DE2257033B2 - Vorrichtung zur automatischen Kontrolle und Aufrechterhaltung der Tonerkonzentration in elektrostatischen Kopieranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatisch arbeitende Vorrichtung für die Kontrolle und Aufrechterhaltung der Tonerkonzentration eines Entwicklergemisches in einem elektrostatischen Kopiergerät, mit einem Sichtfenster in einem das Entwicklergemisch enthaltenden Gehäuse, einer Lichtquelle zur Beleuchtung des Entwicklergemischs durch das Sichtfenster, einer Steuerschaltung die einen vom Entwicklergemisch reflektierendes Licht auffangenden lichtelektrischen Wandler aufweist und durch Vergleich des reflektierten Lichtes mit einem Bezugslicht ein Steuersignal erzeugt, und einer von der Steuerschaltung angesteuerten Tonerzugabeeinrichtung.

In bekannten elektrostatischen Kopieranlagen wird die ein latentes elektrostatisches Abbild tragende Oberfläche dadurch entwickelt, daß ein aus Toner- und

ίο Trägermaterial bestehendes Entwicklergemisch auf diese Oberfläche aufgebracht wird. Ein Teil des aufgebrachten Tonermaterials wird durch die Bildbereiche auf der Oberfläche selektiv angezogen und der Rest des Entwicklergemisches wird entfernt und im Umlauf

is einer neuen Verwendung zugeführt Um nun sicherzustellen, daß das Entwicklergemisch eine ausreichende Menge Toner enthält, ist es notwendig, dem Entwicklergemisch zum Ersatz des beim Kopieren verbrauchten Tonermaterials entsprechende Mengen Toner wieder hinzuzufügen.

Die einfachste bekannte Art, die Tonerkonzentration in einem Entwicklergemisch zu kontrollieren, besteht in einer von Hand einstellbaren Vorrichtung, mit der die Menge des dem Entwicklergemisch für jeden Kopierzy klus zugeteilten Tonermaterials abgemessen wird. Diese Art der Kontrolle uvid Steuerung basiert auf dem Gefühl und der Beobachtung des Bedienungspersonals, das die Qualität der Kopien beobachtet und beurteilt, ob zur Verbesserung der Qualität der einzelnen Kopien mehr oder weniger Toner zugegeben werden sollte. Bei solchen Systemen ist also das Urteil des Bedienungspersonals erforderlich und auch dessen ständige Anwesenheit Es sind bereits einige Vorrichtungen vorgeschlagen worden, mit deren Hilfe die Tonerkonzentration im Entwicklungsgemisch automatisch gesteuert werden kann. Diese Vorrichtungen bedienen sich der Messung einer physikalischen Eigenschaft des Entwicklergemischs, wie z. B. des elektrischen Widerstandes, der Induktivität oder der Kapazität oder aber der optischen Eigenschaften. Prinzipiell gibt es zwei verschiedene Arten von Vorrichtungen zum Messen der optischen Eigenschaften: solche, die eine Sonde verwenden, die über eine vorbestimmte Zeitspanne das Tonermaterial elektrostatisch anzieht und die optisch abgefühlt wird, um die durch die Sonde ungezogene Tonermenge zu bestimmen, sowie solche Vorrichtungen, die das von dem aus mehreren Bestandteilen bestehende Entwicklergemisch durchgelassene oder reflektierende Licht

so messen, um dadurch ein Maß für die in der Mischung vorhandene Tonermenge zu gewinnen.

Bei jedem dieser optischen Systeme muß die gleichförmige Arbeitsweise der Meßvorrichtung sichergestellt sein, da kleinere Abweichungen innerhalb dieser Vorrichtung Kopien schlechter Qualität ergeben. Demgemäß weisen die meisten dieser Vorrichtungen eine erste Fotoabfühleinrichtung auf, die auf das von dem zu messenden Material reflektierende Licht anspricht, das von einer Lichtquelle ausgeht, sowie eine zweite Fotoabfühlvorrichtung, die unmittelbar auf das von der gleichen Lichtquelle kommende Licht anspricht. Die FotoabfühlVorrichtung en müssen exakt aneinander angepaßt sein und bilden jeweils einen Teil einer Widerstands-Brückenschaltung. Schwankungen in der Lichtquelle selbst werden dabei durch die Wirkung der beiden Fotoabfühlelemente kompensiert. Eine solche Vorrichtung ist z. B. aus der Deutschen Auslegeschrift DE-AS 12 61 758 bekannt. Ein in einer Widerstands-

Brückenschaltung angeordneter lichtabhängiger Widerstand wird durch das von dem Entwicklergemisch in einem Sichtfenster reflektierende oder durchgelassene Licht einer Lichtquelle beleuchtet Außerdem enthält die Brückenschaltung einen weiteren lichtabhängigen Widerstand, der unmittelbar vom Licht der gleichen Lichtquelle beleuchtet wird. Diese Widerstandsbrücke kann mit Hi!^fe eines Regelwiderstandes auf eine vorbestimmte gewünschte Tonerkonzentration geeicht werden. Bei richtiger Tonerkonzentration befindet sich die Brflckenschaitung im Gleichgewicht

Mit lichtabhängigen Widerständen arbeitende Widerstandsbrücken haben insbesondere dann, wenn zwei lichtabhängige Widerstände verwendet werden, gewisse Nachteile. Zunächst sind die Kennlinien dieser Widerstände nichtlinear. Außerdem ist der Regelbereich solcher Brücken gering. Sie sind ferner gegen geringe Schwankungen, nämlich das durch sich bewegende Tonerteilchen hervorgerufene Rauschen empfindlich Dieses Rauschen muß unbedingt eliminiert werden. Es ist also zwingend erforderlich daß die beiden Fotoabfühlelemente ganz exakt gleich sind und daß beide Fotoabfühlelemente in der exakt gleichen Weise altern. Daher ist einer solchen Brückenschaltung im allgemeinen eine Schwellenwertschaltung zugeordnet, die verhindert daß bereits das Rauschsignal die Tonerabgabevorrichtung betätigt Da aber die Ansprechschwelle relativ hoch sein muß, muß auch ein entsprechende Breite für die Tonerkonzentration in dem Entwicklergemisch zugelassen werden. Außerdem machen die an sich sehr kleine Reflexionsänderung, die dabei abgeführt werden muß, und die Drift-Effekte, die sich aus der Verwendung von Verstärkereinrichtungen ergeben, solche Vorrichtungen praktisch nicht sehr brauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit nur einem Photowandler zu schaffen, bei der Drifteffekte weitgehend eliminiert sind.

