JP3600116B2

JP3600116B2 - トナー補給装置

Info

Publication number: JP3600116B2
Application number: JP2000119950A
Authority: JP
Inventors: 登彦木村; 雄若林; 宏久保田; 涛欧; 栄一木戸; 尚孝船山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2020-04-20
Also published as: JP2001305846A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式の画像形成装置に使用されるトナー補給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの電子写真プロセスを利用した画像形成装置にあっては、予め一様に帯電された感光体上に像露光を行って静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置から供給されるトナーによってトナー像に現像し、トナー像を転写紙上に転写及び定着するようにしている。現像装置は、ケーシング内に現像ローラ、アジテータなどを配置するとともに、トナーホッパがトナー補給部として隣接して配置されている。トナー補給部は、現像装置内に収容されている現像剤のトナー濃度が低下した場合に、上記補給部から現像装置へ必要量のトナーが補給されるように制御されている。
【０００３】
ところで、トナーホッパ内のトナーの残量又はトナーの有無を検知するのに、一般には、光学的検出手段が多く採用されている。
【０００４】
例えば、特開平５−２７５９３号公報には、図９に示すように、トナーＭが収容されたトナーホッパ１００における対向側壁にそれぞれ透明窓１０１、１０２を設け、一方の透明窓１０１の外側に発光ダイオード（ＬＥＤという）１０３を配置し、他方の透明窓１０２の外側にフォトダイオード１０４を設置して、トナーホッパ１００内のトナーＭの量が、ＬＥＤ１０３からフォトダイオード１０４までの光路を越えるレベルに有るか否かによって、トナー残量が所定量であるか否かを判別する構成が開示されている。
【０００５】
また、特開平９−８０８９２号公報には、図１０に示すように、トナー容器２０１の底部に透明窓２０２を形成する一方、トナー容器２０１内で回転する攪拌部２０３の攪拌シャフト２０４に一体に回転する反射板２０５を設け、上記透明窓２０２の外側に、透明窓を通して前記反射板２０５に光を出射し、かつ反射板２０５からの反射光を受光する反射形フォトセンサ２０６を設け、反射光の有無により、トナー容器２０１内にトナーが残存しているか否かを検出する構成が開示されている。
【０００６】
しかし、特開平５−２７５９３号公報に開示された構成では、トナーホッパ１００に２つの透明窓１０１、１０２を形成しなければならないうえ、トナーで透明窓１０１、１０２が汚損されて光路障害が発生すると、誤検知を招くおそれがある。
【０００７】
また、特開平９−８０８９２号公報に開示された構成では、透明窓の設置個数が減少できるものの、反射板２０５がトナー容器２０１の内部にあるため、この反射板２０５がトナーＭによって汚損されると、やはりトナー検出精度が悪くなる。
【０００８】
このように、トナーＭによる汚損に起因した誤動作を回避するため、従来、特開平５−１１６１０号公報に開示された構成が知られている。これは、図１１に示すように、トナー容器３０１の外側にフォトセンサ３０２を配備する一方、回転時にトナーの抵抗力を受ける磁性材からなるコ字形の検知体３０４を攪拌シャフト３０３に回転可能に支持し、検知体３０４との間で磁気吸引力が作用する永久磁石３０５を有し、かつ前記光センサ３０２の光路を遮光する遮光片部３０６ａを有するセンサレバー３０６を前記トナー容器３０１の外側で回動可能に枢支したものである。