DE2936280A1

DE2936280A1 - Verfahren zur messung der resttonermenge in einem toner-fuelltrichter

Info

Publication number: DE2936280A1
Application number: DE19792936280
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Akiyama; Isao Ikemoto; Hiroshi Kuru
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1978-09-08
Filing date: 1979-09-07
Publication date: 1980-03-13
Also published as: GB2044454A; DE2936280C2; GB2044454B; US4314242A; JPS5536874A

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Pa t 2SAfWiS §11 e

—' 3 — Registered Representatives

before the European Patent Office

Konishiroku Photo Industry Co., Ltd., MöhtstraBe37

Tokio, Japan D*000 München 80

Tel: 009/98208ί> 87

Telox: 0529P02 hnkl d

Telegramme, ellipsoid

7. September 197 MDR 423 G/wa

Verfahren zur Messung der Resttonernicnge in einem Toner-Fülltrichter

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Resttonermenge in einem Behälter, insbesondere Fülltrichter.

Bei einem elektrophotographischen Kopiergerät wird in einer Entwicklungsvorrichtung bei jedem Kopiervorgang Toner verbraucht. Aus diesem Grund muß eine Tonerzufuhrvorrichtung vorgesehen sein, welche die Entwicklungsvorrichtung ständig mit neuem Tonermaterial beschickt. Dabei wird die in dieser Zufuhrvorrichtung verbliebene Tonerresti-nge ständig gemessen, und es wird ein Alarm zur Unterrichtung der Bedienungsperson, daß weiteres Tonermaterial in die Zufuhrvorrichtung eingefüllt werden muß, ausgelöst, wenn die Tonerrestmenge unter eine vorbestimmte Größe abfällt.

Bei einem bisherigen Verfahren zur Messung der Resttonermenge in einem Zufuhrbehälter wird das Gewicht der Tonerfüllung

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mittels eines am Boden des Zufuhrbehälters angeordneten Mikroschalters gemessen, während bei einem anderen Verfahren das Vorhandensein des Toners auf elektrischem Wege auf der Grundlage der Dielektrizitätskonstante des Tonermaterials festgestellt wird.

Das erstgenannte Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als sich Gewichtsschwankungen des Tonermaterials nicht stabil bestimmen lassen, weil der Toner an sich ein niedriges (spezifisches) Gewicht besitzt. Das zweitgenannte Verfahren ist andererseits deshalb unvorteilhaft, weil aufgrund der niedrigen Dielektrizitätskonstante des Tonermaterials eine Meßvorrichtung mit großen Abmessungen und mit kompliziertem Aufbau benötigt wird. Die bisherigen Meßverfahren dieser Art leiden also an geringer Meßempfindlichkeit, mangelhafter Stabilität und ungenügender Zuverlässigkeit.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Messung der Resttonermenge, welches die angestrebte Messung mit hoher Zuverlässigkeit und in stabiler Weise mit Hilfe eines schwingenden Elements, das mit dem Toner unmittelbar in Berührung gebracht wird, zu gewährleisten vermag.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist das schwingende Element in einem Tonerzufuhrtrichter oder wahlweise in einer Wand desselben angeordnet, wobei die an diesem Element haftende Tonermenge in Form einer Auslenkung dieses Elements auf der Grundlage der Resonanzfrequez f , der Resonanzgröße Q, der effektiven Auslenkung X beim Auftreten von Resonanz und dgl. Parameter gemessen wird.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er-

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findung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mechanischen Schwingsystems zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung,

Fig. 2 ein elektrisches Äquivalentschaltbild für die Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Tonerzufuhrbehälters, Fig. 4 einen Querschnitt durch den Zufuhrbehälter, Fig. 5 eine Schnittansicht einer Elektrodenanordnung,

Fig. 6 ein Schaltbild einer erfindungsgemäß verwendeten Schaltung,

Fig. 7 eine graphische Darstellung einer Schwingfrequenz/-Admittanz-Kennlinie und

Fig. 8 eine graphische Darstellung von in der Schaltung nach Fig. 6 erscheinenden Signalwellenformen.

