(57)【要約】【課題】環境変化や経年変化の影響を抑制してトナー残量を正確に判定する。【解決手段】トナー検出部１５０の検知部Ｅは、バッファ３０内のトナー量に応じた静電容量の値（計測値Ｒａｗ）を出力する。ＣＰＵ５０１は、トナーラインと基準ラインとに基づいて、バッファ３０内のトナー残量を判定する。その際ＣＰＵ５０１は、計測値Ｒａｗの直近の所定時間（０．５ｓｅｃ）当たりの変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）を算出し、変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）に基づいてトナーライン及び基準ラインを更新する。【選択図】図８
2018077277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体と、
静電潜像を形成するために前記感光体を露光する露光手段と、
前記感光体上の前記静電潜像を現像する現像手段と、
トナーを収容した収容容器を回転して前記収容容器から前記現像手段へトナーを補給する補給手段と、
前記現像手段に設けられた検知部を有し、前記検知部の周囲の静電容量に応じた信号値を出力する出力手段と、
前記出力手段から出力された信号値と基準値とに基づいて、前記現像手段のトナーの量を検知する検知手段と、を有し、
前記検知手段は、所定時間において前記出力手段から出力された前記信号値の変動量が閾値より小さければ、前記信号値に基づいて前記基準値を更新することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記検知手段は、前記所定時間当たりの前記信号値の変動量が前記閾値未満または前記閾値以下であるという状態が閾時間継続すると、前記基準値を前記出力手段の現在の信号値に更新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】
前記検知手段は、前記状態でなくなると、現在のトナー残量を示す現在トナー値を前記出力手段の現在の信号値に更新することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記現在トナー値と前記基準値との差分と所定量とに基づいて、前記トナー残量が補給必要量を満たすか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記検知手段は、前記現在トナー値と前記基準値との差分を積分した値が前記所定量未満または前記所定量以下となると、前記トナー残量が前記補給必要量を満たさないと判定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】
感光体と、
静電潜像を形成するために前記感光体を露光する露光手段と、
前記感光体上の前記静電潜像を現像する現像手段と、
トナーを収容した収容容器を回転して前記収容容器から前記現像手段へトナーを補給する補給手段と、
前記現像手段のトナー量が変化する方向における互いに異なる位置に配置された第１の検知部及び第２の検知部を有し、各々の前記検知部の周囲の静電容量に応じた信号値を出力する出力手段と、
前記出力手段の前記第１の検知部及び前記第２の検知部の少なくとも一方に対応して基準値を設定し、前記第１の検知部及び前記第２の検知部からそれぞれ出力された信号値と前記基準値とに基づいて、前記現像手段のトナーの量を検知する検知手段と、を有し、
前記検知手段は、所定時間における前記第１の検知部の信号値と前記第２の検知部の信号値との差分の変動量が閾値より小さければ、対応する検知部の信号値に基づいて前記基準値を更新することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記検知手段は、前記所定時間当たりの前記第１の検知部の信号値と前記第２の検知部の信号値との前記差分の変動量が閾値未満または前記閾値以下であるという状態が閾時間継続すると、前記基準値を、対応する検知部の現在の信号値に更新することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記検知手段は、前記状態でなくなると、現在のトナー残量を示す現在トナー値を、対応する検知部の現在の信号値に更新することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記検知手段は、前記現在トナー値と前記基準値との差分と所定量とに基づいて、前記トナー残量が補給必要量を満たすか否かを判定することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記検知手段は、前記現在トナー値と前記基準値との差分を積分した値が前記所定量未満または前記所定量以下となると、前記トナー残量が前記補給必要量を満たさないと判定することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記第１の検知部は、前記第２の検知部に対し、前記現像手段のトナー量が増加する方向に配置され、
前記検知手段は、前記現在トナー値及び前記基準値を、前記第１の検知部及び前記第２の検知部のそれぞれに対応して設定し且つ更新し、前記第１の検知部に対応する前記現在トナー値及び前記基準値に基づいて前記トナー残量が補給必要量を満たすことを判定し、前記第２の検知部に対応する前記現在トナー値及び前記基準値に基づいて前記トナー残量が前記補給必要量を満たさないことを判定することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記検知手段は、前記現像手段のトナーの量が補給必要量を満たさないと判定するとトナーを補給するよう制御することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
感光体と、
静電潜像を形成するために前記感光体を露光する露光手段と、
前記感光体上の前記静電潜像を現像する現像手段と、
トナーを収容した収容容器を回転して前記収容容器から前記現像手段へトナーを補給する補給手段と、
