(57)【要約】      （修正有）【課題】現像剤量の検出に対する環境変化の影響を低減し、収容容器の中のトナー量を高精度に検出できる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、感光体の表面上に潜像を形成する露光手段と、潜像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段１００と、現像剤を収容する収容容器Ｔと、収容容器から現像手段へ現像剤を補給するために収容容器を回転させる駆動手段１０３、１１５と、収容容器の近傍に収容容器の回転方向に沿って並んで配置され、収容容器の中の現像剤量に従って複数の静電容量を発生する複数の静電容量発生部１１６と、複数の静電容量を検出して複数の検出値を出力する静電容量検出手段１０６と、複数の検出値に基づいて収容容器の中の現像剤層と空気層の境界位置を判断するための閾値を決定し、複数の検出値および閾値に基づいて境界位置を判断し、境界位置に基づいて収容容器の中の現像剤量を算出する制御部５０と、を備える。【選択図】図２
2020034780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体の表面上に潜像を形成する露光手段と、
前記感光体の前記表面上に形成された潜像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段と、
前記現像手段へ補給される現像剤を収容する収容容器と、
前記収容容器から前記現像手段へ現像剤を補給するために前記収容容器を回転させる駆動手段と、
前記収容容器の近傍に前記収容容器の回転方向に沿って並んで配置され、電圧が印加されると前記収容容器の中の現像剤量に従って複数の静電容量を発生する複数の静電容量発生部と、
前記複数の静電容量発生部によって発生された前記複数の静電容量を検出して複数の検出値を出力する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段から出力された前記複数の検出値に基づいて前記収容容器の中の現像剤層と空気層の境界位置を判断するための閾値を決定し、前記複数の検出値および前記閾値に基づいて前記境界位置を判断し、前記境界位置に基づいて前記収容容器の中の前記現像剤量を算出する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数の検出値のうちの最も大きい値と最も小さい値の平均値に基づいて前記閾値を決定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記複数の静電容量発生部は、前記収容容器を挟んで対向する第一の群と第二の群からなり、
前記制御部は、前記第一の群によって発生された第一の複数の静電容量と前記第二の群によって発生された第二の複数の静電容量に基づいて前記現像剤量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記収容容器の回転によって前記収容容器から前記現像手段へ前記現像剤を補給する動作が実行された回数としての補給数を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記複数の静電容量発生部によって発生された前記複数の静電容量のばらつきが所定値以下である場合において、前記補給数が第一の所定値以下である場合に前記現像剤量が多い状態であると判断し、前記補給数が第二の所定値以上である場合に前記現像剤量が少ない状態であると判断することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記複数の静電容量の前記ばらつきが前記所定値以下であって前記補給数が前記第一の所定値より大きく且つ前記第二の所定値より小さい場合、前記複数の検出値に基づいて前記現像剤量を算出できない状態であると判断することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記複数の静電容量の前記ばらつきが前記所定値以下であって前記補給数が前記第一の所定値より大きく且つ前記第二の所定値より小さい場合、前回算出されたトナー量から今回のトナー補給量を減算することによって前記トナー量を算出することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
感光体の表面上に潜像を形成する露光手段と、
前記感光体の前記表面上に形成された潜像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段と、
前記現像手段へ補給される現像剤を収容する収容容器と、
前記収容容器から前記現像手段へ現像剤を補給するために前記収容容器を回転させる駆動手段と、
前記収容容器の近傍に前記収容容器の回転方向に沿って並んで配置され、電圧が印加されると前記収容容器の中の現像剤量に従って複数の静電容量を発生する複数の静電容量発生部と、
前記複数の静電容量発生部によって発生された前記複数の静電容量を検出して複数の検出値を出力する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段から出力される隣り合う静電容量発生部の検出値の差分を算出し、前記差分が最も大きい隣り合う静電容量発生部の間に現像剤層と空気層の境界位置があると判断し、前記境界位置に基づいて前記収容容器の中の前記現像剤量を算出する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
感光体の表面上に潜像を形成する露光手段と、
前記感光体の前記表面上に形成された潜像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段と、
前記現像手段へ補給される現像剤を収容する収容容器と、
前記収容容器から前記現像手段へ現像剤を補給するために前記収容容器を回転させる駆動手段と、
前記収容容器の近傍に前記収容容器の回転方向に沿って並んで配置され、電圧が印加されると前記収容容器の中の現像剤量に従って複数の静電容量を発生する複数の静電容量発生部と、
前記複数の静電容量発生部によって発生された前記複数の静電容量を検出して複数の検出値を出力する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段から出力される隣り合う静電容量発生部の検出値の差分を算出し、前記差分が所定の閾値以上である隣り合う静電容量発生部の間に現像剤層と空気層の境界位置があると判断し、前記境界位置に基づいて前記収容容器の中の前記現像剤量を算出する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
前記複数の静電容量発生部は、前記収容容器を挟んで対向する第一の群と第二の群とからなり、
前記制御部は、前記第一の群によって発生された第一の複数の静電容量と前記第二の群によって発生された第二の複数の静電容量に基づいて前記現像剤量を算出することを特徴とする請求項７又は８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記収容容器の回転によって前記収容容器から前記現像手段へ前記現像剤を補給する動作が実行された回数としての補給数を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、隣り合う静電容量発生部の検出値の全ての差分が所定の閾値より小さい場合において、前記補給数が第一の所定値以下である場合に前記現像剤量が多い状態であると判断し、前記補給数が第二の所定値以上である場合に前記現像剤量が少ない状態と判断することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記制御部は、隣り合う静電容量発生部の検出値の前記全ての差分が前記所定の閾値より小さい場合であって前記補給数が前記第一の所定値より大きく且つ前記第二の所定値より小さい場合、前記複数の検出値に基づいて前記現像剤量を算出できない状態であると判断することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記制御部は、隣り合う静電容量発生部の検出値の前記全ての差分が前記所定の閾値より小さい場合であって前記補給数が前記第一の所定値より大きく且つ前記第二の所定値より小さい場合、前回算出されたトナー量から今回のトナー補給量を減算することによって前記トナー量を算出することを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記収容容器は、前記画像形成装置の本体に着脱可能であり、
