JP3685705B2 - トナー補給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電子写真記録装置等に用いて好適なトナー補給装置に関し、特にトナー残量検知機構に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の電子写真プロセスを利用した画像形成装置においては、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現像してから、トナー像を転写紙上に、転写、定着するように構成されている。
【０００３】
図８は、従来の現像装置の一例としての構成を示す断面図である。現像装置１００は、図８に示すように、ケーシング１０２内に現像ローラ１０４等が配設されている。また、この現像装置１００に隣接して、アジテータ１０６等を備えたトナーホッパーがトナー補給部１０８として配設されている。トナー補給部１０８は、現像装置１００内に収容されているトナーの量が低下した場合に、トナー補給部１０８から現像装置１００へ必要量のトナーを補給するように制御される。
【０００４】
トナー残量検知手段としては、例えば、図９に示すように、圧電センサ１１０をトナー補給部１０８の側壁に設置しているものがある。しかしながら、このように圧電センサ１１０を使用する場合には、装置コストが高くなる問題点があり、また、トナー自体がトナー補給部１０８の側壁に与える圧力が小さいため、検知精度が低く、誤検知し易い問題点がある。さらに、センサ表面に付着したトナーを除去するための部材を追加する必要もある。
【０００５】
また、他のトナー残量検知手段としては、永久磁石と磁気センサとを利用したものも知られている。図１０は、永久磁石と磁気センサとを利用したトナー残量検知手段の一例としての構成を説明するための図である。図１０（ａ）、（ｂ）に示すようにトナー補給部１１８の内部に設けられた軸部１１２に支持部材１１４が固定され、支持部材１１４の先端から延設された突起部１１４ａが揺動部材１１６の穴１１６ａに嵌合される。このため、揺動部材１１６が支持部材１１４の先端から延設された突起部１１４ａを中心に揺動するように構成されている。そして、揺動部材１１６の先端には、永久磁石１２０が固定されている。永久磁石１２０は、図１０（ｃ）に示すように、上面側の所定部分１２０ａがＳ極とされ、下面側の所定部分１２０ｂがＮ極とされている。また、トナー補給部１１８の壁面の外側には、磁気センサ１２２が配設されている。
【０００６】
上述したように構成されるトナー残量検知手段の軸部１１２を回転させると、揺動部材１１６がトナー残量に応じてトナーの上に乗り上げるため、トナー補給部１１８の壁面と揺動部材１１６との間にトナー残量に応じた間隙が生じる。この時、磁気センサ１２２により永久磁石１２０からの磁気を検知すると、この間隙に対応した磁気の強さを検知することができる。そこで、永久磁石１２０と、磁気センサ１２２との間の距離と磁力との関係を予め把握しておけば、磁気センサ１２２により検知した磁気の強さに基づいて間接的にトナー残量を検出することが可能となる。
【０００７】
しかし、このようなトナー残量検知手段では、永久磁石１２０の磁力を精度良く把握する必要があるため、その経時的変化が問題となる。つまり、上述したトナー残量検知手段では、トナー残量の検知精度が低いという問題点や、装置を使用していく過程で検知誤差が大きくなっていく問題点がある。
【０００８】
これに対し、永久磁石の磁力を応用するものであるが、永久磁石に対して精度を必要とせず、安価に精度良くトナーの残量を検知するものがある。このトナー残量検知手段として特開平４−３５８１７９号公報に開示されているものがある。
【０００９】
図１１は、特開平４−３５８１７９号公報に開示されているトナー補給装置に用いられているトナー残量検知手段の構成を説明するための断面図である。図１１に示すように、このトナー残量検知手段においては、軸部１３２に揺動部材１３４が揺動自在に支持された支持部材１３６が取り付けられ、揺動部材１３４には、トナーを積載する平板と永久磁石１３０とが設けられている。一方、トナーホッパー１３８の外側には、支持部材１４０、永久磁石１４２とを備えた外部揺動部材１４４及び位置検知センサ１４６が配設されている。そして、トナーホッパー１３８の内外にある永久磁石１３０・１４２のそれぞれの同極同士を対向させることによって、揺動部材１３４の平板にトナーが一定量以上積載された際の永久磁石１３０・１４２の斥力による外部揺動部材１４４の回転を、位置検知センサ１４６で検知する。
【００１０】
また、透磁率センサ等の磁気センサを用いて磁性トナーの残量検知を行うトナー残量検知手段が特開平９−８０８９１号公報により開示されている。このトナー残量検知手段としては、図８に示すように、トナー補給部１０８の側壁の外側に透磁率センサ１５０が配設される。図１２は、透磁率センサ１５０の出力特性を示す。図１２に示すように、トナー満杯状態と、トナー空状態にそれぞれ対応する透磁率センサ１５０の出力電圧値をメモリに予め記憶させておき、装置の実使用時に透磁率センサ１５０の出力電圧値と、メモリの記憶されている値とを比較することでトナー空状態を判定する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術においては、以下に掲げる問題点があった。先ず、特開平４−３５８１７９号公報に開示されている技術では、永久磁石の磁力の精度に対する問題点こそ解消されるものの、トナーホッパー内部へ設けるトナー量検出用の揺動部材１３４の構造や、トナーホッパー外部の検知機構の構成が複雑化するという新たな問題が生じる。また、永久磁石１３０・１４２の斥力をモーメントに変換して検知するため、十分な検知精度を得るためには、各構成部材の位置関係など、設計上のパラメータの最適化が困難である。さらに、永久磁石１３０及び永久磁石１３０の支持部材がトナーホッパーの内壁面に対して直接摺動するため、内壁面の磨耗が発生する問題や、トナー補給装置の駆動力を増大させる必要が生じるという問題点がある。なお、この揺動部材１３４は、トナーホッパーの長手方向に沿って少なくとも二個所設ける必要があるので、上述したような負荷の増大の弊害がより一層顕著となる。
【００１２】
また、特開平９−８０８９１号公報に開示されている技術では、磁性トナーの残量検知に対して利用できるものであり、非磁性トナーの残量検知に対しては、このままでは適用することができない。
【００１３】
従って、本発明は、上記各問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、トナーホッパー容器内で保有するトナー量が減少して抵抗力が小さくなった場合においても、安定したトナー量検知動作を簡単かつ小型の構成で、然も、正確に行うことができるトナー補給装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の問題を解決するために、本発明のトナー補給装置は、トナーを収容するトナーホッパーと、前記トナーホッパー内のトナーを攪拌する互いに対向配置された第１及び第２の攪拌翼と、前記第１及び第２の攪拌翼が固定されており、前記第１及び第２の攪拌翼を伴って回転する攪拌シャフトと、前記攪拌シャフトの軸に対して回転自在に設けられ、前記第１あるいは第２の攪拌翼に押されて回転する磁性体材料を含む検知体と、前記検知体の動作を磁界の変化により検知する検知手段とを備え、前記第１の攪拌翼に前記検知体を所定の力で吸着する吸着体を設け、第２の攪拌翼、検知体、第１の攪拌翼が、前記攪拌シャフトの回転方向に、この順に配置され、前記トナーホッパー内のトナー残量が少ない場合に、前記検知体が吸着体により吸着されて第１の攪拌翼と一体となって回転する動作を行い、前記トナーホッパー内のトナー残量が多い場合に、前記検知体がトナーの抵抗により吸着体から分離され、前記第２の攪拌翼によって最上点まで押し上げられ、自重により降下する動作を行い、これら動作の違いを検知手段が磁界変化により検出し、トナーホッパー内のトナー量を判定することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、トナー補給装置を大型化することなく、検知体をトナー補給装置に内蔵させることができる。また、トナー補給装置内部の検知体の下降動作を透磁率センサにより検知できるため、検知体による磁界の変化を機械的に変換して検知する必要がない。従って、検知体による磁界の変化を機械的に変換して検知する場合に伴う構成部品の増加、機構の複雑化や、機械的損失などの発生を回避することができ、正確にトナー保有量の検知またはトナーの有無の検知が可能となる。さらに、トナー残量を検知するための機構がトナーによる汚染の影響を受けにくいため、検知を確実に行うことができる。
