KR20140084766A

KR20140084766A - 토너 공급 장치 및 토너 감지 방법

Info

Publication number: KR20140084766A
Application number: KR1020120154602A
Authority: KR
Inventors: 이동진
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-07

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 토너 공급 장치는, 토너가 충진되는 토너 호퍼; 상기 토너 호퍼 내부에 제공되어, 상기 토너 호퍼 내부에 충진된 토너를 교반하는 교반 부재; 상기 교반 부재를 구동하는 구동부; 및 상기 토너 호퍼 내부에 남아 있는 토너 잔량을 감지하는 토너 감지부를 포함하고, 상기 토너 감지부는, 상기 교반 부재와 상기 토너 호퍼의 외부 중 어느 일측에 장착되는 마그넷; 및 상기 교반 부재와 상기 토너 호퍼의 외부 중 다른 일측에 장착되며, 상기 마그넷을 감지하여 펄스 신호를 출력하는 홀센서를 포함한다.

Description

토너 공급 장치 및 토너 감지 방법{Toner supplying apparatus and toner sensing method}

본 발명은 토터 공급 장치 및 토너 감지 방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 프린터라 함은, 정확하게 레이저빔 프린터(Laser Beam Printer)로 정의되고, 토너(toner)를 현상제로 하며, 보통 용지를 사용하는 비충격식 프린터 중에서 레이저, LED, 액정 셔터 등을 사용하는 프린터를 포함한다.

레이저 프린터는 전자 사진 공정(electrophotographic process)이 핵심 기술이며, 주요 부품으로는 광학계, 감광체, 현상계 및 급배지계로 이루어진다. 상세히, 광학계는 감광체에 빛을 주사하는 장치를 갖추고 있으며, 이용하는 빛의 종류에 따라 레이저, LED, 액정 셔터 프린터 등으로 나뉜다. 현재 20PPM(Page Per Minute) 이하의 중 저속 기종에서는 반도체 레이저를 사용하는 회전 다면경 주사 방식이 가장 보편화되어 있다. 감광체로는 OPC(Opto Photo-organic Conductor) 드럼을 주로 사용하여 왔으나, 최근에는 비정질 실리콘(amorphous silicon)계 재료가 뛰어난 특성을 가지고 있기 때문에 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.

현상계를 이루는 토너 카트리지(Toner Cartridge)의 프린팅 공정에 대해서 설명하면, 먼저 프라이머리 차지 롤러(Primary Charge Roller)가 OPC 드럼의 표면에 일정한 네가티브 DC 바이어스를 대전한다. 드럼 표면에 대전하는 네가티브 DC 바이어스는 프린터 농도 세팅에 의하여 조절되며, 이를 컨디셔닝(conditioning)이라 한다.

그리고, 네가티브 바이어스를 그라운드로 방전시켜, 잠재적인 전자기 화상을 드럼 표면에 형성시킨다. 그리고, 토너 성분을 포함하는 MD 롤러(Magnetic Developer roller)에 의하여 드럼 표면에 토너의 이미지를 현상한다. 그 다음, 인쇄 용지가 상기 MD 롤러와 트랜스퍼 롤러 사이를 통과하면서 상기 드럼 표면에 현상된 토너가 인쇄 용지에 인쇄된다. 그리고, 인쇄된 용지는 한 쌍의 퓨즈 롤러(Fuse roller)를 통과하게 되고, 이 과정에서 용지에 약한 정전기력으로 부착된 토너 화상에 압력과 열이 가해져 토너가 녹아 인쇄 내용이 용지에 융착된다. 마지막으로 와이퍼 블레이드(wiper blade)에 의하여 상기 드럼의 표면에 잔류하는 토너를 전기적으로 제거시키는 클리닝(cleaning) 과정이 수행된다. 클리닝 과정에서 제거되는 잔류 토너는 웨이스트 빈(waste bin)으로 보내진다.

한편, 상기 MD 롤러는 토너 분막이 충진된 토너 호퍼(toner hopper)의 배출구 쪽에 위치하여, 토너 호퍼로부터 배출되는 토너가 상기 MD 롤러의 표면에 부착되고, 상기 MD 롤러에 부착된 토너는 상기 드럼 표면으로 옮겨 붙는다. 그리고, 상기 토너 호퍼의 배출구에는 닥터 블레이드(doctor blade)가 부착되어, 상기 MD 롤러에 묻어 나오는 토너의 양을 조절하게 된다.

또한, 상기 토너 호퍼 내부에는 호퍼 내의 토너 분말을 교반시키는 교반 부재(agitator)가 제공되어, 토너가 상기 배출구로 원활하게 배출되도록 한다. 상세히, 상기 교반 부재는 인쇄 과정에서 구동 모터에 의하여 일정한 속도로 회전하면서 호퍼 내의 토너 분말을 교반시킨다.