前記現像手段に設けられた検知部を有し、前記検知部の周囲の静電容量に応じた信号値を出力する出力手段と、を有する画像形成装置の制御方法であって、
前記出力手段から出力された信号値と基準値とに基づいて、前記現像手段のトナーの量を検知するステップと、
所定時間において前記出力手段から出力された前記信号値の変動量が閾値より小さければ、前記信号値に基づいて前記基準値を更新するステップと、を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【請求項１４】
感光体と、
静電潜像を形成するために前記感光体を露光する露光手段と、
前記感光体上の前記静電潜像を現像する現像手段と、
トナーを収容した収容容器を回転して前記収容容器から前記現像手段へトナーを補給する補給手段と、
前記現像手段のトナー量が変化する方向における互いに異なる位置に配置された第１の検知部及び第２の検知部を有し、各々の前記検知部の周囲の静電容量に応じた信号値を出力する出力手段と、を有する画像形成装置の制御方法であって、
前記出力手段の前記第１の検知部及び前記第２の検知部の少なくとも一方に対応して基準値を設定し、前記第１の検知部及び前記第２の検知部からそれぞれ出力された信号値と前記基準値とに基づいて、前記現像手段のトナーの量を検知するステップと、
所定時間における前記第１の検知部の信号値と前記第２の検知部の信号値との差分の変動量が閾値より小さければ、対応する検知部の信号値に基づいて前記基準値を更新するステップと、を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーを用いて画像を形成する画像形成装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機やプリンタとの画像形成装置には、トナー（現像剤）を収容する容器内のトナー残量を判定する機能を有したものがある。トナーの残量を静電容量方式で計測する場合、各種部品の製造や組立のバラツキ等によって静電容量の絶対量に個体差が生じることから、一律に同じ閾値で残量判定するとバラツキが大きくなったり誤検知が生じたりする恐れがある。そこで特許文献１は、トナーが空の状態での静電容量に応じた計測値を予め記憶メモリに格納し、格納した情報に基づいてトナー有無判定の基準閾値を補正することで、装置個体差によらず高精度な残量検知を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８６９８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１の技術では、装置ごとの初期個体差は補正できるが、環境（温度、湿度）変化や構成部材の経年変化によって生じる静電容量変化については補正することが出来ない。そのため、装置の初期調整後に生じる環境変化や経年変化による静電容量の変動、すなわちドリフト変化が大きくなるとトナー残量を正確に判定できない恐れがある。
【０００５】
本発明は、環境変化や経年変化の影響を抑制してトナー残量を正確に判定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は、感光体と、静電潜像を形成するために前記感光体を露光する露光手段と、前記感光体上の前記静電潜像を現像する現像手段と、トナーを収容した収容容器を回転して前記収容容器から前記現像手段へトナーを補給する補給手段と、前記現像手段に設けられた検知部を有し、前記検知部の周囲の静電容量に応じた信号値を出力する出力手段と、前記出力手段から出力された信号値と基準値とに基づいて、前記現像手段のトナーの量を検知する検知手段と、を有し、前記検知手段は、所定時間において前記出力手段から出力された前記信号値の変動量が閾値より小さければ、前記信号値に基づいて前記基準値を更新することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、環境変化や経年変化の影響を抑制してトナー残量を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】画像形成装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】トナー補給機構の模式的断面図である。
【図３】画像形成装置の概略の制御ブロック図である。
【図４】トナー検出部をバッファの外壁面に接触している方向から見た図である。
【図５】静電容量計測の基本動作原理の説明図（図（ａ）、検知部の充放電波形を示す図（図（ｂ））である。
【図６】静電容量変化の特性図である。
【図７】計測値、基準ライン及びトナーラインのタイムチャートの一例である。
【図８】トナー判定処理のフローチャートである。
【図９】トナー補給関連処理のフローチャートである。
【図１０】トナー検出部をバッファの外壁面に接触している方向から見た図である。
【図１１】トナー判定処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す断面図である。画像形成装置１００は、感光体として機能する感光ドラム１と、この感光ドラム１を帯電する帯電器２と、感光ドラム１を露光して静電潜像を形成する露光装置３（露光手段）とを有する。さらに画像形成装置１００は、現像器４、バッファ３０、トナーボトル３１（収容容器）、転写ローラ５、ドラムクリーナ６等を有する。現像器４は、感光ドラム１上に形成された静電潜像を、トナー（現像剤）を用いてトナー像として顕像化する。トナーボトル３１には補給用のトナーが収容されている。トナーボトル３１は不図示の装着部に装着される。バッファ３０は、トナーボトル３１から現像器４へ補給するためのトナーを一次的に蓄える。トナーボトル３１からバッファ３０へ供給されたトナーは、バッファ３０から現像器４へ供給される。転写ローラ５は、紙などの記録材Ｐ上にトナー像を転写する。ドラムクリーナ６は、トナー像を転写した後に感光ドラム１上に残留したトナーを除去する。転写ローラ５によりトナー像が転写された記録材Ｐは定着器７へと搬送される。定着器７は、加熱ローラ７１及び加圧ローラ７２を有しており、記録材Ｐに担持されたトナー像を熱と圧力によって定着させる。