【００１６】
また、本発明のトナー補給装置は、検知手段は検知体の動作を透磁率の変化により検知する透磁率センサであり、吸着体は永久磁石を用いており、検知体はその永久磁石で吸着されるように太さ０．５〜１．０ｍｍ程度の金属細線状のもので形成することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、トナーホッパー内にトナーが無い、あるいは少ない状態では、検知体が一方の攪拌翼に設けられている永久磁石に吸着されて一体となるので、攪拌シャフトの１回転につき、磁界変化が１回発生する。逆に、トナーホッパー内のトナー量が十分である状態では、検知体がトナーの抵抗を受けるので、検知体が一旦永久磁石に吸着されても、トナーの抵抗により分離される。その後、検知体は、他方の攪拌翼によって回転され、上昇、自重による降下を繰り返す。従って、攪拌シャフトの１回転につき、永久磁石の通過と検知体の通過とに起因して透磁率センサの対向位置の磁界変化が２回発生する。この磁界変化の回数を検知することによりトナーの有無を検知する。この場合では、透磁率センサの出力信号の２値化出力に基づいて磁界変化を判定するので、後の信号処理が容易であると共に、磁界の強度変化の影響を受けにくいため、正確なトナー残量の検知を行うことができる。
【００１８】
また、本発明のトナー補給装置は、前記透磁率センサをトナーホッパーの底面外部に設けることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、透磁率センサが最適な位置に配設されるため、トナー量の影響を受けずに正確なトナー残量の検知を行うことができる。
【００２０】
また、本発明のトナー補給装置は、上記検知体は、両端部を前記攪拌シャフトの同軸上に回転自在に設けた枠体であることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、検知体を最上点まで上昇させるための機構が簡略化される。また、検知体が枠体構造をとるので、検知体を攪拌シャフトの同軸上に設けても、検知体を上昇させる際に攪拌シャフトの大幅な回転負荷の増大につながらない。従って、トナー補給装置の性能低下を回避することができる。
【００２２】
また、本発明のトナー補給装置は、前記検知体を構成する枠体の水平部材が磁性材料で形成され、枠体の垂直部材が水平部材をなす磁性材料より軽量な非磁性体材料で形成されていることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、検知体の一部を樹脂材料等の非磁性材料で構成することにより、検知体を軽量化することができるため、トナー量の影響を受けずに正確な残量検知を行うことができ、かつ、検知体を上昇させる際の攪拌シャフトの大幅な回転負荷の増大を回避することができる。つまり、検知体の重量がかさむと、検知体が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を行い難くなる。従って、検知体としての枠体は、でき得る限り軽量にすることが望ましい。ところが、磁性材料は、金属材料であり重量がかさむ傾向にあるため、枠体の水平部材のみ磁性体とし、他の部分は、軽量な非磁性材料の最適なものを選定して用いる。
【００２４】
また、本発明のトナー補給装置は、前記検知体が、検知体本体と検知体本体に取り付けられた吸着片とからなり、前記吸着片が磁性材料で形成され、前記検知体本体が前記吸着片をなす磁性材料より軽量な非磁性材料で形成されていることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、磁性材料を必要最小限に抑えて重量増大を抑制することができるため、より検知体を軽量化することができ、より正確なトナー残量の検知を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
＜装置構成＞
図１は、本発明の一実施形態の要部の構成を示す斜視図である。図１に示すように、トナーホッパー容器２の内部には、トナーホッパー容器２の長手方向に沿って攪拌シャフト４が配設されている。この攪拌シャフト４の両端部は、図示されていないがトナーホッパー容器２の側壁から外部に突出しており、外部に設けられた軸受部材を介して回転自在に支持されている。また、攪拌シャフト４の一端部には、図示されていないがモータ等の駆動源から歯車列あるいはプーリとベルト等の駆動力伝達機構を介して駆動力が伝達され、攪拌シャフト４が駆動源により回転するように構成されている。
【００２８】
攪拌シャフト４には、攪拌シャフト４を中心に互いに１８０°の位置関係に配され、トナーホッパー容器２のトナーを攪拌するための格子状または梯子状の枠体である攪拌翼４ａ，４ｂが攪拌シャフト４に一体に取り付けられている。この攪拌翼４ａ，４ｂは、樹脂等の非磁性体により形成されており、現像装置へトナーを搬送するトナー搬送部材としても機能する。
【００２９】
攪拌翼４ａ，４ｂのうち攪拌翼４ａのトナーホッパー容器２の内周面と対向する側面には、図１に示すように、永久磁石８が取り付けられている。この永久磁石８は、攪拌翼４ａの最外周付近に取り付けられており、後述する検知体６を吸着できるように配されている。また、攪拌シャフト４には、軸の延設方向に垂下した状態で二本釣り振り子状の枠体がトナーホッパー容器２内のトナー量の検知体６として、攪拌シャフト４に対して回転自在に取り付けられている。検知体６は、永久磁石８に吸着されるように、磁性体からなる細線（例えば、φ０．５〜１．０mmの線材、ピアノ線等）で構成されている。
なお、この場合においては、検知体６の回転半径（攪拌シャフト４の回転中心から検知体６の最外周の距離）は、攪拌翼４ａ・４ｂの回転半径（攪拌シャフト４の回転中心から攪拌翼４ａまたは攪拌翼４ｂの最外周部までの距離）と略々同等、若しくは、若干小さく設定されている。
【００３０】
従って、検知体６は、攪拌翼４ａと攪拌翼４ｂとの間の一方側にのみ位置し、他方側に移動することがない。また、検知体６は、攪拌シャフト４の回転方向（図１中矢印Ｘで示す方向）において、攪拌翼４ｂ，検知体６，攪拌翼４ａの順となるように配されている。このような配置関係とすることにより、検知体６は、攪拌翼４ａに取り付けられた永久磁石８、または、攪拌翼４ｂ自体によって、攪拌シャフト４の駆動力が伝達されることになり、攪拌シャフト４の回転に伴って検知体６が回転することになる。
【００３１】
なお、上述した説明においては、検知体６及び攪拌翼４ａ，４ｂの回転半径を上述したように設定することにより検知体６の動作を規制しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、検知体６と攪拌翼４ｂとの関係においては、攪拌翼４ｂに突出部を設けることにより検知体６に攪拌シャフト４の駆動力を伝達するようにしても良い。
【００３２】
また、トナーホッパー容器２の外側には、トナーホッパー容器２内に設けられた磁性体である永久磁石８及び検知体６の通過を検知する透磁率センサ１０が所定位置に配設されている。具体的には、この透磁率センサ１０は、攪拌シャフト４の回転中心の鉛直方向下側のトナーホッパー容器２の外周面に近接して配設されている。つまり、攪拌シャフト４が回転した際には、攪拌翼４ａに取り付けられている永久磁石８と、検知体６とが攪拌シャフト４の回転中心の鉛直方向に向いた時に透磁率センサ１０と最も近接した状態となる。これら上述した攪拌シャフト４、攪拌翼４ａ，４ｂ、永久磁石８、検知体６、及び透磁率センサ１０によって、トナー残量検知機構が構成されている。