일반적으로, 상기 토너 호퍼 내부에 존재하는 토너 잔량을 감지하고, 토너 카트리지 교체 시기를 사용자에게 알려 주기 위하여 토너 잔량 감지 수단이 제공된다.

종래의 토너 잔량 감지 수단으로서 호퍼의 바닥 부분을 투명하게 제작한 후 광을 조사하여 토너의 잔량을 감지하는 포토 센서가 많이 사용된다.

상세히, 한국 공개특허 제 2005-0073345호에 개시된 바와 같이, 토너 호퍼의 외부 상측과 하측에 각각 발광 센서와 수광 센서가 서로 마주보는 위치에 장착되고, 상기 발광 센서에서 조사되는 빛이 통과하는 상기 토너 호퍼의 표면에는 투명창이 형성되도록 한다. 그리고, 발광 센서에서 조사되는 빛이 수광 센서에 도달하여 이를 감지하면, 감지되는 빛의 양에 따라 토너 잔량이 결정된다. 이러한 포토 센서 방식의 잔량 감지 수단이 적용되는 경우, 아래와 같은 단점이 있다.

첫째, 투명창을 만들기 위해 호퍼와 투명 부품을 별도로 제작하고, 두 부품을 초음파 융착 또는 실링과 같은 밀착 공정을 통하여 토너가 누설되지 않도록 하여야 한다. 이 때문에, 생산 공정의 복잡성과 조립 공정 추가로 인하여 생산성이 저하되고, 토너 누설의 불량 요인이 발생할 수 있다.

둘째, 광센서 자체의 가격이 고가이므로 제품 가격 상승의 요인이 된다.

다른 방식으로서, 레이저의 한 도트당 사용되는 토너의 평균값을 구한 후, 총사용된 레이저의 도트 수를 곱하여 토너의 양을 산정하는 방식이 있다. 이 방식은 평균화된 값으로 토너의 양을 계산하는 방식으로서, 개별 세트의 편차값을 감안하지 않은 정규화된 값이므로, 오차 범위가 기구적인 방식보다 훨씬 큰 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 정밀한 토너 잔량을 감지하여, 토너 사용 효율을 극대화하고, 폐기되는 토너를 최소화함으로써 환경 보전에 이바지할 수 있는 토너 공급 장치 및 토너 감지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 토너 잔량을 감지하기 위한 새로운 수단을 적용함으로써 저가형이면서 동일 수준의 기능을 발휘할 수 있는 토너 공급 장치 및 토너 감지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 토너 공급 장치는, 토너가 충진되는 토너 호퍼; 상기 토너 호퍼 내부에 제공되어, 상기 토너 호퍼 내부에 충진된 토너를 교반하는 교반 부재; 상기 교반 부재를 구동하는 구동부; 및 상기 토너 호퍼 내부에 남아 있는 토너 잔량을 감지하는 토너 감지부를 포함하고, 상기 토너 감지부는, 상기 교반 부재와 상기 토너 호퍼의 외부 중 어느 일측에 장착되는 마그넷; 및 상기 교반 부재와 상기 토너 호퍼의 외부 중 다른 일측에 장착되며, 상기 마그넷을 감지하여 펄스 신호를 출력하는 홀센서를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 토너 감지 방법은, 토너가 충진되는 토너 호퍼; 상기 토너 호퍼 내부에 제공되어, 상기 토너 호퍼 내부에 충진된 토너를 교반하는 교반 부재; 상기 교반 부재를 구동하는 구동부; 및 상기 토너 호퍼 내부에 남아 있는 토너 잔량을 감지하는 토너 감지부를 포함하고, 상기 토너 감지부는, 상기 교반 부재와 상기 토너 호퍼의 외부 중 어느 일측에 장착되는 마그넷; 및 상기 교반 부재와 상기 토너 호퍼의 외부 중 다른 일측에 장착되며, 상기 마그넷을 감지하여 펄스 신호를 출력하는 홀센서를 포함하는 토너 공급 장치의 토너 감지 방법에 있어서, 상기 교반 부재의 회전에 따라 상기 마그넷 또는 상기 홀센서가 정속 회전하는 단계; 및 상기 교반 부재의 회전 주기 동안 일정 시점에서 상기 홀센서가 상기 마그넷을 감지하여 펄스온 신호를 발생하는 단계를 포함하고, 상기 펄스온 신호의 발생 시점이 변동하는 주기가 설정 회수 이상 발생하면 토너 부족으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 이루는 토너 공급 장치 및 토너 감지 방법에 따르면, 가격이 저렴한 마그네트와 홀 센서를 이용하여 토너의 잔량을 정확하게 감지할 수 있으므로, 효과 대비 가격이 매우 저렴한 장점이 있다.