前記複数の静電容量発生部は、前記本体に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項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、収容容器に収容された現像剤量を検出することができる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真画像形成プロセスを用いた画像形成装置において、現像剤量検出手段は、現像剤収容容器に収容された現像剤量を逐次検出する。現像剤量検出手段は、現像剤収容容器から現像剤を排出させた回数をカウントしたり、印刷する画像データから現像剤消費量を予測したりして、現像剤量を検出する。また、検出誤差が少ないことから、静電容量センサを用いた現像剤量検出手段も用いられている。特許文献１は、静電容量センサを用いた現像剤量検出手段を開示している。特許文献１の現像剤量検出手段は、現像剤収容容器に収容された現像剤に接触する第一の電極と現像剤に接触しない第二の電極を有しており、それぞれの電極が現像剤収容容器に設けられている。第一の電極から発生した静電容量は現像剤量を検出する役目を持ち、第二の電極から発生した静電容量は環境による出力の変化を検出する役目を持ち、第二電極の出力結果を基準とし、第一電極の検出結果から現像剤量が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１２２３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現像剤と接触して現像剤量を検出する現像剤量検出手段は、交換ユニットである現像剤収容容器に検出電極及び電気的インターフェースが配置されているのでランニングコストが高くなるという問題がある。この問題を解決するために、検出電極及び電気的インターフェースを画像形成装置の本体に配置することによってランニングコストを低減することができる。しかし、現像剤収容容器自体が環境変化によって受ける影響を無視できないので、検出電極の検出結果に対する環境変化の影響を補正する必要がある。そのため、現像剤収容容器を検出できるように画像形成装置の本体に環境補正電極を配置すると、環境補正電極は現像剤収容容器内の現像剤も検出してしまう。そうすると、環境補正電極の検出結果に対する環境変化の影響と現像剤量の変化の影響を区別することができない。その結果、画像形成装置の本体に設けられた環境補正電極の検出結果に基づいて環境補正を行うことが困難であるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、現像剤量の検出に対する環境変化の影響を低減し、収容容器の中のトナー量を高精度に検出することができる画像形成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施例による画像形成装置は、
感光体の表面上に潜像を形成する露光手段と、
前記感光体の前記表面上に形成された潜像を現像剤で現像して現像剤像を形成する現像手段と、
前記現像手段へ補給される現像剤を収容する収容容器と、
前記収容容器から前記現像手段へ現像剤を補給するために前記収容容器を回転させる駆動手段と、
前記収容容器の近傍に前記収容容器の回転方向に沿って並んで配置され、電圧が印加されると前記収容容器の中の現像剤量に従って複数の静電容量を発生する複数の静電容量発生部と、
前記複数の静電容量発生部によって発生された前記複数の静電容量を検出して複数の検出値を出力する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段から出力された前記複数の検出値に基づいて前記収容容器の中の現像剤層と空気層の境界位置を判断するための閾値を決定し、前記複数の検出値および前記閾値に基づいて前記境界位置を判断し、前記境界位置に基づいて前記収容容器の中の前記現像剤量を算出する制御部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、現像剤量の検出に対する環境変化の影響を低減し、収容容器の中のトナー量を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】画像形成装置の構成図。
【図２】制御部の構成図。
【図３】トナーボトルの構成説明図。
【図４】回転センサの動作説明図。
【図５】回転センサの動作説明図。
【図６】トナー補給時のタイミング図。
【図７】トナーボトル内のトナー量の推移を示す図。
【図８】トナー量センサの一部である複数の電極の構成説明図。
【図９】トナー量センサの電気力線を示す図。
【図１０】実施例１によるトナー量算出方法の説明図。
【図１１】境界位置とトナー量の関係を示す図。
【図１２】ＣＰＵによって実行される実施例１のトナー量検出処理を示す流れ図。
【図１３】ＵＩに表示されるトナー量画面を示す図。
【図１４】実施例２によるトナー量算出方法の説明図。
【図１５】ＣＰＵによって実行される実施例２のトナー量検出処理を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１０】
（画像形成装置）
図１は、画像形成装置２００の構成図である。図１（ａ）は、画像形成装置２００の内部構成を示す。図１（ｂ）は、画像形成装置２００の外観を示す。画像形成装置２００は、電子写真方式によりカラー画像を形成するプリンタ、複写機、複合機、ファクシミリ等により実現可能である。画像形成装置２００は、４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを中間転写ベルト７上に並べて配置した、いわゆる中間転写タンデム方式の画像形成装置である。
【００１１】
画像が形成されるシート等の記録材Ｓは、記録材収納庫６０内に積載されており、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄによる画像形成のタイミングに応じて、摩擦分離方式を採用した給送ローラ６１により給送される。給送ローラ６１は、搬送パスを介して記録材Ｐをレジストレーションローラ６２へ搬送する。レジストレーションローラ６２は、記録材Ｓの斜行を補正し、タイミングを調整して二次転写部Ｔ２へ記録材Ｓを搬送する。
【００１２】
画像形成装置２００は、記録材Ｓ上に画像を形成する。画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、トナー像を形成する。画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、感光体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、露光器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、現像器１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ及び一次転写部Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ１ｃ、Ｔ１ｄを備える。画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、更に、感光体クリーナ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを備える。本実施例において、感光体１ａ〜１ｄは、回転可能な感光ドラムである。帯電器２ａ〜２ｄは、回転する感光体１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させる。露光手段としての露光器３ａ〜３ｄは、一様に帯電された感光体１ａ〜１ｄの表面に、画像情報に従って変調された光を照射し、感光体１ａ〜１ｄの表面上に静電潜像を形成する。
【００１３】
現像手段としての現像器１００ａ〜１００ｄは、感光体１ａ〜１ｄの表面上に形成された静電潜像を現像剤で現像し、現像剤像を形成する。本実施形態では、現像剤としてトナーを用いる。現像器１００ａ〜１００ｄは、静電潜像が形成された感光体１ａ〜１ｄにトナーを付着させて現像し、トナー像を形成する。一次転写部Ｔ１ａ〜Ｔ１ｄは、所定の加圧量及び静電的負荷バイアスが与えられ、感光体１ａ〜１ｄから中間転写ベルト７へトナー像を転写する。この際、感光体１ａ〜１ｄの各々に形成されたトナー像は、中間転写ベルト７へ重畳するように転写される。
