KR100877399B1 - 토너 잔량이 감지되는 토너 카트리지 및 이를 구비한화상형성장치 - Google Patents

Abstract

토너를 저장하는 호퍼; 구동원에 연결되어 상기 호퍼 내부에서 회전되는 제1패들 및 상기 제1패들과 탄성 부재로 연결되는 제2패들을 구비하며, 상기 제1패들 및 상기 제2패들에 의하여 상기 호퍼 내부의 토너를 교반하는 교반 수단; 제1슬릿 및 상기 제1슬릿과 구별되는 폭의 제2슬릿이 형성된 엔코더, 상기 제2패들과 연결되어 상기 엔코더를 구동하는 엔코더 기어, 센서 기준 위치에 설치되며 상기 제1슬릿에 대응되는 제1신호 및 상기 제2슬릿에 대응되는 제2신호를 출력하는 감지 센서를 구비하는 감지 수단; 을 포함하며, 상기 감지 센서는 상기 제1신호에 대한 상기 제2신호의 시간 지연을 감지함으로써 상기 토너 잔량을 측정하는 토너 카트리지가 개시된다.

Description

토너 잔량이 감지되는 토너 카트리지 및 이를 구비한 화상형성장치{Toner cartridge sensing an amount of toner and an image forming apparatus with the same}

본 발명은 토너 카트리지 및 이를 구비한 화상형성장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저장된 토너의 잔량을 감지할 수 있는 토너 카트리지 및 이러한 토너 카트리지를 구비한 전자사진방식 화상형성장치에 관한 것이다.

전자사진방식 화상형성장치는 감광체에 형성된 정전 잠상을 토너 화상으로 현상하고 이를 인쇄 매체에 전사함으로써 화상을 인쇄한다. 토너는 토너 카트리지의 내부에 저장되며, 저장된 토너가 모두 소모되면 새로운 토너 카트리지로 교체된다.

새로운 토너 카트리지로 교체되기 전까지는 모든 인쇄 작업이 중지되므로 대량 인쇄 또는 실시간 인쇄를 요하는 경우, 토너 소모를 원인으로 한 인쇄 지연시 많은 손실이 발생하게 된다. 토너 소모시 즉각적으로 토너 카트리지를 교체하면 이러한 손실을 줄일 수 있는데, 토너 카트리지의 교체 시간을 줄이기 위한 전제로서 토너 잔량을 감지할 수 있어야 한다.

토너 잔량을 감지하기 위한 종래의 기술을 소개한다. 먼저 광학 기법을 이용한 측정 장치로서, 토너를 저장하는 호퍼에 광이 투과되며 토너의 레벨이 예정 높이 아래로 떨어질 때까지 토너가 광을 차단하고 토너의 레벨이 일정 수준 이하로 떨어지면 비로소 투과되는 광을 광 센서로 검출하는 것이 있다. 그러나, 이 방식은 토너가 일정 레벨 이하인지 여부를 측정할 뿐이며 토너의 잔량 자체를 정확하게 측정할 수 없는 한계가 있다.

한편, 토너 잔량을 기구적으로 측정하는 장치로서 미국 특허 제4,003,258호에는 패들의 구동 샤프트에 대한 토너 패들의 위치를 두 개의 디스크를 이용하여 측정하는 방법이 개시되어 있다. 패들은 회전의 최상부에 도달한 위치로부터 자유 낙하되며 패들이 토너 표면에 접촉되면 자유 낙하를 멈추는데, 패들이 낙하되는 각도가 일정값보다 큰 경우 저 토너 상태로 감지한다.

그리고, 미국 특허 제5,216,462호에는 스프링이 두 개의 디스크를 연결하고 있으며 디스크의 위상 변화가 패들의 부하 토오크를 지시하는 시스템이 개시되어 있다.

그러나, 이들 특허는 기구의 구동 특성이 비선형적이므로 토너 잔량 측정이 불안정하며, 패들의 위치를 감지하는데 두 개의 디스크를 사용하므로 장치의 구조가 복잡해지고, 복잡한 기구물이 좁은 공간에 밀집되어 고장 위험이 있으며, 연속적인 토너 레벨을 측정하기에 민감도가 떨어지거나 특정한 하나의 토너 레벨에 대한 초과 여부만 검출할 수 있는 등 측정 능력의 한계를 갖는다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 토너 잔량에 따라 변화되는 토너의 부하 토오크에 의한 감지 수단의 출력 주기의 변화를 감지함으로써 토너 잔량을 연속적인 레벨에 걸쳐 충분한 민감도로 측정할 수 있음은 물론, 감지 수단의 비선형성을 줄일 수 있고, 교반 수단 및 감지 수단을 간단한 구조로 구현할 수 있으며, 토너 잔량 측정의 비용과 신뢰도를 향상시킬 수 있는 토너 카트리지 및 이를 구비한 전자사진방식 화상형성장치를 제공한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 토너 카트리지는,

토너를 저장하는 호퍼;

구동원에 연결되며 상기 호퍼 내부에서 회전되는 제1패들, 상기 제1패들보다 더 큰 토너 부하가 작용하는 제2패들, 상기 제2패들을 탄성적으로 상기 제1패들에 연결하는 탄성 부재를 구비하며, 상기 호퍼 내부의 토너를 교반하는 교반 수단;

상기 토너 잔량에 따른 상기 탄성 부재의 변형에 의하여 상기 제2패들의 회전각이 시간 지연되는 것을 이용하여 상기 시간 지연을 감지함으로써 토너 잔량을 측정하는 감지 수단; 을 포함한다.

또한, 본 발명의 토너 카트리지는,

토너를 저장하는 호퍼;

구동원에 연결되어 상기 호퍼 내부에서 회전되는 제1패들 및 상기 제1패들과 탄성 부재로 연결되는 제2패들을 구비하며, 상기 제1패들 및 상기 제2패들에 의하여 상기 호퍼 내부의 토너를 교반하는 교반 수단;

제1슬릿 및 상기 제1슬릿과 구별되는 폭의 제2슬릿이 형성된 엔코더, 상기 제2패들과 연결되어 상기 엔코더를 구동하는 엔코더 기어, 센서 기준 위치에 설치되며 상기 제1슬릿에 대응되는 제1신호 및 상기 제2슬릿에 대응되는 제2신호를 출력하는 감지 센서를 구비하는 감지 수단; 을 포함하며, 상기 감지 센서는 상기 제1신호에 대한 상기 제2신호의 시간 지연을 감지함으로써 상기 토너 잔량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

한편, 착탈 가능한 토너 카트리지를 구비한 전자사진방식 화상형성장치에 있어서, 상기 토너 카트리지는,

토너를 저장하는 호퍼;

구동원에 연결되어 상기 호퍼 내부에서 회전되는 제1패들 및 상기 제1패들과 탄성 부재로 연결되는 제2패들을 구비하며, 상기 제1패들 및 상기 제2패들에 의하여 상기 호퍼 내부의 토너를 교반하는 교반 수단;