Dazu ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Kontrolle und Aufrechterhaltung der Tonerkonzentration eines Entwicklergemischs erfindungsgemäß in der Weise aufgebaut daß eine Bezugsfläche mit definiertem Reflexionsvermögen und eine Verschiebeeinrichtung zum periodischen Verschieben der Bezugs- fläche relativ zur Lichtquelle zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung vorhanden ist, wobei in der zweiten Stellung das von der Lichtquelle auf den Wandler fallende Licht >on der Bezugsfläche statt vom Entwicklergemisch reflektiert wird, und daß die so Steuerschaltung einen Pha3endiskriminator enthält, der je nach Phase und Betrag des vom Wandler gelieferten Wechselstromsignals die Tonerabgabeeinrichtung steuert. Dadurch werden mögliche Ungenauigkeiten und Änderungen der Eigenschaften von bisher verwendeten Amplitudendetektoren unwirksam gemacht.

Die Oberfläche der als Bezugsnormal dienenden lichtreflektierenden Bezugsfläche weist einen vorgegebenen Reflexionswert auf und gestattet damit eine ständige Neueichung des elektrischen Signals, so daß ein hoher Grad von Genauigkeit erreicht wird. Die Bewegung des Entwicklergemischs wird periodisch angehalten, um unerwünschte, durch das sich bewegende Material erzeugte Rauschsignale auszuschalten.

Eine Anzahl auswählbarer Bezugsflächen ist vorgese- M hen, so daß eine große P-eite wählbarer und damit auch steuerbarer Tonerkonzentrationen und/oder Bestandteile des Entwicklergemischs überwacht werden kann.

Eine zusätzliche Steuerung des von dsr Lichtquelle abgegebenen Lichtspektrums ergibt eine zusätzliche Möglichkeit zur Konzentrationseinstellung.

Eine Anpassung an verschiedene gewünschte Tonerkonzentrationen erhält man mit Vorteil dadurch, daß als Bezugsnormal eine Anzahl verschieden stark reflektierender Sonden benutzt wird oder daß als Bezugsnormal eine Anzahl verschieden lichtdurchlässiger Filter verwendet wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 schematisch die wesentlichen Teile einer elektrostatischen Kopieranlage unter Verwendung der Erfindung;

Fig.2 eine Querschnittsansicht durch den das Entwicklergemisch führenden Kanal und die optischen Abfühlelemente der Tonerkontroll- und Steuervorrichtung;

Fig,3 ein Schaltbild der der Feststellung des Schwellwertes dienenden logischen Schaltung der Steuervorrichtung für die Tonerkonzentration;

Fig.4 ein Schaltbild der zugehörigen logischen Schaltungen für die Phasenanzeige;

F i g. 5 ein Schaltbild für den Durchflußanzeiger;

Fig.6 u. 7 Impulsdiagramme zur Darstellung der verschiedenen Signale der Steuervorrichtung für die Tonerkonzentration und

F i g. 8 ein logisches Blockschaltbild für die Steuerung des Nachfüllmotors in der Steuervorrichtung für die Tonerkonzentration.

In F i g. 1 ist rein schematisch der wesentliche Aufbau einer üblichen elektrostatischen Kopieranlage dargestellt, bei der eine Vorrichtung zum Steuern der Tonerkonzentration gernäß der Erfindung eingebaut ist.

Bei der dargestellten Kopieranlage sind eine Anzahl von Bearbeitungsstationen rund um einen fotoleitfähigen elektrostatischen Zylinder 11 herum angeordnet Der Zylinder 11 besteht aus einer Schicht fotoleitfähiger Materials, das auf einer leitfähigen Unterlage angebracht ist. Das fotoleitfähige Material wird durch eine Corona-Entladevorrichtung 13 beim Vorbeilaufen in Richtung des Pfeiles 15 aufgeladen. Ein Lichtabbild der Vorlage 17, die kopien werden sc'l, wird auf die empfindlich gemachte Oberfläche zur Bildung eines latenten elektrostatischen Abbildes auf der Oberfläche der darunterliegenden vorbeilaufenden elektrostatischen fotoleitfähigen Trommel projiziert. Die rotierende Trommel läuft anschließend an einer Entwicklerstation 19 vorbei, wo ein aus mehreren Bestandteilen bestehendes Entwicklermaterial, das einen elektrostalischen aufgeladenen Toner enthält, der Oberfläche der elektrostatischen fotoleitfähigen Trommel mit dem darauf befindlichen latenten elektrostatischen Abbild zugeführt wird. Die Tonerteilchen werden bevorzugt von dem auf der Trommel 11 befindlichen latenten elektrostatischen Abbild angezogen und anschließend durch ein üblicher elektrostatisches Transferverfahren oder durch Wärme auf eine Unterlage 21 übertragen. Die Trommel läuft dann weiter an eine Reinigungsstation 25, bei der restlicher Toner von der Oberfläche entfernt wird.

