(57)【要約】【課題】容器内の粉体の残量が残り少なくなった状態を高精度に検知すると共に、検知機構の異常を判断すること。【解決手段】流動体の容器内における残量を検知する流動体検知装置であって、対向する空間を通る磁束の状態に応じた周波数の信号を出力する磁束センサ１０と、磁束に影響する素材によって形成され且つ容器の筐体を介して磁束センサ１０と対向して配置された振動板２０１と、振動板２０１を振動させる撹拌部材２０５と、磁束センサ１０の発振信号のカウント値を所定の周期で取得し、振動板２０１が振動させられた後の所定のタイミングにおいて振動板２０１の振動が収束しているか否かに基づいて容器内の流動体の残量を検知することを特徴とする。【選択図】図２３
2017058459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性を有する検知対象である流動体の容器内における残量を検知する流動体検知装置であって、
対向する空間を通る磁束の状態に応じた周波数の信号を出力する発振部と、
前記容器内部に配置され、前記容器の筐体を介して前記発振部と対向すると共に、前記発振部と対向する方向に振動し、磁束に影響する素材によって形成された振動部と、
前記振動部を振動させる振動付与部と、
前記発振部の発振信号の周波数に関する周波数関連情報を所定の周期で取得し、前記振動部の振動に応じて変化する前記周波数関連情報の変化に基づいて前記振動部の振動状態を検知し、その検知結果に基づいて前記容器内の流動体の残量を検知する検知処理部とを含み、
前記検知処理部は、前記振動部が前記振動付与部によって振動させられた後の所定のタイミングにおいて前記振動部の振動が収束しているか否かに基づいて前記容器内の流動体の残量を検知することを特徴とする流動体検知装置。
【請求項２】
前記検知処理部は、前記振動部が前記振動付与部によって振動させられた後の所定のタイミングにおいて前記振動部の振動が収束している場合に、前記容器内に流動体が所定量以上充填されていることを判断することを特徴とする請求項１に記載の流動体検知装置。
【請求項３】
前記検知処理部は、
前記発振部が発振する信号の周波数に応じた値を前記周波数関連情報として所定期間毎に取得し、
前記振動部が前記振動付与部によって振動させられた後の所定のタイミング以降の期間において、前記周波数に応じた値が所定の範囲内に収まる場合に、前記振動部の振動が収束していると判断することを特徴とする請求項２に記載の流動体検知装置。
【請求項４】
前記検知処理部は、
前記発振部が発振する信号の周波数に応じた値を前記周波数関連情報として所定期間毎に取得し、
前記振動部が前記振動付与部によって振動させられた後、前記周波数に応じた値が所定の範囲内となった場合に時間経過のカウントを開始すると共に、前記周波数に応じた値が所定の範囲外となった場合に前記時間経過のカウント値をリセットし、
前記時間経過のカウント値が所定の閾値に達した場合に、前記時間経過のカウントを開始したタイミングにおいて前記振動部の振動が収束していると判断し、
前記時間経過のカウント値を開始したタイミングに基づき、前記振動部が前記振動付与部によって振動させられた後の所定のタイミングにおいて前記振動部の振動が収束していると判断することを特徴とする請求項２に記載の流動体検知装置。
【請求項５】
前記検知処理部は、
前記振動部が前記振動付与部によって振動させられた後の所定のタイミングにおいて前記振動部の振動が収束していると判断した場合に、カウント値をインクリメントし、
前記振動部が前記振動付与部によって振動させられた後の所定のタイミングにおいて前記振動部が未だ振動していると判断した場合に、前記カウント値をリセットし、
前記カウント値が所定の閾値に達した場合に、前記容器内における前記流動体の検知異常の発生を判断することを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項に記載の流動体検知装置。
【請求項６】
前記検知処理部は、前記振動部が前記振動付与部によって振動させられた後の所定期間経過後において前記振動部の振動が収束していると判断した場合に、前記容器内の流動体を撹拌する撹拌部材を駆動して前記容器内の流動体を撹拌することを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の流動体検知装置。
【請求項７】
前記振動付与部は、前記振動部を変形させた後に開放することによって前記振動部を振動させ、
前記検知処理部は、
前記振動部が前記振動付与部によって変形させられたことを前記周波数関連情報に基づいて検知し、
前記振動付与部が駆動された後、所定期間以上前記振動部が変形させられたことが検知されない場合、装置の異常を判断することを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の流動体検知装置。
【請求項８】
前記検知処理部は、
前記振動部が前記振動付与部によって変形させられた後に解放されたことを前記周波数関連情報に基づいて検知し、
前記振動部が変形させられたことを検知した後、所定期間以上前記振動部が解放されたことが検知されない場合、装置の異常を判断することを特徴とする請求項７に記載の流動体検知装置。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれか１項に記載の流動体検知装置によって画像形成装置において用いられる顕色剤の残量を検知することを特徴とする顕色剤残量検知装置。
【請求項１０】
流動性を有する検知対象である流動体の容器内における残量を検知する流動体検知方法であって、
対向する空間を通る磁束の状態に応じた周波数の信号を発振部により出力し、
前記容器内部に配置され、前記容器の筐体を介して前記発振部と対向すると共に、前記発振部と対向する方向に振動し、磁束に影響する素材によって形成された振動部を振動させ、
前記発振部の発振信号の周波数に関する周波数関連情報を所定の周期で取得し、
前記振動部の振動に応じて変化する前記周波数関連情報の変化に基づいて前記振動部の振動状態を検知し、
前記振動部が振動させられた後の所定のタイミングにおいて前記振動部の振動が収束しているか否かに基づいて前記容器内の流動体の残量を検知することを特徴とする流動体検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動体検知装置、顕色剤残量検知装置及び流動体検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報の電子化が推進される傾向にあり、電子化された情報の出力に用いられるプリンタやファクシミリ及び書類の電子化に用いるスキャナ等の画像処理装置は欠かせない機器となっている。このような画像処理装置のうち、画像形成出力の方式として、感光体上に形成された静電潜像を現像して形成された画像を用紙に転写することによって画像形成出力を行う電子写真方式が知られている。
【０００３】
電子写真方式の画像形成装置においては、感光体上に形成された静電潜像を現像する現像器に対して、現像剤の供給元となる容器から現像剤を供給する。このように供給される現像剤の残量を検知するための方法として、例えば、現像剤を撹拌するための部材によって被加圧シートを変形させ、この被加圧シートの変形に伴う被検知部材の変化を参照する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された方法の場合、容器内のトナーの量が被加圧シートの変形に対して一様に反映されるとは限らない。また、被加圧シートの経時変化や、被加圧シートへの現像剤の付着など、検知精度に問題がある。
【０００５】
このような問題に対し、磁束に影響する素材によって形成された振動板を容器内のトナーに接触するように配置し、振動板を貫通する磁束の状態に応じた周波数の信号を出力する発振部の発振信号に基づいてトナーが少なくなったことを検知する方法が考えられる。このような方法によれば、容器内のトナーが多い状態では振動板の振動が妨げられ、発振信号の周波数の経時変化は、振動板の振動が早期に収束する場合に対応した状態となる。
【０００６】
他方、容器内におけるトナーの充填状態によっては、振動板の振動がトナーによって強く妨げられて振動が発生せず、発振信号の周波数の経時変化の解析が困難となる場合がある。そのような状態が考慮されておらず、発振信号の周波数の経時変化の検知に失敗した場合には、容器内のトナーの充填状態を判断することが出来ない。換言すると、容器内のトナーの状態によっては、トナーの充填状態を判断することが不可能な場合がある。
【０００７】
尚、このような課題は、電子写真方式に用いられる現像器内のトナー残量の検知に限らず、容器内における粉体の残量検知において同様に課題となり得る。また、検知対象は粉体とは限らず、液体等の流動性を有する対象であれば同様に課題となり得る。
【０００８】