【００１１】
次に画像形成装置１００の画像形成動作について説明する。画像形成装置１００は操作部２２を有する。画像形成装置１００はＣＰＵ５０１（図３）によって制御される。ＣＰＵ５０１（図３）は、例えば、ＰＣ（不図示）などの外部装置から画像データが転送されたことに応じて画像形成動作を開始する。また、例えば、ＣＰＵ５０１（図３）は操作部２２から画像形成を開始する指示が入力されたことに応じて画像形成動作を開始する。画像形成動作が開始されると、ＣＰＵ５０１（図３）は、不図示のモータによって感光ドラム１を図１の矢印方向へ回転させ、帯電器２により感光ドラム１の表面を一様に帯電させる。露光装置３は、画像データに基づいて感光ドラム１を露光する。これにより、感光ドラム１の表面に静電潜像が形成される。感光ドラム１上の静電潜像は、現像器４のトナーによって顕像化されると、トナー像として感光ドラム１上に担持される。現像器４が感光ドラム１の（感光体上の）静電潜像を現像すると現像器４内のトナー量は減少する。そのため、バッファ３０から現像器４へトナーが供給される。感光ドラム１上に顕像化されたトナー像は感光ドラム１の矢印方向への回転に伴い、転写ローラ５と感光ドラム１との間の転写部Ｎへと搬送される。
【００１２】
これら一連の画像形成動作を行う一方で、給紙カセット８内の記録材Ｐがピックアップローラ８１により１枚ずつ送り出され、転写部Ｎへ向けて搬送される。記録材Ｐは、給紙ローラ対８２及び搬送ローラ対８３によって搬送され、レジストレーションローラ８４によって、記録材Ｐを転写部Ｎへ送り出すタイミングが調整される。レジストレーションローラ８４は、感光ドラム１上のトナー画像と記録材Ｐとが適正なタイミングで接触するように、記録材Ｐを転写部Ｎへと搬送する。転写ローラ５には不図示の高圧電源から転写電圧が印加される。感光ドラム１上のトナー像と記録材Ｐとが転写部Ｎに進入すると、感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐ上に転写される。転写部Ｎでトナー像が転写された記録材Ｐは定着器７へと搬送される。定着器７では、加熱ローラ７１及び加圧ローラ７２が記録材Ｐを挟持しつつ搬送し、加熱ローラ７１内に設けられた不図示のヒータにより加熱することで、トナー像を記録材Ｐへと定着させる。その後、トナー像を定着された記録材Ｐは、排出ローラ対８５により画像形成装置１００から排出される。
【００１３】
次に、トナー検出部１５０（出力手段）が取り付けられたバッファ３０を含めたトナー補給機構について図２を用いて説明する。図２は、トナー補給機構の模式的断面図である。このトナー補給機構は、画像形成装置１００に交換可能に装着されるトナーボトル３１から、バッファ３０を介して現像器４へトナーを補給する。トナーボトル３１は内部に螺旋状の凸部が形成されている。補給手段としてのトナーボトル駆動モータ２０１（図３）がトナーボトル３１を回転することによって、トナーボトル３１内のトナーがトナーボトル３１の排出口へ搬送される。そして、トナーボトル３１内のトナーが排出口からバッファ３０へ排出される。バッファ３０及び現像器４が現像手段を構成する。
【００１４】
後述するＣＰＵ５０１（図３）は、バッファ３０に取り付けられたトナー検出部１５０からの検出信号に基づいて、バッファ３０へトナーボトル３１からトナーを補充したり、補充を停止したりする。バッファ３０から現像器４へは、トナー搬送部３２によって、画像形成条件や現像器４の中の現像剤の状態に応じて必要な量のトナーが供給される。なお、現像剤は磁性体のキャリアと非磁性のトナーとを含む二成分現像剤である。現像器４は、現像器４内の現像剤を撹拌する現像剤撹拌部４１を備える。現像器４は現像剤を担持する現像剤保持ローラ４２を有し、現像剤保持ローラ４２が回転して感光ドラム１と現像剤保持ローラ４２とが近接する現像領域へ現像剤を搬送する。そして、現像剤保持ローラ４２上に保持された現像剤によって感光ドラム１上の静電潜像が現像されて顕像化される。
【００１５】
トナーボトル３１からバッファ３０へのトナー補給時に、トナーボトル３１を、例えば２ｓｅｃで１回転する。１回のトナー補給動作でトナーボトル３１が少なくとも１回転以上動くように、２ｓｅｃ以上連続してトナーボトル３１が回転する。このとき、トナーボトル３１から約４ｇのトナーがバッファ３０へ補充される。
【００１６】
また、バッファ３０はトナー搬送部３２を備える。トナー搬送部３２は例えばスクリューである。トナー搬送部３２は、スクリューの１回転で約０．２ｇのトナーを、バッファ３０から現像器４へ排出できる。トナー排出時には、トナー搬送部３２のスクリューが１回転単位で動作するように、不図示のスクリュー回転検知センサを用いてトナー搬送駆動モータ２０２（図３）の停止タイミングが制御される。なお、スクリューの１回転に要する時間は０．３ｓｅｃ以下となるように、トナー搬送駆動モータ２０２の駆動電力が制御される。
【００１７】
図３は、画像形成装置１００の概略の制御ブロック図である。ＣＰＵ５０１は、画像形成装置１００の各種センサやモータなどを電子写真プロセスに沿って動作させるために各種命令信号の生成や演算処理を実行する機能を有する。ＣＰＵ５０１はＲＯＭ（不図示）に記憶されている制御プログラムに従って動作する。メモリ５０２は、画像形成装置１００の電源が落ちても不図示のバッテリによってデータを保持できる。トナーボトル駆動モータ２０１はトナーボトル３１を回転駆動する。トナー搬送駆動モータ２０２はトナー搬送部３２（スクリュー）を回転駆動する。モータ駆動部５０３は、ＣＰＵ５０１の制御命令に従いトナーボトル駆動モータ２０１を駆動する。モータ駆動部５０４は、ＣＰＵ５０１の制御命令に従いトナー搬送駆動モータ２０２を駆動する。
【００１８】