Die Entwicklersta'/on 19 enthält einen Vorratsbehälter 31, in dem -as aus mehreren Bestandteilen bestehende Entwicklermaterial 33 liegt. Die hauptsächlichen Bestandteile des Entwicklermaterials sind ein elektroskopischer Toner und ein Trägermaterial. Geeignete Tonermaterialisn sind allgemein bekannt

und bestehen meistens aus feinverteilten Harzmaterialien, die durch elektrische Ladungen angezogen und gehalten werden können. Beispiele für solche Toner, die beispielsweise auch durch die Anmelderin vertrieben werden, bestehen aus einem Kopolymeren von Styrol/ N-Butylmethacryiat-Harz, einem modifizierten Polyester von Maleinsäureanhydrid, einem Polyvinylstearat-Weichmacher und als Pigment Ruß. Ein weiterer Toner besteht aus einem Kopolymeren von N-Butylmethacrylat/Methymethacrylatharz, einem modifizierten Polyester des Maleinsäureanhydrids, einem Weichmacher aus Polyvinylbutyral und Ruß als Pigment und Siliciumoxidpulver (fumed silica), die nach dem Zusammenmischen dem Toner beigemischt ist. Viele bekannte geeignete Trägermaterialien können hierbei verwendet werden, wobei die Trägerteilchen im allgemeinen einen Durchmesser zwischen 50 und 1000 Mikron aufweisen.

genschaften der Tonerteilchen von denen der Trägerteilchen unterscheiden, wird eine richtige Mischung aus Toner- und Trägermaterial im Entwicklergemisch eine vorbestimmte Reflexionseigenschaft für Licht aufweisen. Diese Reflexionseigenschaften sind natürlich für jeden Toner oder für jedes andere Trägermaterial verschieden. Da die Tonerteilchen im allgemeinen dunkler sind als die Trägerteilchen, nimmt die Menge des reflektierten Lichtes zu, wenn das Verhältnis vom Toner zum Trägermaterial in dem Gemisch kleiner wird und umgekehrt wird immer weniger Licht von dem Gemisch reflektiert, wenn das Verhältnis Toner zu Trägermaterial zunimmt.

Zur Entnahme einer Probe des Entwicklergemischs bei der Zufuhr zu der elektrostatischen Trommel 11 ist in der Bahn des Entwicklermaterials, wie es vom Becherförderer 41 auf die Trommel 11 herunterfällt.

i-H Ha

Tr'daf*rmatf*r'ia\ Hiirrh I Jh*»r-»i*»hi»n unn Amp AuffnncrvrtrriphtiirKr 11 vnrcrpcphpn Hip pinpn

Sand, feinsten Glaskügelchen oder metallischen Kügelchen mit einem Material hergestellt, das über die Reibungselektrizität mit dem ausgewählten Tonermaterial zusammen dem Toner die gewünschte elektrische Ladung erteilt, die für eine gute Bildqualität erforderlich ist.

Eine Tonerabgabevorrichtung 35 gibt Tonerteilchen an das im Vorratsbehälter 31 der Entwicklerstation 19 liegende aus mehreren Bestandteilen bestehende Entwicklergemisch 33 ab. Ein rotierender Schneckenförderer 39 verrührt den frisch zugeführten Toner mit dem Entwicklergemisch und bewirkt eine gute Durchmischung.

Die kleinen Tonerteilchen des Entwicklergemischs 33 werden auf den Oberflächen der relativ großen Trägerteilchen durch elektrostatische Kräfte gehalten, die sich aus der Berührung zwischen dem Toner und dem Trägerteilchen dadurch ergeben, daß sich Toner und Trägerteilchen durch Reibungselektrizität auf entgegengesetzte Polarität aufladen.

Ein Becherförderer 41 reicht bis in den Vorratsbehälter 31 der Entwicklerstation 19 und nimmt vorbestimmte Mengen an Entwicklergemisch 33 zur Abgabe an den gerade oben liegenden Abschnitt der rotierenden elektrostatischen Trommel ti auf.

Das so abgegebene Entwicklergemisch fällt kaskadenartig über die rotierende Trommel 11 und die durch Reibungselektrizität aufgeladenen Tonerteilchen haften an dem auf der Trommel vorhandenen latenten elektrostatischen Abbild. Das nicht an der Trommel haftende Trägermaterial und überschüssige Tonermaterial fallen für eine Wiederverwendung und Vermischung mit weiteren Tonerteilchen 37 in den Vorratsbehälter 31 zurück. Wie bereits angegeben, wird das mit Toner versehene latente Abbild auf eine Unterlage 21 übertragen, wenn die Trommel ihre Rotationsbewegung fortsetzt.

Zur Sicherstellung der hohen Qualität der Kopien ist es erforderlich, daß das richtige Verhältnis von Tonerzu Trägerteilchen im Entwicklergemisch aufrechterhalten wird. Verändert man dieses Verhältnis beispielsweise dahin, daß zu viel Toner zugemischt wird, erhält man stark verschmierte, überentwickelte Bilder. Hat man zu wenig Toner im Entwicklergemisch, dann ergeben sich zu helle, fleckige, unterentwickelte Bilder. Um das Verhältnis von Toner zum Trägermaterial automatisch zu steuern und auf einem vorbestimmten Wert zu halten, wird eine Probe des Entwicklergemischs entnommen und zur Ermittlung seiner Lichtreflexionseigenschaften optisch abgefühlt Da sich die Reflexionseides Entwicklergemischs, wie es vom Becherförderer geliefert wird, auffängt. Dieses Entwicklergemisch wird von der Auffangvorrichtung 51 an einen Schacht 53 abgegeben, der ein Sichtfenster 55 aufweist. Das Entwicklergemisch durchfließt den Schacht 53 und gelangt von dort wieder in den Vorratsbehälter 31 der Entwicklerstation 19 zurück. Ein betätigbarer Verschluß 57 verhindert das Ausfließen des Entwicklergemischs am up'eren Ende des Schachtes 53, so daß das Entwicklergemisch für eine Beobachtung innerhalb des Schachtes durch das Sichtfenster 55 stationär gehalten werden kann.

