(57)【要約】【課題】より高い精度でトナーの有無を検知する。【解決手段】トナー補給機構を駆動するモータと、トナー補給機構周囲の温度を検知する温度センサと、トナー補給機構周囲の湿度を検知する湿度センサと、モータをフィードバック制御する制御手段と、モータの負荷トルクに関わる値と、温度及び湿度に基づいて、トナー補給機構内のトナー量を検知する検知手段と、を備える。【選択図】図３
2017026703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー補給機構を駆動するモータと、
前記トナー補給機構周囲の温度を検知する温度センサと、
前記トナー補給機構周囲の湿度を検知する湿度センサと、
前記モータをフィードバック制御する制御手段と、
前記モータの負荷トルクに関わる値と、前記温度及び湿度に基づいて、前記トナー補給機構内のトナー量を検知する検知手段と、
を備えることを特徴とするトナー補給装置。
【請求項２】
前記モータの負荷トルクに関わる値は、前記フィードバック制御された実測値と目標値とに基づいて算出された指示値から生成される信号であり、前記信号は、前記モータに印加される電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載のトナー補給装置。
【請求項３】
前記検知手段は、前記モータが取り付けられ又は交換されてから現在に至るまでの使用時間をさらに検知することを特徴とする請求項１又は２に記載のトナー補給装置。
【請求項４】
前記モータの負荷トルクに関わる値と、前記トナー補給機構周囲の温度及び湿度と、これ等に対応付けられたトナー量との関係が、所定のテーブルに記憶されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のトナー補給装置。
【請求項５】
前記所定のテーブルは、逐次更新されることを特徴とする請求項４に記載のトナー補給装置。
【請求項６】
前記モータは前記トナーが予め充填されているトナーボトルから前記トナーを供給し、前記トナー補給機構周囲とは、前記トナーボトルの近傍であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のトナー補給装置。
【請求項７】
前記トナーボトルから供給されるトナーを収納する収納手段と、前記収納手段における前記トナーの有無を判定するトナーエンドセンサと、前記トナーエンドセンサが故障しているか否かを判断する判断手段と、をさらに含み、前記判断手段によって前記トナーエンドセンサが故障していると判断されると、前記検知手段を用いて前記トナーの量を検知することを特徴とする請求項６に記載のトナー補給装置。
【請求項８】
前記判断手段によって前記トナーエンドセンサが故障していないと判断されたとき、前記トナーエンドセンサによってなされた前記トナーが無い旨の判定と、前記検知手段によって検知された前記トナーの量とに基づいて、前記トナーエンドセンサによってなされた前記トナーが無い旨の判定が異常であるか否かを判定する判定手段をさらに含み、前記トナーエンドセンサによってなされた前記判定が異常であると判定されると、前記検知手段を用いて前記トナーの量を検知することを特徴とする請求項７に記載のトナー補給装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載のトナー補給装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
モータにより、トナー補給機構を駆動する工程と、
温度センサにより、前記トナー補給機構周囲の温度を検知する工程と、
温度センサにより、前記トナー補給機構周囲の湿度を検知する工程と、
制御手段により、前記モータをフィードバック制御する工程と、
検知手段により、前記モータの負荷トルクに関わる値と、前記温度及び湿度に基づいて、前記トナー補給機構内のトナー量を検知する工程と、
を備えることを特徴とするトナー残量検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー補給装置、画像形成装置、及びトナー残量検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置において、一般的にトナーボトルから現像器へのトナー補給を行う補給モータの積算回転数と、トナー濃度センサ情報から読み取られる画素カウント値と、に基づいてトナー残量を算出する技術がある。
【０００３】
特許文献１には、トナー補給モータの電流を検知し、負荷を推定し、負荷が閾値未満であればトナーが残存していないと推定してトナーボトルの交換を促すことが開示されている。