【００１４】
画像形成部Ｐａは、イエローのトナー像を生成する。画像形成部Ｐｂは、マゼンタのトナー像を生成する。画像形成部Ｐｃは、シアンのトナー像を生成する。画像形成部Ｐｄは、ブラックのトナー像を生成する。但し、形成されるトナー像の色数は、４色に限定されるものではない。本実施形態の現像器１００ａ〜１００ｄは、非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤を収容するが、磁性トナー又は非磁性トナーのみの一成分現像剤であってもよい。
【００１５】
中間転写ベルト７には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像が重畳して転写されることで、フルカラーのトナー像が形成される。転写後に感光体１ａ〜１ｄに残留するトナーは、感光体クリーナ６ａ〜６ｄにより回収される。現像器１００ａ〜１００ｄは、内部に収容するトナーの量が所定量よりも低下すると、現像器１００ａ〜１００ｄへ補給するトナー（現像剤）を収容するトナー収容容器（現像剤収容容器）としてのトナーボトルＴａ〜Ｔｄからトナーが補給される。
【００１６】
中間転写ベルト７は、中間転写ベルトフレーム（不図示）に設けられ、二次転写内ローラ８、テンションローラ１７及び二次転写上流ローラ１８によって張架される無端ベルトである。中間転写ベルト７は、二次転写内ローラ８、テンションローラ１７及び二次転写上流ローラ１８により矢印Ｒ７方向に回転される。フルカラーのトナー像が形成された中間転写ベルト７は、回転することで二次転写部Ｔ２へトナー像を搬送する。
【００１７】
中間転写ベルト７に形成されたトナー像及び記録材Ｓは、それぞれ二次転写部Ｔ２で合致するタイミングで搬送される。二次転写部Ｔ２は、対向して配置される二次転写内ローラ８及び二次転写外ローラ９により形成される転写ニップ部であり、所定の加圧力及び静電的負荷バイアスを与えることで記録材Ｓ上にトナー像を吸着させる。このように二次転写部Ｔ２は、中間転写ベルト７上のトナー像を記録材Ｓへ転写する。転写後に中間転写ベルト７に残留するトナーは、転写クリーナ１１により回収される。
【００１８】
トナー像が転写された記録材Ｓは、二次転写外ローラ９により二次転写部Ｔ２から定着器１３へ搬送される。定着器１３は、対向するローラにより形成される定着ニップ内で記録材Ｓに所定の圧力及び熱量を与えて記録材Ｓ上にトナー像を溶融固着させる。定着器１３は、熱源となるヒータを備え、常に最適な温度が維持されるように制御される。トナー像が定着された記録材Ｓは、排出トレイ６３上へ排出される。両面画像形成の場合、記録材Ｓは、反転搬送機構により反転してレジストレーションローラ６２へ搬送される。
【００１９】
画像形成装置２００は、トナーボトルＴａ〜Ｔｄの格納部を開閉するための扉８０を備える。扉８０は、画像形成装置２００の前面に配置される。図１（ｂ）は扉８０が閉じられた状態を表す。扉８０は、トナーボトルＴａ〜Ｔｄの交換時に開けられる。トナーボトルＴａ〜Ｔｄは、画像形成装置２００の本体２００Ａに着脱可能である。扉８０が開かれて、画像形成装置２００の本体２００Ａの装着部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄから使用されたトナーボトルＴａ〜Ｔｄが取外され、新たなトナーボトルＴａ〜Ｔｄが装着部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに装着され、扉８０が閉じられる。
【００２０】
（制御部）
以上の画像形成プロセス及び記録材Ｓの搬送プロセスは、制御部５０により動作制御される。図２は、制御部５０の構成図である。図２は、制御部５０の構成のうち、トナーの補給機構を制御する構成を示している。制御部５０の構成のうち、画像形成プロセス及び搬送プロセスを行う構成についての詳細は、図２から省略されている。トナーの補給機構の制御は、通常のトナーの補給動作制御、トナー量検出制御及びトナーボトルの挿抜検出制御がある。以下、トナーボトルＴａ〜Ｔｄを区別せず、トナーボトルＴとする。
【００２１】
制御部５０は、トナーボトルＴを回転させるトナーボトル駆動モータ１１５、トナーボトルの回転を検出する回転センサ２０３及び現像器１００内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ１１９に電気的に接続されている。制御部５０は、更に、扉８０の開閉を検出する扉開閉センサ１１８及びトナーボトルＴに設けられたＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）１１７に電気的に接続されている。制御部５０は、更に、ユーザに情報を表示するユーザインターフェース（以下、ＵＩという）１２０に電気的に接続されている。
【００２２】
制御部５０は、トナーボトル駆動モータ１１５の駆動制御を行うことで、トナーボトルＴの回転を制御する。トナーボトルＴは、それの回転が制御されてトナーを現像器１００へ補給する。制御部５０は、回転センサ２０３を駆動し、その検出結果を取得する。制御部５０は、トナー濃度センサ１１９を駆動し、その検出結果を取得する。制御部５０は、扉開閉センサ１１８を駆動し、その検出結果を取得する。制御部５０は、トナー量センサ１１６を駆動し、その検出結果を取得する。制御部５０は、これらのセンサの検出結果により、トナーの補給動作制御、トナー量検出制御及びトナーボトルの挿抜検出を行う。制御部５０は、現像剤量検出手段としてのトナー量センサ１１６の検出結果に基づいて、トナーボトルＴの中に残っているトナー残量（以下、トナー量という）を検出する。制御部５０は、検出したトナーボトルＴ内のトナー量（現像剤量）をＵＩ１２０に表示する。制御部５０は、トナーボトルＴに設けられた記憶部としてのＥＥＰＲＯＭ１１７にトナーボトルＴの補給数及びトナーボトルＴ内のトナー量を記憶する。補給数は、トナーボトルＴの使用が開始されてからのトナーボトルＴの回転によってトナーボトルＴから現像器１００へトナーを補給する補給動作を実行した回数の累積値である。
【００２３】
制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１２及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１３を備える。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１１２から制御プログラムを読み込み、ＲＡＭ１１３を作業領域に用いて実行することで画像形成装置２００による画像形成プロセス、搬送プロセス等の動作を制御する。制御部５０は、更に、ＡＳＩＣ１０２、モータ駆動部１０３、回転センサ出力検出部１０４、回転センサ駆動部１０５、トナー量センサ出力検出部１０６及びトナー量センサ駆動部１０７を備える。制御部５０は、更に、トナー濃度センサ出力検出部１０８、トナー濃度センサ駆動部１０９、開閉センサ出力検出部１１０、開閉センサ駆動部１１１及びコントローラ１１４を備える。
【００２４】
ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１０２は、トナーボトルＴａ〜Ｔｄによる現像器１００ａ〜１００ｄへのトナーの補給動作にかかわる機能を実現する専用のハードウェアである。モータ駆動部１０３は、ＡＳＩＣ１０２を介してＣＰＵ１０１から入力されるモータ駆動信号に応じて、トナーボトル駆動モータ１１５の駆動力を制御しつつ駆動する。モータ駆動信号は、トナーの補給を指示する補給指示信号である。モータ駆動部１０３は、モータ駆動信号に応じて論理変化するモータ駆動電圧をトナーボトル駆動モータ１１５に印加することで、トナーボトル駆動モータ１１５を駆動する。トナーボトル駆動モータ１１５は、トナーの補給時にトナーボトルＴを回転させる。トナーボトルＴは、トナーボトル駆動モータ１１５により回転されることによって、１ストロークのトナーの補給動作を行い、所定量のトナーを排出して現像器１００へ供給する。ＡＳＩＣ１０２、モータ駆動部１０３及びトナーボトル駆動モータ１１５は、トナーボトルＴの駆動制御を行うトナーの補給機構を形成する。モータ駆動部１０３及びトナーボトル駆動モータ１１５は、トナーボトルＴから現像器１００へトナーを補給するためにトナーボトルＴを回転させる駆動手段である。
【００２５】