Die optischen Eigenschaften des Entwicklergemischs am Sichtfenster 55 werden durch Beleuchten des Entwicklergemischs mit Licht aus einer Lichtquelle 59 bestimmt, das an einen Wandler 61 reflektiert wird. Das reflektierte Licht wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und über eine Wechselstromkopplung den logischen Schaltkreisen des Schwellwertdetektors 63 zugeführt. Die Wechselstromkopplung beseitigt die Langzeitabweichungen der einzelnen Bauelemente des Systems. Der lichtempfindliche Wandler 61 spricht außerdem auf das von den Bezugsflächen 65 einer rotierenden Zerhackerscheibe 67 reflektierte Licht an, wie die einzelnen als Sektoren ausgebildeten Bezugsflächen vor dem Sichtfenster 55 vorbeilaufen. Die Reflexion jedes Sektors der Zerhackerscheibe 67 ist so gewählt, daß sie gleich der Reflexion eines Entwicklermaterials mit einer gewünschten Tonerkonzentration ist, wie es durch das Sichtfenster 55 beobachtet werden kann. Daher sieht jede Toner-Trägermischung mit einer

so kleineren Tonerkonzentration als der vorgeg'bene Wert heller aus als der entsprechende Sektor der Zerhackerscheibe und umgekehrt In der dargestellten Vorrichtung weist die Zerhackerscheibe 67 vier Sektoren mit Bezugsflächen 65 auf, deren jeder einen anderen Reflexionsfaktor entsprechend einer gewünschten Tonerkonzentrationseinstellung der unterschiedlichen Entwicklermaterialien aufweist Jede solche Reflexionseigenschaft modifiziert das einfallende Licht um einen anderen Betrag. Die Zerhackerscheibe 67 ist auf einer Welle 69 befestigt, die wiederum über einen Riemenantrieb mit der Riemenscheibe 71 angetrieben wird. Die Riemenscheibe 71 weist ein daran befestigtes magnetisches Betätigungsglied 73 auf, das bei jeder Umdrehung der Riemenscheibe einen magnetischen Schalter 75 betätigt. Das vom magnetischen Schalter 75 abgegebene Signal betätigt eine monostabile Kippschaltung 77, die ihrerseits ein Eingangssignal an eine Verzögerungsschaltung 78

abgibt. Dieses Signal wird um einen einstellbaren Betrag entsprechend der gewünschten Bilddichte und daher entsprechend der als BezugsgröBe ausgewählten Bezugsfläche 65 verzögert. Das verzögerte Signal dient als Eingangssignal für die logischen Schaltungen 79 für die Motorsteuerung des Nachfüllmotors 81.

Beim Rotieren der Zerhackerscheibe 67 fühlt der Wandler 61 abwechselnd Licht ab, das von der Bezugsfläche 65 und von dem Sichtfenster 55 sichtbaren Entwicklergemisch reflektiert wird. Das an dem Wandler erzeugte elektrische Signal enthält dann einen Wechselstromanteil, wenn die Intensität des vom Entwicklergemisch reflektierten Lichtes von der Intensität des von der entsprechenden Bezugsfläche 65 reflektierten Lichtes abweicht. Haben alle Bezugsflächen den gleichen Reflexionswert, würde sich kein Wechselstromanteil ergeben, wenn die Reflexion vom Entwicklergemisch die gleiche ist wie die der Bezugsflächen. Der Wechselstromanteil hat entweder einen Maximal- oder einen Minimalwert, wenn der Wandler 61 die Reflexion einer Bezugsfläche 65 abfühlt, je nachdem ob das im Sichtfenster 55 zu beobachtende Entwicklergemisch dunkler oder heller als die entsprechende Bezugsfläche ist. Ist, wie bereits erwähnt, das Entwicklergemisch heller als die Bezugsfläche, dann fehlt es am Toner in der Mischung und man muß der Mischung zusätzlichen Toner zuführen. Zu diesem Zweck kann eine Zufuhreinrichtung so lange angestellt werden, bis das Entwicklergemisch dunkler als die Bezugs/lache wird. Bei der hier beschriebenen Anordnung ist es lediglich erforderlich festzustellen, ob der Spitzenwert der Wechselstromkomponente durch eine Bezugsfläche 65 der Zerhackerscheibe 67 oder aber durch das im Sichtfenster 55 sichtbare Entwicklergemisch erzeugt wird. Zu diesem Zweck wird eine einfache Phasendetektorschaltung benutzt, die eine Anzeige für die Position eines Sektors in bezug auf das Maximum des Wechselstromsignals angibt. Das magnetische Betätigungsglied 73 und der Magnetschalter 75 liefern das erforderliche Synchronisiersignal zum Feststellen, ob der Wandler 61 reflektiertes Licht gerade von einer Bezugsfläche 65 oder vom Entwicklergemisch im Sichtfenster 55 aufnimmt.

Ist das im Sichtfenster 55 zu sehende Entwicklergemisch heller als die entsprechende Bezugsfläche 65, dann werden die logischen Schaltungen 79 für die Motorsteuerung ein Signal erzeugen, das den Nachfüllmotor 81 betätigt, der seinerseits eine Nachfülltrommel 83 für den Toner antreibt. Diese Trommel 83 weist an ihrer Oberfläche Schlitze auf, die Tonerteilchen vom Vorratsbehälter 85 nach einer Position fördern, wo sie von selbst nach dem Vorratsbehälter 31 fallen.