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、流動性を有する検知対象の容器内における残量が残り少なくなった状態を高精度に検知すると共に、容器内の粉体の状態に関わらず粉体の充填状態を判断することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、流動性を有する検知対象である流動体の容器内における残量を検知する流動体検知装置であって、対向する空間を通る磁束の状態に応じた周波数の信号を出力する発振部と、前記容器内部に配置され、前記容器の筐体を介して前記発振部と対向すると共に、前記発振部と対向する方向に振動し、磁束に影響する素材によって形成された振動部と、前記振動部を振動させる振動付与部と、前記発振部の発振信号の周波数に関する周波数関連情報を所定の周期で取得し、前記振動部の振動に応じて変化する前記周波数関連情報の変化に基づいて前記振動部の振動状態を検知し、その検知結果に基づいて前記容器内の流動体の残量を検知する検知処理部とを含み、前記検知処理部は、前記振動部が前記振動付与部によって振動させられた後の所定のタイミングにおいて前記振動部の振動が収束しているか否かに基づいて前記容器内の流動体の残量を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、流動性を有する検知対象の容器内における残量が残り少なくなった状態を高精度に検知すると共に、容器内の粉体の状態に関わらず粉体の充填状態を判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る磁束センサが搭載される現像器を含む画像形成装置の機械的構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトナーの供給構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るサブホッパーの概観を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るサブホッパーの概観を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る磁束センサの回路構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る磁束センサの出力信号のカウント態様を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る磁束センサの概観を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る磁束センサの信号を取得するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態に係る磁束センサと振動板との配置関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る振動板を磁束が通る際の作用を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る振動板と磁束センサとの距離に応じた磁束センサの発振周波数を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る振動板の配置状態を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る振動板と撹拌部材との配置関係を示す側面図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る振動板と撹拌部材との配置関係を示す側面図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る振動板と撹拌部材との配置関係を示す上面図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る振動板と撹拌部材との配置関係を示す側面図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る振動板の振動状態を示す上面図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る振動板の振動状態と顕色剤との関係を示す側面図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る振動板の振動の減衰に応じて変化する磁束センサの発振周波数に応じたカウント値の経時変化を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態に係るトナー残量の検知動作を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の実施形態に係る振動板の押し込み状態における磁束センサの発振周波数に応じたカウント値の経時変化を示す図である。
【図２２】本発明の実施形態に係る振動板が押し込みから解放された直後における磁束センサの発振周波数に応じたカウント値の経時変化を示す図である。
【図２３】本発明の実施形態に係る振動板の振動が強く妨げられる場合における磁束センサの発振周波数に応じたカウント値の経時変化及び検知態様を示す図である。
【図２４】本発明の実施形態に係るカウント値の解析態様を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態に係るコイルの他の例を示す側面図である。
【図２６】本発明の実施形態に係るコイルの他の例を示す正面図である。
【図２７】本発明の実施形態に係る一体型センサの構成を示すブロック図である。
【図２８】本発明の実施形態に係る振動板の振動が強く妨げられる場合における磁束センサの発振周波数に応じたカウント値の経時変化及び検知態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態においては、電子写真方式の画像形成装置において、感光体上に形成された静電潜像を現像する現像器と、現像剤であるトナーの供給元である容器との間でトナーを保持するサブホッパーにおけるトナーの残量検知を例として説明する。以下、容器内に充填される流動体としてサブホッパー内のトナーを例として説明するが、これは一例であり、検知対象としては粉体の他、液体等の流動性を有する流動体であれば同様に適用可能である。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る画像形成装置１００に含まれる画像形成出力のための機構を示す側面図である。図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１００は、無端状移動手段である搬送ベルト１０５に沿って各色の画像形成部１０６Ｋ〜１０６Ｙが並べられた構成を備えるものであり、所謂タンデムタイプといわれるものである。すなわち、給紙トレイ１０１から給紙ローラ１０２により分離給紙される用紙（記録媒体の一例）１０４に転写するための中間転写画像が形成される中間転写ベルトである搬送ベルト１０５に沿って、この搬送ベルト１０５の搬送方向の上流側から順に、複数の画像形成部（電子写真プロセス部）１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋ（以降、総じて画像形成部１０６とする）が配列されている。
【００１４】
また、給紙トレイ１０１から給紙された用紙１０４は、レジストローラ１０３によって一度止められ、画像形成部１０６における画像形成のタイミングに応じて搬送ベルト１０５からの画像の転写位置に送り出される。
【００１５】
複数の画像形成部１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋは、形成するトナー画像の色が異なるだけで内部構成は共通である。画像形成部１０６Ｋはブラックの画像を、画像形成部１０６Ｍはマゼンタの画像を、画像形成部１０６Ｃはシアンの画像を、画像形成部１０６Ｙはイエローの画像をそれぞれ形成する。尚、以下の説明においては、画像形成部１０６Ｙについて具体的に説明するが、他の画像形成部１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋは画像形成部１０６Ｙと同様であるので、その画像形成部１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋの各構成要素については、画像形成部１０６Ｙの各構成要素に付したＹに替えて、Ｍ、Ｃ、Ｋによって区別した符号を図に表示するにとどめ、説明を省略する。
【００１６】
搬送ベルト１０５は、回転駆動される駆動ローラ１０７と従動ローラ１０８とに架け渡されたエンドレスのベルト、即ち無端状ベルトである。この駆動ローラ１０７は、不図示の駆動モータにより回転駆動させられ、この駆動モータと、駆動ローラ１０７と、従動ローラ１０８とが、無端状移動手段である搬送ベルト１０５を移動させる駆動手段として機能する。
【００１７】
画像形成に際しては、回転駆動される搬送ベルト１０５に対して、最初の画像形成部１０６Ｙが、ブラックのトナー画像を転写する。画像形成部１０６Ｙは、感光体としての感光体ドラム１０９Ｙ、この感光体ドラム１０９Ｙの周囲に配置された帯電器１１０Ｙ、光書き込み装置１１１、現像器１１２Ｙ、感光体クリーナ１１３Ｙ、除電器（図示せず）等から構成されている。光書き込み装置１１１は、夫々の感光体ドラム１０９Ｙ、１０９Ｍ、１０９Ｃ、１０９Ｋ（以降、総じて「感光体ドラム１０９」という）に対して光を照射するように構成されている。