回転センサ駆動部１０５は、ＡＳＩＣ１０２の制御に応じて回転センサ２０３に駆動電圧を供給する。回転センサ２０３は、発光部及び受光部を備えた光学センサである。回転センサ２０３は、回転センサ駆動部１０５から供給される駆動電圧により発光部が発光し、受光部が発光部から出射された光を受光する。回転センサ２０３は、受光量に応じて検出信号を出力する。回転センサ２０３は、トナーボトルＴの回転により発光部と受光部との間が遮蔽されるように設けられる。詳細は後述するが、トナーボトルＴは外周の一部に突起２２０を有している。トナーボトルＴの回転位相に応じてこの突起２２０がフラグ２０４を押し上げ、フラグ２０４により回転センサ２０３の発光部と受光部との間が遮蔽される。回転センサ２０３は、トナーボトルＴの回転によりフラグ２０４が受光部を遮蔽すると受光部の受光量が閾値未満になる。フラグ２０４が受光部を遮蔽しない位置に移動すると、受光部の受光量が閾値以上になる。
【００２６】
回転センサ出力検出部１０４は、回転センサ２０３の検出信号を受信し、この検出信号に応じた出力信号を、ＡＳＩＣ１０２を介してＣＰＵ１０１へ送信する。例えば、回転センサ出力検出部１０４は、回転センサ２０３の受光部の受光量が閾値以上のときの検出信号に応じてローレベルの出力信号をＡＳＩＣ１０２へ送信する。回転センサ出力検出部１０４は、回転センサ２０３の受光部の受光量が閾値未満のときの検出信号に応じてハイレベルの出力信号をＡＳＩＣ１０２へ送信する。すなわち、回転センサ出力検出部１０４は、トナーボトルＴのフラグ２０４が受光部を遮蔽しない位置にあればローレベルの出力信号を出力し、遮蔽する位置にあればハイレベルの出力信号を出力する。ＣＰＵ１０１は、回転センサ２０３の検出結果を回転センサ出力検出部１０４からの出力信号として取得する。
【００２７】
トナー量センサ駆動部１０７は、ＣＰＵ１０１の制御に応じてトナー量センサ１１６へ駆動電圧を供給する。トナー量センサ１１６は、複数の銅箔パターン（以下、電極という）及び静電容量センサＩＣによって構成される。トナー量センサ１１６へ駆動電圧が印加されると、電極間に電界が発生し、電界内の誘電率に応じて電極間の静電容量が変化する。トナー量センサ１１６内の静電容量センサＩＣは、電極間の静電容量に応じた検出信号を出力する。詳細は後述するが、トナー量センサ１１６はトナーボトルＴの周囲に配置されている。電界内のトナー量に応じて誘電率が変化し、これに応じて電極間の静電容量も変化する。トナー量センサ１１６の電極間の静電容量はトナーボトルＴ内のトナー量と相関関係があるように構成されている。
【００２８】
静電容量検出手段としてのトナー量センサ出力検出部１０６は、トナー量センサ１１６の検出信号を受信し、検出信号に応じたアナログ信号（検出値）をＣＰＵ１０１へ送信する。ＣＰＵ１０１は、トナー量センサ１１６の検出結果をトナー量センサ出力検出部１０６からのアナログ信号として取得し、取得した複数のアナログ信号（複数の検出値）に基づきトナーボトルＴ内のトナー層と空気層の境界を特定する。ＣＰＵ１０１は特定したトナー層と空気層の境界の位置に応じてトナーボトルＴ内のトナー量を算出する。
【００２９】
トナー濃度センサ駆動部１０９は、ＣＰＵ１０１の制御に応じてトナー濃度センサ１１９に駆動電圧を供給する。トナー濃度センサ１１９は、現像剤の透磁率を検出することで現像剤中のトナーの割合を検出する磁気センサである。トナー濃度センサ１１９は、トナー濃度センサ駆動部１０９から供給される駆動電圧によって現像剤の透磁率を検出し、検出した透磁率に応じて検出信号を出力する。トナー濃度センサ出力検出部１０８は、トナー濃度センサ１１９の検出信号を受信し、この検出信号に応じたアナログ信号をＣＰＵ１０１へ送信する。ＣＰＵ１０１は、トナー濃度センサ１１９の検出結果をトナー濃度センサ出力検出部１０８からのアナログ信号として取得し、取得したアナログ値に基づき現像器１００内のトナー濃度を算出する。
【００３０】
開閉センサ駆動部１１１は、ＣＰＵ１０１の制御に応じて扉開閉センサ１１８に駆動電圧を供給する。扉開閉センサ１１８は、発光部及び受光部を備えた光学センサである。扉開閉センサ１１８は、開閉センサ駆動部１１１から供給される駆動電圧により発光部が発光し、受光部が発光部から出射された光を受光する。扉開閉センサ１１８は、受光量に応じて検出信号を出力する。画像形成装置２００は、扉８０が閉じられた状態で扉開閉センサ１１８の発光部と受光部との間を遮蔽するフラグ（不図示）を備える。そのために扉開閉センサ１１８は、扉８０が閉じられていると受光部の受光量が閾値未満になる。扉８０が開けられると、フラグによる遮蔽がなくなるために、受光部の受光量が閾値以上になる。
【００３１】
開閉センサ出力検出部１１０は、扉開閉センサ１１８の検出信号を受信し、この検出信号に応じた出力信号をＣＰＵ１０１へ送信する。例えば、開閉センサ出力検出部１１０は、扉開閉センサ１１８の受光部の受光量が閾値以上のときの検出信号に応じてローレベルの出力信号をＣＰＵ１０１へ送信する。開閉センサ出力検出部１１０は、扉開閉センサ１１８の受光部の受光量が閾値未満のときの検出信号に応じてハイレベルの出力信号をＣＰＵ１０１へ送信する。すなわち、開閉センサ出力検出部１１０は、トナーボトルＴの格納部の扉８０が開いていればローレベルの出力信号を出力し、閉じていればハイレベルの出力信号を出力する。ＣＰＵ１０１は、扉開閉センサ１１８の検出結果を開閉センサ出力検出部１１０からの出力信号として取得する。
【００３２】
（トナーボトル）
図３は、トナーボトルＴの構成説明図である。図３（ａ）は、トナーボトルＴの外観を示す図である。図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、トナーボトルＴのキャップ部の内部の説明図である。トナーボトルＴは、トナーを収容する収容部２０７、トナーボトル駆動モータ１１５から駆動ギア２２３を介して回転駆動力が伝達される駆動伝達部２０６、及びキャップ部２２２を備える。収容部２０７とキャップ部２２２とは、駆動伝達部２０６を介して連通する。収容部２０７は、内側に向けて螺旋状の凸部２０５が設けられる。収容部２０７と駆動伝達部２０６とは連結されており、駆動伝達部２０６が回転すると、収容部２０７も一体となって回転する。キャップ部２２２は、トナーを排出する排出口２１１を有する排出部２１２、排出部２１２内のトナーを排出口２１１から排出するためのポンプ部２１０及びポンプ部２１０を伸縮させる往復動部材２１３を備える。
【００３３】
駆動伝達部２０６は、突起部２２０及びカム溝２１４が形成される。カム溝２１４は、駆動伝達部２０６の回転方向に一周にわたって形成される。カム溝２１４及び突起部２２０は、駆動伝達部２０６と一体に回転する。トナーボトル駆動モータ１１５が駆動ギア２２３を介して駆動伝達部２０６を回転させると、収容部２０７も従動して回転する。収容部２０７は、回転することで、凸部２０５に沿って収容するトナーをキャップ部２２２の排出部２１２へ搬送する。
【００３４】
キャップ部２２２は、回転が規制されており、駆動伝達部２０６の回転に従動して回転することはない。キャップ部２２２内の排出部２１２、ポンプ部２１０及び往復動部材２１３も同様に回転が規制されており、駆動伝達部２０６の回転に従動して回転することはない。キャップ部２２２の内側には、駆動伝達部２０６の回転による往復動部材２１３の回転を規制する規制溝が形成される。往復動部材２１３は、駆動伝達部２０６が回転することで規制溝に係合される。また、往復動部材２１３は、ポンプ部２１０に接続されるとともに、爪部（不図示）が駆動伝達部２０６のカム溝２１４に係合される。これにより往復動部材２１３は、駆動伝達部２０６の回転に応じて、回転を規制された状態でカム溝２１４に沿って移動することで、矢印Ｘ方向（トナーボトルＴの長手方向）に往復動する。
【００３５】
ポンプ部２１０は、往復動部材２１３の往復動に応じて伸長と圧縮とを繰り返す。ポンプ部２１０は、往復動部材２１３が矢印Ｘ方向に移動することで伸長する。ポンプ部２１０の伸長によりトナーボトルＴの内圧が低下する。これにより排出部２１２は、排出口２１１から空気を吸い込み、吸い込んだ空気によって内部のトナーを解す。ポンプ部２１０は、往復動部材２１３が矢印Ｘ方向の逆方向に移動することで圧縮する。ポンプ部２１０の圧縮によりトナーボトルＴの内圧が上昇する。これにより排出部２１２は、内部に収容するトナーを排出口２１１からトナー搬送路を介して現像器１００へ供給する。キャップ部２２２は、排出口２１１を封止するシール部材２２２ｂを備える。シール部材２２２ｂは、排出口２１１からのトナー漏れ防止する。シール部材２２２ｂは、トナーボトルＴの画像形成装置２００への装着時に除去される。