【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、上述した算出方法では、トナーエンド状態の通知が遅れてしまい、その間の画質や色味が薄くなる等、画像に影響が及んでしまうという問題があった。また、特許文献１に記載された技術は、環境によっては正確にトナーエンドを検知することができないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、より高い精度でトナーの有無を検知することが可能なトナー補給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明におけるトナー補給装置は、トナー補給機構を駆動するモータと、前記トナー補給機構周囲の温度を検知する温度センサと、前記トナー補給機構周囲の湿度を検知する湿度センサと、前記モータをフィードバック制御する制御手段と、前記モータの負荷トルクに関わる値と、前記温度及び湿度に基づいて、前記トナー補給機構内のトナー量を検知する検知手段と、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、より高い精度でトナーの有無を検知することが可能なトナー補給装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係るトナー補給装置を搭載する機器の一例であるデジタル複写機の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本実施形態に係るトナー補給装置におけるトナー補給部の概略構成について説明する模式図である。
【図３】本実施形態に係るトナー補給装置の構成について説明するブロック図である。
【図４】本実施形態に係るトナー補給装置を構成するトナーエンドセンサによるエンド判定において（ａ）トナー無しを検知する場合、（ｂ）トナー有りを検知する場合について説明する図である。
【図５】本実施形態に係るトナー補給装置のＤＣ（Direct Current）モータの回転速度又は位置を制御し、負荷トルクを推定する構成について説明するブロック線図である。
【図６】本実施形態に係るトナー補給装置の温度と湿度とを一定に保持した場合におけるトルクとトナー量との関係について説明する図である。
【図７】本実施形態に係るトナー補給装置のトナー単体の温度及び湿度（水分量）とトナー固化との関係について説明する図である。
【図８】本実施形態に係るトナー補給装置のトナー単体の温度、湿度（水分量）、ＤＣモータのパラメータ値と、トナー量との関係について説明する図である。
【図９】本実施形態に係るトナー補給装置の動作について説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化乃至省略する。以下、本実施形態について説明するが、本実施形態は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態では、トナー補給装置を搭載する機器の一例として、デジタル複写機を一例に挙げて説明している。しかしながら、トナーを使用するプリンタ等を含む種々の画像形成装置についても本発明を適用することが可能である。
【００１０】
本実施形態は、トナーの有無をより高い精度で検出する技術に関するものであり、より具体的には、従来から搭載されているトナーエンドセンサによるトナーの有無の検出を補完するものである。具体的には、まず、トナーをトナーボトルから補給するトナー補給機構を駆動するトナーボトルモータをフィードバック制御している。また、トナー補給機構周囲の温度を温度センサにより、湿度を湿度センサによりそれぞれ検知している。そして、フィードバック制御により得られるトナーボトルモータの負荷トルクに関わる値と、トナーボトルが置かれている場所の温度及び湿度とに基づいて、トナーの量を正確に検知することとしている。
【００１１】
そして、トナーボトルモータの負荷トルクに関わる値として、例えば、トナーボトルモータに印加される電圧を示す値を用いることとしている。さらに、トナーボトルモータの負荷トルクに関わる値と、トナーが置かれている場所の温度及び湿度と、トナー量とを関連付けて予めテーブルに記憶しておく。そして、現在検出された温度、湿度、及び上記トナーボトルモータの負荷トルクに関わる値に対応付けられたトナー量を上記テーブルから求め、トナーの有無を検知することとしている。この本実施形態の特徴について、以下の図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
まず、本実施形態に係るトナー補給装置を搭載する機器の一例であるデジタル複写機の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係るトナー補給装置を搭載する機器の一例であるデジタル複写機の全体構成を示す概略ブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係るトナー補給装置を搭載する機器の一例であるデジタル複写機が備える制御系は、画像形成動作の指定を受け付け、画像形成動作を設定するコントローラ制御部１０１を備えている。さらに、制御系は、プリンタエンジンの駆動制御等を行うエンジン制御系であるエンジン制御部１０５と、読取制御部１０７と、書込制御部１０８と、定着部１０９と、図示しない作像制御部及び電源制御部と、から構成される。