トナー検出部１５０は、バッファ３０内のトナー量に応じて変化する静電容量を計測する計測部１５５を有しており、バッファ３０内に十分なトナー量を検出する。ＣＰＵ５０１は、トナー検出部１５０の検出結果に基づいて、環境変化や経年変化による静電容量の変化を補正して、高精度な補給制御を実施する。ＣＰＵ５０１は、バッファ３０内のトナー量が所定量より少なければ、モータ駆動部５０３及びモータ駆動部５０４への制御命令を生成する。
【００１９】
続いて、トナー検出部１５０の構成について図４を用いて説明する。図４は、トナー検出部１５０をバッファ３０の外壁面に接触している方向から見た図である。ガラスエポキシ樹脂から成る基材１５１に検出電極である検知部Ｅが形成されている。検知部Ｅの外周にはＧＮＤパターン１５２が形成され、電界の広がりに制限がかけられている。検知部Ｅと反対側で、バッファ３０と接触しない側の基材１５１の面には、静電容量を電気的に計測するための計測部１５５（図３）を含む電気部品類が実装されている。
【００２０】
トナー検出部１５０の検知部ＥとＧＮＤパターン１５２との間の静電容量を計測部１５５で電気的に測定する基本動作原理について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、トナー検出部１５０による静電容量計測の基本動作原理の説明図である。図５（ｂ）は、検知部Ｅの充放電波形を示す図である。
【００２１】
図５（ａ）に示すように、検知部Ｅは等価的にコンデンサＣとして表すことができる。計測部１５５は、充放電制御４０７を有する。検知部Ｅは、充放電により充電電圧が図５（ｂ）に示すように変化する。充放電制御４０７は、定電流源４０１から検知部Ｅへ定電流を供給して充電する。充電電圧が１．５ｖに達したか否かをコンパレータ回路であるＣｏｍｐ４０４が判定する。１．５ｖに達したら、充放電制御４０７は充電経路ＳＷ４０２を非導通にすると共に放電経路ＳＷ４０３を導通状態にして検知部Ｅから放電する。そして、検知部Ｅの電圧が０．５ｖを下回ったか否かをコンパレータ回路であるＣｏｍｐ４０５が判定する。０．５ｖを下回ったら、充放電制御４０７は再び充電経路ＳＷ４０２を導通状態にすると共に放電経路ＳＷ４０３を非導通として検知部Ｅへの充電を行う。
【００２２】
以上のように検知部Ｅへの充放電動作が充放電制御４０７からの制御命令によって繰り返される。そして、充放電制御中において、計測カウンタ４０６は所定時間内に検知部Ｅの電圧が充電電圧１．５ｖに何回達したかをカウントしている。検知部Ｅの静電容量が増加すると充電放電時間が長くなり、カウント値が減少する。逆に検知部Ｅの静電容量が減少すると充放電時間が短くなるのでカウント値が増加する。すなわち、検知部Ｅの静電容量とカウント値とは反比例する。そのため、計測部１５５は、所定時間あたりの計測カウンタ４０６の最大カウント値から計測カウンタ４０６で計測したカウント値を差し引いた値を、静電容量計測値Ｒａｗとする。なお、最大カウント値は、例えば、４０９５とする。これにより、検知部Ｅの静電容量と計測値Ｒａｗとが略比例関係になる。計測値Ｒａｗは、バッファ３０内のトナー量に応じた（検知部Ｅの周囲の静電容量に応じた）信号値（出力値）に該当する。
【００２３】
次に、静電容量のドリフト変化を補正する技術について図６、図７で説明する。図６は、トナー補給排出および環境変化に伴う所定時間当たりの静電容量変化の特性図である。所定時間当たりのトナー変化量については、トナー補給時よりもトナー排出時の方が少ない。そこで本実施の形態では、トナー排出による静電容量変化を確実に計測できるように、所定時間として、トナー排出１回の動作時間よりも長い０．５ｓｅｃを採用し、０．５ｓｅｃ間における静電容量変化を算出している。しかし所定時間の値はこの値に限定にされない。
【００２４】
図６に示すように、トナー補給時の０．５ｓｅｃ当たりの容量変化は０．０２５ｐＦ／０．５ｓｅｃ、トナー排出時の０．５ｓｅｃ当たりの容量変化は−０．００５ｐＦ／０．５ｓｅｃとなっている。環境変化に関しては例えば、冬場のオフィス環境を想定し、早朝の低温低湿環境（温度５°Ｃ、湿度４０％ＲＨ）から空調をＯＮにして、常温常湿環境（温度２５°Ｃ、湿度５０％ＲＨ）へ１時間程度で変化していく環境変化であると仮定する。この場合、環境変化による０．５ｓｅｃ当たりの静電容量変化はトナー補給時および排出時よりも遅く、０．０００１ｐＦ／０．５ｓｅｃ程度である。このようにトナー補給時および排出時に対して環境変化による静電容量の変化速度は遅い。それゆえ、所定時間当たりの変化量、つまり静電容量の速度変化成分を計測することで、トナーの補給や排出による静電容量変化なのか、環境変化による静電容量変化なのかを判別することが可能となる。ＣＰＵ５０１は、例えば、判定閾値Ｔｈ１を±０．００１ｐＦ／０．５ｓｅｃとして静電容量変化の要因を判別する。図６に示した特性値は、トナーの種類、トナー補給や排出の機構に関わる装置構成によって変化するため、予め実験によって判定閾値Ｔｈ１を設定することが望ましい。
【００２５】
続いて、所定時間当たりの変化量（変動量）の算出について説明する。まず、検知部Ｅの静電容量値（検知部ＥとＧＮＤパターン１５２との間の静電容量）に応じた計測値Ｒａｗが計測部１５５の内部で生成される。計測値Ｒａｗは１０ｍｓ間隔で順次生成されるものとする。ＣＰＵ５０１は、順次生成される計測値Ｒａｗに基づいて以下の演算を実行する。式（１）では現在の計測値Ｒａｗ（Ｎ）と前回の計測値Ｒａｗ（Ｎ−１）との差分により、微分値Ｄｉｆｆ（Ｎ）が算出される。
Ｄｉｆｆ（Ｎ）＝Ｒａｗ（Ｎ）−Ｒａｗ（Ｎ−１）……（１）
【００２６】
次にＣＰＵ５０１は、式（２）により、計測値Ｒａｗの変化度合い、すなわち、直近の所定時間（０．５ｓｅｃ）当たりの計測値Ｒａｗの変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）を算出するために、過去５０回分の微分値Ｄｉｆｆを積分処理する。つまり、ＣＰＵ５０１は、Ｄｉｆｆ（Ｎ）からＤｉｆｆ（Ｎ−１）までの総和を算出する。この変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）が、０．５ｓｅｃ間に変化した量を表している。０．５ｓｅｃごとの変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）は計測周期１０ｍｓ間隔で順次生成されるものとする。
Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）＝Ｄｉｆｆ（Ｎ）＋Ｄｉｆｆ（Ｎ−１）＋・・・＋Ｄｉｆｆ（Ｎ−４８）＋Ｄｉｆｆ（Ｎ−４９）……（２）
【００２７】
次にＣＰＵ５０１は、式（１）、（２）に基づいて算出した０．５ｓｅｃ当たりの変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）と、静電容量変化がトナー量変化（補給または排出）に起因するか環境や経年変化に起因するかを切り分けるための判定閾値Ｔｈ１とを比較する。現在の変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）が判定閾値Ｔｈ１よりも小さい（判定閾値未満）状態が、１ｓｅｃの間（１００サンプル分）継続した場合、ＣＰＵ５０１は環境や経年変化に起因して計測値Ｒａｗの変動が生じていると判定する。そこで、ＣＰＵ５０１は、基準ライン（ＢａｓｅＬｉｎｅ）が現在の計測値Ｒａｗ（Ｎ）に更新される。すなわち、ＣＰＵ５０１は、現在の計測値Ｒａｗ（Ｎ）を新たな基準ラインとする。ＣＰＵ５０１は、本発明における検知手段としての役割を果たす。
【００２８】
一方、１ｓｅｃの間に変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）が判定閾値Ｔｈ１以上であった場合は、ＣＰＵ５０１は補給または排出によってバッファ４０内のトナーの量が変化したと判定する。ＣＰＵ５０１はトナーライン（ＴｏｎｅｒＬｉｎｅ）を現在の計測値Ｒａｗ（Ｎ）に更新する。すなわち、ＣＰＵ５０１は、現在の計測値Ｒａｗ（Ｎ）を新たなトナーラインとする。
【００２９】
以上の処理によって、環境変化や経年変化による変化速度の遅いドリフト変化は読み捨てられる。従って、基準ライン及びトナーラインを更新しつつ両者の差分を監視することで、環境変化や経年変化による静電容量のドリフト成分を抑制して、真のトナー量変化による静電容量変化分だけを抽出することが可能となる。この様子を図７（ａ）、（ｂ）に模式図として示した。
【００３０】
図７（ａ）、（ｂ）は、計測値Ｒａｗ、基準ライン及びトナーラインのタイムチャートの一例である。太実線が計測値Ｒａｗ、細実線がトナーライン、点線が基準ラインを示す。特に、図７（ａ）では途中でトナー補給がなされた場合を示し、図７（ｂ）では途中でトナー排出がなされた場合を例示する。トナーラインは、現在のトナー残量を示す現在トナー値である。基準ラインは、トナー残量の判定のためにトナーラインと比較される基準となる基準値である。計測値Ｒａｗの傾き（変化度合い）が小さい（０．０００１ｐＦ／０．５ｓ）期間では、基準ライン及びトナーラインのうち基準ラインだけが更新され、ドリフト変化が取り込まれていく。計測値Ｒａｗの傾きが大きい（トナー補給時＝０．０２５ｐＦ／０．５ｓ、トナー排出時＝０．００５ｐＦ／０．５ｓ）期間では、トナーラインだけが更新されていく。なお、トナー補給や排出の時間は厳密に管理されるものではないので、それらの態様によって多少のバラツキは生じる。従って、図７（ｂ）に示すトナー排出の期間においても、図７（ａ）と同様にトナーラインが小刻みに更新される場合もあり得る。
【００３１】
図８は、トナー判定処理のフローチャートである。このフローチャートの処理は、ＣＰＵ５０１が備える記憶部に格納された制御プログラムをＣＰＵ５０１が読み出して実行することにより実現される。この処理は、後述する図９のステップＳ２０２で計測動作の開始が指示されると開始される。
【００３２】
まず、ステップＳ１０１では、ＣＰＵ５０１は、トナー検出部１５０の検知部Ｅにより現在の静電容量を計測し、Ｒａｗ（Ｎ）データを生成する。なお、静電容量の計測周期は約１０ｍｓｅｃであるとし、従って、ステップＳ１０１での静電容量の計測は、前回の計測から１０ｍｓを待って実行される。ステップＳ１０２では、ＣＰＵ５０１は、今回の変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）を式（１）、式（２）に基づいて算出する。そして、ステップＳ１０３で、ＣＰＵ５０１は、変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）と判定閾値Ｔｈ１とを比較し、Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）＜Ｔｈ１が成立するか否かを判別する。なお、一例として、判定閾値Ｔｈ１としては符号が正の０．００１ｐＦを用い、変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）については絶対値を用いるとする。
【００３３】
ステップＳ１０３の判別の結果、Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）＜Ｔｈ１が成立する場合は、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ１０４に移行し、基準ライン判別カウンタをカウントアップする。そしてステップＳ１０６で、所定カウント値ＣＴｈと比較し、基準ライン判別カウンタが所定カウント値ＣＴｈより大きいか否かを判別する。ここで、静電容量の計測周期は約１０ｍｓｅｃである。変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）が判定閾値Ｔｈ１よりも小さい状態が閾時間（約１ｓｅｃ）継続するかどうかを判断するために、時間換算で約１ｓｅｃとなるように所定カウント値ＣＴｈの値は１００に設定されている。なお、閾時間は例示の値に限定されないが、静電容量の計測周期より長くなるように設定される。そして、ＣＰＵ５０１は、基準ライン判別カウンタ＞所定カウント値ＣＴｈが成立しない場合は、処理をステップＳ１０９に進める。一方、基準ライン判別カウンタ＞所定カウント値ＣＴｈが成立すると、Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）＜Ｔｈ１となる状態が閾時間継続したので、環境変化や経年変化により少しずつ静電容量が変化したものと推定できる。そこでＣＰＵ５０１は、ステップＳ１０７へ移行して、現在の計測値Ｒａｗ（Ｎ）で基準ラインを更新してから、処理をステップＳ１０９に進める。これにより、静電容量のドリフト変化の影響が抑制される。
