DE2936280C2

DE2936280C2 - Vorratstrichter für pulverförmigen Toner

Info

Publication number: DE2936280C2
Application number: DE2936280A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Higashimurayama Tokyo Akiyama; Isao Hachioji Tokyo Ikemoto; Hiroshi Tokyo Kuru
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1978-09-08
Filing date: 1979-09-07
Publication date: 1982-05-06
Also published as: GB2044454B; JPS5536874A; DE2936280A1; US4314242A; GB2044454A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Vorratstrichter für pulverförmigen Toner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

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

Bei einer bisherigen Vorrichtung zur Messung der Resttonermenge in einem Zufuhrbehälter wird das Gewicht der Tonerfüllung mittels eines am Boden des Zufuhrbehälters angeordneten Mikroschalters gemessen, während bei einer anderen Vorrichtung das Vorhandensein des Toners auf elektrischem Wege auf der Grundlage der Dielektrizitätskonstante des Tonermaterials festgestellt wird. So wird bei einem bekannten Vorratstrichter der eingangs genannten Art (vgL DE-OS 28 46 533) die Tonermenge mittels eines als Spule ausgebildeten Detektors erfaßt, der elektromagnetisch vom Toner beeinflußt wird. Eine andere bekannte Vorrichtung zur Bestimmung der Tonerrestmenge in einem Behälter verwendet einen Ultraschallwellensender in der Form eines mechanischen Schwingelementes (vgL DE-OS 29 29 981).

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

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines Vorratstrichters der eingangs genannten Art, mit dem die Resttonermenge, zuverlässig und stabil mit Hilfe eines Elements, das mit dem Toner unmittelbar in Berührung gebracht wird, gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Vorratstrichter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst

Das Schwingelement ist im Vorratstrichter oder in einer Wandung desselben angeordnet, wobei die an diesem Schwingelement haftende Tonermenge in Form einer Auslenkung dieses Schwingelements auf der Grundlage der Resonanzfrequenz /ö, der Resonanzgröße Q, der effektiven Auslenkung X beim Auftreten von Resonanz und dgL Parameter gemessen wird.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Kasführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

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

Fig.2 ein elektrisches Ersatzschaltbild für das System nach F i g. 1,

F i g. 3 eine Vorderansicht eines Toner-Vorratstrichters,

Fig.4 einen Querschnitt durch den Toner-Vorratstrichter,

Fig.5 eine Schnittansicht einer Elektrodenanordnung,

Fig.6 ein Schaltbild einer beim Vorratstrichter verwendeten Schaltung,

F i g. 7 eine graphische Darstellung einer Schwingfrequenz/ Admittanz-Kennlinie und

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

Das Verhalten eines mechanisch mit der Kreisfrequenz ω schwingenden Materials bzw. Körpers bezüglich der Parameter /0, 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 Federkonstanten S verbunden und an einer planen Fische angeordnet ist, wobei bei einem mechanischen Widerstand r gemäß Fig. 1 eine Süßere Kraft Fun Schwerpunkt Gangreift,

lassen sich die Parameter /o, Q und A'des schwingenden, starren Körpers durch folgende Gleichungen ausdrükken, in denen j eine Proportionalitätskonstante bedeutet:

2 η V m

Q=-

X=-

jar

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

Der mit dem Schwingelement in Berührung stehende Toner vergrößert aufgrund seiner zusätzlichen Masse nicht nur die masse dieses Sehwingelemenis, sondern auch den mechanischen Widerstand gegenüber Schwingungen aufgrund des viskosen und akustischen Widerstands des Toners. Wenn das Masseninkrement mit Am und das Inkrement des mechanischen Widerstands mit Δγ bezeichnet werden, lassen sich die obigen Gleichungen wie folgt umschreiben:

/o =

2π

V-

m + Am

_ In -foim + Am)
τ +Ar

X=-

ja>(r + Ar)

Durch Messung der Änderung oder Verschiebung eines der Faktoren & Q oder AMst es somit möglich, die Tonermenge im Vorratstrichter zu messen.

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

In den Fig.3 und 4 ist der Tonerzufuhr- bzw. -vorratstrichter 1 dargestellt Am Vorratstrichter 1 ist ein als elektrostriktives Schwingelement ein piezoelektrisches Keramik- oder Kristallelement 2 angebracht Das Schwingelement 2 ist so an einer Wand des Vorratstrichters 1 montiert, daß seine Oberfläche gewöhnlich mit dem Toner in Berührung steht Eine Förderwalze 3 dient zur Zufuhr des Tonermaterials aus dem Vorratstrichter zu einer nicht dargestellten Entwicklungsvorrichtung nach jeweils einer vorbestimmten Zahl von Kopierzyklen. Das elektrostriktive Schwingelement 2 beste/ ί 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 bestehen und an welche Zuleitungen 201 und 202 angeschlossen sind, während die andere Räche des Schwingelements eine Einzelelektrode mit einer angeschlossenen Zuleitung 203 bildet
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 in senkrechter Richtung zu seiner Oberfläche schwingt, wenn eine Speisespannung von z.B. 0,01 bis ICOV 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 ^"onennaterial 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 Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit 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 nicht unnötig vergrößert wird, durch das das Schwingelement an einer Seitenfläche des Vorratstrichters festgelegt wird. Das Schwingelement kann aus einer dünnen, elektrisch leitfähigen und magneiostriktiven Platte oder Scheibe (nicht dargestellt), einem mit ihr verbundenen Kern und einer den Kern umgebenden Spuk; bestehen.