この構成において、攪拌シャフト３０３の回転にともなって検知体３０４が回転した際に、検知体３０４に対して永久磁石３０５を介して応動するセンサレバー３０６の変位で光路が遮光される時間が長くなるか否かによって、トナーの有無を検出するようにしたものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平５−１１６１０号公報に開示された技術では、トナー汚損の影響による誤検知は回避されるものの、検知体３０４に磁気吸引力が作用する永久磁石３０５や光センサ３０２の光路を遮光するセンサレバーなどにより、部品点数が多くなるうえ、比較的大きなセンサレバー３０６などをトナー容器３０１の外側に配備するので、装置全体が大形になる。とくに、検知体３０４の変位を永久磁石３０５を介してセンサレバー３０６に伝達する構成のために、検知体３０４の変位に対してセンサレバー３０６変位が若干遅れ気味となり、センサレバー３０６により光路が遮光される時間を明確に判別し難く、トナー量の検出精度に劣る。
【００１０】
この発明の目的は、簡易な構造で、コンパクト化が図れるうえ、トナ−を正確に検出できるトナ−補給装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。
【００１２】
（１）トナー収容部内で回転する攪拌シャフトと、攪拌シャフトに回転自在に支持された検知体と、攪拌シャフトの回転に応動して検知体を攪拌シャフト回りの上死点まで押し上げる駆動手段と、を備え、検知体の回転動作状態からトナー残量又はトナーの有無を判別するトナー補給装置において、
前記攪拌シャフトの回転に伴って検知体が上死点まで上昇し、上死点を通過して自重よって下死点まで降下する際の下降速度の変化を、トナー収容部の外部からトナー収容部内の所定位置における透磁率を測定する透磁率センサの測定結果に基づいて検出する検出手段を設け、
前記検知体は、攪拌シャフトに沿った水平辺部及び水平辺部の両端に連成されて攪拌シャフトに支持される一対の垂直辺部を有するコ字形枠体からなり、検知体全体が非磁性材で構成され、水平辺部に薄肉磁性部が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
この構成においては、攪拌シャフトの回転に伴って駆動手段により検知体が上死点まで上昇し、上死点を通過して自重よって下死点まで降下する。この時、トナー量の多少によってトナーの抵抗力を受ける検知体の下降速度が変わり、トナー収容部内の透磁率の変化状態も変わるため、検知体の下降速度の変化をトナー収容部の外部に配置した透磁率センサの測定結果に基づいて検出することにより、トナーの汚損の影響などを受けることなく、正確にトナー残量又はトナーの有無が判別される。また、検知体本体を合成樹脂などで成形することにより、検知体の一層の軽量化が可能となる。
【００１４】
（２）トナー収容部内で回転する攪拌シャフトと、攪拌シャフトに回転自在に支持された検知体と、攪拌シャフトの回転に応動して検知体を攪拌シャフト回りの上死点まで押し上げる駆動手段と、を備え、検知体の回転動作状態からトナー残量又はトナーの有無を判別するトナー補給装置において、
前記攪拌シャフトの回転に伴って検知体が上死点まで上昇し、上死点を通過して自重よって下死点まで降下した後の検知体の滞在時間の長短変化を、トナー収容部の外部からトナー収容部内の所定位置における透磁率を測定する透磁率センサの測定結果に基づいて検出する検出手段を設け、
前記検知体は、攪拌シャフトに沿った水平辺部及び水平辺部の両端に連成されて攪拌シャフトに支持される一対の垂直辺部を有するコ字形枠体からなり、検知体全体が非磁性材で構成され、水平辺部に薄肉磁性部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この構成においては、攪拌シャフトの回転に伴って駆動手段により検知体が上死点まで上昇し、上死点を通過して自重よって下死点まで降下する。この時、トーナー量の多少によって、トナーの抵抗力を受ける検知体の下死点での滞在時間が変化し、トナー収容部内の透磁率の変化状態も変わるため、検知体の下死点での滞在時間の変化をトナー収容部の外部に配置した透磁率センサの測定結果に基づいて検出することにより、トナーによる検知体の汚れの影響などを受けることがないうえ、速度変化と磁界変化との換算に手間をかけることなく、正確にトナー残量又はトナーの有無が判別される。また、検知体本体を合成樹脂などで成形することにより、検知体の一層の軽量化が可能となる。