Das Verhalten eines mechanisch schwingenden Materials bzw. Körpers bezüglich der Parameter f , Q und X ist bekannt. Wenn beispielsweise ein starrer Körper mit der Masse m und einem Schwerpunkt G mit einem feststehenden Abschnitt über eine Feder mit der Federkonstante S verbunden und an einer planen Fläche angeordnet ist, wobei bei einem mechanischen Widerstand r gemäß Fig. 1 eine äußere Kraft F am Schwerpunkt G angreift, lassen sich die Parameter f , Q und X des schwingenden, starren Körpers durch folgende Gleichungen ausdrücken:

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- _i_ [IL

ο 2/1,Jm

f_o-m

X =

Fig. 2 veranschaulicht ein elektrisches Äquivalentschaltbild für das System gemäß Fig. 1, wobei mit C eine Kapazität zwischen Elektroden bezeichnet ist.

Der mit dem schwingenden Element in Berührung stehende Toner vergrößert aufgrund seiner zusätzlichen Masse nicht nur die Masse dieses schwingenden Elements, sondern auch den mechanischen Widerstand gegenüber Schwingung aufgrund des viskosen und akustischen Widerstands des Toners. Wenn das Masseninkrement mit Δ m und das Inkrement des mechanischen Widerstands mit Ar bezeichnet werden, lassen sich die obigen Gleichungen wie folgt umschreiben:

f = -¹- /"__.?_ ° 2 JL Vm+Δπι

=. J^JW *f_o (m+Am) r+Ar

X =

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Durch Messung der Änderung oder Verschiebung eines der Faktoren f , Q oder X ist es somit möglich, die Tonermenge im Zufuhrbehälter bzw. -fülltrichter zu messen.

Als schwingendes Element können verschiedene Elemente benutzt werden, beispielsweise eine Platte, die bei Beaufschlagung mit einer externen Kraft unverzögert (ungedämpft) schwingt, eine Platte, die in Abhängigkeit von einer äußeren elektrostatischen oder magnetischen Kraft einer periodischen oder unverzögerten Schwingung unterliegt, ein elektrostriktives oder magnetostriktives Schwingelement, das durch Selbstanregung schwingt, oder dgl. Wenn die Schwingung unter einer Kraft erfolgt, kann die Tonermenge durch Messung der Dämpfungsdauer der induzierten Schwingung bestimmt werden, weil die Dämpfungsdauer mit ansteigendem mechanischen Widerstand r+4r abnimmt.

In den Fig. 3 und 4 ist ein erfindungsgemäß verwendeter Tonerzufuhr- bzw. -fülltrichter 1 dargestellt. Am Fülltrichter 1 ist ein als schwingendes Element dienendes elektrostriktives Schwingelement, beispielsweise ein piezoelektrisches Keramik- oder Kristallelement, angebracht. Das Schwingelement ist so an einer Wand des Fülltrichters 1 montiert, daß seine Oberfläche im Normalzustand mit dem Toner in Berührung steht. Eine Förderwalze 3 dient zur Zufuhr des Tonermaterials aus dem Fülltrichter zu einer nicht dargestellten Entwicklungsvorrichtung nach jeweils einer vorbestimmten Zahl von Kopierzyklen. Das elektrostriktive Schwingelement 2 besteht aus einer dünnen Scheibe eines piezoelektrischen Keramikmaterials, wobei es an beiden Flächen mit Elektroden zur Abnahme der Schwingung des Keramikelements versehen ist. Die eine Fläche des scheibenförmigen Schwingelements ist in zwei Elektroden unterteilt, die beispielsweise aus einem Silberüberzug bestellen und an welche Zuleitungen 201 und 202 angeschlossen sind, während die andere Fläche des Schwingelements eine Einzelelektrode mit einer angeschlossenen Zuleitung 203 bildet.

