなずれによる判定閾値Ｔｈの変化を高精度に補正することができる。

【0078】

したがって、部品交換以降の画像形成装置１００の画像形成時に、トナー残量検出装置１は、各トナー検出用静電容量センサ１５が測定する静電容量と、交換後の判定閾値Ｔｈ２とを比較して、各補給経路８のトナーの状態を良好に監視することができる。また、トナー残量検出装置１は、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量が交換後の判定閾値Ｔｈ２を所定期間下回った場合に、その色のトナーについてトナーエンドを精度よく判定することが可能となる。

【0079】

なお、残量検出基板１０は、交換後の判定閾値Ｔｈ２の算出について、交換後基準データＣＳと初期基準データＰＳの差分ΔＳを初期の判定閾値Ｔｈ１に加えることに限定されず、種々の設定方法を取り得る。例えば、残量検出基板１０は、交換後基準データＣＳに所定の静電容量値Ｘを加えることで、交換後の判定閾値Ｔｈ２を算出してもよい。

【0080】

以上のように、トナー残量検出装置１および画像形成装置１００は、基準用静電容量センサ１６（第２センサ）の静電容量を用いて判定閾値Ｔｈを設定することで、判定閾値Ｔｈを精度よく設定することができる。すなわち、補給経路８と異なる位置にある基準用静電容量センサ１６は、トナーの影響を受けない測定結果を残量検出基板１０（検出処理部）に出力する。残量検出基板１０は、初期期間の初期基準データＰＳに基づき初期の判定閾値Ｔｈ１を設定し、部品交換後の交換後基準データＣＳに基づき交換後の判定閾値Ｔｈ２を設定し直すことで、部品交換時の部品バラつきによる誤差を抑制することが可能となる。そして、残量検出基板１０は、設定した判定閾値Ｔｈ（初期の判定閾値Ｔｈ１、交換後の判定閾値Ｔｈ２）に基づき、トナーエンドを正確に検出することができる。

【0081】

また、残量検出基板１０は、初期の判定閾値Ｔｈ１の設定において、所定の静電容量値Ｘを初期基準データＰＳに加える。これにより、トナー残量検出装置１は、初期の判定閾値Ｔｈ１を簡単に設定することができる。

【0082】

また、残量検出基板１０は、交換後の判定閾値Ｔｈ２の設定において、初期基準データＰＳと交換後基準データＣＳの差分ΔＳを算出し、差分ΔＳを初期の判定閾値Ｔｈ１に加える。これにより、トナー残量検出装置１は、交換後の判定閾値Ｔｈ２を精度よく設定することができる。

【0083】

また、初期期間は、工場出荷からトナーボトル６がセットされるまでの期間である。これにより、トナー残量検出装置１は、補給経路８にトナーを補給する前に、判定閾値Ｔｈを良好に設定することができる。

【0084】

また、残量検出基板１０は、初期期間における当該残量検出基板１０の起動時に、初期の判定閾値Ｔｈ１を自動的に設定する。これにより、トナー残量検出装置１は、サービスマン又はユーザの作業負担を軽減して、初期の判定閾値Ｔｈ１を円滑に設定することができる。

【0085】

また、残量検出基板１０は、部品交換後に、部品交換の情報を認識することに基づき、交換後の判定閾値Ｔｈ２を自動的に設定する。これにより、トナー残量検出装置１は、サービスマン又はユーザの作業負担を軽減して、交換後の判定閾値Ｔｈ２を円滑に設定することができる。

【0086】

また、不揮発性メモリ１２０は、残量検出基板１０に対して取り出し可能に設けられる。これにより、トナー残量検出装置１は、部品交換により基板を交換した場合でも、不揮発性メモリ１２０に記憶した情報を、容易に利用することができる。

【0087】

また、トナー検出用静電容量センサ１５は、補給経路８の内周面において互いに対向する一対の検出用電極１５０を有し、基準用静電容量センサ１６は、一対の検出用電極１５０と同じ形状且つ同じ間隔に配置される一対の基準用電極１６０を有する。これにより、トナー検出用静電容量センサ１５の静電容量と基準用静電容量センサ１６の静電容量が近似することになり、トナー残量検出装置１は、判定閾値Ｔｈを一層精度よく設定することができる。

【0088】

また、残量検出基板１０は、初期期間に、トナー検出用静電容量センサ１５により検出した静電容量を、初期検出データＰＤとして不揮発性メモリ１２０に記憶し、トナー検出用静電容量センサ１５の交換時に、初期基準データＰＳと初期検出データＰＤとに基づき、トナー検出用静電容量センサ１５のキャリブレーションを行う。これにより、トナー残量検出装置１は、トナー検出用静電容量センサ１５を交換した場合でも、トナー検出用静電容量センサ１５の検出精度を安定化させることができる。

【0089】

以上、実施形態を説明したが、本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。また、実施形態の説明で用いた序数、数量等の数字は、全て本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。

【符号の説明】

【0090】

１ トナー残量検出装置
１０ 残量検出基板
１１ 残量検出プロセッサ
１２ メモリ
１２０ 不揮発性メモリ
１２２ ＥＥＰＲＯＭ
１５ トナー検出用静電容量センサ
１５０ 検出用電極
１６ 基準用静電容量センサ
１６０ 基準用電極
２ 表示操作部
３ ＣＴＬ基板
４ プロッタ制御基板
５ スキャナ
６ トナーボトル
７ トナー補給機構
８ 補給経路
８０ 通路用部材
８０ａ 通路
８０１ 円管状部位
９ 現像機
１００ 画像形成装置
ＣＳ 交換後基準データ
ＰＤ 初期検出データ
ＰＳ 初期基準データ
Ｔｈ 判定閾値
Ｔｈ１ 初期の判定閾値
Ｔｈ２ 交換後の判定閾値
Ｘ 所定の静電容量値

【先行技術文献】

【特許文献】

【0091】

【文献】特開２０１１－２１５５６６号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】