제1슬릿 및 상기 제1슬릿과 구별되는 폭의 제2슬릿이 형성된 엔코더, 상기 제2패들과 연결되어 상기 엔코더를 구동하는 엔코더 기어, 센서 기준 위치에 설치되며 상기 제1슬릿에 대응되는 제1신호 및 상기 제2슬릿에 대응되는 제2신호를 출력하는 감지 센서를 구비하는 감지 수단; 을 포함하며,

상기 감지 센서는 상기 제1신호에 대한 상기 제2신호의 시간 지연을 감지함으로써 상기 토너 잔량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 토너 잔량을 연속적인 레벨에 걸쳐 충분한 해상도 및 민감도로 측정할 수 있음은 물론, 탄성 부재의 변형이 발생되는 구간에서는 탄성 부재의 변형을 이용하여 토너 잔량을 감지하므로 토너 잔량 측정의 선형성이 증가되며, 교반 수단 및 감지 수단을 간단한 구조로 구현할 수 있고, 토너 잔량 측정의 비용과 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 토너 접촉 부하에 따라 상대 위치가 변화되는 제1패들 및 제2패들이 호퍼 내부에 설치되므로 토너의 교반 성능에 영향을 주지 않으면서 토너 잔량을 측정할 수 있고, 엔코더가 반원의 띠 형상으로서 엔코더 기어와 회전 중심, 반지름, 회전 속도, 회전각에 있어서 구별되므로 엔코더의 구조를 간단히 변경함으로써 해상도 및 민감도를 조절할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 토너 카트리지(100)를 구비한 전자사진방식 화상형성장치를 개략적으로 도시한 측단면도이다. 도 2는 본 발명의 토너 카트리지(100)의 외관을 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 정면도이다. 도 4는 본 발명의 토너 카트리지(100)의 내부를 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 4를 함께 참조하며 본 발명의 전자사진방식 화상형성장치와, 토너 카트리지(100)와, 교반 수단(400)과, 감지 수단(500)을 설명한다.

본 발명에 따른 화상형성장치는 인쇄 매체에 토너 화상을 전자사진방식으로 인쇄하며, 화상형성장치의 기본 골격이 되는 화상형성장치 본체(10), 광주사 유니트(300), 토너 카트리지(100), 폐토너 카트리지(200), 정착기(16)를 포함한다.

광주사 유니트(300)는 인쇄하고자 하는 데이터에 대응되는 광(L)을 감광체(210)에 스캐닝함으로써 감광체(210)의 외주면에 정전 잠상을 형성한다. 이러한 광주사 유니트(300)는 레이저빔 등의 광(L)을 생성하는 광원(미도시)과, 광(L)을 감광체(210)의 외주면에 스캔하는 빔편향기(320)를 구비한다.

토너 카트리지(100)는 화상형성장치 본체(10)의 소정 위치에 착탈되며, 토너 카트리지(100)의 내부에 저장된 인쇄용 토너(139)가 소모되면 사용자는 도어(19)를 열고 손잡이(143)를 잡아당김으로써 새 토너 카트리지(100)로 교체한다. 토너 카트리지(100)는 호퍼(140), 교반 수단(400), 보조 교반 수단(132), 공급 롤러(134), 현상 롤러(136), 토너층 규제부재(137)를 포함하는 것이 바람직하다.

호퍼(140)는 고체 분말 상태의 인쇄용 토너(139)를 저장하며, 일 실시예로서 상부통(141)과 하부통(142)을 결합하여 형성된다. 도 4는 상부통(141)을 제거한 토너 카트리지(100)의 사시도로서 토너 카트리지(100)의 내부 구조를 상세하게 도시한다.

도 4를 참조하면, 교반 수단(400)은 제1패들(410), 제2패들(420) 및 제1패들(410)과 제2패들(420)을 탄성적으로 연결하는 탄성 부재(430)를 구비하며, 호 퍼(140) 내부의 토너가 굳지 않도록 교반함과 동시에 교반된 토너를 공급 롤러(134) 쪽으로 이송한다. 호퍼(140)의 토너 잔량은 제2패들(420)에 부하로 작용하며, 이 부하는 제1패들(410) 및 제2패들(420)의 상대 위치를 변화시키고, 이러한 상대 위치의 변화는 엔코더(510) 회전각의 위상 변화를 주며, 감지 수단(500)은 엔코더(510) 회전각의 위상 변화에 대응하는 감지 센서(590)의 출력 신호 변화를 근거로 하여 토너 잔량을 측정한다. 즉, 감지 수단(500)은 토너 잔량에 따라 증가되는 탄성 부재(430)의 변형에 의하여 상기 제2패들(420)의 회전각이 시간 지연되는 것을 이용하여 상기 시간 지연을 감지함으로써 토너 잔량을 측정한다.

이를 위하여 감지 수단(500)은 광 투과를 위한 슬릿이 형성된 엔코더(510), 엔코더(510)를 구동하는 엔코더 기어(520), 화상형성장치 본체(10)에 장착되며 슬릿에 광을 투과하여 엔코더(510)의 회전 각도를 감지하는 감지 센서(590), 엔코더(510)를 초기 위치로 복귀시키는 엔코더 스프링(515), 엔코더(510)가 초기 위치로 복귀시 슬릿을 가로막아 광 투과를 차단하는 광 차단판(530)을 구비한다.

보조 교반 수단(132)은 교반 수단(400)과 공급 롤러(134) 사이에 배치되는 것으로서 교반 수단(400)으로부터 이송되는 인쇄용 토너(139)를 공급 롤러(134)의 직전에서 한번 더 교반하며 토너의 뭉침을 방지하고 공급 롤러(134)에 과다한 양의 토너가 이송되는 것을 방지한다. 교반 수단(400), 감지 수단(500) 및 보조 교반 수단(132)의 구성 및 작용에 대하여는 도 5 내지 도 27에 대한 설명에서 더욱 상세하게 설명한다.

공급 롤러(134)는 인쇄용 토너(139)를 현상 롤러(136)의 외주면에 부착한다. 현상 롤러(136)는 감광체(210)에 형성된 정정 잠상을 토너 화상으로 현상하며, 그 외주면에 수용된 토너를 감광체(210)로 공급하기 위하여 현상 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 토너층 규제부재(137)는 탄성 수단(138)에 의하여 현상 롤러(136)의 외주면에 탄성 바이어스되며 현상 롤러(136) 외주면에 부착되는 토너층의 두께를 규제한다.

폐토너 카트리지(200)는 토너 카트리지(100)와 함께 화상형성장치 본체(10)의 소정 위치에 착탈되는 것으로, 감광체(210)로부터 분리된 폐토너(240)를 저장한다. 폐토너 카트리지(200)는 정전 잠상이 형성되는 감광체(210), 노광 전 감광체(210)를 소정 전위로 대전시키는 대전 롤러(230), 전사 후 감광체(210)에 남아있는 토너를 긁어내도록 감광체(210)의 외주면에 소정의 압력으로 접촉되는 클리닝 부재(220)를 구비한다.

여기서 본 발명의 실시예는 상술한 설명에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 폐토너 카트리지(200)와 토너 카트리지(100)가 별개로 마련되는 것이 아니라 폐토너 카트리지(200)와 토너 카트리지(100)가 일체로 마련되는 실시예, 감광체(210)와 대전 롤러(230) 등이 폐토너 카트리지(200)가 아니라 토너 카트리지(100)에 장착되는 실시예 등 다양한 변용이 가능함을 밝혀둔다.