【００３３】
＜トナー残量検知動作＞
次に、上述したように構成されるトナー補給装置のトナー検出動作について説明する。図２〜図４の各図は、本発明の一実施形態のトナー残量の検知原理を説明するための説明図である。
【００３４】
初期状態において、検知体６は、自重により最下点に位相に位置して静止している（図２（ａ））。攪拌シャフト４が回転すると、その回転に伴って攪拌翼４ｂと検知体６とが当接して係合し、攪拌翼４ｂによって検知体６が上方へ押し上げられる（図２（ｂ））。そして、検知体６は、最上点の位相に送達する。さらに攪拌シャフト４が回転すると、攪拌翼４ｂと検知体６との係合が解かれ、検知体６は自重によって降下を始める（図２（ｃ））。
【００３５】
一方、攪拌翼４ｂは、検知体６の後を追って、攪拌シャフト４は駆動装置に連結されているため、攪拌翼４ｂは、検知体６の後を追って、攪拌シャフト４の回転に拘束され徐々に降下することになる。
【００３６】
ここで、検知体６が最上点まで押し上げられた以後では、トナーホッパー容器２内のトナー量によって検知体６の動作が異なることになる。
【００３７】
先ず、トナーが無い場合の動作について具体的に説明する。図３に示すように、最上点から降下を始めた検知体６は、途中にトナーがほとんどないため、自重により最下点の位相に位置し、攪拌翼４ａに取り付けられた永久磁石８に吸着される（図３（ａ））。トナーが無い状態では、検知体６がトナーからの抵抗を受けないため、検知体６が永久磁石８に一旦吸着されると両者は分離し難い。従って、この場合では、検知体６と攪拌翼４ａとが一体となった状態で回転し続ける（図３（ｂ）（ｃ））。
【００３８】
次に、トナーが比較的多い場合の動作について具体的に説明する。図４（ａ）に示すように、検知体６はトナーの抵抗を受けるため、一気には最下点まで降下せずに、トナー界面上で受け止められ、その個所で静止している。そして、攪拌シャフト４の回転が進み（図４（ｂ））、攪拌翼４ｂが検知体６に追いついて係合すると、その後再び攪拌翼４ｂと一体となって回転する（図４（ｃ））。
【００３９】
また、攪拌翼４ａと検知体６が磁力により一体となっている場合、攪拌シャフト４が回転し始めると、検知体６の回転に対してトナーの所定の抵抗が加わり、攪拌翼４ａと検知体６とが分離される。そして、その回転に伴って攪拌翼４ｂと検知体６とが係合し、検知体６が上方に押し上げられ、検知体６は、最上点の位相に到達する。さらに、攪拌シャフト４が回転すると、攪拌翼４ｂと検知体６との係合が解かれ、検知体６が攪拌翼４ｂの移動に先立って自重により降下し、図４（ａ）に示すように、トナー界面上で浮いたような状態で静止する。
【００４０】
一方、攪拌翼４ｂは、攪拌シャフト４と一体であり、攪拌シャフトが駆動装置に連結されているため、攪拌翼４ｂは、検知体６の後を追って、攪拌シャフト４の回転に拘束されつつ、図４（ｃ）に示すように徐々に降下することになる。
【００４１】
こうして、検知体６が最上点まで押し上げられた以降では、トナーホッパー容器２内のトナー保有量によって検知体６の動作が異なることになる。つまり、トナーホッパー用器２内に比較的多くのトナーを保有している場合には、検知体６は、トナーの抵抗を受けるため、一気には最下点まで降下せずにトナー界面上で受け止められ、トナー界面上で浮いたような状態で静止する。そして、攪拌シャフト４の回転が進み、攪拌翼４ｂが検知体６に追いついて係合すると、その後再び攪拌翼４ｂと一体となって回転する。
【００４２】
従って、トナーホッパー容器２内に比較的多くのトナーを保有している場合には、検知体６が攪拌翼４ａに取り付けられた永久磁石８に吸着されることなく、基本的に攪拌翼４ｂとの係合によって回転される。なお、例え検知体６が攪拌翼４ａに取り付けられた永久磁石８に一旦吸着された場合でも、トナーの抵抗によって容易に分離されることになる。そして、分離された後は、上述した動作を繰り返すことになる。
【００４３】
即ち、トナーホッパー容器２内で保有するトナーの有無や多少によって、最下点付近で検知体６が攪拌翼４ｂを介して駆動力を与えられて回転しているか、攪拌翼４ａの永久磁石８に吸着されて一体となって回転しているかの差異が発生する。この動作の差異を磁界変化（透磁率変化）として透磁率センサ１０で検出することでトナー残量を検知することが可能となる。
【００４４】
図５は、透磁率センサ１０の出力と透磁率との関係を示す特性図である。なお、図５においては、横軸が透磁率を示し、縦軸が透磁率センサ１０の出力レベルを示す。透磁率センサ１０の出力特性は、図５に示すように、透磁率が高側（検知体が有り又は接近する状態）の場合に、Ｈｉ（ＯＮ）側傾向となり、透磁率が低側（検知体が無し又は離間する状態）の場合に、Ｌｏ（ＯＦＦ）側傾向となる。
【００４５】
この透磁率センサ１０の出力特性を踏まえて、以下にトナー残量検出について図６を参照しながら説明する。図６は、トナー残量に応じた透磁率センサの出力変化を示す特性図である。（ａ）はトナーが無いあるいは少ない場合、（ｂ）はトナーが所定量より多くある場合を示す。横軸は攪拌シャフトの回転位相、縦軸はセンサ出力を示す。横軸に示されている最上点、及び最下点とは、攪拌翼４ａが最上点、及び最下点にあるときの位相を示す。
【００４６】
トナーホッパー容器２内にトナーが無いか、もしくは、少ない場合には、図３に示すように、検知体６と攪拌翼４ａとが一体となった状態で回転し続けるため、検知体６と攪拌翼４ａとが最下点に達した時、透磁率センサ１０の出力は、Ｈｉレベルとなり、通過後Ｌｏレベルとなる。すなわち攪拌シャフト４の１回転当たりに１回、所定レベル以上となる区間が発生する（図６（ａ））。また、検知体６と攪拌翼４ａとが分離状態にあっても、上述したように、攪拌シャフト４が１回転する間に検知体６と攪拌翼４ａとが一体となるので、透磁率センサ１０の出力は図６（ａ）のようになる。
【００４７】
一方、トナーホッパー容器２内に十分な量のトナーが有る場合には、検知体６は、図４に示したように、最上点まで持ち上げられた後、落下しても、瞬間的に最下点まで復帰することはなく、ある程度の時間は、図４（ａ）に示すようにトナーの界面に浮いたような状態で静止している。そして、図４（ｃ）に示すように、やがて攪拌翼４ｂの位相と一致して最下点に戻され、再び上昇に移行する。従って、図６（ｂ）に示すように、攪拌翼４ａが最上点（攪拌翼４ｂが最下点）を通過するタイミングで検知体が最下点を攪拌翼４ｂとともに通過するので、透磁率センサ１０の出力がＨｉレベルとなり、通過後Ｌｏレベルとなる。また、攪拌翼４ａが永久磁石８とともに最下点（攪拌翼４ｂが最上点）を通過するタイミングで透磁率センサ１０の出力がＨｉレベルとなり通過後Ｌｏレベルとなる。こうして、攪拌シャフト４の１回転当たりに２回、所定レベル以上となる区間が発生する。
【００４８】
ここで、磁界変化そのものを検出しようとすると、攪拌翼４ａに取り付けられている永久磁石８の精度や、トナーホッパー容器２の底部外側に設ける透磁率センサ１０の精度が要求されることになり、コスト増大につながるため、本発明の一実施形態では、透磁率センサ１０の出力信号を所定しきい値により２値化し、その２値化出力により攪拌シャフト４の１回転当たりの磁界変化の発生回数として監視する。このようにすることで、透磁率センサ１０の出力レベルの大小関係に無関係とする。従って、透磁率センサ１０の検出精度や感度等の検出特性を殆ど無視することができ、透磁率センサ１０として特殊なものを用いる必要がない。
【００４９】