또한, 교반축에 마그네트를 장착하고, 토너 호퍼의 외측에 홀 센서를 장착함으로써, 투명창을 형성하기 위하여 토너 호퍼의 일부분을 절개한 후 투명창을 접착하는 공정이 필요없게 된다. 따라서, 제조 비용 절감, 제조 공정 단순화 및 토너 누설의 문제 해결 효과가 있다.

도 1은 본발명의 실시예에 따른 토너 공급 장치를 보여주는 절개 사시도.
도 2는 토너 잔량 감지 구조를 구성하는 마그넷을 보여주는 확대 사시도.
도 3은 교반 기어를 보여주는 사시도.
도 4는 도 1의 I-I'를 따라 절개되는 단면도.
도 5는 본 발명의 사상에 따른 토너 공급 장치의 교반 구조를 보여주는 도면.
도 6은 토너 잔류량이 충분한 상태에서의 교반 과정을 보여주는 도면.
도 7은 토너 잔량이 충분한 상태에서 홀센서 감지 형태를 보여주는 파형도.
도 8은 토너 잔류량이 부족한 상태에서의 교반 과정을 보여주는 도면.
도 9는 토너 잔량이 충분한 상태에서 홀센서 감지 형태를 보여주는 파형도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 토너 감지 방법을 보여주는 알고리즘.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 토너 공급 장치의 토너 감지 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본발명의 실시예에 따른 토너 공급 장치를 보여주는 절개 사시도이고, 도 2는 토너 잔량 감지 구조를 구성하는 마그넷을 보여주는 확대 사시도이며, 도 3은 교반 기어를 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 1의 I-I'를 따라 절개되는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토너 공급 장치(10)는, 토너를 공급하는 토너 호퍼(11)와, 상기 토너 호퍼(11) 내부에 충진된 토너를 교반하는 교반 부재(12)와, 상기 교반 부재(12)를 구동하는 교반 기어(13)와, 토너 호퍼(11) 내 토너 잔량을 감지하는 토너 감지부(20)를 포함한다.

또한, 상기 토너 공급 장치(10)는, 상기 토너 호퍼(11)로부터 공급되는 토너를 감광계로 전달하는 MD롤러(103:도 4 참조)와, 상기 토너 호퍼(11)로부터 MD 롤러(103)로 공급되는 토너의 양을 제어하는 닥터 블레이드(doctor blade:104, 도 4 참조)를 더 포함한다. 그리고, 도시되지는 않았으나, 레이저광을 조사하는 광학계와, 충전 롤러와, 상기 충전 롤러와 접촉하여 표면에 음전하를 띠는 상태에서 상기 레이저 광이 조사되는 드럼과, 상기 드럼 표면에 현상된 인쇄 이미지가 인쇄 용지에 인쇄되도록 하는 트랜스퍼 롤러와, 인쇄 용지에 붙은 토너를 인쇄 용지에 흡착시키는 퓨즈 롤러 및 상기 드럼 표면에 남은 토너를 제거하는 와이퍼 블레이드를 더 포함한다.

상세히, 상기 토너 호퍼(11)의 일측에는 토너가 배출되는 배출구(111)과, 상기 토너 호퍼(11) 내부로 토너를 충진하기 위한 토너 충진구(112)를 포함한다. 그리고, 배출구(111)로부터 직근 거리에는 상기 MD 롤러(103)와 닥터 블레이드(104)가 각각 위치한다.

또한, 상기 교반 부재(12)는 상기 토너 호퍼(11)의 내부에 장착된다. 상세히, 상기 교반 부재(12)는, 양 단부가 상기 토너 호퍼(11)의 좌측과 우측 단부에 회전 가능하게 연결되는 교반축(121)과, 상기 교반축(121)의 외주면으로부터 연장되는 교반 필름(122)과, 상기 교반축(121)의 일단에 돌출되는 회전 돌기(123)를 포함한다. 상기 교반축(121)의 일단은 상기 토너 호퍼(11)의 일 측면을 관통하며, 상기 교반축(121)의 일단에 상기 교반 기어(13)가 연결된다. 상기 교반 기어(13)는, 상기 교반축(121)에 직접 연결되는 구동 기어(132)와, 상기 구동 기어(132)와 기어 결합되어 상기 구동 기어(132)로 회전력을 전달하는 전달 기어(132)를 포함한다. 상기 전달 기어(132)의 중심에는 구동 모터의 회전축이 연결되어, 상기 전달 기어(132)를 회전시킨다.