【００３６】
図３（ｂ）は、ポンプ部２１０が最大限に伸長された状態を示す図である。図３（ｃ）は、ポンプ部２１０が最大限に圧縮された状態を示す図である。ポンプ部２１０は、このように伸縮するために、例えば容積が可変の樹脂製の蛇腹状に形成される。ポンプ部２１０は、「山折り」部と「谷折り」部とがトナーボトルＴの長手方向に沿って交互に繰り返し並んで形成される。カム溝２１４には、ピーク領域とボトム領域とが交互に、それぞれ２カ所ずつ形成される。往復動部材２１３の係合しているカム溝２１４の位置がピーク領域である場合、ポンプ部２１０が最大限に伸長する。往復動部材２１３の係合しているカム溝２１４の位置がボトム領域である場合、ポンプ部２１０が最大限に圧縮する。このような構成のトナーボトルＴは、トナーボトル駆動モータ１１５によって回転されてトナーの補給動作を行う。１回の補給動作は、ポンプ部２１０が最大限に圧縮された状態から開始され、伸長した後に再び最大限に圧縮した状態で終了する。トナーボトルＴが１回転すると、この補給動作が２回行われる。
【００３７】
（回転センサ）
図４及び図５は、回転センサ２０３の動作説明図である。トナーボトルＴの近傍にはＬ形のフラグ２０４が設けられる。フラグ２０４は、自重により一部がトナーボトルＴの駆動伝達部２０６に接触する。駆動伝達部２０６が回転して突起部２２０がフラグ２０４に当接すると、フラグ２０４は、突起部２２０に押されて回転軸２０４ａを中心に揺動する。フラグ２０４は、突起部２２０に押し上げられることで、回転センサ２０３の発光部からの光を遮蔽する。発光部からの光が遮蔽されることで、回転センサ２０３は、フラグ２０４が突起部２２０に接触しているか否かを検出することができる。これにより回転センサ２０３は、突起部２２０の位置を検出し、トナーボトルＴの回転位相を検出することができる。
【００３８】
図４は、回転センサ２０３の動作説明図である。図４は、フラグ２０４が駆動伝達部２０６に接触している状態を示す。図４に示す状態においてフラグ２０４が回転センサ２０３の発光部の光を遮蔽しないので、回転センサ２０３の受光部は、発光部の光を受光する。受光量は閾値以上になるので、回転センサ出力検出部１０４は、ローレベルの出力信号をＡＳＩＣ１０２へ送信する。ＡＳＩＣ１０２は、受信したローレベルの出力信号をそのままＣＰＵ１０１へ送信する。
【００３９】
図５は、回転センサ２０３の動作説明図である。図５は、フラグ２０４が突起部２２０に当接している状態を示す図である。図５に示す状態においてフラグ２０４が回転センサ２０３の発光部の光を遮蔽するので、回転センサ２０３の受光部は、発光部の光を受光できない。受光部が閾値以上の光量の光を受光できないので、回転センサ出力検出部１０４は、ハイレベルの出力信号をＡＳＩＣ１０２へ送信する。ＡＳＩＣ１０２は、受信したハイレベルの出力信号をそのままＣＰＵ１０１へ送信する。
【００４０】
ＣＰＵ１０１は、回転センサ出力検出部１０４から受信する出力信号のレベルにより、突起部２２０の位置を検出して、トナーボトルＴの回転位相を検出する。本実施形態では、ポンプ部２１０が圧縮を開始して最大限に圧縮するまで、突起部２２０がフラグ２０４を押し上げる構成としている。そのために回転センサ出力検出部１０４は、この期間、ハイレベルの出力信号をＣＰＵ１０１へ入力する。ポンプ部２１０が伸長を開始してから最大限に伸長するまでの間、突起部２２０がフラグ２０４に当接しない。そのために回転センサ出力検出部１０４は、この期間、ローレベルの出力信号をＣＰＵ１０１へ入力する。１回の補給動作は、上記の通り、ポンプ部２１０が最大限に圧縮された状態から開始され、最大限に伸長した後に再び最大限に圧縮した状態で終了する。このとき回転センサ出力検出部１０４は、ハイレベルからローレベルへと変化し、再度ハイレベルへと変化する出力信号を出力する。
【００４１】
トナーボトルＴから現像器１００へのトナーの補給時の各信号について説明する。図６は、トナー補給時のタイミング図である。図６は、ＣＰＵ１０１がＡＳＩＣ１０２を介してモータ駆動部１０３へ送信するモータ駆動信号、トナーボトル駆動モータ１１５に印加されるモータ駆動電圧及び回転センサ出力検出部１０４の出力信号を示す。図６は、正常動作時の３回分のトナー補給動作のタイミングを表す。モータ駆動部１０３は、モータ駆動信号がオンになるとモータ駆動電圧をハイレベル（Ｈ）にする。トナーボトル駆動モータ１１５は、モータ駆動電圧がハイレベルになるとトナーボトルＴを回転させる。トナーボトルＴが回転することで、１回のトナー補給動作により、回転センサ出力検出部１０４からの出力信号がハイレベル（Ｈ）からローレベル（Ｌ）へ変化し、再度ハイレベル（Ｈ）へ戻る。
【００４２】
ＣＰＵ１０１は、回転センサ出力検出部１０４からの出力信号のローレベルからハイレベルへの変化を検出すると、トナーの補給動作が終了したと判断する。ＣＰＵ１０１は、トナーの補給動作が終了したと判断すると、モータ駆動信号をオフにする。モータ駆動部１０３は、モータ駆動信号がオフになるとモータ駆動電圧をローレベル（Ｌ）にする。トナーボトル駆動モータ１１５は、モータ駆動電圧がローレベルになるとトナーボトルＴの回転を停止する。以上のような制御により、ポンプ部２１０は最大限に圧縮している状態から動作を開始して伸長し、その後に圧縮する。ポンプ部２１０が最大限に圧縮された状態で動作を停止することで、１回のトナー補給動作が終了する。
【００４３】
トナーボトルＴ内のトナー量の推移について図７を用いて説明する。図７は、トナーボトルＴ内のトナー量の推移を示す図である。トナーボトルＴは実際には透過せず、中のトナーの様子を見ることはできないが、図７では、トナーボトルＴ内のトナーの様子を説明するため、トナーボトルＴを透過した状態で中のトナーの様子を示している。図７（ａ）は、トナーボトルＴ内のトナーが８割程残っている様子を示す図である。トナーは螺旋状の凸部２０５によってキャップ部２２２の排出口２１１へ搬送されるので、トナーボトルＴの長手方向において、排出口２１１に近い位置におけるトナー量は、排出口２１１から遠い位置におけるトナー量より多い。また、トナーは自重によって重力方向下方へ偏るため、トナーボトルＴ内において重力方向上方におけるトナー量は、重力方向下方におけるトナー量より少ない。よって、排出口２１１から遠く、重力方向上方である領域には、トナーがない領域が存在する。
【００４４】
図７（ｂ）は、トナーボトルＴ内のトナーが３割程度残っている様子を示す図である。図７（ｂ）においても図７（ａ）を用いて説明した様子と同様に、トナーボトルＴの長手方向において、排出口２１１に近い位置におけるトナー量は、排出口２１１から遠い位置におけるトナー量より多い。また、重力方向上方におけるトナー量は、重力方向下方におけるトナー量より少ない。以上のように、トナーボトルＴ内に存在するトナーは、長手方向において排出口２１１近傍へ偏るため、排出口２１１近傍にはトナーボトルＴ内のトナーがなくなるまで常にトナーが存在することになる。また、トナーボトルＴ内のトナーが少なくなるにつれ、排出口２１１近傍のトナーと空気の境界層は、重力方向下方へと下がっていくこととなる。このような排出口２１１及び重力方向下方へのトナーの偏りは、螺旋状の凸部２０５による搬送力及びトナーへの重力が及ぼす影響によるため、トナーボトルＴ内のトナー量によらず常に発生する。
【００４５】
（トナー量センサ）
トナー量センサ１１６の一部である電極の構成について説明する。図８は、トナー量センサ１１６の一部である複数の電極１１６ａ〜１１６ｌの構成説明図である。図８は、トナーボトルＴａ〜Ｔｄ、画像形成装置２００におけるトナーボトルＴａ〜Ｔｄ周囲の内壁３００ａ〜３００ｄ及び内壁３００ａ〜３００ｄに配置されたトナー量センサ１１６の一部である複数の電極１１６ａ〜１１６ｌを示す。トナーボトルＴは回転動作をするため、トナーボトルＴとの接触、摩擦が発生しないよう、トナーボトルＴ周囲の内壁３００、及びトナーボトルＴ周囲の内壁３００に配置された電極１１６ａ〜１１６ｌはトナーボトルＴから一定の距離を空けて配置されている。電極１１６ａ〜１１６ｌは、トナーボトルＴの長手方向において排出口２１１付近に配置される。図７を用いて説明したように、トナーボトルＴ内のトナーは、補給動作を実行すると長手方向において排出口２１１側へ偏る。電極１１６ａ〜１１６ｌを排出口２１１付近に配置することで、トナー量が少ない状態になってもトナーを検出することができる。電極１１６ａ〜１１６ｌのうち電極１１６ａ〜１１６ｊは、電圧が印加される検出電極である。複数の検出電極としての電極１１６ａ〜１１６ｊは、トナーボトルＴの回転方向に沿って並んで配置されている。具体的には、電極１１６ａ〜１１６ｊは、図８（ｂ）に示すようにトナーボトルＴの１周に亘って等間隔に１０分割され、所定の間隔を空けて配置される。電極１１６ａ〜１１６ｊは、全て等しい面積で構成される。電極１１６ａ〜１１６ｅの第一の群と電極１１６ｆ〜１１６ｊの第二の群は、トナーボトルＴを挟んで対向する対となるように配置されている。