감광체(210)는 광주사 유니트(300)에서 출사되는 광(L)이 스캔될 수 있도록 그 외주면 일부가 노출되며 소정 방향으로 회전된다. 예를 들어 원통 드럼의 외주면에 광도전성 물질층을 코팅함으로써 감광체(210)가 형성될 수 있다. 감광체(210)는 대전 롤러(230)에 의하여 소정의 전위로 대전된 다음 광주사 유니트(300)에 의 하여 노광됨으로써, 인쇄하고자 하는 화상에 대응되는 정전 잠상을 그 외주면에 형성한다.

전사 롤러(15)는 감광체(210)의 외주면과 대향되는 것으로서, 토너로 현상된 감광체(210)의 토너 화상이 인쇄 매체로 전사될 수 있도록 토너 화상과 반대 극성을 갖는 전사 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 감광체(210) 및 전사 롤러(15) 사이에 작용하는 정전기력 또는 기구적인 접촉 압력에 의하여 토너 화상이 인쇄 매체로 옮겨진다.

정착기(16)는 가압 롤러(16a) 및 여기에 밀착되는 가열 롤러(16b)를 구비하며, 인쇄 매체로 전사된 토너 화상에 열과 압력을 가하여 토너 화상을 인쇄 매체에 정착시킨다. 배출 롤러(17)는 정착기(16)를 통과한 인쇄 매체를 배지대(18)로 배출한다. 인쇄 매체(P)는 급지 카세트(11)로부터 픽업 롤러(13)(pick-up roller)로 인출되어 전사 롤러(15) 쪽으로 공급된다.

도 5는 토너 카트리지(100) 내부의 토너 잔량이 없는 경우 제1패들(410)이 초기 위치에 있는 상태에 대하여 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 측면도이다. 이 측면도는 도 3의 절단면 B-B'에 대한 것이다. 도 6은 도 5의 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 사시도이다. 도 4 내지 도 6을 참조하며 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)의 구성 및 작용을 더욱 상세하게 설명한다.

제1패들(410) 및 제2패들(420)은 탄성 부재(430)에 의하여 연결되며, 탄성 부재(430)는 제1접점부(412)와 제2접점부(422)가 서로 이격되는 방향으로 제1패들(410) 및 제2패들(420)에 탄성력을 작용한다. 탄성 부재(430)의 고정을 위하여 탄성 부재 고정부(413,423)가 제1패들(410) 및 제2패들(420)에 각각 형성된다. 탄성 부재(430)는 제1패들(410) 및 제2패들(420)의 회전 중심에 대하여 일측에 설치되는 인장 스프링이 도시되었다. 탄성 부재(430)로서 도시된 인장 스프링 외에 탄성 부재 고정부(413,423)를 변경할 수 있음은 물론 적어도 어느 하나의 패들의 회전 중심에 장착되는 토션 스프링을 사용할 수도 있다.

호퍼(140)에 토너 잔량이 없는 경우 토너 접촉 부하(toner contact torque)가 제2패들(420)에 작용하지 않으므로 제1패들(410) 및 제2패들(420)은 탄성 부재(430)에 의하여 연결된 초기의 상대 위치를 그대로 유지하며 회전한다. 즉, 제1패들(410) 및 제2패들(420)의 회전시 제1접점부(412) 및 제2접점부(422) 사이의 이격 각도와, 상기 이격 각도에 따라 변동되는 제1패들(410) 및 제2패들(420)의 상대 위치는 일정하다. 반면에 호퍼(140)에 토너 잔량이 있는 경우를 도시한 도 13 내지 도 25b에서는, 제1접점부(412) 및 제2접점부(422)의 이격 각도와, 제1패들(410) 및 제2패들(420)의 상대 위치가 변화된다.

구동 기어(160)(도 4 참조)는 화상형성장치 본체(10)에 마련된 구동원(미도시)에 연결되어 구동력을 전달받으며, 일정한 속도로 회전된다. 구동 기어 회전축(161)은 구동 기어(160)와 직결되어 함께 회전된다. 제1패들(410)은 구동 기어 회전축(161)에 고정되므로(도 10 및 도 16 참조) 구동 기어(160)와 동일한 회전 중심, 회전 속도 및 회전 각도를 갖는다.

제2패들 회전축(424)은 구동 기어 회전축(161)과 커플링(162)으로 연결되지만, 구동 기어 회전축(161)에 의하여 그 회전이 구속되지 않는다. 커플링(162)은 구동 기어 회전축(161) 및 제2패들 회전축(424)이 동중심에 위치하도록 지지할 뿐이며 제2패들 회전축(424)에 회전력을 전달하지 않는다. 후크(414)는 제1패들(410)과 일체로 마련되며 자유 회전이 가능하도록 제2패들 회전축(424)을 수용하고 제1패들(410)의 하중이 제2패들 회전축(424)에 의하여 지지되도록 한다. 따라서, 제2패들 회전축(424)은 구동 기어 회전축(161)에 대하여 자유 회전된다.

엔코더 기어(520)는 제2패들(420)과 함께 제2패들 회전축(424)에 고정되므로 제2패들(420)과 동일한 회전 중심, 회전 속도 및 회전 각도를 갖는다. 엔코더 기어(520)에 형성되는 간헐 기어(intermittent gear)(도 5 참조, 519) 및 엔코더(510)에 형성되는 간헐 기어(도 5 참조, 529)가 서로 맞물릴 때에만 엔코더(510)가 회전된다. 즉, 엔코더(510)는 엔코더 기어(520)에 의하여 간헐 구동되며, 단속적으로 회전되고, 간헐 기어의 맞물림이 해제되면 엔코더 스프링(515)의 복원력에 의하여 초기 위치로 복귀된다.

일 실시예로서 엔코더 기어(520)의 회전시 각각의 간헐 기어가 서로 결합되면서 엔코더(510)가 반시계 방향(도 4에서 양의 y축에서 보았을 때)으로 회전을 개시하며, 이에 따라 제1슬릿(511)이 감지 센서(590)와 처음으로 만난다. 엔코더 기어(520)가 반시계 방향으로 계속 회전되며 엔코더(510)의 타측 단부에 형성된 제2슬릿(512)이 감지 센서(590)를 지나치면, 간헐 기어의 결합이 해제되고, 엔코더(510)는 엔코더 스프링(515)의 복원력에 의하여 시계 방향(도 4에서 양의 y축에서 보았을 때)으로 회전되며 초기 위치로 복귀된다. 도 4에는 엔코더(510)를 시계 방향으로 탄성 바이어스시키는 토션 스프링이 엔코더 스프링(515)의 일 실시예로서 도시되었지만, 그 밖의 다른 실시예도 가능함은 물론이다.