【００１８】
画像形成に際し、感光体ドラム１０９Ｙの外周面は、暗中にて帯電器１１０Ｙにより一様に帯電された後、光書き込み装置１１１からのイエロー画像に対応した光源からの光により書き込みが行われ、静電潜像が形成される。現像器１１２Ｙは、この静電潜像をイエロートナーにより可視像化し、このことにより感光体ドラム１０９Ｙ上にイエローのトナー画像が形成される。
【００１９】
このトナー画像は、感光体ドラム１０９Ｙと搬送ベルト１０５とが当接若しくは最も接近する位置（転写位置）で、転写器１１５Ｙの働きにより搬送ベルト１０５上に転写される。この転写により、搬送ベルト１０５上にイエローのトナーによる画像が形成される。トナー画像の転写が終了した感光体ドラム１０９Ｙは、外周面に残留した不要なトナーを感光体クリーナ１１３Ｙにより払拭された後、除電器により除電され、次の画像形成のために待機する。
【００２０】
以上のようにして、画像形成部１０６Ｙにより搬送ベルト１０５上に転写されたイエローのトナー画像は、搬送ベルト１０５のローラ駆動により次の画像形成部１０６Ｍに搬送される。画像形成部１０６Ｍでは、画像形成部１０６Ｙでの画像形成プロセスと同様のプロセスにより感光体ドラム１０９Ｍ上にマゼンタのトナー画像が形成され、そのトナー画像が既に形成されたイエローの画像に重畳されて転写される。
【００２１】
搬送ベルト１０５上に転写されたイエロー、マゼンタのトナー画像は、さらに次の画像形成部１０６Ｃ、１０６Ｋに搬送され、同様の動作により、感光体ドラム１０９Ｃ上に形成されたシアンのトナー画像と、感光体ドラム１０９Ｋ上に形成されたブラックのトナー画像とが、既に転写されている画像上に重畳されて転写される。こうして、搬送ベルト１０５上にフルカラーの中間転写画像が形成される。
【００２２】
給紙トレイ１０１に収納された用紙１０４は最も上のものから順に送り出され、その搬送経路が搬送ベルト１０５と接触する位置若しくは最も接近する位置において、搬送ベルト１０５上に形成された中間転写画像がその紙面上に転写される。これにより、用紙１０４の紙面上に画像が形成される。紙面上に画像が形成された用紙１０４は更に搬送され、定着器１１６にて画像を定着された後、画像形成装置の外部に排紙される。
【００２３】
また、搬送ベルト１０５に対してベルトクリーナ１１８が設けられている。ベルトクリーナ１１８は、図１に示すように、搬送ベルト１０５から用紙１０４への画像の転写位置の下流側であって、感光体ドラム１０９よりも上流側において搬送ベルト１０５に押し当てられたクリーニングブレードであり、搬送ベルト１０５の表面に付着したトナーを掻きとる顕色剤除去部である。
【００２４】
次に、現像器１１２に対してトナーを供給するための構成について図２を参照して説明する。ＣＭＹＫ各色においてトナーの供給構成は概ね共通しており、図２においては１つの現像器１１２に対する供給構成を示す。トナーはトナーボトル１１７に収容されており、図２に示すように、トナーボトル１１７からトナーボトル供給路１２０を介してサブホッパー２００にトナーが供給される。
【００２５】
サブホッパー２００は、トナーボトル１１７から供給されるトナーを一時的に保持し、現像器１１２内部のトナー残量に応じて現像器１１２にトナーを供給する。サブホッパー２００からサブホッパー供給路１１９を介して現像器１１２にトナーが供給される。トナーボトル１１７内部のトナーが無くなってサブホッパー２００にトナー画供給されなくなり、サブホッパー２００内部のトナー量が少なくなった状態を検知することが本実施形態に係る要旨である。
【００２６】
図３は、本実施形態に係るサブホッパー２００の概観を示す斜視図である。図３に示すように、サブホッパー２００を構成する筐体の外壁には磁束センサ１０が取り付けられている。図３においてサブホッパー２００の上部は開口となっており、この開口に対してトナーボトル供給路１２０の形成されたカバーが取り付けられる。また、サブホッパー２００内部に保持されているトナーは図３に示すサブホッパー供給路１１９から送り出される。
【００２７】
図４は、サブホッパー２００の内部を示す斜視図である。図４に示すように、サブホッパー２００内部の内壁には振動板２０１が設けられている。振動板２０１が設けられた内壁は図３において磁束センサ１０が取り付けられている外壁の裏側である。従って、振動板２０１は容器内部において磁束センサ１０に対向するように配置されている。
【００２８】
振動板２０１は、長方形の板状の部品であり、長手方向の一端がサブホッパー２００の筐体に固定された片持ち状態で配置されている。また、振動板２０１の長手方向において固定されていない側の端部には重り２０２が配置されている。重り２０２は、振動板２０１が振動した場合の振動数を調整する機能や、振動板２０１を振動させるための機能を担う。
【００２９】
サブホッパー２００内部においては、内部のトナーを撹拌するための構成として、回転軸２０４及び撹拌部材２０５が設けられている。回転軸２０４は、サブホッパー２００内部で回転する軸である。この回転軸２０４に撹拌部材２０５が固定されており、回転軸２０４の回転に伴って撹拌部材２０５が回転してサブホッパー２００内部のトナーが撹拌される。
【００３０】
また、撹拌部材２０５は、トナーの撹拌に加えて、回転により振動板２０１に設けられた重り２０２を弾く機能を担う。これにより、撹拌部材２０５が１周回転する毎に重り２０２が弾かれて振動板２０１が振動する。即ち、振動板２０１が振動部として機能すると共に、撹拌部材２０５が振動付与部として機能する。この振動板２０１の振動を検知することによりサブホッパー２００内部におけるトナーの残量を検知することが本実施形態に係る要旨の１つである。
【００３１】
次に、本実施形態に係る磁束センサ１０の内部構成について図５を参照して説明する。図５に示すように、本実施形態に係る磁束センサ１０は、コルピッツ型のＬＣ発振回路を基本とする発振回路であり、平面パターンコイル１１、パターン抵抗１２、第一コンデンサ１３、第二コンデンサ１４、フィードバック抵抗１５、アンバッファＩＣ１６、１７及び出力端子１８を含む。
【００３２】
平面パターンコイル１１は、磁束センサ１０を構成する基板上に平面状にパターニングされた信号線によって構成される平面状のコイルである。図５に示すように、平面パターンコイル１１は、コイルによって得られるインダクタンスＬを有する。平面パターンコイル１１は、コイルが形成された平面に対向する空間を通る磁束によってインダクタンスＬの値が変化する。その結果、本実施形態に係る磁束センサ１０は、平面パターンコイル１１のコイル面が対向する空間を通る磁束に応じた周波数の信号を発振する発振部として用いられる。
【００３３】
パターン抵抗１２は、平面パターンコイル１１と同様に基板上に平面状にパターニングされた信号線によって構成される抵抗である。本実施形態に係るパターン抵抗１２は、つづら折り状に形成されたパターンであり、これによって直線状のパターンよりも電流の流れにくい状態を作り出している。このパターン抵抗１２を設けることが本実施形態に係る要旨の１つである。尚、つづら折り状とは、換言すると、所定の方向に対して複数回往復させるように折り曲げた形状である。図５に示すように、パターン抵抗１２は、抵抗値ＲＰを有する。図５に示すように、平面パターンコイル１１とパターン抵抗１２とは直列に接続されている。
【００３４】
第一コンデンサ１３及び第二コンデンサ１４は、平面パターンコイル１１と共にコルピッツ型ＬＣ発振回路を構成する容量である。従って、第一コンデンサ１３及び第二コンデンサ１４は、平面パターンコイル１１及びパターン抵抗１２と直列に接続されている。平面パターンコイル１１、パターン抵抗１２、第一コンデンサ１３及び第二コンデンサ１４によって構成されるループによって共振電流ループが構成される。
【００３５】
フィードバック抵抗１５は、バイアス電圧を安定化させるために挿入される。アンバッファＩＣ１６及びアンバッファＩＣ１７の機能により、共振電流ループの一部の電位の変動が、共振周波数に応じた矩形波として出力端子１８から出力される。
【００３６】
このような構成により、本実施形態に係る磁束センサ１０は、インダクタンスＬ、抵抗値ＲＰ、第一コンデンサ１３及び第二コンデンサ１４の静電容量Ｃに応じた周波数ｆで発振する。周波数ｆは、以下の式（１）によって表すことが出来る。
2017058459.tif 000003
【００３７】
そして、インダクタンスＬは、平面パターンコイル１１の近傍における磁性体の存在やその濃度によっても変化する。従って、磁束センサ１０の発振周波数により、平面パターンコイル１１近傍の空間における透磁率を判断することが可能となる。
【００３８】
また、上述したように、本実施形態に係るサブホッパー２００における磁束センサ１０は、筐体を介して振動板２０１と対向して配置されている。従って、平面パターンコイル１１によって発生する磁束は振動板２０１を通ることとなる。即ち、振動板２０１が平面パターンコイル１１によって生成される磁束に影響し、インダクタンスＬに影響を与える。結果的に、振動板２０１の存在が磁束センサ１０の発振信号の周波数に影響することとなる。これが、本実施形態に係る要旨の１つである。詳細は後述する。
【００３９】