【００３４】
一方、ステップＳ１０３の判別の結果、Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）＜Ｔｈ１が成立しない場合は、ＣＰＵ５０１は、静電容量が環境変化や経年変化ではなくトナー補給や排出によって変動したと推定できる。そこでＣＰＵ５０１は、ステップＳ１０５で、基準ライン判別カウンタをクリアしてゼロにし、さらに、ステップＳ１０８で現在の計測値Ｒａｗ（Ｎ）でトナーラインを更新する。その後、処理はステップＳ１０９に進む。
【００３５】
ステップＳ１０９では、ＣＰＵ５０１は、トナーラインと基準ラインとの差分（トナーライン−基準ライン）を、現在の差分値であるトナー変化量として算出する。次にステップＳ１１０では、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ１０９で算出したトナー変化量を積分し、すなわち今回のトナー変化量を積分演算した値としてトナー変化総量を算出する。トナー変化量を積分することでトナー変化量の総量を把握することができる。
【００３６】
そして、ステップＳ１１１で、ＣＰＵ５０１は、算出したトナー変化総量に基づいてトナーの有無を判定する。具体的には、ＣＰＵ５０１は、トナー変化総量＜所定量が成立するか否かを判別する。ここで、所定量は補給必要量に対応する値に設定されている。すなわち、トナー変化総量＜所定量（つまりトナー変化総量が所定値未満）が成立するということは、それぞれ、現在のトナー量が補給必要量を満たさないことを意味する。逆に、トナー変化総量≧所定量（つまりトナー変化総量が所定値以上）が成立するということは、現在のトナー量が補給必要量を満たすことを意味する。そして、現在のトナー量が補給必要量を満たさないことを「トナー無し」、現在のトナー量が補給必要量を満たすことを「トナー有り」と定義する。なお、トナーラインと基準ラインとの差分の算出に際し、「基準ライン−トナーライン」として符号を例示とは逆にしてもよく、その場合は、トナー変化総量と所定量との大小比較における不等号の向きは例示とは逆になる。
【００３７】
なお、ステップＳ１１１での判定結果（トナー有り／無し）の情報は、ＣＰＵ５０１の記憶部に記憶され、判定結果が変わるごとに更新される。ステップＳ１１１の後、処理はステップＳ１０１に戻る。従って、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１１の制御フローが繰り返し実行される。
【００３８】
次に、トナー検出部１５０の初期化及びバックアップ制御、さらにはトナー補給制御について図９で説明する。図９は、トナー補給関連処理のフローチャートである。このフローチャートの処理は、ＣＰＵ５０１が備える記憶部に格納された制御プログラムをＣＰＵ５０１が読み出して実行することにより実現される。この処理は、画像形成装置１００のメイン電源がオンにされると開始される。
【００３９】
まず、ステップＳ２０１で、ＣＰＵ５０１は、トナー検出部１５０を初期化する。次に、ステップＳ２０２で、ＣＰＵ５０１は、トナー検出部１５０による計測動作を開始させる。そして、ステップＳ２０３では、ＣＰＵ５０１は、トナー有無判定を実行する。ここでは、ＣＰＵ５０１は、図８のステップＳ１１１で記憶された最新の判定結果（トナー有り／無し）の情報を参照してトナー有無を判定する。そしてステップＳ２０４では、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ２０３での判定結果が「トナー無し」状態であるか否かを判別する。その判別の結果、判定結果が「トナー無し」状態である場合は、トナー補給の必要があるので、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ２０５で、トナーボトル３１からのトナー補給制御を実行する。一方、判定結果が「トナー有り」状態であった場合には、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ２０６で、トナー補給制御を停止（停止されている場合は停止状態を維持）する。
【００４０】
ステップＳ２０５、Ｓ２０６の後、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ２０７で、画像形成装置１００のメイン電源がＯＦＦにされたか否かを判別する。そして、メイン電源がＯＦＦにされない限り、ステップＳ２０３〜Ｓ２０７の処理は繰り返され、メイン電源がＯＦＦにされると、処理はステップＳ２０８へ進む。ステップＳ２０８では、ＣＰＵ５０１は、トナー検出部１５０の各種データをメモリ５０２へ格納する制御を実行する。ここで、各種データとは、トナー検出部１５０内部で演算された基準ラインデータや、トナーラインデータ、トナー変化量の積分値などの演算値である。これらのデータは、ステップＳ２０１の初期化時にトナー検出部１５０内部のＲＡＭ（不図示）へ設定される。ステップＳ２０８では、ＣＰＵ５０１は、トナー検出部１５０などへ供給される電源も含めて装置全体を電源ＯＦＦ状態として、図９の処理を終了させる。
【００４１】