도 2를 참조하면, 상기 교반축(121)의 어느 지점에는 상기 토너 감지부(20)를 구성하는 마그넷(21)이 장착된다. 그리고, 상기 마그넷(21)은 상기 교반축(121)으로부터 연장되는 하우징(124)에 장착될 수 있다. 그리고, 상기 교반 필름(122)은 상기 마그넷(21)과 동일한 방향으로 연장되고, 교반 필름(122)의 폭은 상기 마그넷(21)의 길이보다 약간 더 길게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 교반 필름(122)은 상기 교반축(121)의 일단으로부터 타단에 이르기까지 길게 형성될 수 있으며, 내측에 다수의 홀이 형성되어, 토너가 효과적으로 섞일 수 있도록 한다. 그리고, 상기 회전 돌기(123)는 상기 마그넷(21) 및 상기 교반 필름(122)과 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 상세히, 상기 회전 돌기(123)도, 상기 마그넷(21)과 같이 상기 교반축(121)의 연장 방향과 교차하는 방향, 즉 상기 교반축(121)의 반경 방향으로 연장된다. 따라서, 상기 교반 필름(122)과, 상기 마그넷(21) 및 상기 회전 돌기(123)는 상기 교반축(121)의 외주면에서 상기 교반축(121)의 길이 방향으로 연장되는 하나의 선상에 위치한다고 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 교반 기어(13)는, 구동 기어(132)와 전달 기어(131)가 기어 결합되어, 구동 모터로부터 공급되는 회전력이 상기 전달 기어(131)를 통하여 상기 구동 기어(132)로 전달된다. 그리고, 상기 구동 기어(132)가 회전함에 따라 상기 교반축(121)이 회전하게 된다.

한편, 상기 구동 기어(132)의 가장자리에는 걸림 돌기(132a)와 스토퍼(132b)가 서로 대향되는 방향에 돌출된다. 그리고, 상기 걸림 돌기(132a)와 스토퍼(132b)는 상기 구동 기어(132)의 원주 방향으로 소정 길이 연장된다. 그리고, 상기 걸림 돌기(132a)는 상기 교반축(121)의 가장자리에 돌출되는 상기 회전 돌기(123)에 교차하는 방향으로 간섭된다. 따라서, 상기 교반축(121)은, 상기 구동 기어(132)가 회전할 때, 상기 걸림 돌기(132a)가 상기 회전 돌기(123)를 밀어 회전시키는 동작에 의하여 회전하게 된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토너 공급 장치(10)는, 호퍼(11)와, 상기 호퍼(11)의 배출구(111) 측에 위치하는 MD 롤러(103) 및 닥터 블레이드(104)와, 토너 잔류량을 감지하는 토너 감지부(20)를 포함한다.

상세히, 상기 호퍼(11)의 하단부는 프레임(101)으로부터 이격되게 배치되고, 상기 호퍼(11)와 프레임(101) 사이의 공간은 용지 이송로(102)가 된다. 상기 용지 이송로(102)를 따라 인쇄 용지가 공급되고, 드럼(미도시)을 통과하면서 인쇄 작업이 이루어진다.

또한, 상기 토너 감지부(20)는, 상기 교반축(121)에 장착되는 마그넷(21)과, 상기 마그넷(21)의 직하방에 해당하는 상기 프레임(101)의 일측에 장착되는 홀센서(22)와, 상기 홀 센서(22)가 안착되는 기판(23) 및 상기 기판(23)과 마이콤(미도시)을 전기적으로 연결하는 커넥터(24)를 포함한다. 상기 마그넷(21)이 수직 방향으로 향하는 상태에서 상기 마그넷(21)을 통과하는 수직선 상에 상기 홀 센서(22)가 위치한다. 그리고, 상기 홀 센서(22)는 수직선으로부터 좌측과 우측으로 일정 각도(θ) 만큼 감지 영역을 형성한다. 예컨대, 상기 홀센서(22)는 수직선을 기준으로 5시와 7시 방향, 즉 좌측 30도와 우측 30도 범위 내에 상기 마그넷(21)이 진입하면 이를 감지하여 펄스를 발생시킨다.

또한, 상기 구동 기어(132)가 회전함에 따라, 상기 회전 돌기(123)와, 상기 마그넷(21) 및 상기 교반 필름(122)이 함께 회전하게 된다. 상술한 바와 같이, 상기 회전 돌기(123)와 상기 마그넷(21) 및 상기 교반 필름(122)은 동일 방향으로 연장 형성된다. 이는, 상기 마그넷(21)이 최상측 지점에서 더 회전하면 별도의 구동력이 없어도 자유 낙하에 의하여 자동으로 하측으로 회전하도록 하기 위함이다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 상기 교반 필름(122)이나 회전 돌기(123) 각각이, 상기 교반축(121)의 원주 방향으로 상기 마그넷(21)과 소정 각도 이격되는 지점에서 방사상 연장되는 구조도 가능함을 밝혀 둔다.

도 5는 본 발명의 사상에 따른 토너 공급 장치의 교반 구조를 보여주는 도면이다.