【００１６】
（３）透磁率センサが、トナー収容部の底壁近傍に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成においては、トナー収容部内でのトナー量の多少による検知体の下死点における回転動作状態の変化が、トナー収容部内における透磁率の変化状態に基づいて正確に検出される。
【００１８】
（４）前記検知体が枠体から構成される一方、前記駆動手段が攪拌シャフトに一体に設けられた駆動片からなることを特徴とする。
【００１９】
この構成においては、検知体を上死点まで押し上げる手段の構成が簡単となる。また、検知体が枠体から構成されているので、検知体によって攪拌シャフトの回転負荷の増大が極力抑制される。
【００２０】
（５）前記攪拌シャフトの回転数が毎分１０回転以下であることを特徴とする。
【００２１】
この構成においては、攪拌シャフトが比較的低速で動くため、検知が的確に行われ、下死点での検知体の滞在時間（静止時間）の検出が容易に行われる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施形態に係るトナー補給装置の構成図である。トナーＭが収容される筒形のトナー収容部１内には、その筒軸方向（長手方向）へ沿って延びる攪拌シャフト２が配設されており、攪拌シャフト２の両端部は、図示しない軸受部材を介して回転可能に支持されている。この攪拌シャフト２には、図示しないモータなどの回転駆動源の回転力が減速して伝達されるようになっている。
【００２５】
３はトナー量を検出するための検知体であり、磁性材料からなり、水平辺部３ａならびに水平辺部３ａにそれぞれ連成された一対の垂直辺部３ｂ、３ｂを有する略コ字状の枠形に成形されており、両垂直辺部３ｂ、３ｂの各上端には、リング状のシャフト嵌挿部３ｃ，３ｃがそれぞれ一体形成されている。これらシャフト嵌挿部３ｃ，３ｃを攪拌シャフト２に嵌挿させることにより、検知体３は、攪拌シャフト２の回りに回転自在に設定されている。この検知体３は、現像装置側に連通するトナ−補給部４へのトナ−搬送部材を兼ねている。
【００２６】
５は上記攪拌シャフト２に固定されて径方向外方へ延びる駆動片であり、攪拌シャフト２と一体に回転して前記検知体３の水平辺部３ａを、攪拌シャフト２の回りの上死点を越えるまで押し上げる機能を有する。
【００２７】
トナ−収容部１の外側には、このトナ−収容部１の底壁近傍に位置して、透磁率センサ６が配置されている。透磁率センサ６は、トナー収容部１内の最下部における透磁率を測定する。トナー収容部１内の最下部における透磁率は、磁性体である検知体３の回転動作によって変化する。したがって、透磁率センサ６によるトナー収容部１内の最下部における透磁率の測定結果の変化状態に基づいて、検知体３の回転動作状態を検出することができる。この透磁率センサ６としては、所定値以上の透磁率を測定した時にオンするオン／オフ信号、又は、測定値に応じたアナログ信号のいずれを測定信号として出力するものであってもよい。
【００２８】
７は透磁率センサ６からの出力を受けてトナーの有無を判別する判別手段である。判別手段７は、透磁率センサ６の測定結果の入力を受け、測定結果の変化状態から、上死点を通過して自重よって下死点まで降下した後の検知体３の滞在時間の長短変化を検出し、この検出結果に基づいてトナー収容部１内におけるトナー量を判別する。
【００２９】
つぎに、上記構成の動作を図２を参照しつつ説明する。まず、初期状態では、検知体３は、図２（Ａ）に示すように、自重により下死点の位置に静止している。この時点では、攪拌シャフト２上の駆動片５の位置は任意である。
【００３０】