Um das Entstehen von unerwünschten Rausch- oder Störsignalen aus einer Bewegung des Entwicklergemischs an dem Sichtfenster vorbei dann zu verhindern, wenn die Tonerkonzentration gemessen werden soll, wird die Verschlußkappe 57 durch eine Nockenscheibe 87 betätigt die den Durchfluß des Entwicklerpulvers zeitweise sperrt Beim Betätigen der Verschlußkappe 57 wird gleichzeitig der Abtastschalter 89 betätigt der dabei ein Eingangssignal an die logischen Schaltungen 79 für den Nachfüllmotor liefert Dieses Eingangssignal hindert die logischen Schaltungen 63 zum Feststellen des Schwellwertes an der Betätigung des Nachfüllmotors 81 während der Zeit in der das Entwicklergemisch durch den Schacht 53 läuft

In Fig.2 ist im Ausschnitt eine Querschnittsansicht des vom Entwicklergemisch durchflossenen Schachtes und der optischen Abfühlelemente für die Vorrichtung zum Steuern der Tonerkonzentration dargestellt. Das Entwicklergemisch fällt von der Auffangvorrichtung 51 in F i g. I kommend durch den Schacht 53. Dieser Schacht 53 weist am oberen Ende eine Erweiterung 91 auf, in der sich eine trichterförmige Menge Entwicklergemisch ansammelt Das in dieser Erweiterung 91 unbeweglich liegende Entwicklergemisch verhindert, daß neu zugeführtes Entwicklergemisch an den Seitenwänden des Schachtes 53 vor der optischen Abtastung reibt, so daß das Entwicklergemisch vor der Messung des Verhältnisses von Toner zu Trägermaterial praktisch nicht gestört wird. Eine mattgeschliffene Platte aus einem Spezialgas, im allgemeinen mit Zinn überzogenes Glas, das für weißes Licht transparent ist, ist hinter dem Sichtfenster 55 angebracht. Die geschliffene Glasplatte verhindert, daß durch elektrostatische Aufladung in der Nachbarschaft des Sichtfensters sich Tonerteilchen ansammeln, wodurch eine genaue Messung des Entwicklergemischs sichergestellt ist. Wenn die Nockenscheibe 87 die Verschlußklappe 57 öffnet, fließt das Entwicklergemisch an der Glasplatte 93 vorbei und bewirkt dadurch, daß durch die Reibung überschüssige Tonerteilchen von der Platte entfernt werden. Die Auslaßöffnung des Schachtes 53 ist klein genug, um ein dichtes Fließen des Entwicklergemischs sicherzustellen.

Beim Schließen der Verschlußklappe 57 staut sich das Entwicklergemisch im Innenraum 95 des Schachtes 53 einschließlich des Abschnittes 95 gegenüber der Glasplatte 93. Dabei ist der Schalter 89 geschlossen und liefert ein elektrisches Signal, so daß das Ausgangssignal des Wandlers 61 die Betätigung des Toner-Nachfüllmotors 81 bewirken kann. Dabei ist die Zerhackerscheibe 67 und das magnetische Betätigungsglied 73 immer in Betrieb. Ist die Kopieranlage in Betrieb, so wird das von dem Wandler 61 abgegebene Signal nur dann abgetastet wenn die Verschlußklappe 57 das Durchfließen des Entwicklergemisciis durch den Innenraum 95 angehalten hat Es wurde festgestellt, daß bei der hier beschriebenen Vorrichtung ein Durchfließen von Entwicklergemisch für fünf Sekunden und ein Anhalten dieses Durchflusses für etwa zwei Sekunden ausreicht, um eine genaue Messung durchzuführen und um innerhalb sehr enger Grenzen das Verhältnis von Toner zu Trägermaterial im Entwicklergemisch zu steuern.

Die logische Schaltung für die Schwellwertfeststellung der Steuerschaltung für die Tonerkonzentration ist in F i g. 3 gezeigt. Diese logische Schaltung spricht auf das von dem Waldler 61 kommende Signal an, der beispielsweise eine Foto-Vervielfacherröhre sein kann, und besteht aus den Schwellwertschaltungen 101 und 103 und einem Differentialverstärker. Die Wechselstromkomponente des von dem Wandler 61 kommenden Signals wird dem Transistor 105 des Differentialverstärkers zugeführt der zusammen mit dem Transistor 107 das Signal differentiell verstärkt und das verstärkte Signal den Schwellwertschaltungen 1Oi und 103 zuführt so daß das positive verstärkte Signal die eine Schwellwertschaltung ansteuert während das negative verstärkte Signal die andere Schwellwertschaltung ansteuert

Die Schwellwertschaltungen geben Ausgangssignale Vi und V2 ab, d.h. positiv bzw. negativ gerichtete Impulse zum Zeitpunkt des positiven bzw. negativen differentiell verstärkten Signals und zu dem Zeitpunkt an dem die Wechselstromkomponente oberhalb der Schwellwerte liegt Die Kombination der Widerstände

109 und 111 sowie der Widerstände 113 und 115 bestimmt die notwendigen Amplitudenwerte für die Ausgangsimpulse Vl und V 2. Die Schwellwertschaltungen 101 und 103 verhindern somit, daß ein von dem Wandler 61 geliefertes Störsignal die Ausgangsimpulse beeinflußt, die dann den Nachfüllmotor über seine logische Sc! nltung ansteuern würden und dienen außerdem der Peineinstellung für die erwünschte Tonerkonzentration. Da zwei Schwellwerte benutzt werden, kann man durch geeignete Wahl oder Einstellung der Widerstandskombination die Amplituden so einstellen, daß eine Signalspannung V⁷I abgegeben wird, wenn die Mischung zuwenig Toner enthält und eine Signalspannung V2 abgegeben wird, wenn die Mischung zuviel Toner enthält. Diese doppelte Einstellung gestattet die Verwendung einer Verriegelungsschaltung, die das notwendige Steuersignal an den Nachfüllmotor liefert.