센서 기준 위치(C)는 화상형성장치 본체(10)에 마련되는 감지 센서(590)의 설치 위치를 나타낸다. 엔코더(510)에는 초기 위치의 통과 여부를 감지하는 제1슬릿(511), 제1슬릿(511)과 소정 각도 이격 설치되어 있고 토너 잔량에 따라 시간 지연된 신호를 발생하는 제2슬릿(512)이 형성된다. 엔코더(510)의 회전시 제1슬릿(511) 및 제2슬릿(512)이 센서 기준 위치(C)를 통과하면 광이 투과되며 감지 센서(590)는 하이(high)값을 출력한다(도 26 참조). 제2슬릿(512)의 개수는 한정되지 않으며 도시된 3개의 제2슬릿(512)은 일 실시예에 불과하다.

제1슬릿(511)과 제2슬릿(512)은 그 폭이 구별되며, 이러한 폭 차이는 감지 센서(590)의 듀티(duty)비 차이로 출력되므로 감지 센서(590)가 제1슬릿(511) 및 제2슬릿(512)에 의한 신호 출력을 구별할 수 있게 된다.(도 26 참조). 도 5의 괄호 안에 표시한 초기 위치는 엔코더 기어(520) 및 엔코더(510)의 간헐 기어가 서로 맞물리기 직전으로서 제1패들(410)의 초기 위치를 의미한다. 이때의 제1패들(410) 회전각은 0°이다. 도 26의 시간 축의 원점은 제1슬릿(511)이 센서 기준 위치(C)에 진입되기 전의 시점으로서, 감지 센서(590)의 출력은 로우값이다.

한편, 광 차단판(530)은 엔코더 기어(520)와 함께 제2패들 회전축(424)에 고정된다. 광 차단판(530)은 엔코더(510)가 탄성적으로 복귀되는 구간에 걸쳐 제1슬릿(511) 및 제2슬릿(512)을 가로막으며 감지 센서(590)의 출력이 로우(low)값을 유지하게 한다. 여기서, 제1패들(410)이 1회전하는 동안 감지 센서(590) 출력의 주기는 T 로서 일정하며, 제1신호의 출력 주기와 동일하다. 도 26 및 도 27에 도시된 바와 같이, 제1패들(410)은 토너 잔량 유무에 상관없이 동일한 속도로 회전하므로, 제1패들(410)이 1회전하는 동안 제1슬릿(511)에 의한 감지 센서(590)의 출력(이를 제1신호라 한다)은 일정한 주기 T 를 갖는다.

도 7은 토너 카트리지(100) 내부의 토너 잔량이 없는 경우 제1패들(410)이 90°회전한 위치에 있어서 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 측면도이다. 도 8은 도 7의 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 사시도이다.

도 9는 토너 카트리지(100) 내부의 토너 잔량이 없는 경우 제1패들(410)이 180°회전한 위치에 있어서 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 측면도이다. 도 10은 도 9의 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 사시도이다.

도 11은 토너 카트리지(100) 내부의 토너 잔량이 없는 경우 제1패들(410)이 270°회전한 위치에 있어서 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 측면도이다. 도 12는 도 11의 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 사시도이다.

도 4 내지 도 12를 참조하면, 토너 카트리지(100) 내부의 호퍼(140)에 토너 잔량이 없는 경우, 토너 접촉시 또는 토너 접촉 해제시 제2패들(420)의 회전 부하에 변동이 없다. 따라서, 제1패들(410) 및 제2패들(420)의 상대 위치는 제1패들(410)의 회전각에 무관하게 동일하며 제1패들(410) 및 제2패들(420)은 제1접점부(412)와 제2접점부(422)의 이격 각도를 초기 위치와 동일하게 유지한 채 정속 회전된다.

도 4 내지 도 12에 도시된 일 실시예에 의하면, 제1패들(410)의 회전각이 270°~ 330°사이에서 엔코더 기어(520) 및 엔코더(510)에 형성된 간헐 기어의 결 합이 해제된다. 간헐 기어의 결합이 해제되면, 엔코더 스프링(515)의 복원력에 의하여 엔코더(510)가 도 5에 도시된 초기 위치로 탄성 복귀된다.

엔코더(510)의 초기 위치 복귀시, 이미 설명한 것과 같이 광 차단판(530)이 제1슬릿(511) 및 제2슬릿(512)을 통한 광 투과를 차단함으로써 감지 센서(590)의 출력은 로우값을 유지한다. 광 차단판(530)은 제2패들 회전축(424) 및 감지 센서(590) 사이의 거리보다 같거나 큰 반지름을 갖는 돌출부(도 4 참조, 532)를 구비하며, 상기 돌출부(532)는 엔코더 기어(520)의 간헐 기어(도 5 참조, 519)가 형성되지 않는 구간(도 11의 참조 부호 θ)에 걸쳐 제1슬릿(511) 및 제2슬릿(512)을 차단한다.

광 차단판(530), 엔코더 스프링(515)은 도면의 간략화를 위하여 도 5 내지 도 25b에는 도시되지 않았지만, 도 4에 도시되었다. 그리고, 제1패들(410) 및 제2패들(420)을 탄성적으로 연결하는 탄성 부재(430)도 도면의 간략한 표시를 위하여 도 5 내지 도 25b 중 사시도에 해당하는 일부 도면에는 도시되지 않았다. 구동 기어(160), 구동 기어 회전축(161) 및 제1패들(410)은 동일한 회전 중심, 동일한 회전 속도 및 동일한 회전각을 가지며 도 5 내지 도 25b 중 일부 도면에는 이들의 공통적인 회전각이 괄호 안에 표시되었다.

엔코더(510)는 엔코더 기어(520)와 대비할 때, 회전 중심 및 반지름 크기가 다르기 때문에 회전 각도가 서로 다르다. 도 5에 엔코더(510)의 회전 중심(514)이 표시되었다. 간헐 기어가 서로 맞물리지 않는 구간에서 엔코더(510)는 정지 상태이며, 엔코더(510)는 엔코더 스프링(515)에 의한 복귀 구간에 있어서 엔코더 기 어(520)와 회전 방향 및 회전 속도의 측면에서 서로 구별된다.

호퍼(140)에 토너가 없는 경우에 대하여 정리하면, 구동 기어(160) 및 제1패들(410)은 제1각도만큼 연속적으로 정속 회전하며, 제2패들(420)에 작용하는 토너 접촉 부하가 없으므로 제2패들(420) 및 엔코더 기어(520)도 제1각도와 동일한 회전각을 정속 회전한다. 그러나, 엔코더(510)는 반지름이 다른 엔코더 기어(520)에 의하여 간헐 구동되고 엔코더 스프링(515)에 의하여 초기 위치로 복귀되므로, 제1각도와 구별되는 제2각도를 단속적으로 회전한다.

이하에는 도 13 내지 도 25b를 참조하며 호퍼(140)에 소정의 토너 잔량이 있는 경우를 설명한다. 도 5 내지 도 12에 대한 설명의 대부분은 도 13 내지 도 25b에도 해당되며, 이하에는 토너 잔량이 있는 경우의 차이점을 위주로 설명한다.

호퍼(140)의 토너 잔량은 인쇄 매수의 증가에 따라 계속 감소된다. 여기서 소정의 토너 잔량이란 임의의 시점에서 호퍼(140)에 저장된 토너의 양을 의미하지만, 설명의 편의상 도 13 내지 도 25b에 도시된 양을 소정의 토너 잔량의 한 예로 본다.