図６は、本実施形態に係る磁束センサ１０の出力信号のカウント値の態様を示す図である。磁束センサ１０に含まれる平面パターンコイル１１によって発生する磁束に変化がなければ、原則として磁束センサ１０は同一の周波数で発振を続ける。その結果、図６に示すように、時間経過に応じてカウンタのカウント値は一様に増加し、図６に示すように、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５夫々のタイミングにおいて、ａａａａｈ、ｂｂｂｂｈ、ｃｃｃｃｈ、ｄｄｄｄｈ、ＡＡＡＡｈといったカウント値が取得される。
【００４０】
夫々のタイミングにおけるカウント値を、図６に示すＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４夫々の期間に基づいて計算することにより、夫々の期間における周波数が算出される。例えば、２（ｍｓｅｃ）に相当する基準クロックをカウントすると割込み信号を出力して周波数を計算する場合、夫々の期間におけるカウント値を２（ｍｓｅｃ）で割ることにより、図６に示すＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４夫々の期間における磁束センサ１０の発振周波数ｆ（Ｈｚ）を算出する。
【００４１】
また、図６に示すように、カウンタのカウント値の上限がＦＦＦＦｈである場合、期間Ｔ４における周波数の算出に際して、ＦＦＦＦｈからｄｄｄｄｈを引いた値と、ＡＡＡＡｈとの値の合計値を２（ｍｓｅｃ）で割ることにより発振周波数ｆ（Ｈｚ）を算出することができる。
【００４２】
このように、本実施形態に係る画像形成装置１００においては、磁束センサ１０が発振する信号の周波数を取得し、その取得結果に基づいて磁束センサ１０の発振周波数に対応する事象を判断することができる。そして、本実施形態に係る磁束センサ１０においては、平面パターンコイル１１に対向して配置されている振動板２０１の状態に応じてインダクタンスＬが変化し、結果として出力端子１８から出力される信号の周波数が変化する。
【００４３】
その結果、信号を取得するコントローラにおいては、平面パターンコイル１１に対向して配置された振動板２０１の状態を確認することが可能となる。このようにして確認された振動板２０１の状態に基づいてサブホッパー２００内部の顕色剤の状態を判断することが本実施形態に係る要旨の１つである。
【００４４】
尚、上述したように、発振信号のカウント値を期間で割ることにより周波数が求められるが、カウント値を取得する期間が固定であれば、周波数を示すためのパラメータとして、取得されたカウント値をそのまま用いることも可能である。
【００４５】
図７は、本実施形態に係る磁束センサ１０の概観を示す斜視図である。図７においては、図５において説明した平面パターンコイル１１及びパターン抵抗１２が形成されている面、即ち、透磁率を検知するべき空間に対向させる検知面が上面に向けられている。
【００４６】
図７に示すように、平面パターンコイル１１が形成された検知面においては、平面パターンコイル１１と直列に接続されるパターン抵抗１２がパターニングされている。図５において説明したように、平面パターンコイル１１は平面上に螺旋状に形成された信号線のパターンである。また、パターン抵抗１２は、平面上につづら折状に形成された信号のパターンであり、これらのパターンによって上述したような磁束センサ１０の機能が実現される。
【００４７】
この平面パターンコイル１１及びパターン抵抗１２によって形成される部分が、本実施形態に係る磁束センサ１０における透磁率の検知部である。磁束センサ１０をサブホッパー２００に取り付ける際には、この検知部が振動板２０１に対向するように取り付けられる。
【００４８】
次に、本実施形態に係る画像形成装置１００において磁束センサ１０の出力値を取得する構成について図８を参照して説明する。図８は、磁束センサ１０の出力値を取得して画像形成装置１００の装置制御を行うコントローラ２０及び磁束センサ１０の構成を示す図である。図８に示すように、本実施形態に係るコントローラ２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２１、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）２２、タイマ２３、水晶発振回路２４及び入出力制御ＡＳＩＣ３０を含む。図８に示すコントローラ２０を含む構成が、流動体検知装置及び顕色剤残量検知装置として機能する。
【００４９】
ＣＰＵ２１は演算手段であり、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶媒体に記憶されたプログラムに従って演算を行うことにより、コントローラ２０全体の動作を制御する。ＡＳＩＣ２２は、ＣＰＵ２１やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等が接続されたシステムバスと他の機器との接続インタフェースとして機能する。
【００５０】
タイマ２３は、水晶発振回路２４から入力される基準クロックのカウント値が所定の値になる度に割込み信号を生成してＣＰＵ２１に対して出力する。ＣＰＵ２１は、タイマ２３から入力される割込み信号に応じて、磁束センサ１０の出力値を取得するためのリード信号を出力する。水晶発振回路２４は、コントローラ２０内部の各デバイスを動作させるための基準クロックを発振する。
【００５１】
入出力制御ＡＳＩＣ３０は、磁束センサ１０が出力する検知信号を取得して、コントローラ２０内部において処理可能な情報に変換する。図８に示すように入出力制御ＡＳＩＣ３０は、透磁率カウンタ３１、リード信号取得部３２及びカウント値出力部３３を含む。上述したように、本実施形態に係る磁束センサ１０は、検知対象の空間における透磁率に応じた周波数の矩形波を出力する発振回路である。
【００５２】
透磁率カウンタ３１は、そのような磁束センサ１０が出力する矩形波に応じて値をインクリメントするカウンタである。即ち、透磁率カウンタ３１が、周波数を算出する対象の信号の信号数をカウントする対象信号カウンタとして機能する。尚、本実施形態に係る磁束センサ１０はＣＭＹＫ各色の現像器１１２に接続される夫々のサブホッパー２００毎に設けられており、それに伴って透磁率カウンタ３１も複数設けられている。
【００５３】
リード信号取得部３２は、ＣＰＵ２１からの透磁率カウンタ３１のカウント値の取得命令であるリード信号を、ＡＳＩＣ２２を介して取得する。リード信号取得部３２は、ＣＰＵ２１からのリード信号を取得すると、カウント値出力部３３にカウント値を出力させるための信号を入力する。カウント値出力部３３は、リード信号取得部３２からの信号に応じて、透磁率カウンタ３１のカウント値を出力する。
【００５４】
尚、入出力制御ＡＳＩＣ３０へのＣＰＵ２１からのアクセスは、例えばレジスタを介して行われる。そのため、上述したリード信号は、入出力制御ＡＳＩＣ３０に含まれる所定のレジスタにＣＰＵ２１によって値が書き込まれることによって行われる。また、カウント値出力部３３によるカウント値の出力は、入出力制御ＡＳＩＣ３０に含まれる所定のレジスタにカウント値が格納され、その値をＣＰＵ２１が取得することによって行われる。図８に示すコントローラ２０は、磁束センサ１０とは別個に設けられても良いし、ＣＰＵ２１を含む回路として磁束センサ１０の基板上に実装されても良い。
【００５５】
また、入出力制御ＡＳＩＣ３０は、磁束センサ１０から発振信号を受信する他、磁束センサ１０を動作させるための電源を供給している。磁束センサ１０を動作させるための電源は、本実施系形態においては３．３ボルトである。また、磁束センサ１０は、システムグランドの接続線を介して、入出力制御ＡＳＩＣ３０側のシステムグランドに接続されている。
【００５６】
このような構成において、ＣＰＵ２１がカウント値出力部３３から取得したカウント値に基づいて振動板２０１の振動状態を検知し、その検知結果に基づいてサブホッパー２００内部のトナー残量を検知する。即ち、所定のプログラムに従ってＣＰＵ２１が演算を行うことにより、検知処理部が構成される。また、カウント値出力部３３から取得されるカウント値が、振動板２０１の振動に応じて変化する磁束センサ１０の周波数を示す周波数関連情報として用いられる。
【００５７】
次に、本実施形態に係る磁束センサ１０の発振周波数に対する振動板２０１による影響について説明する。図９に示すように、磁束センサ１０において平面パターンコイル１１が形成されている面と振動板２０１とは、サブホッパー２００の筐体を介して対向して配置されている。そして、図９に示すように、平面パターンコイル１１の中央を中心とした磁束が発生し、その磁束が振動板２０１を貫くこととなる。
【００５８】
振動板２０１は、例えばＳＵＳ板によって構成されており、図１０に示すように磁束Ｇ１が振動板２０１を貫くことによって振動板２０１内に渦電流が発生する。この渦電流が磁束Ｇ２を発生させ、平面パターンコイル１１による磁束Ｇ１を打ち消すように作用する。このように磁束Ｇ１が打ち消されることにより、磁束センサ１０におけるインダクタンスＬが減少する。上記式（１）において示すように、インダクタンスＬが減少すると発振周波数ｆは増大する。
【００５９】
平面パターンコイル１１による磁束を受けて振動板２０１内部において発生する渦電流の強さは、磁束の強さの他、平面パターンコイル１１と振動板２０１との間隔によっても変化する。図１１は、平面パターンコイル１１と振動板２０１との間隔に応じた磁束センサ１０の発振周波数を示す図である。