【００１４】
コントローラ制御部１０１は、具体的には、画像形成、ユーザインタフェースやモード設定、コピーやプリンタといったアプリケーションの制御等を司る。コントローラ制御部１０１は、各種の処理動作を行うＣＰＵ２０１と、主に画像形成を行うＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で構成される画像処理機能部２０２とを備えている。また、コントローラ制御部１０１は、画像データの処理に使用する画像メモリ２０３と、制御用プログラムを固定的に記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）と、を備えている。
【００１５】
さらに、コントローラ制御部１０１は、各種情報を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を備えている。そして、コントローラ制御部１０１は、他に図示しない機能として、デジタル複写機の動作条件全ての設定情報を記憶するＮＶＲＡＭ（Non-Volatile RAM）等を備えている。また、コントローラ制御部１０１は、外部通信機器からネットワークを介してＬＡＮ（Local Area Network）等で情報を送受信するＬＡＮインタフェース（Ｉ／Ｆ）と、ユーザインタフェースとなる操作部制御部１０２と接続されている。さらに、コントローラ制御部１０１は、所定の（処理対象）のデータを格納するＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０３と接続されている。
【００１６】
また、コントローラ制御部１０１は、ファクシミリユニットであるＦＣＵ（Facsimile Control Unit）１０４や、エンジン制御部１０５等との通信を行うインタフェース等から構成されている。そして、これ等はＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バスで結ばれている。このコントローラ制御部１０１は、操作部制御部１０２や外部機器からＬＡＮインタフェースを介して画像形成動作の指定を受け付ける。そしてコントローラ制御部１０１は、画像形成動作を実行し、作成した画像をエンジン制御部１０５にＰＣＩバスを介して伝達する。
【００１７】
エンジン制御部１０５は、主に各種の処理動作を行うＣＰＵ２０４と、モータ、センサ等の各種電装品に対して制御を行うＡＳＩＣ等の電装制御機能部２０５とを備えている。また、エンジン制御部１０５は、定着部１０９の温度監視や加熱体の制御を行う定着制御機能部２０６と、その他に各種情報を一時的に記憶するＲＡＭと、制御用プログラムを固定的に記憶したＲＯＭとを備えている。
【００１８】
エンジン制御部１０５が備える定着制御機能部２０６は、コントローラ制御部１０１から受け取った画像情報から画像の領域を判断し、判断された画像領域に対して定着部１０９の加熱体を駆動する機能を備えている。なお、本実施形態では、図示しない画像領域判断機能部をエンジン制御部１０５内に搭載することを想定しているが、コントローラ制御部１０１の画像処理機能部２０２内に搭載し、判断結果をエンジン制御部１０５に通知するようにしても良い。
【００１９】
読取制御部１０７では、ユーザが設置した用紙の画像を、スキャナのＩ／Ｏ（Input Output）制御や画像転送を行うＳＢＵ（Scanner Board Unit）が、モータ等の電装品を制御する。そして、ＣＣＤ（Charged Coupled Devices）を用いて画像を読み取る。さらに、読取制御部１０７は、読み取った画像をコントローラ制御部１０１及びエンジン制御部１０５の画像処理部にＰＣＩバスを介して伝達する。
【００２０】
書込制御部１０８は、コントローラ制御部１０１や読取制御部１０７からＰＣＩバスを介して送られてきた画像データを、ＬＤ（Laser Diode）ユニットやＬＥＤ（Light Emitting Diode）により用紙にパターンを書き込む。そして、プリントやコピーを行う。また、読取制御部１０７から読み取った画像をコントローラ制御部１０１に送った後、ＬＡＮインタフェースを介して外部のパーソナルコンピュータ等に転送することによりスキャナ動作を行う。
【００２１】
次に、本実施形態に係るトナー補給装置におけるトナー補給部の内部構成について説明する。図２は、本実施形態に係るトナー補給装置におけるトナー補給部の概略構成について説明する模式図である。
【００２２】
トナーが予め充填されているトナーボトル２１１は、ユーザによってトナーボトル取り付け部に設置される。トナーボトル２１１を回転させることにより、トナーボトル２１１の内部からホッパー２１４へトナーが供給される。ホッパー２１４は、トナーボトル２１１から供給されたトナーを収納する収納部である。
【００２３】