제1패들(410)의 선단부는 제1패들(410)의 회전 중심이 되는 구동 기어 회전축(161)을 기준으로 가장 먼 거리에 있는 제1패들(410)의 일부분으로 정의되고, 제2패들(420)의 선단부는 제2패들(420)의 회전 중심이 되는 제2패들 회전축(424)을 기준으로 가장 먼 거리에 있는 제2패들(420)의 일부분으로 정의된다. 제1패들(410) 및 제2패들(420)에는 토너에 의한 접촉 저항을 줄이기 위하여 개구(415,425)가 형성되며 제1패들(410) 선단부의 반지름은 제2패들(420) 선단부의 반지름보다 휠씬 작다. 따라서, 제1패들(410) 및 제2패들(420)의 회전시 토너 접촉 부하는 선단부의 반지름 및 크기가 큰 제2패들(420)에 더 크게 작용한다. 따라서, 설명의 편의상 토너 접촉 부하는 제2패들(420)에 작용하는 토너의 부하 토오크로 정의한다. 이때, 토너 잔량이 증가될수록 제2패들(420)이 저장된 토너에 묻히는 부분이 증가되므로 토너 접촉 부하가 증가하게 된다.

도 13은 소정의 토너 잔량이 있고 제1패들(410)이 초기 위치에 있을 때 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 측면도이다. 도 14는 도 13의 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 사시도이다. 제1패들(410)이 초기 위치에 있을 때 제2패들(420)의 선단부는 토너 표면으로부터 이격되므로 토너 접촉 부하를 받지 않는다. 탄성 부재(430)의 변형이 없으므로 제1패들(410) 및 제2패들(420)은 동일 각도 및 동일 속도로 회전된다. 엔코더 기어(520) 및 엔코더(510)의 간헐 기어 결합이 해제 상태이므로 엔코더(510)는 정지되어 있다. 제1슬릿(511)은 센서 기준 위치(C)의 하류 측에 있으므로 감지 센서(590)의 출력은 로우값이다.

제1패들(410)이 초기 위치에서 더 회전된 경우에 대하여는 도시되지 않았지만, 엔코더 기어(520) 및 엔코더(510)의 간헐 기어가 결합 상태로 되면서 엔코더(510)의 회전이 개시되며 제1슬릿(511)은 센서 기준 위치(C)에 진입하고 감지 센서(590)의 출력이 하이값으로 된다.

제1슬릿(511)이 센서 기준 위치(C)를 지나치면 감지 센서(590)의 출력이 다시 로우값으로 떨어진다. 탄성 부재(430)는 변형되지 않고, 제1패들(410), 제2패들(420), 엔코더 기어(520) 및 엔코더(510)가 모두 회전된다. 이미 상술하였지만, 엔코더(510) 및 엔코더 기어(520)의 회전 중심과 반지름 크기가 서로 다르므로 엔코더(510)의 회전 각도는 제1패들(410) 및 엔코더 기어(520)의 회전 각도와 다르다. 토너 잔량이 있는 경우 감지 센서(590)의 출력은 도 27에 도시된다.

도 15는 소정의 토너 잔량이 있고 제1패들(410)이 90°회전한 위치에 있을 때 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 측면도이다. 도 16은 도 15의 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 사시도이다. 이때, 제2패들(420)의 선단부는 토너에 접촉되어 있으며, 제2패들(420), 엔코더 기어(520) 및 엔코더(510)는 정지되어 있고, 제1패들(410)만 정속 회전되며, 탄성 부재(430)가 변형된다.

제1패들(410)의 회전에 따라 탄성 부재(430)의 변형이 증가되더라도 제2패들(420) 및 엔코더(510)의 회전이 정지 상태이면, 제2슬릿(512)의 회전도 정지되며, 제2슬릿(512)에 대응되는 감지 센서(590)의 출력(이를 제2신호라 한다)에 시간 지연이 발생한다. 도 26을 참조하면 토너가 없는 경우 제2신호는 제1슬릿(511)에 대응되는 감지 센서(590)의 출력(제1신호)으로부터 T1의 시간이 경과된 후에 시작되지만, 도 27을 참조하면 토너 잔량이 있는 경우 제2신호는 제1신호로부터 T2의 시간이 경과된 후에 시작된다. T1 및 T2의 차이에 해당하는 시간 지연은 도 27에 ΔT 로서 표시되었다. 도 26 및 도 27을 참조하면, 토너가 없을 경우 제1신호에 대한 제2신호의 시간 지연은 T1 이며, 토너 잔량이 있을 경우 제1신호에 대한 제2신호의 시간 지연은 (T1 + ΔT) 또는 이와 동일한 값인 T2로 정의된다.

도 17는 소정의 토너 잔량이 있고 제1패들(410)이 180°회전한 위치에 있을 때 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 측면도이다. 도 18은 도 17의 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 사시도이다. 제1패들(410)은 구동 기어(160)에 의하여 정속 회전되며, 제1접점부(412)에 밀려 제2패들(420)은 토너 속으로 파고들며 저장된 토너를 교반한다.

도 19는 소정의 토너 잔량이 있고 제1패들(410)이 270°회전한 위치에 있을 때 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 측면도이다. 도 20은 도 19의 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 사시도이다. 제1패들(410)은 정속으로 회전되며, 제2패들(420)이 제1패들(410)을 향하여 탄성적으로 복귀하고 있다. 제2패들(420)의 탄성 복귀를 완료하면, 제1패들(410) 및 제2패들(420)은 동일한 속도 및 동일한 회전각으로 회전될 것이다.

도 21은 소정의 토너 잔량이 있고 제1패들(410)이 330°회전한 위치에 있을 때 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 측면도이다. 도 22는 도 21의 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)을 도시한 사시도이다. 여기에는 엔코더 기어(520) 및 엔코더(510)에 각각 형성된 간헐 기어의 결합 해제 상태가 도시된다.

도 23 및 도 24는 엔코더(510)가 초기 위치로 복귀하는 것을 도시한다. 엔코더(510) 및 엔코더 기어(520)의 간헐 기어 결합이 해제되면 엔코더(510)는 엔코더 스프링(515)의 복원력에 의하여 시계 방향으로 회전하며 도 13 및 도 23에 도시된 초기 위치를 향하여 복귀한다. 상술한 바와 같이, 엔코더(510)의 복귀시 광 차단판(530)의 돌출부가 제1슬릿(511) 및 제2슬릿(512)을 차단하며, 감지 센서(590)의 출력은 제2신호를 경과한 구간에서 로우값을 유지한다(도 27 참조). 제1패들(410)이 더 회전하여 초기 위치에 도달하면 상술한 작용이 반복된다.

도 25a 및 도 25b는 소정의 토너 잔량이 있을 때 제1패들의 회전각에 따른 교반 수단 및 감지 수단의 위치를 순차적으로 도시한 설명도이다. 이를 참조하면 교반 수단 및 감지 수단의 작용을 직관적으로 파악할 수 있다. 괄호 안에 제1패들의 회전각을 표시하였다. 도 25a 및 도 25b는 도 13, 15, 17, 19, 21 및 23을 그대로 포함하므로 도 25a 및 도 25b의 구성요소 중 참조 부호가 표시되지 않은 구성이 있더라도 도 13, 15, 17, 19, 21 및 23의 참조 부호가 표시된 것과 동일한 구성이다. 도 25a 및 도 25b는 제1패들의 회전각이 12.5°, 60°, 120°, 240°인 경우에 대한 도면을 더 포함하지만, 각 구성요소의 상대 위치만 다를 뿐 도 13, 15, 17, 19, 21 및 23에 표시된 것과 동일한 구성을 구비한다.