Im Zusammenhang mit Fig. 1 war beschrieben worden, daß das magnetische Betätigungsglied 73 bei jeder Umdrehung der Riemenscheibe 71 entsprechend einer Umdrehung der Zerhackerscheibe 67 einen Magnetschalter 73 betätigt. Das magnetische Betätigungsglied 73 ist derart angeordnet, daß der Wandler 61 einer Bezugsfläche 63 gegenüberliegt, wenn der Magnetschalter 75 betätigt wird.

In F i g. 4 ist eine Schaltung für den Phasendetektor für die Steuerung der Tonerkonzentration gezeigt. Das Schließen des Magnetschalters 73 durch das magnetische Betätigungsglied 73 in Fig.) betätigt eine monostabile Kippschaltung, die aus den Transistoren 121 und 123 sowie zugehörigen Widerständen und Kondensatoren besteht Die Widerstände und Kondensatoren sind in ihrer Größe so gewählt, daß die Breite des Ausgangssignals V3 kleiner ist als die Zeit die der Wandler 61 der Bezugsfläche 65 (Fig. 1) gegenüberliegt

Es war im Zusammenhang mit F i g. 1 bereits erwähnt worden, wie der Abtastschalter 89 an die logischen Schaltungen 79 für den Nachfüllmotor ein elektrisches Signal abgibt, wenn die Verschlußklappe 57 den Durchfluß des Entwicklergemischs durch den Schacht 53 absperrt. Es war ferner erwähnt worden, daß während dieser Zeit die Ausgangssignale des Schwellwertdetektors 63 und der monostabilen Kippschaltung 77 benutzt werden. In F i g. 5 ist eine Schaltung für einen Durchflußanzeiger für die hier beschriebene Steuervorrichtung dargestellt Wenn der Kontakt 89a des Schalters 89 in F i g. 1 geschlossen ist, liefert der Transistor 127 ein Ausgangssignal V 4.

In Fig. 6 sind die Impulsdiagramme für die verschiedenen Signale der Schaltungen der Steuervorrichtung für die Tonerkonzentration gezeigt Diese Signale treten auf, wenn die Mischung zu wenig Toner enthält Der Phasendetektor in Fig.4 liefert ein Ausgangssignal 141, was mit V3 bezeichnet ist Es war erwähnt worden, daß die monostabile Kippschaltung für jede Umdrehung der Zerhackerscheibe 67 der Fig. 1 einen Ausgangsimpuls abgibt, der der Zeitspanne entspricht, in der der Wandler 61 der Bezugsfläche 65 der Zerhackerscheibe gegenüberliegt Da die Bezugsfläche 65 der Zerhackerscheibe weniger Licht reflektiert als eine tonerarme Mischung, liefert der Wandler 61 beim Abtasten der Bezugsfläche 65 ein Signal mit maximaler Amplitude (das intensivere lichtsignal erzeugt ein mehr negatives elektrisches Signal).

Demgemäß wird das phasenverschobene oder negative versSrkte Ausgangssignal des Differentialverstärkers in Fig.:;, das hier mit 143 bezeichnet ist, eine negative Maximalamplitude 145 aufweisen, die zum gleichen Zeiipunkt auftritt wie der Impuls V3 des Signals 141. Liegt diese Spitzenamplitude unterhalb des durch die Linie 147 angedeuteten Schwellwertes, dann wird ein Ausgangsimpuh VI auf Zeile 149 durch die Schwellwert-Detektorschaltung der Fig.3 abgegeben. Die nächste negative Spilzenamplitude des Signals 143 entspricht dem von einer nicht ausgewählten Bezugsfläehe 65 reflektierten Licht, das unterhalb des durch die Linie 147 angegebenen Schwellwertes liegen kann oder nicht.

Das von dem Wandler 61 abgegebene positive verstärkte Signal 153 ist in Phase. Die negativen Amplituden dieses Signals 155 und 157 entsprechen der Zeit, in der das Entwicklergemisch beobachtet wird und liefern Ausgangsimpulse Vl auf Zeile 159 in der das Signal 151 den Schwellwert der Zeile 161 überschreitet. Wie bereits erwähnt, sind die Schwellwerte, die durch die Linien 147 und 161 angegeben sind, voneinander unabhängig und können demgemäß unabhängig voneinander bestimmt werden.

In F i g. 7 sind die Signale für den Fall dargestellt, daß die Mischung zuviel Toner enthält. In diesem Fall tritt die negative Spitzenamplitude des phasenverschobenen oder negativen verstärkten Ausgangssignals des Wandlers 61, wie bei 163 dargestellt, phasenverschoben gegenüber dem Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung bei 165 auf. Andererseits überlappen die negativen Spitzenwerte des Signals 167, die dem in Phase liegenden verstärkten Signal entsprechen, die Ausgangsimpulse der monostabilen Kippschaltung. Die Impulse Vl des Signals 169 sind daher mit dem Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung außer Phase und die Impulse Vl des Signals 171 sind in Phase mit dem Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung.