Die Zuleitungen 201, 202 und 203 sind mit einer elektrischen Schaltung gemäß F i g. 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 Detektorkreises B in ein Gleichspannungssignal, einen Zündkreis F zum Durchlassen und Sperren des Ausgangssignals vom Integrierkreis Cin vorbestimmten Zeitabständen und einen I ,ED- bzw. Leuchtdioden-Treiberkreis X? zum Ein- und Ausschalten einer lichtemittierenden Diode bzw. Leuchtdiode in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Zündkreises F. Wenn das elektro striktive Schwingelement 2 nicht mit dem Tonermaterial in Berührung steht, ergibt sich im Vergleich zu dem Zustand, in welchem das Schwingelement 2 mit dem Tonermaterial in Eerührung steht, ein beträchtlicher Unterschied in der Admittanz aufgrund einer Änderung der Parameter Z₀, Q und X₁ wie dies aus der Schwingfrequenz/Admittanz-Kennlinie gemäß F i g. 7 hervorgeht, in welcher die im zuletzt genannten Zustand gemessene Admittanz durch die gestrichelte Linie angegeben ist Der genannte Admittanzunterschied wird zur Bestimmung der verschiedenen Parameter oder Konstanten der jeweiligen Bauteile herangezogen, etwa der Elektrodenanordnune des elektrostriktiven

Schwingelements 2, des Widerstands des Schwingkreises A, der Art der Transistoren o. 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 /ü, die Resonanzgröße Q und der effektive Ausschlag X zur Bestimmung der im Vorratstrichter verbliebenen Tonerrestmenge abgeleitet, wenn der Toner mit dem Schwingelement in Berührung steht. Beispielsweise wird die Größe der Resonanz Q praktisch durch den Unterschied zwischen den in F i g. 7 in ausgezogener IJnie bzw. gestrichelter Linie angegebenen Höchst- und Mindestwerten der Admittanz bestimmt, während die Resonanzfrequenz k praktisch anhand des Unterschieds zwischen dem Höchst- und Mindestwert der Admittanz (ausgezogene bzw. gestrichelte Linie gemäß F i g. 7) abgeleitet wird. Weiterhin kann die Schwinggröße bzw. Auslenkung X 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 F i g. 8 (a). Bei schwingendem Schwingelement 2 liefert der Detektorkreis B dagegen eine Wechselspannungs-Wellenform gemäß F i g. 8 (b), aus der die Schwingung bestimmt werden kann. Im Schwingzustand des Schwingelements 2 liefert der Zündkreis Fdie in Fig.8(c) dargestellten

ίο 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.

i) Die vorstehend beschriebene Anordnung ermöglicht die Bestimmung der Tonerrestmenge mit hoher Ansprechempfindlichkeit in stabiler Weise. Der Vorratstrichter kann mit kleinen Abmessungen und einfachem Aufbau realisiert werden.

Hicr/ii 2 l!l;iii

Claims

Patentansprüche:

1. Vorratstrichter für pulverförmigen Toner in einem elektrophotographischen Kopiergerät mit s einem in der Wandung des Vorratstrichters in einer bestimmten Mindestfüllhöhe angeordneten Detektor und einer vom Ausgangssignal des Detektors angesteuerten Anzeigeeinrichtung für ein Absinken des Tonervorrats unter die Mindestfüllhöhe, da- ι ο durch gekennzeichnet, daß der Detektor ein piezoelektrisches Schwingelement (2) ist, das bei gefülltem Vorratstrichter mit seiner Oberfläche in direkter Berührung mit dem Toner steht und beim Absinken des Tonervorrats unter die Mindestfüllhöhe seinen Schwingungszustand ändert und daß die Anzeigevorrichtung (B, Q F, G) durch das dem geänderten Schwingungszustand entsprechende Ausgangssignal des Detektors (2) in Funktion gesetzt wird.

2. Vorratstrichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Schwingelement (2) in der Rückkopplung eines elektrischen Schwingkreises (A) angeordnet ist, der beim Absinken des Tonervorrats unter die Mindestfüllhöhe anschwingt, bzw. seine Schwingungsamplitude ändert und dadurch die Anzeigevorrichtung (B, Q F, G)\a Funktion setzt

3. Vorratstrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Schwingelement (2) nrt einem vorgegebenen Wechselstrom beaufschlagt wird und daß die Anzeigevorrichtung durch den nach Absinken des Tönervorrats unter die Mindestfüllhöhe geänderten Spannungsabfall am Schwingelement in Funktion gesetzt wird.

4. Vorratstrichter nach Anspruch Γ, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Schwingelement (2) aus einem elektrostriktiven Schwingelement und drei Elektroden (201,202,203) besteht, von denen eine auf der einen Seite des Schwingelements und die beiden anderen auf dessen anderer Seite vorgesehen sind.