도 25a 및 도 25b에서 제1패들(410)이 초기 위치에 있을 때 탄성 부재(430)의 변형이 없으며 제1접점부(412) 및 제2접점부(422)의 이격 각도는 60°인 것으로 예시되었다. 이때, 제2패들(420)의 선단부에 토너 부하가 작용하지 않으므로 제1패들(410) 및 제2패들(420)은 동일한 각도 및 동일한 속도로 회전된다.

제1패들(410)이 12.5°회전하면 엔코더 기어(520) 및 엔코더(510)에 각각 형성된 간헐 기어의 결합이 개시되고, 이에 따른 엔코더(510)의 회전이 개시된다. 그리고, 제1슬릿(511)이 센서 기준 위치(C)에 진입하면서 감지 센서(590)의 출력은 하이값이 되고, 제1슬릿(511)이 센서 기준 위치(C)를 완전히 통과하면 감지 센서(590)의 출력은 로우값이 된다.

제1패들(410)이 60°회전하면 제2패들(420)의 선단부가 토너에 접촉됨으로써 토너 부하의 작용이 시작된다. 이때, 제2패들(420) 및 엔코더(510)는 정지되며 탄 성 부재(430)의 변형이 개시되고 제1패들(410)만 정속회전된다. 제1접점부(412)가 제2접점부(422)를 향하여 접근되며 이들의 이격 각도는 60°보다 작아진다.

제1패들(410)이 90°회전하면 제2패들(420)은 토너 부하에 의하여 여전히 정지되어 있고, 탄성 부재(430)의 변형은 계속 증가되며, 엔코더(510)는 정지 상태에 있다. 제1접점부(412)는 제2접점부(422)를 향하여 더욱 접근되며 이들의 이격 각도는 30°이다.

제1패들(410)의 회전각이 120°미만이면 제2패들(420) 및 엔코더(510)는 정지 상태이다.

제1패들(410)의 회전각이 120°에 도달하는 순간에서, 제1접점부(412) 및 제2접점부(422)가 접촉 개시되며 제2패들(420) 및 엔코더(510)의 회전이 개시된다. 이때, 탄성 부재(430)는 최대 변형 상태이므로 최대 복원력(제1접점부 및 제2접점부가 접촉되도록 탄성 부재가 최대 변형되었을 때 제2패들에 작용하는 복원력으로 정의한다)을 제2패들(420)에 작용한다.

그러나, 도 25a 및 도 25b에 도시된 실시예는 i) 제1접점부(412) 및 제2접점부(422)의 초기 위치에서 서로의 이격 각도가 60°로 선택되고 ii) 제2패들(420)이 초기 위치로부터 60°회전되었을 때 토너 접촉이 개시되며 iii) 토너 접촉 부하가 최대 복원력보다 큰 세 가지 조건을 모두 만족하는 경우로서, 토너 잔량이 소정값(도시된 토너 잔량) 이상인 경우에 적용되는 일 실시예에 불과하다.

이러한 경우, 제1패들(410)의 회전각이 60°~120°인 구간 전체에 대하여 제2패들(420) 및 엔코더(510)의 회전은 정지되며 제2신호에 시간 지연 ΔT가 발생한 다. 제2신호는 제1신호가 검출된 후에 T1 및 ΔT를 더한 T2 시간이 경과한 시점에서 검출될 것이다(도 26 및 도 27 참조).

상기 세 가지 조건 하에서 제2신호의 시간 지연 ΔT는 상한값으로서 T/6이다. 즉, 정속 회전하는 제1패들(410)의 회전 주기는 T 이며, 도 25a에 도시된 바와 같이 초기 위치에서 제1접점부(412) 및 제2접점부(422)의 이격 각도가 60°인 경우, ΔT의 상한은 T/6 이다. 왜냐하면, T:ΔT= 360°: 60°의 비례식이 성립하기 때문이다. 여기서, 시간 지연 ΔT의 상한값은 제1접점부(412) 및 제2접점부(422)의 이격 각도에 비례하여 증가된다.

그러나, 토너 접촉 부하는 토너 잔량 감소에 따라 감소하며 이에 따라 토너 접촉 부하는 최대 복원력보다 작아지게 되므로, 토너 잔량이 소정값 미만인 경우 제2패들(420)은 제1접점부(412) 및 제2접점부(422)의 접촉 전이라 하더라도 회전 개시된다. 제2패들(420)이 정지되고 제1패들(410)이 회전함으로써 발생하는 탄성 부재(430)의 변형에 의하여 탄성 부재(430)의 복원력이 증가되는데, 제1접점부(412) 및 제2접점부(422)가 접촉되기 전이라도 탄성 부재(430)의 복원력이 토너 접촉 부하보다 커지는 순간 제2패들(420)은 토너 속으로 진행 개시되기 때문이다. 제2패들(420)은 저장된 토너 속으로 진행되며 토너를 교반한다.

시간 지연 ΔT는 탄성 부재(430)의 변형이 발생하는 선형 구간(시간 지연 ΔT가 상한값보다 작은 구간)에서 토너 잔량에 비례한다. 시간 지연 ΔT가 상한값인 경우 제2패들(420)은 제1접점부(412)에 밀려서 회전되고, 시간 지연 ΔT가 상한값보다 작은 경우 제2패들(420)은 탄성 부재(430)의 복원력에 의하여 회전되며, 시간 지연 ΔT가 0 인 경우 제2패들(420)에는 토너 접촉 부하가 작용하지 않는다.

정리하면, 토너 잔량이 소정값 이상인 경우 제2신호의 시간 지연 ΔT는 T/6로서 상한값을 유지하며, 이때에는 ΔT의 변화로써 토너 잔량 변화를 감지할 수 없다. 토너 잔량이 소정값 미만이 되면 제2신호의 시간 지연 ΔT의 크기는 점차 감소되며 제2신호의 출력 주기가 변화되므로 토너 잔량 변화를 감지할 수 있다. 만약, 토너 잔량이 없다면 토너 접촉 부하에 의한 엔코더(510) 정지 시간이 0 이므로, 도 27은 도 26과 동일하게 된다.

본 발명의 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)은 상술한 작용에 의하여 토너의 잔량을 감지한다. 토너 접촉시 제2패들(420)의 회전이 정지되더라도 제1패들(410)의 1 회전시 제2패들(420)도 1 회전하므로 토너의 교반 성능에는 영향이 없으며, 제1패들(410) 및 제2패들(420)을 탄성 부재(430)로 연결하는 간단한 구성으로 토너 잔량을 측정할 수 있는 장점이 있다.