本実施の形態によれば、ＣＰＵ５０１は、トナーラインと基準ラインとに基づいて、バッファ内のトナー残量を判定する。その際ＣＰＵ５０１は、計測値Ｒａｗの直近の所定時間（０．５ｓｅｃ）当たりの変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）を算出し、変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）に基づいてトナーライン及び基準ラインを更新する。すなわち、変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）が判定閾値Ｔｈ１未満の状態が閾時間（ＣＴｈ）継続すると、基準ラインが現在の計測値Ｒａｗで更新されるので、環境変化や経年変化の影響を抑制できる。また、変化量Ｉｎｔｅｇ（Ｎ）が判定閾値Ｔｈ１未満でなくなると、トナーラインが現在の計測値Ｒａｗで更新されるので、大きな変動はトナー残量の真の変化とみなされる。よって、環境変化や経年変化の影響を抑制してトナー残量を正確に判定することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態において、トナー検出部１５０は検知部Ｅを複数備えるものであってもよい。例えば、少なくとも１つの検知部Ｅはバッファ３０の外壁面に接触しているが、他の検知部Ｅはバッファ３０の外壁面に接触していないような構成が考えられる。その構成の場合でも、外壁面に接触していてバッファ３０内のトナー残量変化を検知できる少なくとも１つの検知部Ｅを用いてトナー残量の判定を行ってもよい。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態では、トナー検出部１５０における電極構造と、それに伴う計測データの演算処理方法の一部が第１の実施の形態とは異なり、それ以外の構成は第１の実施の形態と同様である。従って、第１の実施の形態に対して、図４、図８に代えて図１０、図１１を用いて第２の実施の形態を説明する。
【００４４】
図１０は、本実施の形態におけるトナー検出部１５０をバッファ３０の外壁面に接触している方向から見た図である。基材１５１は第１の実施の形態と同様にガラスエポキシ樹脂で成り、基材１５１上に検出電極である検知部Ｅ１、Ｅ２という２つの電気的に独立した電極パターンが形成されている。検知部Ｅ１、Ｅ２の外周にはＧＮＤパターン１５２が形成され、電界の広がりに制限がかけられている。第１の実施の形態と比べて特徴的な違いとしては、２つの検知部Ｅ１、Ｅ２の計測結果の差分値を用いることで、環境変化の影響や同相ノイズ成分の影響を低減することができる点である。検知部Ｅ１、Ｅ２はトナー粉面が変化する方向（上下方向）に順に並んでおり、上側に検知部Ｅ１（第１の検知部）、下側に検知部Ｅ２（第２の検知部）が配置されている。
【００４５】
バッファ３０内のトナー無し状態からトナー量が増加していく過程では、検知部Ｅ２にトナー粉面が到達すると検知部Ｅ２の静電容量値が先に変化を開始し、続いて検知部Ｅ１にトナーが到達すると検知部Ｅ１の静電容量値が変化し始める。トナー有り状態からトナーが排出されていく過程ではこれとは逆の動きとなる。これに対して、環境変化や同相ノイズ成分については、検知部Ｅ１、Ｅ２のそれぞれの静電容量値が略同時に変化するので、これらの差分値には同相ノイズを低減した結果が得られる。この差分値に対して、さらに所定時間ごとの変化量に基づいたドリフト補正制御を適用することで、より安定性の高いトナー量計測が可能となる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、トナーライン及び基準ラインは、検知部Ｅ１、Ｅ２のそれぞれに対応して更新される。検知部Ｅ１、Ｅ２のそれぞれに対応するトナーラインを、第１トナーライン、第２トナーラインと称し、検知部Ｅ１、Ｅ２のそれぞれに対応する基準ラインを、第１基準ライン、第２基準ラインと称する。
【００４７】
図１１は、トナー判定処理のフローチャートである。このフローチャートの処理は、ＣＰＵ５０１が備える記憶部に格納された制御プログラムをＣＰＵ５０１が読み出して実行することにより実現される。この処理は、図９のステップＳ２０２で計測動作の開始が指示されると開始される。
【００４８】
まず、ステップＳ３０１では、ＣＰＵ５０１は、トナー検出部１５０の検知部Ｅ１、Ｅ２のそれぞれにより独立して現在の静電容量を計測し、検知部Ｅ１に対応するＲａｗ１（Ｎ）、検知部Ｅ２に対応するＲａｗ２（Ｎ）を生成する。なお、静電容量の計測周期は約１０ｍｓｅｃであるとし、従って、ステップＳ３０１での静電容量の計測は、前回の計測から１０ｍｓを待って実行される。ステップＳ３０２では、ＣＰＵ５０１は、Ｒａｗ１（Ｎ）とＲａｗ２（Ｎ）との差分値（Ｎ）を、差分値（Ｎ）＝Ｒａｗ１（Ｎ）−Ｒａｗ２（Ｎ）により算出する。ステップＳ３０３では、ＣＰＵ５０１は、まず微分変化を算出、すなわち、順次算出される差分値（Ｎ）に基づいて以下の演算を実行する。まず、式（３）では現在の差分値（Ｎ）と１つ前の差分値（Ｎ−１）との差分算出により、現在の微分値Ｄｉｆｆ（Ｎ）が算出される。
Ｄｉｆｆ（Ｎ）＝差分値（Ｎ）−差分値（Ｎ−１）……（３）
【００４９】
次にＣＰＵ５０１は、式（４）により、差分値（Ｎ）の変化度合い、すなわち直近の所定時間（０．５ｓｅｃ）当たりの差分値（Ｎ）の変化量ＤｉｆｆＩｎｔｅｇ（Ｎ）を算出するために、過去５０回分の微分値Ｄｉｆｆを積分処理する。０．５ｓｅｃごとのＤｉｆｆＩｎｔｅｇ（Ｎ）は、計測周期１０ｍｓ間隔で順次生成されるものとする。
ＤｉｆｆＩｎｔｅｇ（Ｎ）＝Ｄｉｆｆ（Ｎ）＋Ｄｉｆｆ（Ｎ−１）＋・・・＋Ｄｉｆｆ（Ｎ−４８）＋Ｄｉｆｆ（Ｎ−４９）……（４）
【００５０】
そして、ステップＳ３０４では、ＣＰＵ５０１は、変化量ＤｉｆｆＩｎｔｅｇ（Ｎ）と判定閾値Ｔｈ２とを比較し、ＤｉｆｆＩｎｔｅｇ（Ｎ）＜Ｔｈ２が成立するか否かを判別する。なお、一例として、判定閾値Ｔｈ２としては符号が正の値とし、変化量ＤｉｆｆＩｎｔｅｇ（Ｎ）については絶対値を用いるとする。ステップＳ３０４の判別の結果、ＣＰＵ５０１は、ＤｉｆｆＩｎｔｅｇ（Ｎ）＜Ｔｈ２が成立する場合は処理をステップＳ３０５へ進める。ステップＳ３０５、Ｓ３０７ではそれぞれ、ＣＰＵ５０１は、図８のステップＳ１０４、Ｓ１０６と同様の処を実行する。なお、第１の実施の形態と同様に、時間換算で約１ｓｅｃとなるように所定カウント値ＣＴｈの値は１００に設定されている。
【００５１】