상기 마그넷(21)과 상기 회전 돌기(123) 및 교반 필름(122)이 동일 선상에 위치하기 때문에, 편의상 상기 마그넷(21)이 상기 회전 돌기(123)와 한 몸으로 회전하는 형태로 도시하였다.

도 5를 참조하면, 상기 구동 기어(132)는 상기 전달 기어(131)에 연결되어 회전력을 부여받는다. 그리고, 상기 구동 기어(132)의 가장자리에는 걸림 돌기(132a)와 스토퍼(132b)가 돌출된다.

상세히, 상기 회전 돌기(123)가 접촉되는 상기 걸림 돌기(132a)의 일단과 상기 교반축(121)의 중심을 지나는 가상의 직선을 그엇을 때, 상기 회전 돌기(123)가 자유 낙하하였을 때 접촉되는 상기 스토퍼(132b)의 일단은 상기 가상의 직선으로부터 도면상에서 반시계 방향으로 소정 각도만큼 진행된 지점에 형성되는 것이 좋다. 이는, 상기 회전 돌기(123)가 최상단(12시 방향), 즉 상기 교반축(121)의 중심을 지나는 수직선상에서 더 회전(도면상에서 시계 방향)하여 자유 낙하할 때, 관성에 의하여 최하단(6시 방향)을 더 지나서 회전하는 것을 방지하기 위함이다. 그러나, 반드시 이와 같이 형성될 필요는 없고, 상기 걸림 돌기(132a)의 일단과 상기 스토퍼(132b)의 일단이 상기 교반축(121)의 중심을 지나는 동일 선상에 위치하도록 할 수도 있다.

한편, 상기 회전 돌기(123)가 최상단(도면에서 b의 위치)에 위치한 상태에서, 토너 잔류량이 적을 때에는 상기 최상단 지점을 벗어나면서 자유 낙하하게 된다. 반대로, 토너가 충분히 충진되어 있는 상황에서는, 토너에 의하여 상기 회전 돌기(123)의 자유 낙하 운동이 방해되므로, 상기 회전 돌기(123)는 상기 걸림 돌기(132a)의 일단에 접촉된 상태를 유지하면서 상기 구동 기어(132)와 동일한 회전 속도로 회전한다. 참고로, 상기 교반축(121)은 상기 구동 기어(132)에 연결되되, 한몸으로 연결되지 않고 구동 기어(132)에 연결된 상태에서 자유 회전이 가능하다. 따라서, 상기 교반축(121)은 상기 걸림 돌기(132a)가 상기 회전 돌기(123)에 접촉된 상태에서만 상기 교반축(121)과 구동 기어(132)가 한 몸으로 회전하게 된다. 그리고, 상기 회전 돌기(123)가 최상단으로부터 더 회전하면(도면에서 c의 위치) 자유 낙하에 의하여 상기 구동 기어(132)의 회전 속도보다 빨리 회전 가능하게 된다. 그리고, 자유 낙하에 의하여 회전하는 상기 회전 돌기(123)는 최하단(도면에서 a의 위치) 또는 그보다 약간 더 회전한 위치에서 상기 스토퍼(132b)에 의하여 정지하게 된다. 실질적으로, 상기 교반 필름(122)의 단부가 상기 호퍼(11)의 내부 표면과 일부 접촉되어 마찰력을 발생시키고, 잔류 토너에 의한 저항력을 받아서 과도한 속도로 자유낙하 하지는 않는다.

도 6은 토너 잔류량이 충분한 상태에서의 교반 과정을 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 상기 구동 기어(132)가 회전함에 따라 상기 회전 돌기(123)가 회전하게 된다. 이하에서는, 토너 잔량 감지를 위한 토너 감지부의 동작에 대해서 설명하기 위해, 회전 돌기(123) 대신 마그넷(21)이 회전하는 것으로 설명하도록 한다.

상기 토너 호퍼(11) 내에 토너가 소정 높이(h1)로 충진되어 있는 경우, 상기 마그넷(21)은 최상단(도 5의 b 지점)까지 상기 구동 기어(132)와 동일한 속도로 시계 방향으로 회전한다. 그리고, 최상단 지점으로부터 더 회전하는 순간 상기 마그넷(21)은 자유 낙하하여 토너가 충진되어 있는 높이(d 지점)까지 회전한다. 그리고, 상기 구동 기어(132)의 걸림 돌기(132a)가 상기 마그넷(21)이 위치한 지점에 도달할 때까지 상기 마그넷(21)은 정지한 상태로 유지된다. 그리고, 상기 걸림 돌기(132a)가 상기 마그넷(21)의 위치까지 회전하면, 그 이후에 상기 마그넷(21)은 걸림 돌기(132a)와 함께 회전한다.