【００６０】
振動板２０１内部に発生する渦電流の強さは、平面パターンコイル１１と振動板２０１との間隔に反比例する。従って、図１１に示すように、平面パターンコイル１１と振動板２０１との間隔が狭くなるほど、磁束センサ１０の発振周波数は高くなり、所定の間隔よりも狭くなると、インダクタンスＬが低くなり過ぎて発振しなくなる。
【００６１】
そのため、ｇ０以下の間隔における発振周波数はゼロである。他方、平面パターンコイル１１と振動板２０１との間隔が広くなると、磁束センサ１０の発振周波数は、振動板２０１内部において発生する渦電流の影響を受けない周波数に収束していく。
【００６２】
本実施形態に係るサブホッパー２００においては、図１１に示すような特性を利用することにより、磁束センサ１０の発振周波数に基づいて振動板２０１の振動を検知する。そのようにして検知した振動板２０１の振動に基づいてサブホッパー２００内部のトナー残量を検知することが本実施形態に係る要旨である。即ち、図９に示す振動板２０１及び磁束センサ１０、並びに磁束センサ１０の出力信号を処理する構成が本実施形態に係る流動体検知装置として用いられる。
【００６３】
撹拌部材２０５によって弾かれた振動板２０１の振動は、振動板２０１の剛性や重り２０２の重量によって定まる固有振動数と、その振動エネルギーを吸収する外的な要因によって定まる減衰率によって表される。振動エネルギーを吸収する外的な要因としては、振動板２０１を片持ち状態で固定する固定部の固定強度、空気抵抗等の固定要因に加えて、サブホッパー２００内部において振動板２０１に接触するトナーの存在がある。
【００６４】
サブホッパー２００内部において振動板２０１に接触するトナーは、サブホッパー２００内部のトナー残量によって変動する。従って、振動板２０１の振動を検知することにより、サブホッパー２００内部のトナー残量を検知することが可能となる。そのため、本実施形態に係るサブホッパー２００内部においては、内部のトナーを撹拌するための撹拌部材２０５が回転することによって振動板２０１を弾き、振動板２０１を振動させる。
【００６５】
次に、サブホッパー２００内部における振動板２０１周辺の部品の配置や、撹拌部材２０５が振動板２０１を弾くための構成について説明する。図１２は、振動板２０１の周辺の配置関係を示す斜視図である。図１２に示すように、振動板２０１は固定部２０１ａを介してサブホッパー２００の筐体に固定されている。
【００６６】
図１３は、回転軸２０４の回転状態として、撹拌部材２０５が振動板２０１に取り付けられた重り２０２に接触する前の状態を示す側面図である。図１３において、回転軸２０４は、撹拌部材２０５が時計回りに回転するように回転する。
【００６７】
図１３に示すように、重り２０２は、側面から見た状態において振動板２０１の板面に対して傾斜を有する形状となっている。この重り２０２の傾斜面は、撹拌部材２０５が振動板２０１を弾いて振動させる際に撹拌部材２０５によって押される部分である。図１４は、図１３に示す状態から撹拌部材２０５が更に回転した状態を示す側面図である。
【００６８】
撹拌部材２０５が重り２０２に接触した状態で更に回転することにより、重り２０２に設けられた傾斜に伴って振動板２０１が押し込まれることとなる。図１４においては、外力が加わっていない状態（以降、「定常状態」とする）の振動板２０１及び重り２０２の位置を破線で示している。図１４に示すように、振動板２０１及び重り２０２が撹拌部材２０５によって押し込まれる。
【００６９】
図１５は、図１４に示す状態を示す上面図である。振動板２０１は固定部２０１ａを介してサブホッパー２００の筐体内壁に固定されているため、固定部２０１ａ側の位置は変化しない。これに対して、重り２０２が設けられて自由端となっている反対側の端部は、撹拌部材２０５によって押し込まれることにより回転軸２０４が設けられた側とは反対側に向かって変形して移動する。結果的に、振動板２０１は固定部２０１ａを基点として図１５に示すように変形して撓む。このように撓んだ状態において、振動板２０１を振動させるためのエネルギーが蓄えられる。
【００７０】
尚、図１５に示すように、本実施形態に係る撹拌部材２０５は、重り２０２に接触する部分とそれ以外の部分との間に切り込み２０５ａが設けられている。これにより、撹拌部材２０５が重り２０２を押し込む際に無理な力が加わって撹拌部材２０５が破損してしまうことを防ぐことが出来る。
【００７１】
また、切り込み２０５ａの始点には丸型部２０５ｂが設けられている。これにより、切り込み２０５ａを境に撹拌部材２０５の撓み量が異なった場合に切り込み２０５ａの始点に加わる応力を分散し、撹拌部材２０５の破損を防ぐことが出来る。
【００７２】
図１６は、図１４に示す状態から更に撹拌部材２０５が回転した状態を示す側面図である。図１６においては、定常状態における振動板２０１の位置を破線で、図１４に示す振動板２０１の位置を一転鎖線で示している。そして、撹拌部材２０５によって押し込まれて蓄えられた振動エネルギーが解放されることにより反対側に撓んだ振動板２０１の位置を実線で示している。
【００７３】
図１７は、図１６に示す状態を示す上面図である。図１６に示すように、撹拌部材２０５による重り２０２の押圧が解除されると、振動板２０１に蓄えられた撓みのエネルギーにより、自由端である重り２０２が設けられた側の端部が反対側に撓むように移動する。
【００７４】
図１６、図１７に示す状態において、振動板２０１は、サブホッパー２００の筐体を介して対向している磁束センサ１０から遠ざかった状態となる。以降、振動板２０１は振動することにより、磁束センサ１０に対して定常状態よりも近づいた状態と、定常状態よりも遠ざかった状態とを繰り返しながら、振動の減衰によって定常状態に戻ることとなる。
【００７５】
図１８は、サブホッパー２００内部に保持されているトナーの状態を模式的にドットで示した図である。図１８に示すようにサブホッパー２００内部にトナーが存在すると、振動板２０１や重り２０２が振動しながらトナーに接触する。そのため、サブホッパー２００内部にトナーが存在しない場合に比べて早く振動板２０１の振動が減衰する。この振動の減衰の変化に基づいてサブホッパー２００内部のトナー残量を検知することが出来る。
【００７６】
図１９は、撹拌部材２０５によって重り２０２が弾かれた後、振動板２０１の振動が減衰して振動が止まるまでの、所定期間毎の磁束センサ１０の発振信号のカウント値の変化を示す図である。磁束センサ１０の発振信号のカウント値は、発振周波数が高い程多くなる。従って、図１９の縦軸は、カウント値ではなく発振周波数に置き換えることもできる。
【００７７】
図１９に示すように、タイミングｔ１において撹拌部材２０５が重り２０２に接触して重り２０２を押し込むことにより、振動板２０１が磁束センサ１０に近づいていく。これにより、磁束センサ１０の発振周波数が上昇して所定期間毎のカウント値が上昇する。
【００７８】
そして、タイミングｔ２において撹拌部材２０５による重り２０２の押圧が解除され、以降、振動板２０１は蓄えられた振動エネルギーによって振動する。振動板２０１が振動することにより、振動板２０１と磁束センサ１０との間隔が定常状態を中心として、それよりも広い状態と狭い状態とが繰り返される。その結果、磁束センサ１０の発振信号の周波数が振動板２０１の振動に伴って振動することとなり、所定期間毎のカウント値も同様に振動する。
【００７９】
振動板２０１の振動の振幅は、振動エネルギーの消費に伴って狭くなっていく。即ち、振動板２０１の振動は時間と共に減衰する。そのため、振動板２０１と磁束センサ１０との間隔の変化も時間経過と共に小さくなっていき、図１９に示すように、カウント値の時間変化も同様に変化する。
【００８０】
ここで、上述したように、振動板２０１の振動は、サブホッパー２００内部のトナー残量が多い程早く減衰する。従って、図１９に示すような磁束センサ１０の発振信号の振動の減衰の態様を解析することにより振動板２０１の振動がどのように減衰したかを認識し、それによってサブホッパー２００内部のトナー残量を知ることが出来る。
【００８１】
そのため、図１９に示すように、カウント値の振動のピークを夫々Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、・・・とすると、例えば、以下の式（２）により、振動板２０１の振動の減衰率ζを求めることが出来る。式（２）に示すようにタイミングの異なるピーク値の割合を参照することにより、環境変動による誤差をキャンセルして正確な減衰率を求めることが出来る。換言すると、本実施形態に係るＣＰＵ２１は、異なるタイミングにおいて取得されたカウント値の比率に基づいて減衰率ζを求める。
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【００８２】
尚、上記式（２）においては、図１９に示すピークのうちＰ１、Ｐ２及びＰ５、Ｐ６を用いたが、これは一例であり、他のピークを用いても良い。但し、振動板２０１が撹拌部材２０５によって押し込まれて磁束センサ１０に最も近付いた状態であるタイミングｔ２におけるピーク値は、撹拌部材２０５と重り２０２との摩擦による摺動ノイズが重畳した誤差等を含むため、計算対象とはしないことが好ましい。
【００８３】