また、透磁率センサ１０の応答速度については、次の通りである。トナーホッパー容器２の大きさや、使用される画像形成装置によって攪拌シャフト４の回転数仕様が異なるが、この種の攪拌シャフト４の回転数は、少なければ毎分１０回転以下であり、高々毎分１０数回転程度に設定されている。このように攪拌シャフト４は、比較的低速で回転するため、最下点位置での磁界変化（磁界変化の回数）も補足し易い。例えば、攪拌シャフト４の回転数設定を毎分１０回転と仮定すると、最下点での磁界変化の間隔は、トナーホッパー容器２内のトナー量が比較的多く、攪拌シャフト４の１回転当たりの磁界変化が２回発生する場合で、３秒間隔程度となる。つまり、先ず、１回目の磁界変化は、吸着用の永久磁石８が固定された攪拌翼４ａが透磁率センサ１０の対向面を通過する時に発生し、２回目の磁界変化は、検知体６が永久磁石８が設けられていない攪拌翼４ｂに押される状態で一体的になって通過する時に発生する。一方、トナーホッパー容器２内の保有トナー量が少ないか、全く無い場合では、攪拌シャフト４の１回転当たりの磁界変化は、１回しか発生せず、６秒間隔程度となる。従って、透磁率センサ１０の応答速度等の検出特性を殆ど無視することができ、透磁率センサ１０として特殊なものを用いる必要がない。
【００５０】
上述したように構成される一実施形態の各構成要素の好ましい形態についてさらに説明する。一実施形態においては、透磁率センサ１０を用いて磁界変化を検出するため、検知体６は、金属材料が適し、さらに、攪拌シャフト４の攪拌翼４ａに取り付けた永久磁石８へ吸着させるために磁性金属材料が適している。また、金属材料で検知体６を形成すると、トナーの抵抗を受けても検知体６が変形しにくく、検知体６の強度を確保して正確なトナー残量の検知を行うことができる。但し、金属材料で検知体６を形成すると、検知体６の自重が増大することになり、トナー残量が十分多い場合で、検知体６がトナーに沈み込んでしまう。この時、検知体６が攪拌翼４ａの永久磁石８に近接または接触して吸着され、正確に磁界変化の回数を検出することができないといった不具合が生じる可能性がある。従って、なるべく検知体６を軽量にすることが好ましい。
【００５１】
図７（ａ）は、上述した一実施形態において用いられる検知体６の外観を示す斜視図である。図４Ａに示すように軽量化を達成するため、検知体６を太さ０．５〜１．０mm程度の金属細線状のもので形成することが好ましい。また、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、検知体６の他の例の外観を示す斜視図である。図７（ｂ）に示すように検知体６を三つの部材からなる構造とし、検知体の水平部材６ｃのみ金属材料で形成し、両端部の垂直部材６ａ，６ｂを樹脂材料で形成して一体化しても良い。また、図４Ｃに示すように検知体６の本体部材６ｄを樹脂材料で形成し、磁性材料からなる検出片６ｅとしての小片を本体部材６ｄの水平部材の所定個所に取り付けるようにしても良い。
【００５２】
次に本発明の他の実施形態について説明する。上述した本発明の一実施形態の説明においては、透磁率センサ１０を用いて磁界変化を検出することにより検知体６の動作を検知する場合について説明したが、本発明は、これ以外の方法、例えば、機械的スイッチや電気的容量検知により検知体６の動作を検知するようにしても良い。つまり、本発明では、検知体６が複数設けられた攪拌翼の内の特定のものと所定の力で一体化されて回転運動するか、それ以外の攪拌翼によって強制的に押されることにより回転運動するかを判別できれば良く、その方法に限定されない。
【００５３】
また、上述した本発明の一実施形態の説明においては、永久磁石８を用いて検知体６を攪拌翼４ａに所定の吸着力で一体化させて回転運動させる場合について説明したが、本発明は、これ以外の方法、例えば、静電気的吸引力等により検知体６と攪拌翼４ａとを所定の力で一体化させるものであっても良い。
【００５４】
なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は、上記各実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状にすることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明では、複数の攪拌翼を有する攪拌シャフトと、検知体と、透磁率センサとが所定の関係となるように配設されている。このため、トナー補給装置を大型化することなく、検知体をトナー補給装置に内蔵させることができる。また、トナー補給装置内部の検知体の下降動作を透磁率センサにより検知できるため、検知体による磁界の変化を機械的に変換して検知する必要がない。従って、検知体による磁界の変化を機械的に変換して検知する場合に伴う構成部品の増加、機構の複雑化や、機械的損失などの発生を回避することができ、正確にトナー保有量の検知またはトナーの有無の検知が可能となる。さらに、トナー残量を検知するための機構がトナーによる汚染の影響を受けにくいため、検知を確実に行うことができる。
【００５６】
また、本発明では、攪拌シャフトの複数の攪拌翼の内の一方の攪拌翼に検知体を所定の力で吸着する永久磁石が設けられ、攪拌シャフトの回転に伴って、トナーホッパー内のトナー残量が少ない場合に、上記検知体が永久磁石により吸着されて一方の攪拌翼と一体となって回転する第１の動作状態と、トナーホッパー内のトナー残量が多い場合に、上記検知体がトナーの抵抗により永久磁石から分離され、永久磁石が設けられていない他方の攪拌翼によって最上点まで押し上げられ、自重により降下する第２の動作状態とをとり得るように構成されている。このため、検知体の第１及び第２の動作状態における差異を透磁率センサにより検出することにより容易に、かつ、正確にトナーの有無を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトナー補給装置の一実施形態を示す要部斜視図である。
【図２】本発明のトナー補給装置の初期動作を説明する図である。
【図３】本発明のトナー補給装置のトナー無しの場合の動作を説明する図である。
【図４】本発明のトナー補給装置のトナー有りの場合の動作を説明する図である。
【図５】透磁率センサの出力と透磁率との関係を示す特性図である。
【図６】トナー残量に応じた透磁率センサの出力変化を示す特性図である。
【図７】検知体の構成例を示す斜視図である。
【図８】従来のトナー補給装置の構成を示す断面図である。
【図９】トナー残量検知手段の例を示す断面図である。
【図１０】従来のトナー補給装置のトナー残量検知手段の他の例を示す構成図である。
【図１１】従来のトナー補給装置の他の構成を示す断面図である。
【図１２】従来のトナー残量検知手段に用いる透磁率センサの出力特性を示す特性図である。
【符号の説明】
２ トナーホッパー容器
４ 攪拌シャフト
４ａ，４ｂ 攪拌翼
６ 検知体
６ａ，６ｂ 検知体６の両端部の垂直部材
６ｃ 検知体６の水平部材
６ｄ 検知体６の本体部材
６ｅ 検知体６の検出片
８ 永久磁石
１０ 透磁率センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電子写真記録装置等に用いて好適なトナー補給装置に関し、特にトナー残量検知機構に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の電子写真プロセスを利用した画像形成装置においては、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現像してから、トナー像を転写紙上に、転写、定着するように構成されている。
【０００３】
図８は、従来の現像装置の一例としての構成を示す断面図である。現像装置１００は、図８に示すように、ケーシング１０２内に現像ローラ１０４等が配設されている。また、この現像装置１００に隣接して、アジテータ１０６等を備えたトナーホッパーがトナー補給部１０８として配設されている。トナー補給部１０８は、現像装置１００内に収容されているトナーの量が低下した場合に、トナー補給部１０８から現像装置１００へ必要量のトナーを補給するように制御される。
【０００４】