攪拌シャフト２が回転するに伴って、駆動片５が検知体３の水平辺部３ａに押し当たって駆動力が伝えられ、図２（Ｂ）に示すように、検知体３の上昇が開始される。駆動片５で下側から押し上げられた状態で回動する検知体３は、やがて図２（Ｃ）に示すように、上死点に到達する。上死点を過ぎると、検知体３は、攪拌シャフト２の水平辺部３ａから離れ、図２（Ｄ）に示すように、自重によって降下を開始する。なお、攪拌シャフト２は、その一端部が駆動装置側に連結されているので、その駆動装置側に拘束された状態で徐々に回転を続けることになる。
【００３１】
この時、検知体３が上死点まで押し上げられた以後、トナー収容部１内のトナー残量の多少によって、検知体３に作用する抵抗力が変化するので、検知体３が上死点から下死点まで降下するまでの状況が異なってくる。
【００３２】
即ち、トナー収容部１内に比較的多量のトナ−が残存する場合は、検知体３は、トナーの抵抗を受け、一気には下死点までは降下しないで、ほぼ駆動片５と一体的になった状態で回転するため、再び下死点に戻るにはやや時間がかかることになる。
【００３３】
一方、トナー収容部１内のトナーが減少した状態では、上死点からトナー面までは、瞬時的に降下するが、そのレベルでトナ−面に浮いたような状態で一時的に静止し、攪拌シャフト２が回転してきて駆動片５が検知体３に当たることにより、下死点にへ戻される。したがって、トナー収容部１内のトナーがほとんど無い場合には、検知体３は、瞬時的に上死点から下死点に復帰する。
【００３４】
このように、トナー収容部１内に残存するトナ−の有無、又は、トナーの多少によって、下死点での検知体３の静止時間（滞在時間）が異なり、トナー有（トナー多量）の場合は、下死点での検知体３の静止時間が短くなり、逆にトナー無（トナー少量）の場合は、下死点での検知体３の静止時間が長くなる（図８参照）。
【００３５】
このことから、前記透磁率センサ６が上記下死点での検知体３の静止時間（滞在時間）を検出することにより、トナー収容部１内のトナー量の有無又はトナー残量の検出が可能となる。そして、この透磁率センサ６の測定信号の状態を適宜、判別手段７で監視することにより、検知体３の回転動作状態に応じたトナーの有無を判別することができる。
【００３６】
透磁率センサ６は、検知体３が対向位置である底壁近傍に無いとき、又は、離れつつある場合には、図６および図７に示すように、トナー濃度が「Ｈｉ」状態と同様に見做すことができ、測定信号がオフ又は低側出力傾向となる。逆に、対向位置である底壁近傍に検知体３が有るとき、又は、近接しつつある場合には、トナー濃度が「Ｌｏ」状態と同様に見做すことができるので、出力信号がオン又は高側出力傾向となる。つまり、トナー収容部１内のトナーに対して、検知体３が磁性キャリアのような役目を果たし、２成分現像剤濃度の検出を行っている状態となる。
【００３７】
なお、攪拌シャフト２の回転に伴って検知体３が上死点まで上昇し、上死点を通過して自重よって下死点まで降下する際の下降速度の変化を前記透磁率センサ６で検知するようにしてもよいが、その場合、磁界変化と速度変化との換算が面倒になる。
【００３８】
これに対して、上記したように、トナー収容部１の底壁部近傍の外側に位置する透磁率センサ６により、検知体３の下死点での静止時間を検出する構成においては、上記煩雑な手間をかけることなく、容易にトナー残量を検出することが可能となる。
【００３９】
ところで、トナー収容部１の大きさや、使用される画像形成装置によって上記攪拌シャフト２の回転数の仕様が異なる。この種の攪拌シャフト２の回転数は少なければ毎分１０回転以下であり、多くとも毎分１０数回転程度に設定されている。つまり、比較的低速で動くので、前記検知が的確に行えるとともに、下死点での検知体３の滞在時間（静止時間）の検出が容易に行える。
【００４０】
例えば、攪拌シャフト２の回転数を毎分１０回転に設定したと仮定すると、下死点での検知体３の滞在時間が最短となる場合（トナー満杯の状態）では、６秒に１回、検知体３が戻ってきて、すぐ直後に再上昇する。同様な回転数設定で、最下点での検知体３の滞在時間が最長（トナーエンプティ状態）となる場合では、検知体３が上死点まで到達すると、瞬時的に下死点まで復帰し、次に攪拌シャフト２が回転を続け、再び駆動片５と出合うまでの略３秒間程度、静止したままの状態となる。