또한, 상기 마그넷(21)이 상기 홀센서(22)의 감지 범위 진입 경계인 지점(e 지점)에 도달하면 상기 홀센서(22)에서는 이를 감지하여 펄스를 발생한다. 상기 펄스는 상기 마그넷(21)이 상기 홀센서(22)의 감지 범위 이탈 경계인 지점(f 지점)을 벗어날 때까지 온 상태를 유지한다. 그리고, 상기 마그넷(21)이 홀센서(22)의 감지 범위 이탈 경계를 벗어난 순간부터 감지 범위 진입 경계 지점까지 회전하는 동안은 펄스 오프가 된다.

한편, 도면에 도시된 높이 hs는 홀센서(22)가 마그넷(21)을 감지하기 시작하거나 감지가 끝나는 지점에서의 높이이다. 이하에서는 홀센서 감지 높이로 정의한다.

도 7은 토너 잔량이 충분한 상태에서 홀센서 감지 형태를 보여주는 파형도이다.

도 7을 참조하면, 도 6에서 설명된 바와 같이, 토너가 토너 호퍼(11) 내에 충분한 높이로 충진되어 있을 경우, 상기 홀센서(22)에서는 매 주기마다 동일 시점에서 동일 시간 동안 펄스 온 신호를 발생하게 된다. 여기서, 충분한 높이라 함은, 적어도 충진 높이(h1)가 홀센서 감지 높이(hs)보다 높은 경우를 말한다. 그리고, 상기 마그넷(21)을 회전시키는 교반축은 정속도로 회전한다.

도시된 바와 같이, 상기 마그넷(21)이 상기 홀센서(22)의 감지 범위 바깥쪽에서 회전하는 동안에는 상기 홀센서(22)로부터 펄스 신호가 발생하지 않는다. 반면, 상기 마그넷(21)이 상기 홀센서(22)의 감지 시작 지점(e)에 해당하는 각도만큼 회전하면, 이 시점(t₀)에서 펄스 온 신호가 발생한다. 그리고, 상기 마그넷(21)이 감지 범위를 벗어나는 경계 지점(f)에 도달할 때까지 펄스 온 상태가 유지된다. 그리고, 상기 마그넷(21)이 상기 경계 지점(f)을 벗어나는 순간부터 펄스 오프 상태가 유지된다. 그리고, 토너 충진 높이(h)가 상기 홀센서 감지 높이(hs) 이상인 상태(h2)에서는 이러한 주기가 반복해서 나타나게 된다. 본 실시예에서는, 펄스 온 구간이 상기 마그넷(21)이 한바퀴 회전하는 주기(T)의 1/6인 것을 예로 들어 도시되어 있다.

도 8은 토너 잔류량이 부족한 상태에서의 교반 과정을 보여주는 도면이다.

도 8을 참조하면, 토너가 소모되어 토너의 충진 높이(h)가 홀센서 감지 높이(hs) 이하의 높이(h2)로 떨어지게 되면, 상기 홀센서(22)에 의하여 감지되는 펄스 신호에 변화가 생긴다.

상세히, 토너가 소모되어 토너 교체가 필요한 토너 충진 높이(h2)는 상기 홀 센서(22)에 의하여 마그넷(21)이 감지되는 시점의 높이(hs) 이하의 지점이 되도록 상기 홀센서(22)의 감지 범위를 설정한다. 이 경우, 상기 마그넷(21)은 최상단 지점(b)까지는 일정한 속도로 시계 방향으로 회전하여 상승하다가, 최상단 지점을 벗어나면 자유 낙하에 의한 회전을 하게 된다. 그리고, 자유 낙하에 의한 회전을 하면서 상기 홀센서 감지 높이에 도달하면 상기 홀센서(22)에서 펄스 온 신호가 발생한다. 그리고, 잔류 토너의 높이(h2)에서 회전이 멈추고, 상기 구동 기어(132)의 걸림 돌기(132a)가 상기 마그넷(21)의 위치까지 회전할 때까지 정지 상태를 유지하게 된다. 그리고, 상기 걸림 돌기(132a)가 상기 마그넷(21)의 위치에 도달하면, 상기 회전 돌기(123)를 회전시켜 상기 마그넷(21)이 일정 속도로 회전하게 된다. 그리고, 상기 마그넷(21)이 홀센서 감지 높이를 벗어나는 순간 펄스 오프된다.

여기서, 상기 마그넷(21)은 자유 낙하하면서 상기 홀센서 감지 높이까지 낙하하므로, 상기 마그넷(21)이 상기 구동 기어(132)의 걸립 돌기(132a)에 의하여 일정 속도로 강제 회전하는 경우보다 펄스 온 시점이 앞당겨진다. 왜냐하면, 상기 구동 기어(132)의 회전 속도보다 상기 마그넷(21)의 자유 낙하 회전 속도가 더 빠르기 때문이다. 따라서, 토너 잔류량이 부족한 높이에 도달하면, 홀센서(22)의 펄스 온 시점이 정상 상태보다 빨라지게 된다.