ホッパー２１４内にはスクリュー２１５が設けられている。スクリュー２１５は、モータ等の駆動源で回転駆動され、トナーを搬送する。ホッパー２１４の内部にはトナーの有無を検知するトナーエンドセンサ２１８が配置されている。トナーエンドセンサ２１８がホッパー２１４の内部にトナーが無くなったことを検知すると、スクリュー２１５が駆動されると共に、トナーボトルモータ（ＤＣモータ）２１３も駆動される。
【００２４】
これにより、トナーボトル２１１からトナーが供給され、ホッパー２１４内へ送り込まれる。ホッパー２１４の出口の下には現像器２１７が設けられている。現像器２１７の内部に設けられている別のトナー濃度センサ２２０（図３）が、現像器２１７の内部のトナー濃度を監視している。トナー濃度センサ２２０が、現像器２１７内部のトナーがなくなったことを検知すると、ホッパーシャッタが開き、トナーがホッパー２１４から現像器２１７へ補給される。
【００２５】
次に、本実施形態に係るトナー補給装置の構成について説明する。図３は、本実施形態に係るトナー補給装置の構成について説明するブロック図である。
【００２６】
ＣＰＵ２０４は、ホッパー２１４内にトナーが無くなったことを示す検知信号をトナーエンドセンサ２１８が出力すると、ボトルモータ（ＤＣ（Direct Current）モータ）２１３を駆動する。このとき、ＣＰＵ２０４は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を送ることによりボトルモータ（ＤＣモータ）２１３を制御する制御部として機能している。ボトルモータ（ＤＣモータ）２１３は、駆動されると、その負荷に応じた実際の速度又は位置をＣＰＵ２０４へフィードバックを行う。
【００２７】
ＣＰＵ２０４は、フィードバックされた実際の速度又は位置と、目標速度又は目標位置から指示値を算出する。そして、図示しないＰＷＭ信号生成部（ＣＰＵ２０４に内蔵されている場合も有る。）が、その指示値に基づいて所定のデューティ（ＰＷＭ−ｄｕｔｙ）を持ったＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号であるから、ＣＰＵ２０４が算出する指示値に合わせてデューティ比が変化する。
【００２８】
また、ＣＰＵ２０４は、算出した指示値から回転トルクを検知すると共に、速度を推定している。なお、以降の説明において、ＣＰＵ２０４から図示しないドライバへ伝達される信号をＰＷＭ信号（後述するＶｃｔｌ）といい、ドライバからＤＣモータ２１３へ印加されるものを電圧という。
【００２９】
トナー濃度センサ２２０は現像器２１７（図２）内部のトナー濃度を監視している。現像器２１７内部のトナーが無くなると、ホッパー２１４からトナーを供給するようＣＰＵ２０４に対して制御を行う。この制御を行ってもなおトナーが無いと判断されるとトナーボトル２１１にトナーが無いと推定されトナー切れを通知することもできる。ただし、トナー切れの通知は遅い。
【００３０】
温度センサ２２１、湿度センサ２２３は、デジタル複写機内の温度、湿度をセンシングする。メモリ２０７はＲＯＭやＲＡＭ等であり、ＣＰＵ２０４からのデータを記憶したり、記憶しているデータを出力したりする。また、メモリ２０７は、ＣＰＵ２０４が実行する制御プログラムも記憶している。なお、図３において、温度センサ２２１と湿度センサ２２３とは、デジタル複写機の内部に設けられていることを前提としているが、これ等は、トナーボトル２１１の近傍に設けられていればなお良い。
【００３１】
次に、本実施形態に係るトナー補給装置を構成するトナーエンドセンサによるエンド判定について説明する。図４は、本実施形態に係るトナー補給装置を構成するトナーエンドセンサによるエンド判定において（ａ）トナー無しを検知する場合、（ｂ）トナー有りを検知する場合について説明する図である。
【００３２】
ここでは、トナーエンドセンサ２１８によるトナー有無の検知方法について説明する。図４では、トナーエンドセンサ２１８としてピエゾ方式のセンサを採用しているが、トナーの磁束を検知するインダクタ方式や、透過光を見る透過型のセンサ等、他方式のセンサを採用しても良い。
【００３３】
トナーエンドセンサ２１８はトナー有り状態とトナー無し状態とを検知する境界面を有しており、図４（ａ）に示すように、破線で示す境界面より下にトナー界面がある場合、トナーエンドセンサ２１８は、トナー無しと検知する。図４（ｂ）に示すように、破線で示す境界面より上にトナー界面がある場合、トナーエンドセンサ２１８は、トナー有りと検知する。トナーエンドセンサ２１８は、トナーの有無を示すハイレベルとローレベルの何れかの検知信号を出力する。
【００３４】
次に、本実施形態に係るトナー補給装置のＤＣモータの回転速度又は位置を制御すると共に、負荷トルクを推定するための構成について説明する。図５は、本実施形態に係るトナー補給装置のＤＣモータの回転速度又は位置を制御し、負荷トルクを推定する構成について説明するブロック線図である。
【００３５】