トナー残量検知手段としては、例えば、図９に示すように、圧電センサ１１０をトナー補給部１０８の側壁に設置しているものがある。しかしながら、このように圧電センサ１１０を使用する場合には、装置コストが高くなる問題点があり、また、トナー自体がトナー補給部１０８の側壁に与える圧力が小さいため、検知精度が低く、誤検知し易い問題点がある。さらに、センサ表面に付着したトナーを除去するための部材を追加する必要もある。
【０００５】
また、他のトナー残量検知手段としては、永久磁石と磁気センサとを利用したものも知られている。図１０は、永久磁石と磁気センサとを利用したトナー残量検知手段の一例としての構成を説明するための図である。図１０（ａ）、（ｂ）に示すようにトナー補給部１１８の内部に設けられた軸部１１２に支持部材１１４が固定され、支持部材１１４の先端から延設された突起部１１４ａが揺動部材１１６の穴１１６ａに嵌合される。このため、揺動部材１１６が支持部材１１４の先端から延設された突起部１１４ａを中心に揺動するように構成されている。そして、揺動部材１１６の先端には、永久磁石１２０が固定されている。永久磁石１２０は、図１０（ｃ）に示すように、上面側の所定部分１２０ａがＳ極とされ、下面側の所定部分１２０ｂがＮ極とされている。また、トナー補給部１１８の壁面の外側には、磁気センサ１２２が配設されている。
【０００６】
上述したように構成されるトナー残量検知手段の軸部１１２を回転させると、揺動部材１１６がトナー残量に応じてトナーの上に乗り上げるため、トナー補給部１１８の壁面と揺動部材１１６との間にトナー残量に応じた間隙が生じる。この時、磁気センサ１２２により永久磁石１２０からの磁気を検知すると、この間隙に対応した磁気の強さを検知することができる。そこで、永久磁石１２０と、磁気センサ１２２との間の距離と磁力との関係を予め把握しておけば、磁気センサ１２２により検知した磁気の強さに基づいて間接的にトナー残量を検出することが可能となる。
【０００７】
しかし、このようなトナー残量検知手段では、永久磁石１２０の磁力を精度良く把握する必要があるため、その経時的変化が問題となる。つまり、上述したトナー残量検知手段では、トナー残量の検知精度が低いという問題点や、装置を使用していく過程で検知誤差が大きくなっていく問題点がある。
【０００８】
これに対し、永久磁石の磁力を応用するものであるが、永久磁石に対して精度を必要とせず、安価に精度良くトナーの残量を検知するものがある。このトナー残量検知手段として特開平４−３５８１７９号公報に開示されているものがある。
【０００９】
図１１は、特開平４−３５８１７９号公報に開示されているトナー補給装置に用いられているトナー残量検知手段の構成を説明するための断面図である。図１１に示すように、このトナー残量検知手段においては、軸部１３２に揺動部材１３４が揺動自在に支持された支持部材１３６が取り付けられ、揺動部材１３４には、トナーを積載する平板と永久磁石１３０とが設けられている。一方、トナーホッパー１３８の外側には、支持部材１４０、永久磁石１４２とを備えた外部揺動部材１４４及び位置検知センサ１４６が配設されている。そして、トナーホッパー１３８の内外にある永久磁石１３０・１４２のそれぞれの同極同士を対向させることによって、揺動部材１３４の平板にトナーが一定量以上積載された際の永久磁石１３０・１４２の斥力による外部揺動部材１４４の回転を、位置検知センサ１４６で検知する。
【００１０】
また、透磁率センサ等の磁気センサを用いて磁性トナーの残量検知を行うトナー残量検知手段が特開平９−８０８９１号公報により開示されている。このトナー残量検知手段としては、図８に示すように、トナー補給部１０８の側壁の外側に透磁率センサ１５０が配設される。図１２は、透磁率センサ１５０の出力特性を示す。図１２に示すように、トナー満杯状態と、トナー空状態にそれぞれ対応する透磁率センサ１５０の出力電圧値をメモリに予め記憶させておき、装置の実使用時に透磁率センサ１５０の出力電圧値と、メモリの記憶されている値とを比較することでトナー空状態を判定する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術においては、以下に掲げる問題点があった。先ず、特開平４−３５８１７９号公報に開示されている技術では、永久磁石の磁力の精度に対する問題点こそ解消されるものの、トナーホッパー内部へ設けるトナー量検出用の揺動部材１３４の構造や、トナーホッパー外部の検知機構の構成が複雑化するという新たな問題が生じる。また、永久磁石１３０・１４２の斥力をモーメントに変換して検知するため、十分な検知精度を得るためには、各構成部材の位置関係など、設計上のパラメータの最適化が困難である。さらに、永久磁石１３０及び永久磁石１３０の支持部材がトナーホッパーの内壁面に対して直接摺動するため、内壁面の磨耗が発生する問題や、トナー補給装置の駆動力を増大させる必要が生じるという問題点がある。なお、この揺動部材１３４は、トナーホッパーの長手方向に沿って少なくとも二個所設ける必要があるので、上述したような負荷の増大の弊害がより一層顕著となる。
【００１２】
また、特開平９−８０８９１号公報に開示されている技術では、磁性トナーの残量検知に対して利用できるものであり、非磁性トナーの残量検知に対しては、このままでは適用することができない。
【００１３】
従って、本発明は、上記各問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、トナーホッパー容器内で保有するトナー量が減少して抵抗力が小さくなった場合においても、安定したトナー量検知動作を簡単かつ小型の構成で、然も、正確に行うことができるトナー補給装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の問題を解決するために、本発明のトナー補給装置は、トナーを収容するトナーホッパーと、前記トナーホッパー内のトナーを攪拌する互いに対向配置された第１及び第２の攪拌翼と、前記第１及び第２の攪拌翼が固定されており、前記第１及び第２の攪拌翼を伴って回転する攪拌シャフトと、前記攪拌シャフトの軸に対して回転自在に設けられ、前記第１あるいは第２の攪拌翼に押されて回転する磁性体材料を含む検知体と、前記検知体の動作を磁界の変化により検知する検知手段とを備え、前記第１の攪拌翼に前記検知体を所定の力で吸着する吸着体を設け、第２の攪拌翼、検知体、第１の攪拌翼が、前記攪拌シャフトの回転方向に、この順に配置され、前記トナーホッパー内のトナー残量が少ない場合に、前記検知体が吸着体により吸着されて第１の攪拌翼と一体となって回転する動作を行い、前記トナーホッパー内のトナー残量が多い場合に、前記検知体がトナーの抵抗により吸着体から分離され、前記第２の攪拌翼によって最上点まで押し上げられ、自重により降下する動作を行い、これら動作の違いを検知手段が磁界変化により検出し、トナーホッパー内のトナー量を判定することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、トナー補給装置を大型化することなく、検知体をトナー補給装置に内蔵させることができる。また、トナー補給装置内部の検知体の下降動作を透磁率センサにより検知できるため、検知体による磁界の変化を機械的に変換して検知する必要がない。従って、検知体による磁界の変化を機械的に変換して検知する場合に伴う構成部品の増加、機構の複雑化や、機械的損失などの発生を回避することができ、正確にトナー保有量の検知またはトナーの有無の検知が可能となる。さらに、トナー残量を検知するための機構がトナーによる汚染の影響を受けにくいため、検知を確実に行うことができる。
【００１６】