Die logischen Schaltungen für die Motorsteuerung für den Nachfüllmotor zeigt F i g. 8. Wie zuvor beschrieben, überlappen für eine toneranne Mischung die Impulse Vl die Ausgangsimpulse V3 der monostabilen Kippschaltung. Wenn daher die logischen Schaltungen für die Durchflußanzeige ein Ausgangssignal V4 liefern das anzeigt daß eine Abtastung durchgeführt werden muß, liefern die Inverterschaltungen 175 und 177 ein Ausgangssignal ADD. Dieses ADD-Signal treibt den Magnetantrieb 179, der den Nachfüllmotor 81 steuert. Dieser Motor bewirkt die Zufuhr zusätzlicher Tonermengen in das Entwicklcrgemisch. Dieser Motor läuft

so so lange, bis das Signal ADD verschwindet. Das phasenverschobene Ausgangssignal V2 des Differentialverstärkers überlappt das Signal V3 so lange nicht, bis eine Mischung mit zuviel Toner festgestellt wird. Demgemäß liefert der Inverter 181 so lange ein Ausgangssignal V5, bis eine Mischung mit zuviel Toner festgestellt ist Dieses Signal V5, zusammen mit dem Signal ADD, stellen die Eingangssignale für den Inverter 175 dar, der das Signal ADD so lange hält bis das Signal VS verschwindet wenn eine Mischung mit zuviel Toner festgestellt ist Diese doppelseitige Steuerung gestattet nicht nur den Schwellwert einzustellen, bei dem der Nachfüllmotor 81 betätigt wird, sondern auch die Einstellung des Schweilwertpegels, bei dem der Nachfüllmotor abgeschaltet wird.

es Man kann ferner durch Veränderung der Spektraiemission der Lichtquelle $9 die Tonerkonzentration des Entwicklergemischs innerhalb des Bereichs, der durch den Grauwert der ausgewählten Bezugsfläche 65 der

Zerhackerscheibe 67 bestimmt ist, auf verschiedener Höhe halten. Dies ist deshalb möglich, weil das Sichtfenster 55 ein nicht gleichförmiges Übertragungsspektrum aufweist, so daß das vom Entwicklfmaterial reflektierte Licht sowohl von der Intensität als auch s vom Spektrum des einfallenden Lichtes abhängt. Die Spektralemission der Lichtquelle kann durch Veränderung der Fadenspannung der Lampe mit Hilfe des Reglers 182 Fig.2 verändert werden. Im gegebenen Beispiel wurde mit einem Reflexionsvermögen für eine Tonerkonzentralion von 0,48 bis 0,50% für eine Lampenspannung von 1,8VoIt ausgewählt. Verändert man die Lampenspannung zv/ischen 1,75 und 2 Volt, dann wird die nominale Tonerkonzentration auf unterschiedlichen Höhen zwischen 0,38 und 0,60% (±0,05%) aufrechterhalten. Demgemäß kann eine einfache Regelung der Lampenspannung für die Auswahl eines weiten Bereiches an Tonerkonzentration benutzt werden.

Ein wei'ires Mittel zur selektiven S'euerung der Tonerkonzentration innerhalb eines auswählbaren Bereichs besteht darin, verschiedene Grauwerte auf jeder der Bezugsflächen 65 der Zerhackerscheibe 67 anzubringen. Eine Verzögerungssteuerung 78 verzögert das Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung 77 um den Zeitbetrag, der erforderlich ist, um die gewünschte Bezugsfläche 65 in Abtastposition zu bringen. Will man daher die Intensität des vom Entwicklergemisch reflektierten Lichtes mit dem Grauwert der Bezugsfläche 65a vergleichen, dann würde man die Verzögerung entsprechend einer halben Umdrehung der Zerhackerscheibe wählen. Ein einfacher Regler oder Stufenschalter 183 kann zur Auswahl der gewünschten Verzögerung benutzt werden.

Arbeitsweise der Erfindung

35

Entwicklergemisch wird vom Vorratsbehälter 31 auf die elektrostatische photoleitfähige Trommel gefördert, auf der ein latentes elektrostatisches Abbild vorhanden ist. Das Entwicklergemisch fällt kaskadenartig auf das latente elektrostatische Abbild, wodurch Tonerteilchen von diesem angezogen werden. Die Dichte der von dem elektrostatischen Abbild angezogenen Tonerteilchen hängt vom Verhältnis der Tonerteilchen zu Trägerteilchen im Elitwicklergemisch ab. Um ein gewünschtes Verhältnis von Tonerteilchen und Trägerteilchen aufrechtzuerhalten, wird ein Teil des Entwicklergemischs durch eine Auffangvorrichtung in den Schacht 53 abgelenkt Die Nockenscheibe 87 wird periodisch betätigt und schließt die Verschlußklappe 57, wodurch das Entwicklergemisch im Schacht 53 angehalten wird, so daß es vor dem Sichtfenster 55 stationär ist Das Licht von der Lichtquelle 59 wird nun abwechselnd von der Bezugsfläche 65 der rotierenden Zerhackerscheibe 67 und vom im Sichtfenster sichtbaren Entwicklergemisch reflektiert und von dem Wandler 61 abgetastet Die Bezugsflächen 65 haben genau abgestimmte Grauwerte, die den gewünschten Tonerkonzentrationen entsprechen. Wenn das vom Entwicklergemisch reflektierte Licht von dem von der ausgewählten Bezugsfläche 65 reflektierten Licht verschieden ist, liefert der Wandler 61 ein Wechselstromausgangssignal an den Schwellwertdetektor 63. Außerdem wird ein Phasenimpuls durch das Zusammenwirken des magnetischen Betätigungsgüedes 73 und des Magnetschalter? 75 erzeugt und liefert eine elektronische Anzeige dafür, daß eine Bezugsfläche 65 zum Auftrittszeitpunkt des Phasenimpulses im Sichtfeld liegt. Die logische Schaltung 79 für den Nachfüllmotor 81 spricht auf das Ausgangssignal des Schwellwertdetektors 63 und auf den Hiasenimpuls an und bestimmt damit, ob das Entwicklergemisch zuwenig oder zuviel Toner enthält. Enthält das Entwicklergemisch zuwenig Toner, dann liefert dir logische Schaltung 79 ein Betätigungssignal an den Nachfüllmotor 81, wodurch Tonermaterial 37 an den Vorratsbehälter 31 der Entwicklerstation 19 abgegeben wird.