図５に示すように、コントローラ３０１では、制御目標値（目標回転速度ωｔｇｔ又は目標位置ｘｔｇｔ）と、フィードバックされた実測値（回転速度の実測値ωｄｅｔ又は回転位置の実測値ｘｄｅｔ）と、に基づいて、指示値を算出する。そして、図示しないＰＷＭ信号生成部（ＣＰＵ２０４に内蔵されている場合も有る。）が、その指示値に基づいて所定のデューティ（ＰＷＭ−ｄｕｔｙ）を持ったＰＷＭ信号を生成する。さらに、ＣＰＵ２０４から図示しないドライバへＰＷＭ信号（Ｖｃｔｌ）が伝達され、当該ドライバからＤＣモータ２１３へ電圧が印加される。
【００３６】
なお、コントローラ３０１は、エンジン制御部１０５（図１）のＣＰＵ２０４内に存在することを前提に説明しているが、ＣＰＵ２０４とは異なるＣＰＵ内にあっても良い。
【００３７】
ＤＣモータ２１３では、コントローラ３０１より出力された電圧に基づいて、所定の回転トルク（Ｔ）が発生する。これに対して、ＤＣモータ２１３には、負荷トルクτ３０３が加わるため、ＤＣモータ２１３は、回転トルクＴと負荷トルクτ３０３との差分値（Ｔ−τ）に応じた回転速度で回転する。
【００３８】
位置／回転速度検出部３０４では、ＤＣモータ２１３の回転速度を検出し、回転速度の実測値ωｄｅｔをコントローラ３０１にフィードバックする。または、位置／回転速度検出部３０５は、検出した回転速度に基づいて位置情報を算出し（又は直接位置情報を検出し）、位置情報の実測値ｘｄｅｔとしてコントローラ３０１にフィードバックする。
【００３９】
なお、位置／回転速度検出部３０４、３０５は、同一のエンコーダからの信号を用いて速度及び位置を検出している。このエンコーダ及びその信号を用いた計算部（コントローラ３０１と同一のＣＰＵ２０４内に存在する。）が、位置／回転速度検出部３０４、３０５に相当する。また、位置／回転速度検出部３０４、３０５は、エンジン制御部１０５（図１）のＣＰＵ２０４内に存在することを前提に説明しているが、ＣＰＵ２０４とは異なるＣＰＵ内にあっても良い。
【００４０】
このように、回転速度の実測値ωｄｅｔ又は位置情報の実測値ｘｄｅｔに基づくフィードバック制御を行うことにより、ＤＣモータ２１３は、目標回転速度ωｔｇｔ又は目標位置ｘｔｇｔに制御される。
【００４１】
ＤＣモータ２１３の回転速度の制御又は位置の制御と並行して、推定部３０８では、逐次、負荷トルクの推定値τｅの算出を行う。
【００４２】
具体的には、回転速度推定部３０６が、コントローラ３０１から出力される電圧を取得し、モータノミナルモデルＰ（ｓ）に基づいて、ＤＣモータ２１３の回転速度の推定値ωｅを算出する。
【００４３】
さらに、推定部３０８では、位置／回転速度検出部３０４において検出された回転速度の実測値ωｄｅｔを取得し、回転速度の推定値ωｅと実測値ωｄｅｔとの差分値を算出したうえでトルク推定部３０７に入力する。なお、この推定部３０８は、エンジン制御部１０５（図１）のＣＰＵ２０４内に存在する。
【００４４】
トルク推定部３０７では、入力された差分値から、トルク推定モデルＴｑ（ｓ）を用いて負荷トルクの推定値τｅを算出する。
【００４５】
なお、トルク推定モデルＴｑ（ｓ）は、次の数式のように表すことができる。
【００４６】
【数１】
2017026703.tif 000003
ただし、Ｐ-1（ｓ）は、モータノミナルモデルＰ（ｓ）の逆数である。また、Ｆ（ｓ）は、低域フィルタの伝達関数であり、Ｐ（ｓ）がｎ次の伝達関数であった場合、次の数式のように表すことができる。
【００４７】
【数２】
2017026703.tif 000004
さらに、ＲはＤＣモータ２１３のコイル抵抗を、ＬはＤＣモータ２１３のコイルインダクタンスを、Ｋｔはトルク定数をそれぞれ表している。また、ｆは帯域周波数を表している。
【００４８】
ここで、回転速度の推定値ωｅと実測値ωｄｅｔとの差分値をトルク推定部３０７に入力することで、負荷トルクの推定値τｅを算出する過程について簡単に説明する。
【００４９】
（式１）において、まず、回転速度の推定値ωｅと実測値ωｄｅｔとの差分値に、Ｐ-1（ｓ）Ｆ（ｓ）を掛け合せると、負荷トルクτ分を駆動するのに必要な電圧の推定値（これをＶｅという。）が算出される。
【００５０】
さらに、算出した電圧の推定値Ｖｅに、１／（Ｒ＋ｓＬ）を掛け合せると、負荷トルクτ分を駆動するのに必要な電流の推定値（これをＩｅという。）が算出される。そして、算出された電流の推定値Ｉｅにトルク定数Ｋｔを掛け合せると、負荷トルクτに対応する推定値τｅを算出することができる。
【００５１】
以上より、回転速度の推定値ωｅと実測値ωｄｅｔとの差分値に、（式１）に示すトルク推定モデルＴｑ（ｓ）を掛け合せることにより、負荷トルクの推定値τｅが算出されることになる。
【００５２】
なお、ＰＷＭ信号（Ｖｃｔｌ）及び回転速度の実測値（ωｄｅｔ）は、コントローラ３０１の制御周期毎に出力されるため、推定部３０８では、コントローラ３０１の制御周期毎に、負荷トルクの推定値τｅを算出することができる。なお、測定センサとして２相エンコーダ等が考えられる。
【００５３】