【００４１】
予め、実験的にトナー量と検知体３の静止時間との関係を求めておけば、その時点毎のトナー量も把握することができる。
【００４２】
このように、トナー収容部１内に配置した検知体３の挙動を透磁率センサ６を使用して直接検出するようにしたことにより、光学的検知手段を使うもののような透明窓も不要であり、トナーによる検知体３の汚損の影響を受けない検知動作が確保される。
特に、検知体３がトナーホッパ１内にあり、しかも透磁率センサ６自体が比較的小さいことから、装置全体が大形化することはない。さらに、検知体３の挙動が直接、透磁率センサ６で検出されるので、構成部品点数が大幅に増加したり、検知機構が複雑化することもない。
【００４３】
また、攪拌シャフト２に設けた駆動片５により、検知体３を下死点から押し上げるようにしたので、検知体３の押し上げ機構が比較的簡素になる。
【００４４】
さらに、前記検知体３を枠形としたことにより、この検知体３の上昇時に攪拌シャフト２の回転負荷が大きく増大することもなく、攪拌性能も良好に発揮される。
【００４５】
検知体３の全体を金属材（磁性材）で構成してあるので、トナ−の抵抗を受けても変形したりするおそれがないが、質量が大きいと、自重で降下する方向に作用する力が、トナーの抵抗力を上回り、トナー量が少ない場合に、正確な残量検知が行えない。このため、検知体３を可及的軽量に構成する必要があり、金属製の場合、太さ０．５〜１ｍｍ程度の金属細線状のもので形成するのが好ましい。
【００４６】
また、検知体３として、図４に示すように、その水平辺部３ａを磁性材料で形成し、それ以外の部位を非磁性材料、例えば合成樹脂で形成したものを使用してもよい。このような構成では、全体を金属製とするものに比較して軽量となり、トナー量の影響を受けることなく、正確なトナーの残量検出が行えるうえ、攪拌シャフト２の回転負荷増大が大幅に抑制される。
【００４７】
さらに、検知体３として、図５に示すように、検知体本体を合成樹脂などで形成し、本体水平辺部３ａに薄肉磁性部１０を配備したものを使用してもよい。薄肉磁性部１０は、磁性粉を塗布したり、薄肉磁性片などで構成すればよい。このような構成では、検知体３本体が合成樹脂であるので、全体が磁性材によるものに比して、検知体３の全体がかなり軽量になる。
【００４８】
【発明の効果】
この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００４９】
（１）トナー収容部内で回転する攪拌シャフトの回転に伴って上死点まで上昇してから自重よって下死点まで降下する際の検知体の下降速度の変化を、トナー収容部の外部から透磁率センサを介して検出するので、トナーの汚損の影響などによる誤検知のおそれが解消される。とくに、透磁率センサが直接、検知体の状態を検出するので、構造が簡素で、かつコンパクト化を達成することができるうえ、検知体の状態を外部に伝達する機構が省け、その分、検出精度の向上を図ることができる。
さらに、検知体をコ字形枠体で構成し、検知体本体を非磁性材料で構成して、本体水平辺部に磁性検出層を設けたので、検知体本体を、例えば合成樹脂製とすることにより、検知体全体をより軽量に構成することができる。
【００５０】
（２）トナー収容部内で回転する攪拌シャフトの回転に伴って上死点まで上昇してから自重よって下死点まで降下した後の検知体の滞在時間の長短を、トナー収容部の外部から透磁率センサで検知するので、トナーによる検知体の汚損に関係なく誤検知のおそれが解消される。とくに、透磁率センサが直接、検知体の状態を検出するので、構造が簡素で、かつコンパクト化を達成することができるうえ、検知体の状態を外部に伝達する機構が省け、その分、検出精度の向上を図ることができる。しかも、磁界変化と速度変化の換算などの煩雑な処理を不要にすることができる。
さらに、検知体をコ字形枠体で構成し、検知体本体を非磁性材料で構成して、本体水平辺部に磁性検出層を設けたので、検知体本体を、例えば合成樹脂製とすることにより、検知体全体をより軽量に構成することができる。