仮に図１８に示すようにサブホッパー２００内部のトナーの存在によって振動の減衰が早められる場合であっても、振動板２０１の振動数は大きくは変わらない。そのため、上記式（２）に示すように特定のピークの振幅の割合を計算することにより、所定期間における振幅の減衰を計算することが出来る。
【００８４】
このような原理に基づくサブホッパー２００内部のトナー残量の検知方法において、本実施形態に係る要旨は、サブホッパー２００内部におけるトナーの残留状態により、振動板２０１の振動が強く妨げられ、ほとんど振動しない場合の処理にある。例えば、上記式（２）により減衰率を求める場合、Ｐ５、Ｐ６のピークが取得される必要があるが、振動板２０１がほとんど振動しない場合、そのピークが取得されない。その結果、減衰率ζの算出が不可能となる。そのような場合に対処することが本実施形態に係る要旨である。
【００８５】
振動板２０１の振動が強く妨げられ、ほとんど振動しない場合とは、例えばサブホッパー２００内部において、振動板２０１が振動するための空間が生じない程にトナーが充填されている場合である。そのような場合、サブホッパー２００内部にはトナーが十分に充填されているため、減衰率の算出がエラーとなっても、トナーの補給についてアラートを発する必要はない。
【００８６】
つまり、減衰率ζを算出するのとは別に、振動板２０１がほとんど振動しないことをもってサブホッパー２００内部にトナーが十分に充填されていることを判断することが可能である。以下、そのような判断を含むトナー残量の検知方法について説明する。
【００８７】
図２０は、本実施形態に係るトナー残量検知の動作を示すフローチャートである。図２０に示すフローチャートの動作は、図８に示すＣＰＵ２１の動作である。即ち、ＣＰＵ２１が特定のプログラムに従って演算を行うことにより、検知処理部として機能する。図２０に示すように、ＣＰＵ２１は、まず撹拌部材２０５が回転することによって重り２０２が押し込まれるまでの期間をカウントするカウント値Ｔｓのカウントを開始する（Ｓ２００１）。この際、撹拌部材２０５は回転制御されていることが前提である。Ｓ２００１におけるカウント値Ｔｓのカウント開始と共に撹拌部材２０５の回転制御を行っても良い。
【００８８】
その後、ＣＰＵ２１は、カウント値Ｔｓが閾値に達するまで（Ｓ２００２／ＹＥＳ）、図１４に示すように重り２０２を介して振動板２０１の押し込みが開始されたか否かの判断を行う（Ｓ２００３）。図２１は、Ｓ２００３における押し込み判断の態様を示す図である。図１９において説明したように、タイミングｔ１において撹拌部材２０５の回転によって振動板２０１が押し込み始めると、振動板２０１が磁束センサ１０に近づくにつれてカウント値が上昇する。そして、カウント値が予め定められた閾値Ｃ１に達すると、ＣＰＵ２１は振動板２０１が押し込まれた状態か否かを判断するための時間カウントを開始する。
【００８９】
ＣＰＵ２１による時間カウントは、磁束センサ１０の発振信号のカウント値が閾値Ｃ１を超えた状態である限り継続される。そして、図２１に示すように、磁束センサ１０の発振信号のカウント値が閾値Ｃ１を超えた状態のまま、ＣＰＵ２１による時間カウントが図２１に示す閾値Ｔｔｈ１に達すると、ＣＰＵ２１は振動板２０１の押し込みが開始されたと判断する。
【００９０】
閾値Ｃ１は、上述したカウント値Ｃ０と経験的に求められるカウント値の最大値Ｃｍａｘに基づき、例えばＣ１＝（Ｃｍａｘ＋Ｃ０）／２によって求められる。また、閾値Ｔｔｈ１は、経験的に求められる振動板２０１の振動に応じたカウント値の振動周期に基づき、例えば図１９に示すように振動する際の振動周期の２倍の値が用いられる。
【００９１】
他方、振動板２０１の押し込みの開始を検知することなく（Ｓ２００３／ＮＯ）、カウント値Ｔｓが閾値に達すると（Ｓ２００２／ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、撹拌部材２０５を回転させても振動板２０１が押し込まれないため、撹拌部材の異常を検知する（Ｓ２０１６）。従って、Ｓ２００２において判断される閾値は、撹拌部材２０５の回転周期に応じて決定され、例えば撹拌部材２０５が１回転する期間が用いられる。Ｓ２０１６の結果、ＣＰＵ２１は、ユーザへの撹拌部材２０５の異常の通知処理などを行う。
【００９２】
振動板２０１の押し込みを検知すると（Ｓ２００３／ＹＥＳ）、次に、ＣＰＵ２１は、重り２０２が押し込まれた後、解放されるまでの期間をカウントするカウント値Ｔｅのカウントを開始する（Ｓ２００４）。その後、ＣＰＵ２１は、カウント値Ｔｅが閾値に達するまで（Ｓ２００５／ＹＥＳ）、図１６に示すように振動板２０１の押し込みが解法されたか否かの判断を行う（Ｓ２００６）。
【００９３】
図２２は、Ｓ２００６における開放判断の態様を示す図である。図２２に示すように、ＣＰＵ２１は、Ｓ２００３において押し込みを検知した後、磁束センサ１０の発振信号のカウント値が閾値Ｃ１を下回った場合に、振動板２０１の押し込みが解放されたことを検知する。
【００９４】
他方、振動板２０１の押し込みの開放を検知することなく（Ｓ２００６／ＮＯ）、カウント値Ｔｅが閾値に達すると（Ｓ２００５／ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、撹拌部材２０５を回転させても振動板２０１が解放されないため、撹拌部材の異常を検知する（Ｓ２０１６）。従って、Ｓ２００５において判断される閾値は、撹拌部材２０５の回転周期に応じて決定され、例えば撹拌部材２０５が１回転する期間が用いられる。Ｓ２０１６の結果、ＣＰＵ２１は、ユーザへの撹拌部材２０５の異常の通知処理などを行う。
【００９５】
振動板２０１の開放を検知すると（Ｓ２００６／ＹＥＳ）、次に、ＣＰＵ２１は、振動板２０１が、上述した減衰率ζを算出可能な程度に振動しているか否かを判断する（Ｓ２００７）。Ｓ２００７における判断が本実施形態に係る要旨の１つである。図２３は、Ｓ２００７における振動の有無の検知態様を示す図であり、振動板２０１が、減衰率ζを算出可能な程度に十分に振動していない場合を示す図である。
【００９６】
ＣＰＵ２１は、通常の処理として上述したように磁束センサ１０の発振信号のカウント値を継時的に取得する。そして、Ｓ２００６において振動板２０１が解放されたことが検知されたタイミングｔｒｅｌの所定期間後であるタイミングｔ３からタイミングｔ４までの間のカウント値が、図２３に示す閾値Ｃｈ、Ｃｗの範囲内に収まっているか否かを判断する。換言すると、ＣＰＵ２１は、振動板２０１が振動させられた後の所定のタイミング以降の期間において、カウント値の振幅の絶対値が所定の閾値以下であるか否かを判断する。
【００９７】
その結果、タイミングｔ３からタイミングｔ４までのカウント値が閾値Ｃｈ、Ｃｗの範囲内に収まっている場合、振動板２０１が十分振動しておらず、減衰率ζを算出するためのピークの取得が不可能であると判断する。他方、タイミングｔ３からタイミングｔ４までのカウント値のうち、１つでも閾値Ｃｈ、Ｃｗの範囲外のものがあれば、ＣＰＵ２１は、振動板２０１が十分振動していると判断する。
【００９８】
タイミングｔ３、ｔ４及びその期間は、振動が収まっているか否かを確認するための判断をおこなうためのタイミングや期間であり、例えば、経験的に求められる振動板２０１の振動周期によって定められる。振動板２０１の振動周期をＴｖとすると。タイミングｔ３としては、タイミングｔｒｅｌの後Ｔｖが経過したタイミングとすることが出来る。また、タイミングｔ４としては、タイミングｔｒｅｌの後Ｔｖの３倍の期間が経過したタイミングとすることが出来る。
【００９９】
この場合、タイミングｔ３からタイミングｔ４の期間としては、Ｔｖの２倍の期間となる。但し、これらは例示であり、振動板２０１が振動開始してから振動が収束するまでの期間が、減衰率ζの算出が不可能な程度に短い期間であることを判断可能な態様であれば様々な態様を用いることが可能である。
【０１００】
Ｓ２００７の判断の結果、振動ありと判断した場合（Ｓ２００７／ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は磁束センサ１０の発振信号のカウント値を継時的に取得し、図１９に示すような振動板２０１の振動に応じたカウント値の振動のピーク値を取得する（Ｓ２００８）。Ｓ２００８においてＣＰＵ２１は、継続して所定期間毎に取得されるカウント値を解析することにより、ピーク値を特定する。
【０１０１】
図２４は、カウント値の解析態様を示す図であり、所定期間毎に取得されるカウント値について、夫々のカウント値の“番号ｎ”、“カウント値Ｓｎ”に加えて、直前のカウント値との差分の符号“Ｓｎ−１−Ｓｎ”が、取得順に示されている。図２４に示すような結果において、“Ｓｎ−１−Ｓｎ”の符号が反転した一つ前の値がピーク値である。図２４の場合、５番及び１０番がピーク値として採用される。
【０１０２】
即ち、ＣＰＵ２１は、Ｓ２００７において振動板２０１が解放されたと判断した後に順番に取得されたカウント値について、図２４に示す“Ｓｎ−１−Ｓｎ”を計算する。そして、計算結果として得られる符号が反転したタイミングにおける“カウント値Ｓｎ”を図１９に示すＰ１、Ｐ２、Ｐ３・・・といったピーク値として採用する。
【０１０３】