なお、トルクを推定する方法は、上記説明した方法によることなく、ＤＣモータの制御要素を用いて推定する方法であれば、如何なる方法を用いても良い。また、回転速度を用いずに、ＰＷＭ信号のみから負荷トルクを推定する方法や、モータの駆動電流から推定する方法もあり、これ等の方法を用いても良い。さらに、実際の制御は、ＰＷＭ信号による制御である必要はなく、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）信号による制御でも、アナログ信号による制御でも構わない。
【００５４】
次に、本実施形態に係るトナー補給装置の温度と湿度とを一定に保持した場合におけるトルクとトナー量との関係について説明する。図６は、本実施形態に係るトナー補給装置の温度と湿度とを一定に保持した場合におけるトルクとトナー量との関係について説明する図である。
【００５５】
図６に示すように、温度と湿度とが一定であってもトルクとトナー量とは非線形の関係にある。温度と湿度とが一定であるという環境であれば、図６の関係に基づいて、ＤＣモータ２１３によってトルク検知を行い、トナー残量の推定を行うことによりトナーエンド判定を行うことができる。なお、図６の横軸のトルク［Ｎ／ｍ］は、ＤＣモータ２１３の回転速度［ｒｐｍ］と指示値とから求められる。
【００５６】
次に、本実施形態に係るトナー補給装置のトナー単体の温度及び湿度（水分量）とトナー固化との関係について説明する。図７は、本実施形態に係るトナー補給装置のトナー単体の温度及び湿度（水分量）とトナー固化との関係について説明する図である。図７において、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｙはイエローのトナーをそれぞれ示している。
【００５７】
トナーは、一般的に温度及び湿度に応じて変化してしまう。図７に示すように、高温、高湿（特に高水分量）の条件下（図７の下段に向かう方向）においてトナーは凝固する可能性が高くなる。すなわち、トナーボトル２１１内のトナーの流動性が低くなる。これにより、トナーボトルモータ（ＤＣモータ）２１３の回転速度（回転トルク）（Ｔ）、及び指示値が変動してしまう。このため、図６に示した関係から、トナー残量を算出することは現実的に困難である。
【００５８】
次に、本実施形態に係るトナー補給装置のトナー単体の温度、湿度（水分量）、ＤＣモータのパラメータ値と、トナー量との関係について説明する。図８は、本実施形態に係るトナー補給装置のトナー単体の温度、湿度（水分量）、ＤＣモータのパラメータ値と、トナー量との関係について説明する図である。
【００５９】
上記図７で説明したように、高温、高湿（特に高水分量）の条件下においてトナーは凝固する可能性が高く、トナーボトル２１１内のトナーの流動性が低くなるので、図６で説明した関係からトナー残量を算出することは困難となる。そこで、図８に示すように、ＤＣモータ制御によるトナーエンド判定基準をもったテーブルを設けることとする。
【００６０】
項目としては、温度、湿度（水分量）、ＰＷＭ−ｄｕｔｙ（ＰＷＭ信号（Ｖｃｔｌ））、回転速度、トルク、モータ使用時間と、トナー量との関係を対応付けてテーブル上に設ける。このテーブル上において、トナー量が０となる条件のときにトナー無し（トナーエンド）と判定するようにする。また、このテーブルの結果は、実験的に求めるのと同時に、情報を逐次更新しておくようにする。なお、図８では、温度４６．５℃、水分量３８．７ｇ／ｍ3、ＰＷＭ−ｄｕｔｙ（ＰＷＭ信号（Ｖｃｔｌ））３Ｖの条件で得られる回転速度が２０００ｒｐｍである場合を例に挙げている。しかしながら、温度、水分量が高くなると、上記したようにトナーが凝固し易くなるので、同じＰＷＭ値（３Ｖ）をＤＣモータ２１３に印加した場合であっても、回転速度が２０００ｒｐｍを下回る場合が有り得る。
【００６１】
図８に示す項目のうち、ＰＷＭ−ｄｕｔｙ［Ｖ］（ＰＷＭ信号（Ｖｃｔｌ））、温度［℃］、湿度（水分量）（ｇ／ｍ3）、回転速度［ｒｐｍ］、及びモータ使用時間［ｈ］から、トナー残量を推定する。また、モータ使用時間［ｈ］とは、ＤＣモータ２１３を取り付けて（又は交換して）からの総回転時間のことを指す。この値を考慮することにより、ＤＣモータ２１３の経時劣化をも鑑みたトナー量を検出することができるのである。ただし、モータ使用時間［ｈ］は、温度［℃］、湿度（水分量）（ｇ／ｍ3）と比較してトナー量の検出に対する寄与率は相対的に低くなる。
【００６２】
次に、本実施形態に係るトナー補給装置の動作について説明する。図９は、本実施形態に係るトナー補給装置の動作について説明するフロー図である。
【００６３】
まず、ステップＳ９０１の処理において、コントローラ制御部１０１は、本実施形態に係るトナー補給装置を搭載する画像形成装置の一例であるデジタル複写機に対して、作像を開始する旨の通知を行う。これにより、デジタル複写機に作像開始が通知される。
【００６４】