また、本発明のトナー補給装置は、検知手段は検知体の動作を透磁率の変化により検知する透磁率センサであり、吸着体は永久磁石を用いており、検知体はその永久磁石で吸着されるように太さ０．５〜１．０ｍｍ程度の金属細線状のもので形成することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、トナーホッパー内にトナーが無い、あるいは少ない状態では、検知体が一方の攪拌翼に設けられている永久磁石に吸着されて一体となるので、攪拌シャフトの１回転につき、磁界変化が１回発生する。逆に、トナーホッパー内のトナー量が十分である状態では、検知体がトナーの抵抗を受けるので、検知体が一旦永久磁石に吸着されても、トナーの抵抗により分離される。その後、検知体は、他方の攪拌翼によって回転され、上昇、自重による降下を繰り返す。従って、攪拌シャフトの１回転につき、永久磁石の通過と検知体の通過とに起因して透磁率センサの対向位置の磁界変化が２回発生する。この磁界変化の回数を検知することによりトナーの有無を検知する。この場合では、透磁率センサの出力信号の２値化出力に基づいて磁界変化を判定するので、後の信号処理が容易であると共に、磁界の強度変化の影響を受けにくいため、正確なトナー残量の検知を行うことができる。
【００１８】
また、本発明のトナー補給装置は、前記透磁率センサをトナーホッパーの底面外部に設けることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、透磁率センサが最適な位置に配設されるため、トナー量の影響を受けずに正確なトナー残量の検知を行うことができる。
【００２０】
また、本発明のトナー補給装置は、上記検知体は、両端部を前記攪拌シャフトの同軸上に回転自在に設けた枠体であることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、検知体を最上点まで上昇させるための機構が簡略化される。また、検知体が枠体構造をとるので、検知体を攪拌シャフトの同軸上に設けても、検知体を上昇させる際に攪拌シャフトの大幅な回転負荷の増大につながらない。従って、トナー補給装置の性能低下を回避することができる。
【００２２】
また、本発明のトナー補給装置は、前記検知体を構成する枠体の水平部材が磁性材料で形成され、枠体の垂直部材が水平部材をなす磁性材料より軽量な非磁性体材料で形成されていることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、検知体の一部を樹脂材料等の非磁性材料で構成することにより、検知体を軽量化することができるため、トナー量の影響を受けずに正確な残量検知を行うことができ、かつ、検知体を上昇させる際の攪拌シャフトの大幅な回転負荷の増大を回避することができる。つまり、検知体の重量がかさむと、検知体が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を行い難くなる。従って、検知体としての枠体は、でき得る限り軽量にすることが望ましい。ところが、磁性材料は、金属材料であり重量がかさむ傾向にあるため、枠体の水平部材のみ磁性体とし、他の部分は、軽量な非磁性材料の最適なものを選定して用いる。
【００２４】
また、本発明のトナー補給装置は、前記検知体が、検知体本体と検知体本体に取り付けられた吸着片とからなり、前記吸着片が磁性材料で形成され、前記検知体本体が前記吸着片をなす磁性材料より軽量な非磁性材料で形成されていることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、磁性材料を必要最小限に抑えて重量増大を抑制することができるため、より検知体を軽量化することができ、より正確なトナー残量の検知を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
＜装置構成＞
図１は、本発明の一実施形態の要部の構成を示す斜視図である。図１に示すように、トナーホッパー容器２の内部には、トナーホッパー容器２の長手方向に沿って攪拌シャフト４が配設されている。この攪拌シャフト４の両端部は、図示されていないがトナーホッパー容器２の側壁から外部に突出しており、外部に設けられた軸受部材を介して回転自在に支持されている。また、攪拌シャフト４の一端部には、図示されていないがモータ等の駆動源から歯車列あるいはプーリとベルト等の駆動力伝達機構を介して駆動力が伝達され、攪拌シャフト４が駆動源により回転するように構成されている。
【００２８】
攪拌シャフト４には、攪拌シャフト４を中心に互いに１８０°の位置関係に配され、トナーホッパー容器２のトナーを攪拌するための格子状または梯子状の枠体である攪拌翼４ａ，４ｂが攪拌シャフト４に一体に取り付けられている。この攪拌翼４ａ，４ｂは、樹脂等の非磁性体により形成されており、現像装置へトナーを搬送するトナー搬送部材としても機能する。
【００２９】
攪拌翼４ａ，４ｂのうち攪拌翼４ａのトナーホッパー容器２の内周面と対向する側面には、図１に示すように、永久磁石８が取り付けられている。この永久磁石８は、攪拌翼４ａの最外周付近に取り付けられており、後述する検知体６を吸着できるように配されている。また、攪拌シャフト４には、軸の延設方向に垂下した状態で二本釣り振り子状の枠体がトナーホッパー容器２内のトナー量の検知体６として、攪拌シャフト４に対して回転自在に取り付けられている。検知体６は、永久磁石８に吸着されるように、磁性体からなる細線（例えば、φ０．５〜１．０mmの線材、ピアノ線等）で構成されている。
なお、この場合においては、検知体６の回転半径（攪拌シャフト４の回転中心から検知体６の最外周の距離）は、攪拌翼４ａ・４ｂの回転半径（攪拌シャフト４の回転中心から攪拌翼４ａまたは攪拌翼４ｂの最外周部までの距離）と略々同等、若しくは、若干小さく設定されている。
【００３０】
従って、検知体６は、攪拌翼４ａと攪拌翼４ｂとの間の一方側にのみ位置し、他方側に移動することがない。また、検知体６は、攪拌シャフト４の回転方向（図１中矢印Ｘで示す方向）において、攪拌翼４ｂ，検知体６，攪拌翼４ａの順となるように配されている。このような配置関係とすることにより、検知体６は、攪拌翼４ａに取り付けられた永久磁石８、または、攪拌翼４ｂ自体によって、攪拌シャフト４の駆動力が伝達されることになり、攪拌シャフト４の回転に伴って検知体６が回転することになる。
【００３１】
なお、上述した説明においては、検知体６及び攪拌翼４ａ，４ｂの回転半径を上述したように設定することにより検知体６の動作を規制しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、検知体６と攪拌翼４ｂとの関係においては、攪拌翼４ｂに突出部を設けることにより検知体６に攪拌シャフト４の駆動力を伝達するようにしても良い。
【００３２】
また、トナーホッパー容器２の外側には、トナーホッパー容器２内に設けられた磁性体である永久磁石８及び検知体６の通過を検知する透磁率センサ１０が所定位置に配設されている。具体的には、この透磁率センサ１０は、攪拌シャフト４の回転中心の鉛直方向下側のトナーホッパー容器２の外周面に近接して配設されている。つまり、攪拌シャフト４が回転した際には、攪拌翼４ａに取り付けられている永久磁石８と、検知体６とが攪拌シャフト４の回転中心の鉛直方向に向いた時に透磁率センサ１０と最も近接した状態となる。これら上述した攪拌シャフト４、攪拌翼４ａ，４ｂ、永久磁石８、検知体６、及び透磁率センサ１０によって、トナー残量検知機構が構成されている。
【００３３】
＜トナー残量検知動作＞
次に、上述したように構成されるトナー補給装置のトナー検出動作について説明する。図２〜図４の各図は、本発明の一実施形態のトナー残量の検知原理を説明するための説明図である。
【００３４】
初期状態において、検知体６は、自重により最下点に位相に位置して静止している（図２（ａ））。攪拌シャフト４が回転すると、その回転に伴って攪拌翼４ｂと検知体６とが当接して係合し、攪拌翼４ｂによって検知体６が上方へ押し上げられる（図２（ｂ））。そして、検知体６は、最上点の位相に送達する。さらに攪拌シャフト４が回転すると、攪拌翼４ｂと検知体６との係合が解かれ、検知体６は自重によって降下を始める（図２（ｃ））。
【００３５】
一方、攪拌翼４ｂは、検知体６の後を追って、攪拌シャフト４は駆動装置に連結されているため、攪拌翼４ｂは、検知体６の後を追って、攪拌シャフト４の回転に拘束され徐々に降下することになる。