尚、上述したように、タイミングｔ２における値は避けることが好ましい。これに対して、本実施形態によれば、Ｓ２００７において振動板２０１が解放されたと判断したタイミングでは既にタイミングｔ２は過ぎているため、避けるべきピークの値を避けることが出来る。
【０１０４】
また、実際に得られるカウント値は、高周波成分のノイズを含んでいる可能性があり、振動板２０１の振動によるピークではない位置において“Ｓｎ−１−Ｓｎ”の符号が反転するタイミングが生じる場合がある。そのような場合の誤検知を回避するため、ＣＰＵ２１は、カウント値出力部３３から取得した値を平滑化処理した上で図２４に示す解析を行うことが好ましい。平滑化処理においては移動平均法などの一般的な処理を採用することができる。
【０１０５】
このようにしてピーク値を取得すると、ＣＰＵ２１は上記式（２）の計算により減衰率ζを計算する（Ｓ２００９）。このため、Ｓ２００８においては、減衰率の計算に用いるピーク値が得られるまで、図２４に示す態様によりカウント値の解析を行う。上記式（２）を用いる場合、ＣＰＵ２１は、Ｐ６に相当するピーク値が得られるまでカウント値の解析を行う。
【０１０６】
このようにして減衰率ζを算出すると、ＣＰＵ２１は、算出した減衰率ζが所定の閾値以下であるか否かを判断する（Ｓ２０１０）。図１８において説明したように、サブホッパー２００内部に十分なトナーが残っている場合、振動板２０１の振動は早く減衰する。従って、減衰率ζは小さくなる。他方、サブホッパー２００内部のトナーが減少すると、それに応じて振動板２０１の振動の減衰が遅くなり、減衰率ζは大きくなる。
【０１０７】
従って、検知するべきトナー残量に応じた減衰率ζＳを閾値とすることにより、算出された減衰率ζに基づいて、サブホッパー２００内部のトナー残量が検知するべき残量（以降、「規定量」とする）にまで減少したことを判断することが可能である。即ち、ＣＰＵ２１は、異なるタイミングにおいて取得されたカウント値の比率と所定の閾値との大小関係に基づいて、サブホッパー２００内部のトナーが所定の量を下回ったことを判断する。
【０１０８】
Ｓ２０１０の判断の結果、算出した減衰率ζが閾値未満であれば（Ｓ２０１０／ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、サブホッパー２００内部には十分な量のトナーが保持されていると判断し、そのまま処理を終了する。他方、算出した減衰率ζが閾値以上であれば（Ｓ２０１０／ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、サブホッパー２００内部のトナー量が規定量を下回っていると判断し、トナー切れ検知を行って処理を終了する（Ｓ２０１１）。
【０１０９】
Ｓ２０１１の処理によりトナー切れ検知を行ったＣＰＵ２１は、画像形成装置１００を制御するより上位のコントローラに対して、トナー残量が規定量を下回ったことを示す信号を出力する。これにより、画像形成装置１００のコントローラは、特定の色についてのトナー切れを認識し、トナーボトル１１７からトナーの供給を行うことが可能となる。
【０１１０】
Ｓ２００７において、振動なしと判断した場合（Ｓ２００７／ＮＯ）、上述したように、サブホッパー２００内部に十分なトナー量が充填されており、振動板２０１の振動が強く抑制されていることが予想される。従って、ＣＰＵ２１は、Ｓ２０１０において減衰率ζが未満であった場合と同様に、サブホッパー２００内部に十分なトナー量が充填されていると判断する。
【０１１１】
他方、サブホッパー２００内部においてトナーが切れた状態であるにも関わらず、振動板２０１の周囲にトナーが固着することによって振動板２０１の振動が強く抑制され、振動板２０１がほとんど振動しない場合もある。そのような場合、トナーの補給についてアラートを発する必要があるが、減衰率が算出されないため、トナー切れは検知されないこととなる。ＣＰＵ２１は、そのような点を考慮した処理を行う。
【０１１２】
そのため、ＣＰＵ２１はＳ２００７において振動なしと判断すると、振動板２０１にトナーが固着している場合に、その固着を解除するため、撹拌部材２０５を回転制御する（Ｓ２０１２）。そして、ＣＰＵ２１は、振動板２０１の振動がないと判断したことをカウントするための振動なしカウンタをインクリメントする（Ｓ２０１３）。
【０１１３】
Ｓ２０１３においてインクリメントされる振動なしカウンタは、Ｓ２００７において振動ありと判断された場合、即ち、Ｓ２００８の前にクリアされる。従って、振動なしカウンタのカウント値は、Ｓ２００７において振動ありと判断されることなく、連続して振動なしと判断された回数となる。
【０１１４】
振動なしカウンタのカウント値は、即ちＳ２０１２において撹拌部材２０５の回転制御が行われた回数でもある。Ｓ２００７の判断が繰り返されるということは、サブホッパーからのトナーの供給も繰り返し行われ、サブホッパー２００内部に十分な量のトナーが充てんされているために振動なしと判断される可能性は低くなっていく。従って、そのカウント値が所定以上となるということは、撹拌部材２０５による撹拌を何度行っても振動板２０１が振動しないということであり、撹拌部材２０５では解除不能な固着が発生している可能性が高い。
【０１１５】
ＣＰＵ２１は、振動なしカウンタのカウント値が閾値に達するまでは（Ｓ２０１４／ＮＯ）、サブホッパー２００内部に十分なトナー量が充填されているとの判断を維持して処理を終了する。他方、振動なしカウンタが予め定められた閾値に達すると（Ｓ２０１４／ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、トナー固着による検知異常が発生していることを検知し（Ｓ２０１５）、処理を終了する。このような処理により、本実施形態に係るトナー残量検知動作が終了する。
【０１１６】
以上、説明したように、本実施形態に係るトナーの残量検知の方法によれば、振動板２０１の振動というデリケートな事象に対するトナーの影響を検知する。また、トナーの圧力等を直接検知する態様とは異なり、振動板の振動を介して検知するため、精度の向上が困難な圧力センサなどを用いることがなく、容器内のトナーの残量を高精度に検知することが可能となる。
【０１１７】
そして、振動板２０１が撹拌部材２０５によって弾かれて振動を開始した後、減衰率ζの算出が可能な程度に振動板２０１が振動するか否かを判断し、その判断結果によってサブホッパー２００内部におけるトナー残量を判断している。従って、サブホッパー２００内部におけるトナーの充填状態により、振動板２０１が十分に振動せず、減衰率ζが算出不可能な場合であっても、好適にサブホッパー２００内部のトナーの充填状態を判断することが可能である。
【０１１８】
尚、上記実施形態においては、磁束センサ１０によるセンシングの対象として、金属素材の板状部材である振動板２０１を用いる場合を例として説明した。しかしながらこれは一例である。振動板２０１に求められる条件は、所定の振動数による振動を生じること、磁束センサ１０との間隔の変化に応じて磁束に影響を与え、磁束センサ１０の発振信号の周波数に影響を与えることである。
【０１１９】
上記実施形態においては、磁束センサ１０に近づくほど磁束を打ち消してインダクタンスＬを減少させる金属材料を用いているが、逆に磁束センサ１０に近づくほど磁束を増大させてインダクタンスＬを増大させる強磁性体の材料でも良い。
【０１２０】
上記実施形態においては、磁束センサ１０の平面パターンコイル１１によって生じる磁束に影響を与える観点や固有振動数の観点から板状の部材である振動板２０１を磁束センサ１０のセンシング対象としている。しかしながらこれは一例であり、振動すること及び磁束に影響することという条件を満たす限り、板状に限らず棒状の部品であっても良い。
【０１２１】
また、上記実施形態においては、図２に示すサブホッパー２００内部のトナー残量を検知するための機構として磁束センサ１０及び振動板２０１よりなる構成を用いることを例として説明した。しかしながら、上記構成は粉体であるトナー量を検知するための構成として幅広く用いることが可能であり、例えば現像器１１２内部のトナー残量を検知するための構成として用いることも可能である。
【０１２２】
また、上記実施形態においては残量を検知する対象の粉体として、電子写真方式の画像形成装置において用いられる顕色剤であるトナーを例として説明した。しかしながらこれは一例であり、流動性を有することによって残量に応じて振動板２０１の振動に影響を与える粉体であれば同様に適用可能であり、例えば予めトナーとキャリアが混合されたプリミックス剤などに適用可能である。また、画像形成装置において用いられる顕色剤に限らず、流動性を有することにより残量に応じて振動板２０１の振動に影響を与える粉体であれば同様に残量の検知対象とすることが可能である。同様に、検知対象として液体を採用することも可能である。
【０１２３】
また、上記実施形態においては、上記式（２）により減衰率ζを算出する場合を例として説明した。しかしながらこれは一例であり、例えば以下の式（３）のように、複数のピーク間の減衰率の平均値を用いても良い。
2017058459.tif 000005
【０１２４】
また、以下の式（４）に示すように、単純にピーク値の割合としても良い。
2017058459.tif 000006
【０１２５】