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Die Zuleitungen sind zur Schwingungsanregung mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden. Die Einzelelektrode besteht aus einem elektrischen Leiter, beispielsweise in Form einer dünnen Phosphorbronzeplatte oder Messingplatte. Die Einzelelektrode dient zur Änderung der Bewegungsrichtung des piezoelektrischen Elements, so daß es reziprok bzw. abwechselnd senkrecht zu seiner Oberfläche schwingt, wenn eine Speisespannung von z.B. 0,01 bis 100 V an die gegenüberstehenden Elektroden angelegt wird. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Schwingelement so ausgelegt, daß es nicht schwingt, wenn seine Oberfläche zu mehr als der Hälfte mit Tonermaterial bedeckt ist. Wenn dagegen der Toner auf der Oberfläche des Schwingelements unter eine vorbestimmte Höhe abfällt, wird das Schwingelement durch bestimmte Bauteile, etwa einen Widerstand und Transistor im Schwingkreis A nach Maßgabe der Dicke der Einzelelektrode und dgl. in Schwingung versetzt. Zur Verbesserung der Meßleistung ist die Masse bzw. das Gewicht des elektrostriktiven Schwingelements pro Flächeneinheit unter Berücksichtigung der Tonerdichte so festgelegt, daß die Masse pro Flächeneinheit klein ist, der Toner einwandfrei am Schwingelement zu haften vermag und der mechanische Widerstand r aufgrund des Vorhandenseins eines Bindemittels zur Verfestigung des Schwingelements an der einen Seitenfläche des Fülltrichters nicht unnötig vergrößert wird. Selbstverständlich besteht ein .' liwingelement aus einer dünnen, elektrisch-leitfähigen Platte oder Scheibe, wenn ein magnetostriktives Schwingelement (nicht dargestellt) in Form dieser dünnen Platte, eines mit ihr verbundenen Kerns und einer den Kern umgebenden Spule verwendet wird.

Die Zuleitungen 201, 202 und 203 sind mit einer elektrischen Schaltung gemäß Fig. 6 verbunden. Diese umfaßt einen Schwingkreis A zur Erzeugung der Schwingung des elektrostriktiven Schwingelements, einen Meß- bzw. Detektorkreis B zur Bestimmung, ob das Schwingelement 2 schwingt oder nicht, einen Integrierkreis C zur Umwandlung des Ausgangssignals des

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Detektorkreises B in ein Gleichspannungssignal, einen Zündkreis (flash circuit) F zum Durchlassen und Sperren des Ausgangssignals vom Integrierkreis C in vorbestimmten Zeitabständen und einen LED- bzw. Leuchtdioden-Treiberkreis G zum Ein- und Ausschalten einer lichtemittierenden Diode bzw. Leuchtdiode in Abhängigkeit vom Ausgangssigna] des Zündkreises F. Wenn das elektrostriktive Schwingelement 2 nicht mit dem Tonermaterial in Berührung steht, ergibt sich im Vergleich zu dem Zustand, in welchem das Schwingelement mit dem Tonermaterial in Berührung steht, ein beträchtlicher Unterschied in der Admittanz aufgrund einer Änderung der Parameter f , Q und X, wie dies aus der Schwingfrequenz/-Admittanz-Kennlinie gemäß Fig. 7 hervorgeht, in welcher die im zuletzt genannten Zustand gemessene Admittanz durch die gestrichelte Linie angegeben ist. Erfindungsgemäß wird der genannte Admittanzunterschied zur Bestimmung der verschiedenen Parameter oder Konstanten der jeweiligen Bauteile herangezogen, etwa der Elektrodenanordnung des elektrostriktiven Schwingelements 2, des Widerstands des Schwingkreises A, der Art der Transistoren oder dgl., so daß das Schwingelement schwingt, wenn es nicht mit dem Toner in Berührung steht, und umgekehrt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Größe oder Verschiebung der Resonanzfrequenz f , die Resonanzgröße Q und der effektive Ausschlag X zur Bestimmung der im Fülltrichter verbliebenen Tonerrestmenge anhand der Werte oder Größen dieser Faktoren abgeleitet, wenn der Toner mit dem Schwingelement in Berührung steht. Beispielsweise wird die Größe der Resonanz Q praktisch durch den Unterschied zwischen den in Fig. 7 in ausgezogener Linie bzw. gestrichelter Linie angegebenen Höchst- und Mindestwerten der Admittanz bestimmt, wählend die Resonanzfrequenz f praktisch anhand des Unterschiedes zwischen dem Höchst- und Mindestwert der Admittanz