ＣＰＵ５０１は、ステップＳ３０７の判別の結果、基準ライン判別カウンタ＞所定カウント値ＣＴｈが成立しない場合は、処理をステップＳ３１０に進める。一方、基準ライン判別カウンタ＞所定カウント値ＣＴｈが成立すると、ＤｉｆｆＩｎｔｅｇ（Ｎ）＜Ｔｈ２となる状態が閾時間継続したので、環境変化や経年変化により少しずつ静電容量が変化したものと推定できる。そこでＣＰＵ５０１は、ステップＳ３０８へ移行して、現在の計測値Ｒａｗ１（Ｎ）で第１基準ラインを更新すると共に、現在の計測値Ｒａｗ２（Ｎ）で第２基準ラインを更新してから、処理をステップＳ３１０に進める。これにより、静電容量のドリフト変化の影響が抑制される。
【００５２】
より詳細には、検知部Ｅが１つだけの構成（第１の実施の形態）に比べて、環境変動の影響を除去する効果が高まる。環境変動は検知部Ｅ１、Ｅ２に同様に影響を与えるので、理想的には両者の出力の差分値を取ることで、環境変動や同相ノイズ成分はキャンセルされる。しかし、検知部Ｅ１、Ｅ２には製造バラツキによる感度差があり得るため、実際には環境変動や同相ノイズの影響をゼロにできず、誤差が残る。この誤差分は、トナー補給や排出による変化よりは小さいが無視できないものである。そこで、検知部Ｅ１、Ｅ２の出力の差分値の変化度合いを把握することで環境変動の影響をより低減することができる。
【００５３】
ステップＳ３０５の判別の結果、ＤｉｆｆＩｎｔｅｇ（Ｎ）＜Ｔｈ２が成立しない場合は、ＣＰＵ５０１は、静電容量が環境変化や経年変化ではなくトナー補給や排出によって変動したと推定できる。そこでＣＰＵ５０１は、ステップＳ３０６で、基準ライン判別カウンタをゼロクリアし、さらに、ステップＳ３０９で、現在の計測値Ｒａｗ１（Ｎ）で第１トナーラインを更新すると共に、現在の計測値Ｒａｗ２（Ｎ）で第２トナーラインを更新する。その後、処理はステップＳ３１０に進む。
【００５４】
ステップＳ３１０〜Ｓ３１２では、図８のステップＳ１０９〜Ｓ１１１と同様の処理が検知部Ｅ１、Ｅ２のそれぞれに対応して実行される。まずステップＳ３１０で、ＣＰＵ５０１は、第１トナーラインと第１基準ラインとの差分（第１トナーライン−第１基準ライン）を、現在の差分値である第１トナー変化量として算出する。さらにＣＰＵ５０１は、第２トナーラインと第２基準ラインとの差分（第２トナーライン−第２基準ライン）を、現在の差分値である第２トナー変化量として算出する。次に、ステップＳ３１１では、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ３１０で算出した第１、第２トナー変化量をそれぞれ積分して第１、第２トナー変化総量として算出する。次に、ステップＳ３１２で、ＣＰＵ５０１は、上側の検知部Ｅ１に対応する第１トナー変化総量に基づいてトナー有りを判定すると共に、下側の検知部Ｅ２に対応する第２トナー変化総量に基づいてトナー無しを判定する。例えば、現在の状態を仮に「トナー無し」とすると、トナー補給の実施によりトナー粉面が上昇して検知部Ｅ１を覆う面積が増えるにつれて第１トナー変化総量が増加する。そして、ＣＰＵ５０１は、第１トナー変化総量≧所定量が成立したら、「トナー有り」に状態判定を切り替える。一方、ＣＰＵ５０１は、現在の状態が仮に「トナー有り」の場合は、第２トナー変化総量＜所定量が成立したら、「トナー無し」に状態判定を切り替える。
【００５５】
ステップＳ３１２の後、処理はステップＳ３０１に戻る。従って、ステップＳ３０１〜ステップＳ３１２の制御フローが繰り返し実行される。
【００５６】
本実施の形態によれば、環境変化や経年変化の影響を抑制してトナー残量を正確に判定することに関し、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、２つの検知部Ｅ１、Ｅ２を設け、所定時間当たりの両者の信号値（出力値）の差分値（Ｎ）の変化量ＤｉｆｆＩｎｔｅｇ（Ｎ）により、トナーライン及び基準ラインの更新タイミングを決定するので、環境変動等の影響を一層低減することができる。
【００５７】
なお、ステップＳ３１２で、トナー有りとトナー無しの判定に用いる検知部Ｅを分けたが、これに限らない。すなわち、トナーライン及び基準ラインの更新タイミングの決定には２つの検知部Ｅを用いるが、トナー有り、無しの判定にはいずれか一方の検知部Ｅだけを用いてもよい。
【００５８】
なお、検知部Ｅ１、Ｅ２は上下方向に並べて配置したが、これに限らない。例えば、バッファ３０内のトナー量が変化する方向における互いに異なる位置に配置されればよく、直列の位置関係にならなくてもよい。
【００５９】
なお、上記各実施の形態において、トナー変化総量の算出に積分を用いて外乱の影響を抑制したが、トナーラインと基準ラインとに基づいてトナー残量を判定するに際し、積分演算を用いることは必須でない。
【００６０】
なお、図８のステップＳ１０４、Ｓ１０６、図１１のステップＳ３０５、Ｓ３０７、ステップＳ１１１、Ｓ３１２において、大小比較に不等号の＞や＜を用いたが、≧や≦に置き換えてもよい。従って、「閾値未満、所定量未満」は「閾値以下、所定量以下」に「閾値を超える、所定量を超える」は「閾値以上、所定量以上」に置き換えて大小判別してもよい。
【００６１】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
３０  バッファ
１５０トナー検出部
５０１  ＣＰＵ
Ｅ、Ｅ１、Ｅ２  検知部
Ｒａｗ  計測値
【図１】
2018077277.tif 000003
【図２】
2018077277.tif 000004
【図３】
2018077277.tif 000005
【図４】
2018077277.tif 000006
【図５】
2018077277.tif 000007
【図６】
2018077277.tif 000008
【図７】
2018077277.tif 000009
【図８】
2018077277.tif 000010
【図９】
2018077277.tif 000011
【図１０】
2018077277.tif 000012
【図１１】
2018077277.tif 000013