また、上記実施形態においては、基板上にパターンニングされて形成された平面パターンコイルを用いる場合を例として説明した。コイルを平面上に形成することにより、センシングの対象である振動板２０１に対向する方向の厚みを薄くすることが可能であり、装置の小型化を好適に達成することが可能である。
【０１２６】
しかしながら、コイルを平面パターンによって形成しなくとも、振動板２０１に対向する方向に対して平行に磁束が発生するようにコイルを形成することにより、同様の効果を得ることが可能である。コイルの形成態様の他の例を図２５、図２６に示す。図２５は、磁束センサ１０を構成する基板の板面に平行な方向から見た図であり、図２６は、磁束センサ１０を構成する基板の板面に垂直な方向から見た図である。
【０１２７】
図２５、２６の例においては、磁束センサ１０を構成する基板上に、表面が絶縁された配線を巻いて配置することによりコイル１１´が形成されている。図２５、２６の例においても、図２５に示すように、振動板２０１に対向する方向に対して平行な方向の厚みを十分に薄くすることが可能であり、装置の小型化を図ることが可能である。
【０１２８】
また、上記実施形態においては、図８に示すように、磁束センサ１０が発振信号を出力し、画像形成装置１００を制御するコントローラ側においてその信号を取得して各所の検知動作や判断動作を行う場合を例として説明した。この他、ある程度の判断動作を行うための情報処理機能と磁束センサ１０とを一体に構成した一体型センサ１０´を図３に示す磁束センサ１０のように取り付け、コントローラ２０側ではその判断結果のみを取得するような態様も可能である。そのような例について、図２７に示す。
【０１２９】
図２７は、一体型センサ１０´を用いる場合の各部の機能構成及びコントローラ２０との接続関係を示すブロック図である。図２７に示すように、一体型センサ１０´は、上述した磁束センサ１０に加えて、図８において説明した入出力制御ＡＳＩＣ３０やコントローラ２０に含まれる各構成と同等の構成を含むセンサ制御ＡＳＩＣ３０´を含む。
【０１３０】
センサ制御ＡＳＩＣ３０´は、透磁率カウンタ３１、リード信号取得部３２、カウント値出力部３３、ＣＰＵ２１、ＡＳＩＣ２２、タイマ２３、水晶発振回路２４及びコントローラＩ／Ｆ２５を含む。コントローラＩ／Ｆ２５以外の構成は、図８における同一符号を付す構成と同様の機能を有する。
【０１３１】
コントローラＩ／Ｆ２５は、ＣＰＵ２１がコントローラ２０との間で情報をやり取りするためのインタフェースである。このような構成において、図２０において説明した動作はセンサ制御ＡＳＩＣ３０´側において実行され、その動作によって判断された結果がコントローラＩ／Ｆ２５を介してコントローラ２０側に通知される。
【０１３２】
また、上記実施形態においては、減衰率ζの算出が可能な程度に振動板２０１が振動するか否かの判断態様として、図２３に示すように、振動板２０１の開放が検知された後所定期間後における振動の振幅が閾値Ｃｈ、Ｃｗの範囲内か否かを判断する。しかしながら、図２３に示す判断態様の趣旨は、振動板２０１の振動が極短い期間で収束しているか否かを検知することにあり、ごく短い期間の一例として、図２３に示すタイミングｔｒｅｌからタイミングｔ３までの期間が用いられている。
【０１３３】
他の例として、例えば、振動の収束をリアルタイムに判断し、振動の収束が判断されたタイミングが所定の閾値よりも早いか否かによって減衰率ζの算出が可能な程度に振動板２０１が振動するか否かの判断とすることも可能である。そのような例について、図２８を参照して説明する。
【０１３４】
図２８に示すように、ＣＰＵ２１は磁束センサ１０の発振信号のカウント値を継時的に順次取得すると、そのカウント値が閾値Ｃｈ、Ｃｗの範囲内であるか否かを判断する。そして、カウント値が閾値Ｃｈ、Ｃｗの範囲内となったタイミングｔｄｅｔにおいて時間のカウントを開始する。時間のカウントは、磁束センサ１０の発振信号のカウント値が閾値Ｃｈ、Ｃｗの範囲内である限り継続され、カウント値が閾値Ｃｈ、Ｃｗの範囲外となったらリセットされる。
【０１３５】
そして、時間のカウント値が図２８に示す閾値Ｔｔｈ２に達すると、ＣＰＵ２１は振動板２０１の振動が収束したタイミングとして、タイミングｔｄｅｔを取得する。そして、ＣＰＵ２１は、タイミングｔｒｅｌからタイミングｔｄｅｔまでの期間Ｔｄｅｔを算出し、その期間Ｔｄｅｔが所定の閾値よりも短いか否かを判断する。
【０１３６】
そして、期間Ｔｄｅｔが所定の閾値よりも短ければ、振動板２０１の振動が、減衰率ζの算出が困難な程度に短い期間で収束していると判断し、図２０のＳ２００７において振動なしと判断する。Ｔｔｈ２は、振動が収まっているか否かを確認するための判断期間であり、その趣旨は図２３に示すｔ３からｔ４の期間と同一である。従って、閾値Ｔｔｈ２としては、経験的に求められる振動板２０１の振動周期Ｔｖの２倍の期間を用いることが出来る。
【０１３７】
また、期間Ｔｄｅｔに対して適用する閾値は、振動板２０１の振動が、減衰率ζの算出が困難な程度に短い期間で収束しているか否かを判断するための閾値である。従って、その趣旨は図２３に示すタイミングｔｒｅｌからタイミングｔ３までの期間と同一である。従って、期間Ｔｄｅｔに対して適用する閾値としては、経験的に求められる振動板２０１の振動周期Ｔｖの期間を用いることが出来る。
【０１３８】
また、上記実施形態においては、振動板２０１の振動の収束を判断するための方法として、図２３や図２８に示すように閾値Ｃｗ、Ｃｈを用いることを例として説明した。しかしながらこれは一例である。例えば、順次入力される磁束センサ１０の発振信号のカウント値の変化量をリアルタイムに計算し、変化量が所定の閾値以内である状態が所定期間以上継続した場合に振動板２０１が収束したと判断しても良い。
【符号の説明】
【０１３９】
１０  磁束センサ
１０´  一体型センサ
１１  平面パターンコイル
１２  パターン抵抗
１３  第一コンデンサ
１４  第二コンデンサ
１５  フィードバック抵抗
１６、１７  アンバッファＩＣ
１８  出力端子
２０  コントローラ
２１  ＣＰＵ
２２  ＡＳＩＣ
２３  タイマ
２４  水晶発振回路
２５  コントローラＩ／Ｆ
３０  入出力制御ＡＳＩＣ
３０´  センサ制御ＡＳＩＣ
３１  透磁率カウンタ
３２  リード信号取得部
３３  カウント値出力部
１０１  給紙トレイ
１０２  給紙ローラ
１０３  レジストローラ
１０４  用紙
１０５  搬送ベルト
１０６Ｋ、１０６Ｃ、１０６Ｍ、１０６Ｙ  画像形成部
１０７  駆動ローラ
１０８  従動ローラ
１０９Ｋ、１０９Ｃ、１０９Ｍ、１０９Ｙ  感光体ドラム
１１０Ｋ  帯電器
１１１光書き込み装置
１１２、１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙ  現像器
１１２ａ  センサ取り付け位置
１１２ｂ  供給室搬送部材
１１２ｃ  回収室搬送部材
１１３Ｋ、１１３Ｃ、１１３Ｍ、１１３Ｙ  感光体クリーナ
１１５Ｋ、１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ  転写器
１１６  定着器
１１７  トナーボトル
１１８  トナーボトル供給路
１１９  サブホッパー供給路
２００  サブホッパー
２０１  振動板
２０１ａ  固定部
２０２  重り
２０４  回転軸
２０５  撹拌部材
２０５ａ  切り込み
２０５ｂ  丸型部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４０】
【特許文献１】特開２０１３−３７２８０号公報
【図１】
2017058459.tif 000007
【図２】
2017058459.tif 000008
【図３】
2017058459.tif 000009
【図４】
2017058459.tif 000010
【図５】
2017058459.tif 000011
【図６】
2017058459.tif 000012
【図７】
2017058459.tif 000013
【図８】
2017058459.tif 000014
【図９】
2017058459.tif 000015
【図１０】
2017058459.tif 000016
【図１１】
2017058459.tif 000017
【図１２】
2017058459.tif 000018
【図１３】
2017058459.tif 000019
【図１４】
2017058459.tif 000020
【図１５】
2017058459.tif 000021
【図１６】
2017058459.tif 000022
【図１７】
2017058459.tif 000023
【図１８】
2017058459.tif 000024
【図１９】
2017058459.tif 000025
【図２０】
2017058459.tif 000026
【図２１】
2017058459.tif 000027
【図２２】
2017058459.tif 000028
【図２３】
2017058459.tif 000029
【図２４】
2017058459.tif 000030
【図２５】
2017058459.tif 000031
【図２６】
2017058459.tif 000032
【図２７】
2017058459.tif 000033
【図２８】
2017058459.tif 000034