【００５１】
（３）透磁率センサをトナー収容部の底壁近傍に配置したので、トナー収容部内におけるトナー量の変化に応じた検知体の下死点での滞在時間の変化に基づいて、トナーの収納状態を正確に検出することができる。
【００５２】
（４）検知体を枠体で構成したので、検知体によって攪拌シャフトの回転負荷が増大するのを極力抑制することができ、前記駆動手段を攪拌シャフトに一体に設けられた駆動片で構成したので、検知体を上死点まで押し上げる手段の構成を簡略化することができる。
【００５３】
攪拌シャフトが比較的低速で動くため、検知を的確に行うことができ、下死点での検知体の滞在時間（静止時間）の検出を容易に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係るトナー補給装置の斜視図である。
【図２】同トナー補給装置における検知体の動作状況の説明図である。
【図３】同検知体の斜視図である。
【図４】別の検知体の斜視図である。
【図５】さらに別の検知体の斜視図である。
【図６】透磁率センサの出力特性図である。
【図７】検知体有無に応じた磁率センサ出力図である。
【図８】トナー有無に応じた磁率センサ出力と時間との関係図である。
【図９】従来のトナー補給装置の断面図である。
【図１０】従来の別のトナー補給装置の断面図である。
【図１１】従来のさらに別のトナー補給装置の斜視図である。
【符号の説明】
１−トナー収容部
２−攪拌シャフト
３−検知体（枠体）
３ａ−検知体の水平辺部
３ｂ−検知体の垂直辺部
５−駆動手段
６−透磁率センサ
１０−薄肉磁性部

Claims

トナー収容部内で回転する攪拌シャフトと、攪拌シャフトに回転自在に支持された検知体と、攪拌シャフトの回転に応動して検知体を攪拌シャフト回りの上死点まで押し上げる駆動手段と、を備え、検知体の回転動作状態からトナー残量又はトナーの有無を判別するトナー補給装置において、
前記攪拌シャフトの回転に伴って検知体が上死点まで上昇し、上死点を通過して自重よって下死点まで降下する際の下降速度の変化を、トナー収容部の外部からトナー収容部内の所定位置における透磁率を測定する透磁率センサの測定結果に基づいて検出する検出手段を設け、
前記検知体は、攪拌シャフトに沿った水平辺部及び水平辺部の両端に連成されて攪拌シャフトに支持される一対の垂直辺部を有するコ字形枠体からなり、検知体全体が非磁性材で構成され、水平辺部に薄肉磁性部が設けられていることを特徴とするトナー補給装置。
トナー収容部内で回転する攪拌シャフトと、攪拌シャフトに回転自在に支持された検知体と、攪拌シャフトの回転に応動して検知体を攪拌シャフト回りの上死点まで押し上げる駆動手段と、を備え、検知体の回転動作状態からトナー残量又はトナーの有無を判別するトナー補給装置において、
前記攪拌シャフトの回転に伴って検知体が上死点まで上昇し、上死点を通過して自重よって下死点まで降下した後の検知体の滞在時間の長短変化を、トナー収容部の外部からトナー収容部内の所定位置における透磁率を測定する透磁率センサの測定結果に基づいて検出する検出手段を設け、
前記検知体は、攪拌シャフトに沿った水平辺部及び水平辺部の両端に連成されて攪拌シャフトに支持される一対の垂直辺部を有するコ字形枠体からなり、検知体全体が非磁性材で構成され、水平辺部に薄肉磁性部が設けられていることを特徴とするトナー補給装置。
前記透磁率センサが、トナー収容部の底壁近傍に配置されてい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。
前記検知体が枠体から構成される一方、前記駆動手段が攪拌シャフトに一体に設けられた駆動片から構成され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。
前記攪拌シャフトの回転数が毎分１０回転以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のトナー補給装置。