【００４６】
図８（ａ）に示すによう、電極１１６ａ〜１１６ｌのうち電極１１６ｋ及び１１６ｌは、電極１１６ａ〜１１６ｊの両端に平行となるようにトナーボトルＴの１周に亘って配置される接地（ＧＮＤ）電極である。詳細は後述するが、トナー量センサ１１６は、電圧が印加される検出電極としての電極１１６ａ〜１１６ｊと接地（ＧＮＤ）電極としての電極１１６ｋ及び１１６ｌとの間に電界が発生することを利用し、電界内の誘電率の変化を検出してトナー量検出を行う。このため、電圧が印加される電極１１６ａ〜１１６ｊの近傍に接地（ＧＮＤ）される電極１１６ｋ及び１１６ｌを配置する必要がある。電極１１６ａ〜１１６ｌは、トナーボトルＴの近傍に設けられ、電圧が印加されるとトナーボトルＴの中のトナー量（現像剤量）に従って静電容量を発生する複数の静電容量発生部である。
【００４７】
図９は、トナー量センサ１１６の電気力線を示す図である。図９において、電界の様子を電気力線で示す。図９は、トナーボトルＴの電極１１６ｅ及び１１６ｌ付近、かつ重力方向下方の断面を拡大した図である。電極１１６ｅに電圧が印加されることにより、電極１１６ｅとＧＮＤである電極１１６ｌとの間に電界が発生する。電極１１６ｅ及び１１６ｌはトナーボトルＴ内のトナーが電界内に入るように配置されている。トナーボトルＴに収容されているトナー量が変化することにより、空気量とトナー量の比率が変化する。空気とトナーでは誘電率が異なるため、空気量とトナー量の比率が変化することで検出される静電容量が変化する。この原理を用いてトナー量の変化を静電容量の変化として検出する。
【００４８】
（トナー量算出方法）
図１０を用いて、トナー層と空気層の境界を検出してトナー量を算出する手法を説明する。図１０は、実施例１によるトナー量算出方法の説明図である。図１０及び図１１と以降の記載については、電極１１６ａを電極Ａ、電極１１６ｂを電極Ｂ、以下同様に電極１１６ｃ〜１１６ｊを電極Ｃ〜Ｊと記載することとする。図１０は、電極Ａ〜Ｊの検出値、即ち検出した静電容量に相当する値を縦軸にとった棒グラフである。縦軸の値が０の場合にはトナーが空の状態の時の検出値を表している。図１０では、説明のためにトナーを検出したことによる検出値の変化分（以下、トナー検出分という）と、環境の影響を受けたことによる検出値の変化分（以下、環境影響分という）を分けて表している。トナー検出分とは、トナーボトルＴ内のトナー量に応じて検出値が変化した量である。環境影響分とは、トナー量センサ１１６が水分を検出することによって変化する検出値の変化量である。環境影響分は、主にトナーボトルＴの容器が吸湿することによって水分を含むこと又は放湿することによって水分が減ることによる水分の変化が誘電率の変化となって検出される検出値の変化分である。
【００４９】
環境影響分は、トナーボトルＴが置かれた環境の湿度に大きく影響し値が変化する。実際にはトナー検出分と環境影響分を切り分けることは困難であり、各電極の検出値は両方の変化分を含んだものとして検出される。また、環境影響分は、どの電極の検出値であっても同じ値となっている。これは、本発明において、トナーボトルＴのどの位置であってもほぼ同じ環境影響を受けるように、トナーボトルＴ及び電極が構成されているためである。具体的には、トナーを収容している収容部２０７は、単一の材料でつくられている。また、収容部２０７は、厚みが一定の形状となっている。さらに、トナーボトルＴは画像形成装置２００の内部に配置され、収容部２０７全体が比較的均一な温湿度環境に置かれている。よって、収容部２０７の吸湿の度合いは比較的むらが小さく、どの箇所でも均一な吸湿の度合いとなっている。加えて電極Ａ〜Ｊは収容部２０７からの距離が等しい位置に配置され、その面積は各々等しくなっているため、各電極Ａ〜Ｊが検出する環境影響分はほぼ等しい値となっている。ここでのほぼ等しい値とは、トナー検出分と比較して十分小さい値のことを指している。各電極において等しい環境影響を受けるように構成することは不可能であるが、トナー検出分よりも十分小さい差分となる構成をとることで、トナー量検出を行うにあたって各電極での環境影響の差は無視することができる。
【００５０】
本実施例では、各電極の検出値に基づき、トナー粉面（以下、トナー表面という）の高さ（以下、トナー表面高さという）がどの位置にあるかを検出し、トナーボトルＴ内のトナー量を推定する。本発明の特徴について説明する前に、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を用いてトナー表面高さを検出する場合の課題について説明する。
【００５１】
図１０（ａ）は、画像形成装置２００が高湿の環境に置かれた場合の各電極の検出値を示している。トナー表面は、電極Ｂと電極Ｃの間及び電極Ｉと電極Ｊの間に存在している。ここで、トナー表面高さを検出するために各電極の検出値が所定の閾値以上か閾値未満かを判断し、所定値以上であればトナー有、所定値未満であればトナー無と判断することとする。トナーが検出された位置を特定するためのトナー有無判断の閾値を図１０（ａ）に示したように設定したと仮定する。この場合、図１０（ａ）の状態では電極Ａ、電極Ｂ及び電極Ｊでは検出値が閾値を下回っているためトナー無と判断する。電極Ｃ、電極Ｄ、電極Ｅ、電極Ｆ、電極Ｇ、電極Ｈ及び電極Ｉでは検出値が閾値を上回っているためトナー有と判断する。この結果からトナー表面高さは、トナーが有る箇所とトナーが無い箇所の境界、即ち電極Ｂと電極Ｃの間及び電極Ｉと電極Ｊの間であると検出することができる。
【００５２】
図１０（ｂ）は、画像形成装置２００が低湿の環境に置かれた場合の各電極の検出値を示している。高湿の環境の時に比べ環境影響分は小さい値となっている。トナー表面は、図１０（ａ）と同様に電極Ｂと電極Ｃの間及び電極Ｉと電極Ｊの間に存在している。この場合、図１０（ａ）を用いて説明した時と同様の閾値を設定していたとすると、閾値を上回る検出値は存在せず、どの電極の箇所においてもトナーは無いと判断し、トナー量が残り少ない状態だと誤検出してしまう。以上のように、各電極の検出値に対してトナー有無判断の閾値を一意に決めてしまうと、環境影響分が変化した時にトナー量が変化したと誤検出してしまう。
【００５３】
そこで、本実施例では、電極の検出結果に基づきトナー有無判断の閾値を決定することで環境変化による影響を低減する。具体的には、全ての電極Ａ〜Ｊからの複数の検出値のうちの最も大きい値と最も小さい値の平均値に基づいて閾値が決定される。隣り合う電極の検出値の内、間に閾値を含む箇所をトナー層と空気層の境界であると判断してトナー表面高さを特定する。図１０（ａ）の状態において、電極Ａ〜Ｊの検出値の最大値と最小値の平均値をトナー有無判断閾値とした場合のグラフを図１０（ｃ）に示す。図１０（ｃ）では、隣り合う電極の検出値のうち間に閾値を含む箇所は、電極Ｂと電極Ｃの間及び電極Ｉと電極Ｊの間である。この結果から電極Ｂと電極Ｃの間及び電極Ｉと電極Ｊの間にトナー層と空気層の境界位置があると判断でき、トナー表面高さを特定することができる。
【００５４】
続いて、図１０（ｂ）の状態において、電極Ａ〜Ｊの検出値の最大値と最小値の平均値をトナー有無判断閾値とした場合のグラフを図１０（ｄ）に示す。図１０（ｄ）では、隣り合う電極の検出値のうち間に閾値を含む箇所は、電極Ｂと電極Ｃの間及び電極Ｉと電極Ｊの間である。この結果から電極Ｂと電極Ｃの間及び電極Ｉと電極Ｊの間にトナー層と空気層の境界位置があると判断でき、トナー表面高さを特定することができる。以上のように、電極Ａ〜Ｊの検出値の最大値と最小値の平均値をトナー有無判断閾値に設定することで、環境の影響によらずトナー表面高さを検出し、トナー量を推定することができる。
【００５５】