ステップＳ９０２の処理において、エンジン制御部１０５は、ＤＣモータ２１３を駆動する。そして、ステップＳ９０３の処理において、エンジン制御部１０５は、ステップＳ９０２の処理において駆動させたＤＣモータ２１３から、図８で説明したＰＷＭ−ｄｕｔｙ（ＰＷＭ信号（Ｖｃｔｌ））［Ｖ］、及び回転速度（回転数）［ｒｐｍ］を検知する。ステップＳ９０４の処理において、エンジン制御部１０５は、この時点での温度センサ２２１、湿度センサ２２３から得られた温度（℃）、湿度（水分量（ｇ／ｍ3））の各値と、ＤＣモータ２１３の使用時間とを得る。そして、エンジン制御部１０５は、ステップＳ９０３の処理で得た情報と、ステップＳ９０４の処理で得た各値とを用いて、図８のテーブルに基づいてトナー量（ｇＦ・ｃｍ）を算出する。
【００６５】
ステップＳ９０５の処理において、エンジン制御部１０５は、トナーエンドセンサ２１８の故障フラグの有無を判定する。すなわち、トナーエンドセンサ２１８が故障しているか否かをフラグの有無で判断する。故障フラグが有る（ステップＳ９０５：ＮＯ）場合、トナーエンドセンサ２１８は故障しているため、ステップＳ９１５の処理へ移行する。この場合、エンジン制御部１０５は、ＤＣモータ２１３のセンシングによりトナーエンドの判定を行う。故障フラグが無い（ステップＳ９０５：ＹＥＳ）場合、トナーエンドセンサ２１８は故障していないため、ステップＳ９０６の処理へ移行し、エンジン制御部１０５は、トナーエンドセンサ２１８による検知準備を行う。
【００６６】
ステップＳ９０６の処理において、エンジン制御部１０５は、トナーエンドセンサ２１８の検知準備として、すべての色のトナーエンドセンサ２１８に対して電源の供給を開始する。ステップＳ９０７の処理において、エンジン制御部１０５は、トナーエンドセンサ２１８による検知を行う。具体的には、ＤＣモータ２１３が駆動する際、ＤＣモータ２１３の駆動開始後一定時間経過後にトナーエンドセンサ２１８の出力を検知する。
【００６７】
このとき、トナーエンドセンサ２１８によるトナーエンドの検知は、データ数αをプラス１ずつインクリメントしていく。そして、トナーエンドセンサ２１８のセンサ出力がトナー無しを示すとき、トナーエンドセンサ２１８によるトナーエンドを検知するカウント数Ｎをプラス１とする。トナーエンドセンサ２１８のセンサ出力がトナー有りであるとき、トナーエンドセンサ２１８によるトナーエンドを検知するカウント数Ｎはそのままにしておく。以降、ＤＣモータ２１３が連続して駆動する場合には、一定間隔で検知を行う。
【００６８】
ステップＳ９０８の処理において、エンジン制御部１０５は、トナーエンドセンサ２１８によるトナーエンド判断を行う。例えば、トナーの残量状態がトナー無し状態に近いというニアエンドの状態であり、トナー無しカウンタＮが、トナーエンドセンサ２１８によるトナーエンド判定閾値以上であるという条件を満たした場合、トナーエンド状態であると判断する。
【００６９】
ステップＳ９０９の処理において、エンジン制御部１０５は、ステップＳ９０８の処理で得られたトナーエンド判定と、ステップＳ９０４の処理でテーブルから得たトナー量とに基づいて、トナーエンドセンサ２１８によるトナーエンド判断が異常か否かを判定する。ステップＳ９０９の処理において、エンジン制御部１０５が、トナーエンド判断が正常であると判定すると、ステップＳ９１０の処理へ移行し、エンジン制御部１０５は、トナーエンドセンサ２１８によるエンド判定（トナーエンド状態）を正式に判定する。
【００７０】
ステップＳ９１１の処理において、コントローラ制御部１０１は、デジタル複写機が備える操作部等を介して、トナーエンドした旨をユーザに通知する。ステップＳ９１２の処理において、コントローラ制御部１０１は、ジョブをエンドして処理を終了する。
【００７１】
ステップＳ９０９の処理において、エンジン制御部１０５が、トナーエンドセンサ２１８によるトナーエンド判断が異常であると判定すると、ステップＳ９１３の処理へ移行する。ステップＳ９１３の処理において、エンジン制御部１０５は、トナーエンドセンサ２１８が故障したことを示す故障フラグ１を立てる。ステップＳ９１４の処理において、コントローラ制御部１０１は、トナーエンドセンサ２１８が故障した旨を、デジタル複写機が備える操作部等を介してユーザに通知する。
【００７２】
ステップＳ９０１の処理へ戻り、トナーエンドセンサ２１８が故障した場合であっても、画質を制約しつつ、ステップＳ９１５の処理において、エンジン制御部１０５は、ＤＣモータ２１３のセンシングによりエンド判定を行う。すなわち、トナーエンドセンサ２１８が故障しても画質を制約しつつステップＳ９１５におけるＤＣモータ２１３のセンシングによりトナー残量を推定し、故障したトナーエンドセンサ２１８の補完をする。
【００７３】
ステップＳ９１５の処理において、エンジン制御部１０５は、ステップ９０４の処理で算出されたトナー量がエンド状態、すなわち０になったか否かを判定する。エンジン制御部１０５が、トナーがある（ステップＳ９１５：トナー有）と判定したとき、ステップＳ９０３の処理へ戻る。エンジン制御部１０５が、トナーがエンド状態である（ステップＳ９１５：エンド）と判定したとき、ステップＳ９０４の処理において算出されたトナー残量が０になったのでステップＳ９１１の処理へ移行する。
【００７４】