Ist nun eine besonders dunkle oder eine besonders helle Kopie zu erzeugen, sind auf den verschiedenen Bezugsflächen 63 verschiedene Grauwerte vorgesehen. Eine entsprechende Auswahl der gewünschten Schwärzung wählt automatisch die entsprechende Bezugsfläche 63 aus der zur Steuerung der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch verwendet wird. Diese Auswahl bewirkt eine entsprechende Verzögerung des durch den Magnetschalter 73 erzeugten Signals, so daß die der gewünschten Einstellung entsprechende Bezugsfläche zu dem Zeitpunkt der Beobachtungsstation gegenüberliegt, in der das Torsignal durch die Verzögerungsschaltung 78 an die logische Schaltung 79 für den Nachfüllmotor angelegt wird. Durch einfache Regelung der Lampenspannung der Lichtquelle 59 lassen sich für eine vorgegebene Bezugsfläche weitere verschiedene Bereiche einstellen.

Bisher war davon ausgegangen worden, daß eine Zerhackerscheibe oder ein Lichtverschluß verwendet wird, der das vom Entwicklergemisch reflektierte Licht unterbricht. Um einen gleichbleibenden Bezugspegel zu liefern, leuchtet es ohne weiteres dem Fachmann ein, daß die Relativbewegung zwischen Bezugsnormal und Entwickiergemisch auch durch eine Bewegung der Lichtquelle und des Wandlers aus einer ersten Position zur Beobachtung des Entwicklergemischs nach einer zweiten Position zur Beooachtung des Bezugsnormals bewegt werden könnte. Ferner könnte man als Bezugsnormal mehrere Filter benutzen, die vom Licht durchlaufen werden, um für den Vergleich die gewünschte Lichtintensität zu bekommen, dk iuf dem Wandler 61 einfällt. Das heißt aber, daß es nur notwendig ist, daß das vom Entwicklergemisch reflektierte Licht abwechselnd mit von derselben Lichtquelle erzeugten und an einem fest vorgegebenen Bezugsnormal reflektierten Licht verglichen wird und abwechselnd dem Wandler zugeführt wird. Demgemäß lassen sich verschiedene Vorrichtungen aufbauen, die abwechselnd vom Entwicklerpulver oder einem Bezugsnormal reflektiertes Licht abtasten, ohne vom Wesen und Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen.

Ferner können selbstverständlich auch andere Schaltungen zum Feststellen des Ausgangssignals des Wandlers und zum Umwandeln des Wechselstromsignals in ein logisches Signal benutzt werden, das die Tonerkonzentration im Entwicklergemisch anzeigt Ferner ist die Erfindung keinesfalls auf die verschiedenen Abgabevorrichtungen beschränkt, die bei jeder Betätigung eine vorbestimmte Menge Tonermaterial abgebea Auch cie Art und Ausführungsform der Entwicklerstation, ζ Β. mit magnetischer Bürste, lassen sich gleicherweise hier anwenden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur automatischen Kontrolle und Aufrechterhaltung der Tonerkonzentration eines Entwicklergemisches in einem elektrostatischen Kopiergerät, mit einem Sichtfenster in einem das Entwicklergemisch enthaltenden Gehäuse, einer Lichtquelle zur Beleuchtung des Entwicklergemisches durch das Sichtfenster, einer Steuerschaltung, die einen vom Entwicklergemisch reflektiertes Licht auffangenden lichtelektrischen Wandler aufweist und durch Vergleich des reflektierenden Lichtes mit einem Bezugslicht ein Steuersignal erzeugt, und einer von der Steuerschaltung angesteuerten Tonerzugabeeinrichtung, gekennzeichnet durch eine Bezugsfläche (65) mit definiertem Reflexionsvermögen und eine Verschiebeeinrichtung (67, 69, 71) zum periodischen Verschieben der BezugsRäche (65) relativ -ur Lichtquelle (59) zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung, wobei in der zweiten Stellung das von der Lichtquelle (59) auf den Wandler (61) fallende Licht von der Bezugsfläche (65) statt vom Entwicklergemisch reflektiert wird, sowie dadurch, daß die Steuerschaltung (63, 79) einen Phasendiskriminator enthält und je nach Phase und Betrag des vom Wandler (61) gelieferten Wechselstromsignals die Tonerabgabeeinrichtung (81,83) steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sichtfenster (55) in einem von Entwicklergemisch durchflossenen Schacht (53) angebracht ist und daß der Durchfluß von Entwicklergemisch durcn diesen Schacht absperrbar ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere verschieden geeichte, reflektierende Bezugsflächen (65, 65a) mit definiertem Reflexionsvermögen als Bezugsnormale vorgesehen sind, die je nach gewünschter Tonerkonzentration in die zweite Stellung zur Reflexion des von der Lichtquelle (59) ausgehenden Lichts einstellbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Bezugsflächen auf einer drehbaren Welle (69) befestigt und wahlweise je nach gewünschter Tonerkonzentration in die zweite Stellung verschwenkbar sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Lichtquelle (59) ausgehende Lichtspektrum in Grenzen veränderbar ist, daß das Sichtfenster (55) eine über das Übertragungsspektrum nicht gleichförmige Lichtdurchlässigkeit aufweist, und daß der Wandler (61) ein elektrisches Signal abgibt, dessen Amplitude vom Spektrum des auftreffenden Lichtes abhängt, und die Steuerschaltung für die Zufuhr von Toner bei einer vorbestimmten Signalamplitude anspricht.