도 9는 토너 잔량이 충분한 상태에서 홀센서 감지 형태를 보여주는 파형도이다.

도 9를 참조하면, 정상 상태에서의 홀센서 감지 시점(t₀)보다 토너 부족 상태에서 홀센서 감지 시점(t)이 dT만큼 앞당겨지는 것을 알 수 있다. 그리고, 펄스 온 상태는 정상 상태에서와 같이 마그넷(21)이 감지 경계를 벗어나기 전까지 유지된다. 즉, 펄스 온 시간은 정상 상태, 즉 토너가 충분한 상태에서의 온 시간보다 길어지게 된다.

한편, 이와 같은 펄스 온 변화가 설정 주기 동안 계속되면 토너 부족 신호가 출력되도록 프로그램될 수 있다. 예컨대, 펄스 온 시점이 앞당겨지는 주기 형태가 연속해서 3회 또는 5회 이상 발생되면 토너 잔량이 부족하다고 판단하여, 토너 부족 또는 토너 교체를 위한 경고 신호가 발생하도록 할 수 있을 것이다.

이하에서는 상술한 바와 같은 토너 잔량 감지 및 알림을 위한 제어 알고리즘에 대해서 설명하도록 한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 토너 감지 방법을 보여주는 알고리즘이다.

도 10을 참조하면, 먼저 인쇄가 시작되면 교반축(121)은 구동 기어(132)에 의하여 주기 T로 정속 회전한다(S11). 그리고, 펄스 온 시점이 앞당겨지는 현상에 대한 횟수 적산을 위한 카운트(n)가 0으로 설정된다(S12). 그리고, 제어부(미도시)에서는 홀센서(22)에서 마그넷(21)을 감지하였는지 여부를 판단한다(S13).

상세히, 상기 제어부에서 홀센서의 펄스 온이 감지되었다고 판단되면 감지시점(t)이 설정 시점(t₀)인지 여부를 판단한다(S14). 펄스 온이 감지되지 않은 경우는 계속해서 홀센서의 펄스 온 발생 여부를 감지하게 된다. 그리고, 펄스 온 감지 시점(t)이 설정 시점(t₀)이라고 판단되면, 토너가 충분히 남아 있다고 판단하여 인쇄 작업 완료 여부를 판단한다(S15). 그리고, 인쇄 작업이 완료되면 토너 감지 알고리즘이 종료된다.

반면, 감지 시점(t)이 설정 시점(t₀)이 아니라고 판단되면, 감지 시점(t)이 설정 시점(t₀)보다 dt만큼 앞서는지 여부를 판단한다(S16). 만일, 감지 시점(t)이 설정 시점(t₀)보다 지연되는 경우는 토너가 충분하다고 판단할 수 있다. 예컨대, 교반 필름(122)이 토너에 의하여 회전에 방해를 받아 구동 기어(132)에 부하가 걸리는 경우 펄스 온 감지 시점이 지연될 수 있기 때문이다.

반면, 감지 시점(t)이 설정 시점(t₀)보다 앞서는 경우는 횟수를 누적(n=n+1)하고(S17), 누적 횟수가 설정 횟수(n₀)에 도달하였는지 여부를 판단하게 된다(S18). 그리고, 누적 횟수가 설정 횟수(n₀)에 도달한 경우는 토너 부족으로 판단하여 토너 부족 신호가 출력되도록 한다(S19). 토너 부족 신호 출력 방법으로는, 음향, 문자, 이미지 또는 불빛 등을 통한 알림 방법이 가능하다. 누적 횟수가 설정 횟수에 도달하지 않은 경우는 계속해서 홀센서를 통한 펄스 온 감지 과정을 수행하게 된다.

이와 같이, 마그넷과 홀센서를 통한 토너 감지 구조 및 감지 방법에 의하면, 발광부 및 수광부와 같은 고가의 감지 수단을 이용할 필요가 없고, 또한 토너 호퍼에 별도의 투명창을 설치할 필요가 없기 때문에 제조 비용 절감 및 제조 공정 단순화가 가능한 장점이 있다.

한편, 상기에서는 마그넷(21)이 상기 교반축(121)에 장착되고, 홀센서(22)가 토너 호퍼(11)의 외부에 고정되는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않고, 홀센서(22)가 상기 교반축(121)에 장착되고, 상기 마그넷(21)이 상기 토너 호퍼(11)의 외부에 고정되는 구조도 가능함을 밝혀 둔다.