図１１は、境界位置とトナー量の関係を示す図である。図１１に示す表は、検出したトナー層（現像剤層）と空気層の境界位置と、推測されるトナー量の関係を表している。トナー量は、トナーボトルＴの使用開始時の満タン状態のトナー量を１００％として百分率（％）で表される。電極はトナーボトルＴの１周に亘って配置されているため、境界位置は２箇所存在している。図１１（ａ）は、電極Ａ〜Ｅの第一の群によって発生された第一の複数の静電容量から検出される境界位置を示す図である。図１１（ｂ）は、電極Ｆ〜Ｊの第二の群によって発生された第二の複数の静電容量から検出される境界位置を示す図である。トナー層と空気層の境界は、トナーボトルＴ内において必ずしも水平にはならないので、トナーボトルＴを挟んで対向するように電極Ａ〜Ｅの第一の群と電極Ｆ〜Ｊの第二の群が配置されている。対となる第一の群と第二の群の検出結果に基づいてトナー量を算出することによって、トナー層と空気層の境界（トナー表面）が水平ではなく傾いている場合であっても高精度にトナー量を検出することができる。図１１に示す表に基づいて、検出した境界位置のトナー量を求める。
【００５６】
トナー量は、以下の式（１）によって算出される。
トナー量 ＝ {（電極Ａ〜Ｅから推測されるトナー量）
＋（電極Ｆ〜Ｊから推測されるトナー量）}／２  ・・・式（１）
例えば、図１０（ｃ）に示す状態におけるトナー量は、式（１）から、以下のように算出される。
トナー量 ＝ ｛６５％ ＋ ９０％｝／２ ＝ ７７．５％
【００５７】
電極Ａ〜Ｅから推測されるトナー量又は電極Ｆ〜Ｊから推測されるトナー量のどちらか一方からトナー量を算出するのではなく、両方の値を用いて算出するのは、トナー表面が水平ではなく、傾きを持つことを考慮している。トナーボトルＴはトナー排出時には回転するため、回転によって図８（ｂ）に示したようにトナー表面が傾くことが多い。このような状態でもトナー量の検出精度を落とさないようにするため、トナーボトルＴの１周に亘って電極を配置し、２箇所の境界位置を検出して、その結果からトナー量の算出を行う。
【００５８】
（トナー量検出処理）
以下、図１２を用いて、トナーボトルＴ内のトナー量を検出するトナー量検出処理を説明する。図１２は、ＣＰＵ１０１によって実行される実施例１のトナー量検出処理を示す流れ図である。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１１２に保存されたプログラムに従ってトナー量検出処理を実行する。トナー量検出処理が開始されると、ＣＰＵ１０１は、トナー濃度センサ１１９の検出結果に基づき、現像器１００のトナー濃度を算出し、トナー補給が必要か否かを判断する（Ｓ１０１）。トナー補給が不要と判断した場合（Ｓ１０１でＮＯ）、トナーボトルＴ内のトナー量は変化しないため、トナー量の検出は行わず処理を終了する。トナー補給が必要と判断した場合（Ｓ１０１でＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、トナーボトル駆動モータ１１５を駆動し、トナーボトルＴを回転させて現像器１００へトナー補給を行う（Ｓ１０２）。トナー補給実行後、ＣＰＵ１０１は、各電極Ａ〜Ｊにより静電容量の検出を行う（Ｓ１０３）。
【００５９】
ＣＰＵ１０１は、複数の検出値のばらつきが所定値Ｖｐ以下であるか否かを判断する（Ｓ１０４）。複数の検出値のばらつきが所定値以下であるか否かを判断する理由は、複数の検出値に基づいてトナー層と空気層の境界がある境界位置を特定できる状態であるか否かを判断するためである。トナーボトルＴ内にトナーがほとんど無い時又はトナーが容量一杯に近い程度ある時、各電極Ａ〜Ｊの間にトナー層と空気層の境界が存在しないので、複数の検出値に基づいてトナー層と空気層の境界位置を特定しようとしても正しく特定することができない。よって、トナーボトルＴが各電極Ａ〜Ｊの間にトナー層と空気層の境界が存在するような状態にあるか否かを、複数の検出値のばらつき量に基づいて判断する。複数の検出値のばらつきが所定値Ｖｐ以下である場合、トナーボトルＴ内にトナーがほとんど無い（少ない）状態か容量一杯に近い程度トナーがある（多い）状態かのどちらかである。そこで、複数の検出値のばらつきが所定値Ｖｐ以下である場合（Ｓ１０４でＹＥＳ）、ＣＵ１０１は、トナーボトルＴが使用開始されてからの補給数の値に基づき、容量一杯に近い程度トナーがある状態であるか否かを判断する。具体的には、ＣＰＵ１０１は、補給数が所定値（第一の所定値）Ｖ１以下であるか否かを判断する（Ｓ１１０）。補給数が所定値Ｖ１以下である場合（Ｓ１１０でＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、トナー量が９０％以上である（容量一杯に近い程度トナーがある）と判断し（Ｓ１１１）、トナー量をＥＥＰＲＯＭ１１７に記憶する（Ｓ１０８）。ＣＰＵ１０１は、記憶したトナー量に基づいてＵＩ１２０のトナー量表示を更新し（Ｓ１０９）、トナー量検出処理を終了する。
【００６０】
図１３は、ＵＩ１２０に表示されるトナー量画面を示す図である。図１３（ａ）は、トナー量をバーで表示しており、塗りつぶされたバーの本数がトナー量と対応している。図１３（ａ）では、一例としてトナー量が３０％の状態を示しており、１０本あるバーの内、３本が塗りつぶされることで３０％の状態であることを表している。また、トナー量は数字で示しても良い。図１３（ｂ）は、トナー量を数字で示したＵＩの例として、トナー量が３０％である状態を示している。トナー量表示のＵＩは、以上のような表示に限る必要はなく、トナーボトルＴ内のトナー量を表すものであればどんな表示であってもよい。
【００６１】
補給数が所定値Ｖ１よりも大きい場合（Ｓ１１０でＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、トナーボトルＴが使用開始されてからの補給数の値に基づいてトナーボトルＴ内にトナーがほとんど無い状態であるか否かを判断する。具体的には、ＣＰＵ１０１は、補給数が所定値（第二の所定値）Ｖ２以上であるか否かを判断する（Ｓ１１２）。所定値Ｖ２は、所定値Ｖ１より大きい。補給数が所定値Ｖ２以上である場合（Ｓ１１２のＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、トナー量が５％以下である（ほとんどない）と判断し（Ｓ１１３）、トナー量をＥＥＰＲＯＭ１１７に記憶する（Ｓ１０８）。記憶したトナー量に基づいてＵＩのトナー量表示を更新して（Ｓ１０９）、トナー量検出処理を終了する。
【００６２】
補給数が所定値Ｖ２より小さい場合、トナーがほとんど無い状態でも容量一杯に近い程度トナーがある状態でもないにも関わらずトナー量を検出できない状態である。そこで、補給数が所定値Ｖ２より小さい場合（Ｓ１１２でＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、トナー量検出は行わず、前回算出したトナー量と今回補給したトナー量に基づき、トナー量を予測する（Ｓ１１４）。具体的には、今回の補給数と、予めＲＯＭ１１２に記憶しておいた１回の補給で消費されるトナー量の予測値に基づき、今回の補給で減った分のトナー量を算出し、これを前回算出したトナー量から減算することでトナー量を算出する。ＣＰＵ１０１は、算出したトナー量をＥＥＰＲＯＭ１１７に記憶し（Ｓ１０８）、記憶したトナー量に基づいてＵＩのトナー量表示を更新し（Ｓ１０９）、トナー量検出処理を終了する。
【００６３】
検出値のばらつきが所定値Ｖｐよりも大きい場合（Ｓ１０４でＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、検出電極の検出値に基づきトナー層と空気層の境界を判断する閾値を決定する（Ｓ１０５）。全ての電極Ａ〜Ｊの検出値のうち最も値が大きい検出値と最も値が小さい検出値の平均値を閾値として決定する。ＣＰＵ１０１は、決定した閾値からトナー層と空気層の境界位置を特定する（Ｓ１０６）。ＣＰＵ１０１は、特定した境界位置に基づき、図１１及び式（１）からトナー量を算出する（Ｓ１０７）。ＣＰＵ１０１は、算出したトナー量をＥＥＰＲＯＭ１１７に記憶し（Ｓ１０８）、算出したトナー量に基づいてＵＩのトナー量表示を更新し（Ｓ１０９）、処理を終了する。
【００６４】
以上のように、トナーボトルＴの回転方向に複数の電極Ａ〜Ｊを配置してトナー層と空気層の境界を検出しトナー量を算出する。複数の電極Ａ〜Ｊからの複数の検出値に基づいてトナーボトルＴの中のトナー層と空気層の境界位置を判断するための閾値が決定される。複数の検出値および閾値に基づいて境界位置を判断し、境界位置に基づいてトナーボトルＴの中のトナー量を算出する。本実施例によれば、環境変化の影響を低減し、高精度にトナー量を検出することができる。
【実施例２】
【００６５】
以下、図１４及び図１５を用いて、実施例２を説明する。実施例２において、実施例１と同様の構造には同様の参照符号を付して説明を省略する。実施例２の画像形成装置２００、制御部５０、トナーボトルＴ、回転センサ２０３及びトナー量センサ１１６は、実施例１と同様であるので説明を省略する。実施例２は、実施例１とトナー量算出方法及びトナー量検出処理が異なる。以下、実施例１と異なる点を主に説明する。