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(ausgezogene bzw. gestrichelte Linie gemäß Fig. 7) abgeleitet wird. Weiterhin kann die Schwinggröße bzw. Auslenkung X an einem bestimmten Punkt des Schwingelements durch Vergleich mit einer vorbestimmten Größe ermittelt werden.

Wenn das elektrostriktive Schwingelement 2 nicht schwingt, liefert der Detektorkreis B ein Gleichspannungssignal mit der Wellenform gemäß Fig. 8 (a). Bei schwingendem Schwingelement 2 liefert der Detektorkreis B dagegen eine Wechselspannungs-Wellenform gemäß Fig. 8 (b), mittels welcher die Schwingung gemessen werden kann. Im Schwingzustand des Schwingelements 2 liefert der Zündkreis F die in Fig. 8 (c) dargestellten Ausgangsimpulse zum LED-Treiberkreis G zwecks intermittierender Erregung der Leuchtdiode, um die Bedienungsperson auf die Notwendigkeit für ein Nachfüllen von Toner in den Zufuhrtrichter hinzuweisen.

Die vorstehend beschriebene Anordnung ermöglicht die Messung der Tonerrestmenge mit hoher Ansprechempfindlichkeit in stabiler Weise. Die Meßvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mit kleinen Abmessungen und einfachem Aufbau realisiert werden.

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L e e r s e 11

Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel

Registered Representatives

before the

European Patent Office

Konishiroku Photo Industry Co., Ltd.,

Möhlstraße 37 Tokio, Japan D-8000München

Tel.: 089/982085

Telex: 052980? lmkl d Telegiamme: ellipsoid

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Verfahren zur Messung der Resttonermenge in einem Toner-Fülltrichter

Patentansprüche

Verfahren zur Messung der Resttonermenge in einem Toner-Fülltrichter eines elektrophotographischen Kopiergeräts, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung an ein Schwingelement angelegt wird, das in einer Wand des Toner-Fülltrichters so montiert ist, daß seine (eine) Oberfläche im Normalzustand mit dem Toner in Berührung steht, daß die Auslenkung des Schwingelements im Vergleich zu einer vorbestimmten Größe durch einen Meß- oder Detektorkreis bestimmt wird, sobald das Schwingelement in Schwingung gerät, wenn der Tonerfüllstand im Fülltrichter unter eine vorbestimmte Höhe abfällt, und daß ein Alarm- oder Warnsignal dafür abgegeben wird, daß der Tonerfüllstand im Fülltrichter unter die vorbestimmte Höhe abgesunken ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwingelement verwendet wird, das aus einem piezoelektrischen Element und an dessen beiden Seiten vorgesehenen Elektroden besteht.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung (displacement) einer Resonanzfrequenz des Schwingelements entsprechend einem Höchst- oder Mindestwert der Admittanz mit einer vorbestimmten Größe verglichen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Resonanzgröße des Schwingelements entsprechend einem Höchst- oder Mindestwert der Admittanz mit einer vorbestimmten Größe verglichen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung eines bestimmten Punkts des Schwingelements mit einer vorbestimmten Größe verglichen wird.

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