【００３６】
ここで、検知体６が最上点まで押し上げられた以後では、トナーホッパー容器２内のトナー量によって検知体６の動作が異なることになる。
【００３７】
先ず、トナーが無い場合の動作について具体的に説明する。図３に示すように、最上点から降下を始めた検知体６は、途中にトナーがほとんどないため、自重により最下点の位相に位置し、攪拌翼４ａに取り付けられた永久磁石８に吸着される（図３（ａ））。トナーが無い状態では、検知体６がトナーからの抵抗を受けないため、検知体６が永久磁石８に一旦吸着されると両者は分離し難い。従って、この場合では、検知体６と攪拌翼４ａとが一体となった状態で回転し続ける（図３（ｂ）（ｃ））。
【００３８】
次に、トナーが比較的多い場合の動作について具体的に説明する。図４（ａ）に示すように、検知体６はトナーの抵抗を受けるため、一気には最下点まで降下せずに、トナー界面上で受け止められ、その個所で静止している。そして、攪拌シャフト４の回転が進み（図４（ｂ））、攪拌翼４ｂが検知体６に追いついて係合すると、その後再び攪拌翼４ｂと一体となって回転する（図４（ｃ））。
【００３９】
また、攪拌翼４ａと検知体６が磁力により一体となっている場合、攪拌シャフト４が回転し始めると、検知体６の回転に対してトナーの所定の抵抗が加わり、攪拌翼４ａと検知体６とが分離される。そして、その回転に伴って攪拌翼４ｂと検知体６とが係合し、検知体６が上方に押し上げられ、検知体６は、最上点の位相に到達する。さらに、攪拌シャフト４が回転すると、攪拌翼４ｂと検知体６との係合が解かれ、検知体６が攪拌翼４ｂの移動に先立って自重により降下し、図４（ａ）に示すように、トナー界面上で浮いたような状態で静止する。
【００４０】
一方、攪拌翼４ｂは、攪拌シャフト４と一体であり、攪拌シャフトが駆動装置に連結されているため、攪拌翼４ｂは、検知体６の後を追って、攪拌シャフト４の回転に拘束されつつ、図４（ｃ）に示すように徐々に降下することになる。
【００４１】
こうして、検知体６が最上点まで押し上げられた以降では、トナーホッパー容器２内のトナー保有量によって検知体６の動作が異なることになる。つまり、トナーホッパー用器２内に比較的多くのトナーを保有している場合には、検知体６は、トナーの抵抗を受けるため、一気には最下点まで降下せずにトナー界面上で受け止められ、トナー界面上で浮いたような状態で静止する。そして、攪拌シャフト４の回転が進み、攪拌翼４ｂが検知体６に追いついて係合すると、その後再び攪拌翼４ｂと一体となって回転する。
【００４２】
従って、トナーホッパー容器２内に比較的多くのトナーを保有している場合には、検知体６が攪拌翼４ａに取り付けられた永久磁石８に吸着されることなく、基本的に攪拌翼４ｂとの係合によって回転される。なお、例え検知体６が攪拌翼４ａに取り付けられた永久磁石８に一旦吸着された場合でも、トナーの抵抗によって容易に分離されることになる。そして、分離された後は、上述した動作を繰り返すことになる。
【００４３】
即ち、トナーホッパー容器２内で保有するトナーの有無や多少によって、最下点付近で検知体６が攪拌翼４ｂを介して駆動力を与えられて回転しているか、攪拌翼４ａの永久磁石８に吸着されて一体となって回転しているかの差異が発生する。この動作の差異を磁界変化（透磁率変化）として透磁率センサ１０で検出することでトナー残量を検知することが可能となる。
【００４４】
図５は、透磁率センサ１０の出力と透磁率との関係を示す特性図である。なお、図５においては、横軸が透磁率を示し、縦軸が透磁率センサ１０の出力レベルを示す。透磁率センサ１０の出力特性は、図５に示すように、透磁率が高側（検知体が有り又は接近する状態）の場合に、Ｈｉ（ＯＮ）側傾向となり、透磁率が低側（検知体が無し又は離間する状態）の場合に、Ｌｏ（ＯＦＦ）側傾向となる。
【００４５】
この透磁率センサ１０の出力特性を踏まえて、以下にトナー残量検出について図６を参照しながら説明する。図６は、トナー残量に応じた透磁率センサの出力変化を示す特性図である。（ａ）はトナーが無いあるいは少ない場合、（ｂ）はトナーが所定量より多くある場合を示す。横軸は攪拌シャフトの回転位相、縦軸はセンサ出力を示す。横軸に示されている最上点、及び最下点とは、攪拌翼４ａが最上点、及び最下点にあるときの位相を示す。
【００４６】
トナーホッパー容器２内にトナーが無いか、もしくは、少ない場合には、図３に示すように、検知体６と攪拌翼４ａとが一体となった状態で回転し続けるため、検知体６と攪拌翼４ａとが最下点に達した時、透磁率センサ１０の出力は、Ｈｉレベルとなり、通過後Ｌｏレベルとなる。すなわち攪拌シャフト４の１回転当たりに１回、所定レベル以上となる区間が発生する（図６（ａ））。また、検知体６と攪拌翼４ａとが分離状態にあっても、上述したように、攪拌シャフト４が１回転する間に検知体６と攪拌翼４ａとが一体となるので、透磁率センサ１０の出力は図６（ａ）のようになる。
【００４７】
一方、トナーホッパー容器２内に十分な量のトナーが有る場合には、検知体６は、図４に示したように、最上点まで持ち上げられた後、落下しても、瞬間的に最下点まで復帰することはなく、ある程度の時間は、図４（ａ）に示すようにトナーの界面に浮いたような状態で静止している。そして、図４（ｃ）に示すように、やがて攪拌翼４ｂの位相と一致して最下点に戻され、再び上昇に移行する。従って、図６（ｂ）に示すように、攪拌翼４ａが最上点（攪拌翼４ｂが最下点）を通過するタイミングで検知体が最下点を攪拌翼４ｂとともに通過するので、透磁率センサ１０の出力がＨｉレベルとなり、通過後Ｌｏレベルとなる。また、攪拌翼４ａが永久磁石８とともに最下点（攪拌翼４ｂが最上点）を通過するタイミングで透磁率センサ１０の出力がＨｉレベルとなり通過後Ｌｏレベルとなる。こうして、攪拌シャフト４の１回転当たりに２回、所定レベル以上となる区間が発生する。
【００４８】
ここで、磁界変化そのものを検出しようとすると、攪拌翼４ａに取り付けられている永久磁石８の精度や、トナーホッパー容器２の底部外側に設ける透磁率センサ１０の精度が要求されることになり、コスト増大につながるため、本発明の一実施形態では、透磁率センサ１０の出力信号を所定しきい値により２値化し、その２値化出力により攪拌シャフト４の１回転当たりの磁界変化の発生回数として監視する。このようにすることで、透磁率センサ１０の出力レベルの大小関係に無関係とする。従って、透磁率センサ１０の検出精度や感度等の検出特性を殆ど無視することができ、透磁率センサ１０として特殊なものを用いる必要がない。
【００４９】
また、透磁率センサ１０の応答速度については、次の通りである。トナーホッパー容器２の大きさや、使用される画像形成装置によって攪拌シャフト４の回転数仕様が異なるが、この種の攪拌シャフト４の回転数は、少なければ毎分１０回転以下であり、高々毎分１０数回転程度に設定されている。このように攪拌シャフト４は、比較的低速で回転するため、最下点位置での磁界変化（磁界変化の回数）も補足し易い。例えば、攪拌シャフト４の回転数設定を毎分１０回転と仮定すると、最下点での磁界変化の間隔は、トナーホッパー容器２内のトナー量が比較的多く、攪拌シャフト４の１回転当たりの磁界変化が２回発生する場合で、３秒間隔程度となる。つまり、先ず、１回目の磁界変化は、吸着用の永久磁石８が固定された攪拌翼４ａが透磁率センサ１０の対向面を通過する時に発生し、２回目の磁界変化は、検知体６が永久磁石８が設けられていない攪拌翼４ｂに押される状態で一体的になって通過する時に発生する。一方、トナーホッパー容器２内の保有トナー量が少ないか、全く無い場合では、攪拌シャフト４の１回転当たりの磁界変化は、１回しか発生せず、６秒間隔程度となる。従って、透磁率センサ１０の応答速度等の検出特性を殆ど無視することができ、透磁率センサ１０として特殊なものを用いる必要がない。
【００５０】