【００６６】
（トナー量算出方法）
図１４を用いて、トナー層と空気層の境界を検出してトナー量を算出する実施例２によるトナー量算出方法を説明する。図１４は、実施例２によるトナー量算出方法の説明図である。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、実施例１の図１０（ａ）及び図１０（ｂ）と同様であるので説明を省略する。実施例２では、隣り合う電極の検出値の差分が最も大きくなる箇所をトナー層と空気層の境界であると判断し、トナー表面高さを特定する。図１４（ａ）の状態において、隣り合う電極の検出値の差分をとり、グラフにしたものを図１４（ｃ）に示す。各電極検出値の差分で最も大きい値は、電極Ｂと電極Ｃの検出値の差分及び電極Ｉと電極Ｊの検出値の差分である。この結果から、トナー表面高さは、電極Ｂと電極Ｃの間及び電極Ｉと電極Ｊの間であると検出することができる。続いて  図１４（ｂ）の状態において、隣り合う電極の検出値の差分をとり、グラフにすると、図１４（ａ）の時と同じく図１４（ｃ）に示したグラフとなる。つまり、実施例２によれば、隣り合う電極の検出値の差分が最も大きくなる箇所をトナー層と空気層の境界であると判断することで、環境の影響によらずトナー表面高さを検出し、トナー量を推定することができる。実施例２においても、実施例１と同様に、検出された境界位置から図１１及び式（１）を用いてトナー量を算出する。
【００６７】
以上のように、トナーボトルＴの回転方向に複数の電極Ａ〜Ｊを配置して隣り合う電極の検出値の差分が最も大きくなる箇所をトナー層と空気層の境界であると判断することによってトナー表面高さを決定し、トナー量を算出する。差分を算出することによって環境変化の影響を相殺し、高精度に現像剤層と空気層の境界を検出することができる。本実施例によれば、環境変化の影響を低減し、高精度にトナー量を検出することができる。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。隣り合う電極の検出値の差分が所定値以上となる箇所をトナー層と空気層の境界位置であると判断することによってトナー表面高さを特定する手法を用いても同様の効果を得ることができる。
【００６８】
（トナー量検出処理）
以下、図１５を用いて、トナーボトルＴ内のトナー量を検出するトナー量検出処理を説明する。図１５は、ＣＰＵ１０１によって実行される実施例２のトナー量検出処理を示す流れ図である。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１１２に保存されたプログラムに従ってトナー量検出処理を実行する。図１５に示す実施例２のステップＳ２０１、Ｓ２０２及びＳ２０３の処理は、図１２に示す実施例１のステップＳ１０１、Ｓ１０２及びＳ１０３の処理と同様であるので説明を省略する。
【００６９】
ＣＰＵ１０１は、各電極Ａ〜Ｊの検出結果に基づいて、隣り合う電極の検出値の差分の値を算出する（Ｓ２０４）。ＣＰＵ１０１は、算出した差分の値が所定値Ｖ０以上か否かを判断する（Ｓ２０５）。所定値Ｖ０は、算出した差分に基づいてトナー層と空気層の境界を特定できる状態であるか否かを判断するための閾値である。算出した差分の値が所定値Ｖ０以上でない場合、即ち隣り合う電極の検出値に大きな差が無い場合、トナーボトルＴは、どの電極の箇所にもトナーが有る状態にあるか又はどの電極の箇所にもトナーが無い状態にある。このような状態では、各電極間にトナー層と空気層の境界は存在せず、トナー層と空気層の境界を特定することはできない。よって、算出した差分の値が所定値Ｖ０以上ではない場合（Ｓ２０５でＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、ＥＥＰＲＯＭ１１７に保存されたトナーボトルＴの補給数に基づいてトナー量を推測する。具体的には、ＣＰＵ１０１は、補給数が所定値Ｖ１以下であるか否かを判断する（Ｓ２１０）。補給数が所定値Ｖ１以下である場合（Ｓ２１０でＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、トナーボトルＴがまだほとんどトナーを排出していない新品に近い状態であると推測し、トナー量は９０％以上であると判断する（Ｓ２１１）。補給数が所定値Ｖ１以下ではない場合（Ｓ２１０でＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、補給数が所定値Ｖ２以上であるか否かを判断する（Ｓ２１２）。補給数が所定値Ｖ２以上である場合（Ｓ２１２でＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、トナーボトルＴがほとんど空の状態であると推測し、トナー量は５％未満であると判断する（Ｓ２１３）。補給数が所定値Ｖ２以上でない場合、トナーボトルＴはトナー量が検出できない状態であると判断される。そこで、補給数が所定値Ｖ２以上でない場合（Ｓ２１２でＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、今回の補給数（Ｓ２０２で補給した数）と、前回算出したトナー量（トナー量検出処理が開始される前のトナー量）に基づいてトナー量を算出する。具体的には、前回算出されたトナー量から今回のトナー補給量を減算し、トナー量を算出する（Ｓ２１４）。補給によってトナーボトルＴから排出されるトナー量は予めＥＥＰＲＯＭ１１７に記憶されている。ＣＰＵ１０１は、算出したトナー量をＥＥＰＲＯＭ１１７に記憶し（Ｓ２０８）、算出したトナー量に基づいてＵＩのトナー量表示を更新し（Ｓ２０９）、トナー量検出処理を終了する。
【００７０】
算出した隣り合う電極の検出値の差分の値が所定値Ｖ０以上である場合（Ｓ２０５でＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、算出した差分からトナー層と空気層の境界を特定する（Ｓ２０６）。トナー層と空気層の境界位置の特定は、隣り合う電極の検出値の差分のうち、最大となる箇所に基づいて特定するか又は所定値以上となる箇所に基づいて特定することによって行われる。ＣＰＵ１０１は、特定した境界位置に基づいて、図１１及び式（１）からトナー量を算出する（Ｓ２０７）。ＣＰＵ１０１は、算出したトナー量をＥＥＰＲＯＭ１１７に記憶し（Ｓ２０８）、算出したトナー量に基づいてＵＩのトナー量表示を更新し（Ｓ２０９）、トナー検出処理を終了する。
【００７１】
以上のように、トナーボトルＴの回転方向に複数の電極Ａ〜Ｊを配置して隣り合う電極の検出値の差分が所定値以上となる箇所をトナー層と空気層の境界位置であると判断し、トナー量を算出する。差分を算出することによって環境変化の影響を相殺し、高精度に現像剤層と空気層の境界を検出することができる。本実施例によれば、環境変化の影響を低減し、高精度にトナー量を検出することができる。
【符号の説明】
【００７２】
２００・・・画像形成装置
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・・・感光体
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ・・・露光器（露光手段）
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ・・・現像器（現像手段）
Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ・・・トナーボトル（収容容器）
１０３・・・モータ駆動部（駆動手段）
１１５・・・トナーボトル駆動モータ（駆動手段）
１１６ａ〜１１６ｌ・・・電極（静電容量発生部）
１０６・・・トナー量センサ出力検出部（静電容量検出手段）
５０・・・制御部
【図１】
2020034780.tif 000003
【図２】
2020034780.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020034780.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2020034780.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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