Claims

토너가 충진되는 토너 호퍼;
상기 토너 호퍼 내부에 제공되어, 상기 토너 호퍼 내부에 충진된 토너를 교반하는 교반 부재;
상기 교반 부재를 구동하는 구동부; 및
상기 토너 호퍼 내부에 남아 있는 토너 잔량을 감지하는 토너 감지부를 포함하고,
상기 토너 감지부는,
상기 교반 부재와 상기 토너 호퍼의 외부 중 어느 일측에 장착되는 마그넷; 및
상기 교반 부재와 상기 토너 호퍼의 외부 중 다른 일측에 장착되며, 상기 마그넷을 감지하여 펄스 신호를 출력하는 홀센서를 포함하는 토너 공급 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 마그넷은 상기 교반 부재에 장착되고, 상기 홀센서는 상기 토너 호퍼의 외부에 고정되는 것을 특징으로 하는 토너 공급 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 홀센서는 상기 교반 부재에 장착되고, 상기 마그넷은 상기 토너 호퍼의 외부에 고정되는 것을 특징으로 하는 토너 공급 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교반 부재는,
상기 마그넷 또는 상기 홀센서가 고정되는 교반축과,
상기 교반축의 외주면에서 돌출되어 상기 교반축의 길이 방향으로 연장되는 교반 필름과,
상기 교반축의 일측 가장자리에서 상기 교반축의 반경 방향으로 연장되는 회전 돌기를 포함하는 토너 공급 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 교반 부재는,
상기 교반축의 일측 단부에 연결되어, 상기 구동부로부터 회전력을 전달받아 정속 회전하는 구동 기어와,
상기 구동 기어로부터 연장되어 상기 회전 돌기를 회전시키는 걸림 돌기를 더 포함하는 토너 공급 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 교반축은 상기 구동 기어에 연결된 상태에서 자유 회전 가능한 것을 특징으로 하는 토너 공급 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 회전 돌기는 상기 걸림 돌기에 의하여 최상단 지점까지 구동 기어와 동일한 속도로 회전하고,
최상단 지점을 지나면 자유 낙하에 의하여 상기 구동 기어와 다른 회전 속도로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 토너 공급 장치.
토너가 충진되는 토너 호퍼;
상기 토너 호퍼 내부에 제공되어, 상기 토너 호퍼 내부에 충진된 토너를 교반하는 교반 부재;
상기 교반 부재를 구동하는 구동부; 및
상기 토너 호퍼 내부에 남아 있는 토너 잔량을 감지하는 토너 감지부를 포함하고,
상기 토너 감지부는,
상기 교반 부재와 상기 토너 호퍼의 외부 중 어느 일측에 장착되는 마그넷; 및
상기 교반 부재와 상기 토너 호퍼의 외부 중 다른 일측에 장착되며, 상기 마그넷을 감지하여 펄스 신호를 출력하는 홀센서를 포함하는 토너 공급 장치의 토너 감지 방법에 있어서,
상기 교반 부재의 회전에 따라 상기 마그넷 또는 상기 홀센서가 정속 회전하는 단계; 및
상기 교반 부재의 회전 주기 동안 일정 시점에서 상기 홀센서가 상기 마그넷을 감지하여 펄스온 신호를 발생하는 단계를 포함하고,
상기 펄스온 신호의 발생 시점이 변동하는 주기가 설정 회수 이상 발생하면 토너 부족으로 판단하는 것을 특징으로 하는 토너 감지 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 펄스온 신호의 발생 시점이 변동하는 주기는, 펄스 온 신호의 발생 시점이 정속 회전 상태에서의 발생 시점보다 앞당겨지는 주기를 포함하는 토너 감지 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 펄스온 신호의 변동은, 상기 교반축과 함께 회전하는 상기 마그넷 또는 홀센서의 자유 낙하에 의한 회전 속도 변동에 의하여 발생하는 것을 특징으로 하는 토너 감지 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 교반축은 상기 구동 기어에 연결된 상태에서 상기 구동 기어의 회전 속도와 다른 회전 속도로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 토너 감지 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 마그넷 또는 홀센서의 자유 낙하에 의한 회전 속도는 상기 교반축의 회전 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 토너 감지 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 홀센서의 감지 범위가 결정되고, 상기 교반축의 회전 속도에 관계없이 상기 교반축이 설정 각도만큼만 회전하면 상기 홀센서가 상기 마그넷을 감지하여 펄스온 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 토너 감지 방법.
제 9 항에 있어서,
펄스온 신호의 변동 시점이 변동하면, 한 주기 동안 펄스온 유지 시간이 길어지고,
펄스온 유지 시간이 길어지는 주기가 설정 회수 이상 계속되면 토너 부족으로 판단하는 것을 특징으로 하는 토너 감지 방법.
제 9 항에 있어서,
토너 부족으로 판단되면, 음향,문자,이미지 또는 빛을 통하여 사용자에게 알림 신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 토너 감지 방법.