上述したように構成される一実施形態の各構成要素の好ましい形態についてさらに説明する。一実施形態においては、透磁率センサ１０を用いて磁界変化を検出するため、検知体６は、金属材料が適し、さらに、攪拌シャフト４の攪拌翼４ａに取り付けた永久磁石８へ吸着させるために磁性金属材料が適している。また、金属材料で検知体６を形成すると、トナーの抵抗を受けても検知体６が変形しにくく、検知体６の強度を確保して正確なトナー残量の検知を行うことができる。但し、金属材料で検知体６を形成すると、検知体６の自重が増大することになり、トナー残量が十分多い場合で、検知体６がトナーに沈み込んでしまう。この時、検知体６が攪拌翼４ａの永久磁石８に近接または接触して吸着され、正確に磁界変化の回数を検出することができないといった不具合が生じる可能性がある。従って、なるべく検知体６を軽量にすることが好ましい。
【００５１】
図７（ａ）は、上述した一実施形態において用いられる検知体６の外観を示す斜視図である。図４Ａに示すように軽量化を達成するため、検知体６を太さ０．５〜１．０mm程度の金属細線状のもので形成することが好ましい。また、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、検知体６の他の例の外観を示す斜視図である。図７（ｂ）に示すように検知体６を三つの部材からなる構造とし、検知体の水平部材６ｃのみ金属材料で形成し、両端部の垂直部材６ａ，６ｂを樹脂材料で形成して一体化しても良い。また、図４Ｃに示すように検知体６の本体部材６ｄを樹脂材料で形成し、磁性材料からなる検出片６ｅとしての小片を本体部材６ｄの水平部材の所定個所に取り付けるようにしても良い。
【００５２】
次に本発明の他の実施形態について説明する。上述した本発明の一実施形態の説明においては、透磁率センサ１０を用いて磁界変化を検出することにより検知体６の動作を検知する場合について説明したが、本発明は、これ以外の方法、例えば、機械的スイッチや電気的容量検知により検知体６の動作を検知するようにしても良い。つまり、本発明では、検知体６が複数設けられた攪拌翼の内の特定のものと所定の力で一体化されて回転運動するか、それ以外の攪拌翼によって強制的に押されることにより回転運動するかを判別できれば良く、その方法に限定されない。
【００５３】
また、上述した本発明の一実施形態の説明においては、永久磁石８を用いて検知体６を攪拌翼４ａに所定の吸着力で一体化させて回転運動させる場合について説明したが、本発明は、これ以外の方法、例えば、静電気的吸引力等により検知体６と攪拌翼４ａとを所定の力で一体化させるものであっても良い。
【００５４】
なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は、上記各実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状にすることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明では、複数の攪拌翼を有する攪拌シャフトと、検知体と、透磁率センサとが所定の関係となるように配設されている。このため、トナー補給装置を大型化することなく、検知体をトナー補給装置に内蔵させることができる。また、トナー補給装置内部の検知体の下降動作を透磁率センサにより検知できるため、検知体による磁界の変化を機械的に変換して検知する必要がない。従って、検知体による磁界の変化を機械的に変換して検知する場合に伴う構成部品の増加、機構の複雑化や、機械的損失などの発生を回避することができ、正確にトナー保有量の検知またはトナーの有無の検知が可能となる。さらに、トナー残量を検知するための機構がトナーによる汚染の影響を受けにくいため、検知を確実に行うことができる。
【００５６】
また、本発明では、攪拌シャフトの複数の攪拌翼の内の一方の攪拌翼に検知体を所定の力で吸着する永久磁石が設けられ、攪拌シャフトの回転に伴って、トナーホッパー内のトナー残量が少ない場合に、上記検知体が永久磁石により吸着されて一方の攪拌翼と一体となって回転する第１の動作状態と、トナーホッパー内のトナー残量が多い場合に、上記検知体がトナーの抵抗により永久磁石から分離され、永久磁石が設けられていない他方の攪拌翼によって最上点まで押し上げられ、自重により降下する第２の動作状態とをとり得るように構成されている。このため、検知体の第１及び第２の動作状態における差異を透磁率センサにより検出することにより容易に、かつ、正確にトナーの有無を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトナー補給装置の一実施形態を示す要部斜視図である。
【図２】本発明のトナー補給装置の初期動作を説明する図である。
【図３】本発明のトナー補給装置のトナー無しの場合の動作を説明する図である。
【図４】本発明のトナー補給装置のトナー有りの場合の動作を説明する図である。
【図５】透磁率センサの出力と透磁率との関係を示す特性図である。
【図６】トナー残量に応じた透磁率センサの出力変化を示す特性図である。
【図７】検知体の構成例を示す斜視図である。
【図８】従来のトナー補給装置の構成を示す断面図である。
【図９】トナー残量検知手段の例を示す断面図である。
【図１０】従来のトナー補給装置のトナー残量検知手段の他の例を示す構成図である。
【図１１】従来のトナー補給装置の他の構成を示す断面図である。
【図１２】従来のトナー残量検知手段に用いる透磁率センサの出力特性を示す特性図である。
【符号の説明】
２ トナーホッパー容器
４ 攪拌シャフト
４ａ，４ｂ 攪拌翼
６ 検知体
６ａ，６ｂ 検知体６の両端部の垂直部材
６ｃ 検知体６の水平部材
６ｄ 検知体６の本体部材
６ｅ 検知体６の検出片
８ 永久磁石
１０ 透磁率センサ
Claims (6)
- トナーを収容するトナーホッパーと、
前記トナーホッパー内のトナーを攪拌する互いに対向配置された第１及び第２の攪拌翼と、
前記第１及び第２の攪拌翼が固定されており、前記第１及び第２の攪拌翼を伴って回転する攪拌シャフトと、
前記攪拌シャフトの軸に対して回転自在に設けられ、前記第１あるいは第２の攪拌翼に押されて回転する磁性体材料を含む検知体と、
前記検知体の動作を磁界の変化により検知する検知手段とを備え、
前記第１の攪拌翼に前記検知体を所定の力で吸着する吸着体を設け、第２の攪拌翼、検知体、第１の攪拌翼が、前記攪拌シャフトの回転方向に、この順に配置され、
前記トナーホッパー内のトナー残量が少ない場合に、前記検知体が吸着体により吸着されて第１の攪拌翼と一体となって回転する動作を行い、前記トナーホッパー内のトナー残量が多い場合に、前記検知体がトナーの抵抗により吸着体から分離され、前記第２の攪拌翼によって最上点まで押し上げられ、自重により降下する動作を行い、これら動作の違いを検知手段が磁界変化により検出し、トナーホッパー内のトナー量を判定することを特徴とするトナー補給装置。 - 検知手段は検知体の動作を透磁率の変化により検知する透磁率センサであり、吸着体は永久磁石を用いており、検知体はその永久磁石で吸着されるように太さ０．５〜１．０ｍｍ程度の金属細線状のもので形成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。
- 前記透磁率センサをトナーホッパーの底面外部に設けることを特徴とする請求項１または２記載のトナー補給装置。
- 前記検知体は、両端部を前記攪拌シャフトの同軸上に回転自在に設けた枠体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトナー補給装置。
- 前記検知体を構成する枠体の水平部材が磁性材料で形成され、枠体の垂直部材が水平部材をなす磁性材料より軽量な非磁性体材料で形成されていることを特徴とする請求項４記載のトナー補給装置。
- 前記検知体が、検知体本体と検知体本体に取り付けられた吸着片とからなり、前記吸着片が磁性材料で形成され、前記検知体本体が前記吸着片をなす磁性材料より軽量な非磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のトナー補給装置。
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