감지 수단(500)은 제2신호의 시간 지연 ΔT의 변화를 감지함으로써 토너 잔량을 측정한다. 시간 지연 ΔT는 토너 접촉 부하에 의한 탄성 부재(430)의 탄성 변형에 근거한 것이므로 시간 지연 ΔT는 상한값 미만인 경우 토너 잔량에 따라 선형적으로 변화된다. 따라서, 본원 발명의 교반 수단(400) 및 감지 수단(500)은 토너 잔량 측정의 선형성을 크게 개선할 수 있다.

그리고, 시간 지연 ΔT의 상한이 증가될수록 감지 센서(590)의 민감도(sensitivity) 및 해상도(resolution)를 높일 수 있다. 감지 센서(590)의 해상도 및 민감도가 증가되면 토너 잔량을 더 정밀하게 측정할 수 있다. ΔT의 상한값을 증가시키려면, 제1접촉부 및 제2접촉부의 이격 각도를 증가시켜야 한다. 환언하면, 제1접촉부 및 제2접촉부의 이격 각도에 대한 간단한 구조 변경만으로 토너 잔량 측정의 민감도(sensitivity) 및 해상도(resolution)를 원하는 수준으로 제어할 수 있다.

도 25a 및 도 25b의 실시예에 대한 설명으로 되돌아가면, 제1패들(410)의 회전각이 180°인 경우 회전각이 120°인 경우와 마찬가지로 제1접점부(412)가 제2패들(420)을 밀어서 회전시킨다.

제1패들(410)의 회전각이 240°이면 제2패들(420)의 선단부는 토너를 벗어나 토너의 저장 면을 이탈하기 시작한다. 제1패들(410)의 회전각이 240°를 초과하면 제2패들(420)은 정속회전하는 제2패들(420)보다 탄성 부재(430)의 복원력에 의하여 더 빠른 속도로 회전한다.

제1패들(410)의 회전각이 270°인 경우에도 제2패들(420)의 탄성 복귀가 계속되는 것으로 도시되었다.

제1패들(410)의 회전각이 330°이면 제2패들(420)은 복원력에 의한 회전을 종료한 상태이고, 제2슬릿(512)은 센서 기준 위치(C)를 완전히 통과한 상태이므로 제2신호의 출력이 완료된 상태이며, 엔코더 기어(520) 및 엔코더(510)의 간헐 기어는 결합 해제되고 있다.

제1패들(410)의 회전각이 330°를 초과하면 엔코더(510)는 초기 위치로 완전히 복귀되며, 엔코더 기어(520)와 동축으로 회전되는 광 차단판(530)이 제1슬릿(511) 및 제2슬릿(512)을 차단하므로 도 27에 도시된 감지 센서(590)의 출력은 제2신호 이후에 로우값이 된다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

예를 들면, 제1신호 및 제2신호가 출력되는 시점의 제1패들의 회전각, 엔코더 및 엔코더 기어의 간헐 기어가 결합/해제되는 시점의 제1패들의 회전각, 제2슬릿의 개수, 센서 기준 위치, 초기 위치에서 제1접점부 및 제2접점부의 이격 각도, 초기 위치에서 제1패들 및 제2패들의 상대 위치, 상술한 설명에서 수치를 한정하여 설명하는 사항 등은 교반 수단 및 감지 수단의 실시예 및 결합 관계에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 토너 카트리지를 구비한 전자사진방식 화상형성장치를 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 토너 카트리지의 외관을 도시한 사시도이다.

도 3은 도 2의 정면도이다.

도 4는 본 발명의 토너 카트리지의 내부를 도시한 사시도이다.

도 5는 토너 카트리지 내부의 토너 잔량이 없는 경우 제1패들이 초기 위치에 있는 상태에 대하여 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 측면도이다.

도 6은 도 5의 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 사시도이다.

도 7은 토너 카트리지 내부의 토너 잔량이 없는 경우 제1패들이 90°회전한 위치에 있어서 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 측면도이다.

도 8은 도 7의 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 사시도이다.

도 9는 토너 카트리지 내부의 토너 잔량이 없는 경우 제1패들이 180°회전한 위치에 있어서 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 측면도이다.

도 10은 도 9의 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 사시도이다.

도 11은 토너 카트리지 내부의 토너 잔량이 없는 경우 제1패들이 270°회전한 위치에 있어서 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 측면도이다.

도 12는 도 11의 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 사시도이다.

도 13은 소정의 토너 잔량이 있고 제1패들이 초기 위치에 있을 때 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 측면도이다.

도 14는 도 13의 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 사시도이다.

도 15는 소정의 토너 잔량이 있고 제1패들이 90°회전한 위치에 있을 때 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 측면도이다.

도 16은 도 15의 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 사시도이다.

도 17는 소정의 토너 잔량이 있고 제1패들이 180°회전한 위치에 있을 때 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 측면도이다.

도 18은 도 17의 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 사시도이다.

도 19는 소정의 토너 잔량이 있고 제1패들이 270°회전한 위치에 있을 때 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 측면도이다.

도 20은 도 19의 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 사시도이다.

도 21은 소정의 토너 잔량이 있고 제1패들이 330°회전한 위치에 있을 때 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 측면도이다.

도 22는 도 21의 교반 수단 및 감지 수단을 도시한 사시도이다.

도 23 및 도 24는 엔코더가 초기 위치로 복귀하는 것을 도시한다.

도 25a 및 도 25b는 소정의 토너 잔량이 있을 때 제1패들의 회전각에 따른 교반 수단 및 감지 수단의 위치를 순차적으로 도시한 설명도이다.

도 26은 토너 잔량이 없는 경우 감지 센서의 출력을 도시한 그래프이다.

도 27은 토너 잔량이 있는 경우 감지 센서의 출력을 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...화상형성장치 본체 11...급지 카세트

13...픽업 롤러 15...전사 롤러

16...정착기 17...배출 롤러

18...배지대 19...도어

100...토너 카트리지 132...보조 교반 수단

134...공급 롤러 136...현상 롤러

137...토너층 규제부재 138...탄성 수단

139...인쇄용 토너 140...호퍼

141...상부통 142...하부통

143...손잡이 160...구동 기어

161...구동 기어 회전축 162...커플링

200...폐토너 카트리지 210...감광체

220...클리닝 부재 230...대전 롤러

240...폐토너 300...광주사 유니트

320...빔편향기 400...교반 수단

410...제1패들 412...제1접점부

413,423...탄성 부재 고정부 414...후크

415,425...개구 420...제2패들

422...제2접점부 424...제2패들 회전축

430...탄성 부재 500...감지 수단

510...엔코더 511...제1슬릿

512...제2슬릿 515...엔코더 스프링

520...엔코더 기어 530...광 차단판

590...감지 센서 C...센서 기준 위치

Claims (20)

1. 토너를 저장하는 호퍼;

   구동원에 연결되며 상기 호퍼 내부에서 회전되는 제1패들, 상기 제1패들보다 더 큰 토너 부하가 작용하는 제2패들, 상기 제2패들을 탄성적으로 상기 제1패들에 연결하는 탄성 부재를 구비하며, 상기 호퍼 내부의 토너를 교반하는 교반 수단;

   상기 토너의 잔량에 따른 상기 탄성 부재의 변형에 의하여 상기 제2패들의 회전각이 시간 지연되는 것을 이용하여 상기 시간 지연을 감지함으로써 상기 토너 잔량을 측정하는 감지 수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1패들에는 제1접점부가 마련되고,