なお、ステップＳ９０３とステップＳ９０４の処理は、図９に示した場所以外に、ステップＳ９０５のＮＯの処理からステップＳ９１５の処理の間にあっても構わない。
【００７５】
なお、図９に示した本実施形態に係る情報処理装置を構成する各機能ブロックの各動作は、コンピュータ上のプログラムに実行させることもできる。すなわち、エンジン制御部のＣＰＵ２０４が、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるメモリ２０７にそれぞれ格納されたプログラムをロードする。そして、プログラムの各処理ステップが順次実行されることによって実現される。
【００７６】
上記したように、トナー単体の温度、湿度が高くなるにしたがって、トナーは固化する傾向にある。そうすると、ＤＣモータの回転速度（回転トルク）が変動してしまう。したがって、温度、湿度一定の下、ＤＣモータのトルクと、トナー量との関係を用いた場合、正確なトナー残量を検出することができない。
【００７７】
これに対して、本実施形態では、トナーボトルからホッパーへトナーを供給するトナー補給機構を駆動するＤＣモータをフィードバック制御することにより得られるＤＣモータの負荷トルクに関わる値を用いることとしている。また、トナー補給機構周囲の温度を温度センサにより、湿度を湿度センサによりそれぞれ検知している。そして、フィードバック制御により得られるＤＣモータの負荷トルクに関わる値と、トナーボトルが置かれている場所の温度及び湿度とに基づいて、トナーの量を正確に検知し、トナーエンドセンサによるトナーエンドの検知を補完している。
【００７８】
また、ＤＣモータの負荷トルクに関わる値として、例えば、ＤＣモータに印加される電圧を示す値を用いることとしている。そして、ＤＣモータに印加される電圧を示す値としてＰＷＭ信号（Ｖｃｔｌ）を用い、このＰＷＭ信号（Ｖｃｔｌ）は、フィードバック制御された実測値から、ＣＰＵが算出する指示値に基づいて算出される。そして、トナーの温度、湿度、及びＤＣモータの負荷トルクに関わる値と、トナー残量との関係を実験的に算出し、テーブルに記憶しておく。これにより、精度の高いトナーの有無の推定を行うことができる。
【００７９】
また、このようなテーブルを記憶領域に設けておくだけなので、コスト上昇を抑えつつ高い精度でトナーの有無を検知することができる。さらに、このテーブルによって、トナーエンドに至る前のトナー残量についても把握することが可能となる。また、トナーエンドセンサによるトナーエンド検出機能を補完することにより、トナーエンド検出機能のバックアップを図ることが可能となる。
【００８０】
本発明によれば、より高い精度でトナーの有無を検知することが可能なトナー補給装置、画像形成装置、及びトナー残量検知方法が得られる。
【００８１】
以上、これまで本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の実施形態は上述した実施形態に限定されるものではない。すなわち、他の実施形態、追加、変更、削除等、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、何れの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８２】
１０１    コントローラ制御部
１０２    操作部制御部
１０３    ＨＤＤ
１０４    ＦＣＵ
１０５    エンジン制御部
１０６    ＡＲＤＦ
１０７    読取制御部
１０８    書込制御部
１０９    定着部
２０１    ＣＰＵ
２０２    画像処理機能部
２０３    画像メモリ
２０４    ＣＰＵ
２０５    電装制御機能部
２０６    定着制御機能部
２０７    メモリ
２１１    トナーボトル
２１３    トナーボトルモータ（ＤＣモータ）
２１４    ホッパー
２１５    スクリュー
２１７    現像器
２１８    トナーエンドセンサ
２２０    トナー濃度センサ
２２１    温度センサ
２２３    湿度センサ
３０１    コントローラ
３０３    負荷トルクτ
３０４、３０５    位置／回転速度検出部
３０６    回転速度推定部
３０７    トルク推定部
３０８    推定部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８３】
【特許文献１】特開２０１３−０９７００５号公報
【図１】
2017026703.tif 000005
【図２】
2017026703.tif 000006
【図３】
2017026703.tif 000007
【図４】
2017026703.tif 000008
【図５】
2017026703.tif 000009
【図６】
2017026703.tif 000010
【図７】
2017026703.tif 000011
【図８】
2017026703.tif 000012
【図９】
2017026703.tif 000013