   상기 제2패들에는 제2접점부가 마련되며,

   상기 토너 잔량이 소정값 이상인 경우 상기 제1접점부 및 상기 제1접점부의 접촉에 의하여 상기 제2패들이 상기 토너를 교반하고,

   상기 토너 잔량이 소정값 미만인 경우 상기 탄성 부재의 복원력에 의하여 상기 제2패들이 상기 토너를 교반하는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
3. 제2항에 있어서,

   상기 토너 잔량이 소정값 이상인 경우 상기 시간 지연은 상한값을 유지하고, 상기 토너 잔량이 소정값 미만인 경우 상기 시간 지연은 상기 토너 잔량의 감소에 따라 감소되는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1패들의 회전 주기 : 상기 시간 지연의 상한값 = 360°: 상기 제1접점부 및 상기 제2접점부의 이격 각도(degree) 와 같은 비례식을 만족하는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1패들 및 제2패들에는 상기 토너의 접촉 저항을 줄이기 위한 개구가 형성되며,

   상기 제2패들 선단부의 반지름은 상기 제1패들 선단부의 반지름보다 큰 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1패들의 회전 중심은 상기 구동원에 연결되는 구동 기어 회전축이고,

   상기 제2패들의 회전 중심은 제2패들 회전축이며,

   상기 구동 기어 회전축 및 상기 제2패들 회전축은 동중심으로 연결되고,

   상기 제2패들 회전축은 상기 구동 기어 회전축에 대하여 자유 회전되는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제1패들은, 상기 제1패들과 일체로 마련되며 상기 제1패들의 자유 회전이 가능하도록 상기 제2패들 회전축을 수용하는 후크를 구비하는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
8. 제1항에 있어서,

   상기 탄성 부재는, 상기 제1패들 및 상기 제2패들의 회전 중심에 대하여 일측에 설치되는 인장 스프링인 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
9. 착탈 가능한 토너 카트리지를 구비한 전자사진방식 화상형성장치에 있어서,

   상기 토너 카트리지는,

   토너를 저장하는 호퍼;

   구동원에 연결되어 상기 호퍼 내부에서 회전되는 제1패들 및 상기 제1패들과 탄성 부재로 연결되는 제2패들을 구비하며, 상기 제1패들 및 상기 제2패들에 의하여 상기 호퍼 내부의 토너를 교반하는 교반 수단;

   제1슬릿 및 상기 제1슬릿과 구별되는 폭의 제2슬릿이 형성된 엔코더, 상기 제2패들과 연결되어 상기 엔코더를 구동하는 엔코더 기어, 센서 기준 위치에 설치되며 상기 제1슬릿에 대응되는 제1신호 및 상기 제2슬릿에 대응되는 제2신호를 출력하는 감지 센서를 구비하는 감지 수단; 을 포함하며,

   상기 감지 센서는 상기 제1신호에 대한 상기 제2신호의 시간 지연을 감지함으로써 상기 토너 잔량을 측정하는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
10. 토너를 저장하는 호퍼;

    구동원에 연결되어 상기 호퍼 내부에서 회전되는 제1패들 및 상기 제1패들과 탄성 부재로 연결되는 제2패들을 구비하며, 상기 제1패들 및 상기 제2패들에 의하여 상기 호퍼 내부의 토너를 교반하는 교반 수단;

    제1슬릿 및 상기 제1슬릿과 구별되는 폭의 제2슬릿이 형성된 엔코더, 상기 제2패들과 연결되어 상기 엔코더를 구동하는 엔코더 기어, 센서 기준 위치에 설치되며 상기 제1슬릿에 대응되는 제1신호 및 상기 제2슬릿에 대응되는 제2신호를 출력하는 감지 센서를 구비하는 감지 수단; 을 포함하며,

    상기 감지 센서는 상기 제1신호에 대한 상기 제2신호의 시간 지연을 감지함으로써 상기 토너 잔량을 측정하는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
11. 제10항에 있어서,

    상기 감지 수단은 엔코더 스프링을 더 구비하며,

    상기 엔코더는 상기 엔코더 기어에 형성된 간헐 기어가 맞물릴 때 회전되고 상기 간헐 기어의 맞물림이 해제되면 상기 엔코더 스프링에 의하여 초기 위치로 복귀되는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
12. 제11항에 있어서,

    상기 감지 수단은, 상기 엔코더가 탄성적으로 복귀되는 구간에 걸쳐 상기 제1슬릿 및 상기 제2슬릿이 상기 감지 센서에 감지되지 않도록 차단하는 광 차단판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
13. 제12항에 있어서,

    상기 엔코더는 상기 제1슬릿 및 상기 제2슬릿이 형성되는 반원의 띠 형상으로서, 상기 엔코더 기어와 서로 다른 회전 중심을 갖는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
14. 제10항에 있어서,

    상기 제1패들의 회전 중심은 상기 구동원에 연결되는 구동 기어 회전축이고,

    상기 제2패들의 회전 중심은 제2패들 회전축이며,

    상기 구동 기어 회전축 및 상기 제2패들 회전축은 동중심으로 연결되고,

    상기 제2패들 회전축은 상기 구동 기어 회전축에 대하여 자유 회전되는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
15. 제10항에 있어서,

    상기 제2패들은 상기 제1패들보다 반지름이 더 크고,

    상기 탄성 부재는 상기 제1패들 및 상기 제2패들의 회전 중심에 대하여 일측에 설치되는 인장 스프링이며,

    상기 제1패들, 상기 제2패들 및 상기 탄성 부재는 상기 호퍼의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
16. 제10항에 있어서,

    상기 제1패들 및 상기 제2패들은, 상기 호퍼에 토너 잔량이 없는 경우 상기 탄성 부재에 의하여 연결된 초기의 상대 위치를 유지하면서 회전되는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
17. 제10항에 있어서,

    상기 제1신호의 출력 주기는 상기 제1패들의 회전 주기와 일치하는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
18. 제17항에 있어서,

    상기 토너 잔량의 감소에 따라 상기 제1신호에 대한 상기 제2신호의 시간 지연은 감소되는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
19. 제10항에 있어서,

    상기 제1패들에는 제1접점부가 마련되고,

    상기 제2패들에는 제2접점부가 마련되며,

    상기 토너 잔량이 소정값 이상인 경우 상기 제1접점부 및 상기 제1접점부의 접촉에 의하여 상기 제2패들이 상기 토너를 교반하고,

    상기 토너 잔량이 소정값 미만인 경우 상기 탄성 부재의 복원력에 의하여 상기 제2패들이 상기 토너를 교반하며,

    상기 토너 잔량이 소정값 이상인 경우 상기 시간 지연은 상한값을 유지하고,상기 토너 잔량이 소정값 미만인 경우 상기 시간 지연은 상기 토너 잔량의 감소에 따라 감소되는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
20. 제19항에 있어서,

    상기 제1패들의 회전 주기 : 상기 시간 지연의 상한값 = 360°: 상기 제1접점부 및 상기 제2접점부의 이격 각도(degree) 와 같은 비례식을 만족하는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.

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