DE2251344B2

DE2251344B2 - Vorrichtung zur optischen untersuchung von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2251344B2
Application number: DE19722251344
Authority: DE
Inventors: Van Atsugi Kanagawa Hirafuji (Japan)
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1971-10-20
Filing date: 1972-10-19
Publication date: 1977-12-08
Also published as: CA997591A; DE2251344A1; US3840304A; GB1389116A; DE2251344C3; JPS4848133A; FR2157580A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Untersuchung von frei strömenden, aus einer offenen Leitung ausgetretenen Flüssigkeiten.

Bei elektrofotografischen Kopiergeräten, die mit Flüssigentwickler arbeiten, muß die Konzentration dieses Flüssigentwicklers immer auf einem konstanten Wert gehalten werden. Die Bestimmung und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Messung die Regelung der Flüssigkeitskonzentration wurde in Kopiergeräten bisher in der Weise durchgeführt, daß der Flüssigentwickler nach unten durch ein lichtdurchlässiges, beleuchtetes Röhrchen fließt, so daß die durch das Röhrchen und durch die Flüssigkeit tretenden Lichtstrahlen auf ein fotoelektrisches, beispielsweise in einer Brückenschaltung angeordnetes Wandlerelement fallen. Diese Lichtstrahlen lösen ein elektrisches Signal aus, wenn die auf das Wandlerelement treffende Lichtmenge einen bestimmten Wert erreicht, der einer bestimmten Konzentration des Flüssigentwicklers entspricht. Dann kann beispielsweise neues Material zugeführt werden, um die Konzentration wieder auf den vorgegebenen Wert zu bringen.

Die Verwendung eines solchen lichtdurchlässigen Röhrchens hat jedoch verschiedene Nachteile. Hat nämlich die zu untersuchende Flüssigkeit eine relativ hohe Konzentration, so haftet der aufgelöste Stoff bereits nach kurzer Zeit an der Röhrchenwand, so daß keine fehlerfreien Messungen mehr gemacht werden können. Die Reinigung des Röhrchens und die ι Entfernung des an der Röhrchenwand haftenden, aufgelösten Stoffes erfordert jedoch zusätzliche, zeitaufwendige Arbeitsgänge.

Es ist ein Gerät zur Bestimmung von Eigenschaften, wie Transparenz, Trübung und Konzentration einer > Flüssigkeit bekannt (DT-OS 20 56 109), bei dem die Flüssigkeit aus einem Behälter durch einen Schlitz nach unten ausfließt und dabei durch einen U-förmigen Draht geführt wird, der an der Unterseite der Bodenplatte des Behälters angeoracht ist. Aufgrund der Oberflächenspannung der Flüssigkeit bildet sich zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Drahtes ein Flüssig-, keitsfilni aus, der an diesen beiden Drähten nach unten fließt, sich am unteren Ende des Drahtes sammelt und von dort in einen Auffangbehälter abtropft. Dieser Flüssigkeitsfilm zwischen den Drähten wird mit Licht durchstrahlt, so daß die Absorption des Lichtes durch ι diesen Flüssigkeitsfilm ein Maß für bestimmte Eigenschaften der Flüssigkeit, wie beispielsweise die Konzentration eines gelösten Stoffes, darstellt. Die Erzeugung eines solchen Flüssigkeitsfilms zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Drahtes ist jedoch sehr schwierig, da die Oberflächenspannung und die Adhäsion der Flüssigkeit an dem Draht nur sehr gering sind, dieser Flüssigkeitsfilm also bei der geringsten äußeren Einwirkung leicht reißen kann. Dazu trägt noch bei, daß der Draht selbst nur eine sehr geringe Starrheit hat und leicht in Schwingungen gerät, die sofort eine Unterbrechung des Flüssigkeitsfilms auslösen können.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Eizeugung eines frei herabfließenden Flüssigkeitssch'eiers zum Zwecke von opiischen Untersuchungen bekannt (US-PS 25 35 181), bei dem jedoch die Messung im Innern eines Führungsrohrs erfolgt, wobei die Lichtstrahlen in der Wandung des Führungsrphrs vorgesehene Ausschnitte durchdringen können. Außerdem ist bei dieser bekannten Vorrichtung die durchströmende Flüssigkeitsmenge immer konstant, da keine Variation der strömenden Menge und damit des Flüssigkeitsschleiers vorgesehen ist.

Und schließlich sind noch Vorrichtungen zur optischen Untersuchung von frei strömenden, aus einer offenen Leitung ausgetretenen Flüssigkeiten ohne Meßzellen bekannt (DT-GBM 18 04 132; Industriekurier Nr. 165 vom 26. Oktober 1960, S. 660 und 662); dabei fließt jedoch die Flüssigkeit nur strahlförmig, also mit einer beträchtlichen dreidimensionalen Ausdehnung, über einen Stutzen aus einem Behälter aus, so daß sich kein genau definierter Querschnitt der zu untersuchenden strömenden Flüssigkeit ergibt. Es wäre jedoch zweckmäßig, eine möglichst dünne Flüssigkeitsschicht, insbesondere in Form eines Flüssigkeitsschleiers, zu erzeugen, damit die Messung unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der ein besonders stabil strömender dünner Flüssigkeiitsschleier erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine rohrförmige Zuleitung, an die sich ein Auslaufteil anschließt, dessen Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichlung sich allmählich bis zu einer Schlitzform am offenen Ende verändert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß sich mit dieser Vorrichtung ein sehr dünner und doch breiter Flüssigkeitsschleier erzeugen läßt. Dadurch vereinfacht sich wieder die Durchführung exakter optischer Untersuchungen, da dieser Flüssigkeitsschleier auf keiner Seite durch Wände oder ähnliehe Elemente begrenzt wird. Zumindest im Meßbereich hat dieser Schleier die Torrn einer praktisch ebenen, geschlossenen Schicht, so daß reproduzierbare Resultate erhalten werden können. An einem solchen Flüssigkeitsschleier kann insbesondere die Konzentration eines in einem Löungsmittel gelösten Stoffes mit hoher Genauigkeit gemessen werden, wie es beispiels-

jse zur Bestimmung der Konzentration einer Fntwicklerflüssigkeit für elektrofotografische Kopierräte erforderlich ist. Mit Hilfe des ermittelten Wertes k-nn dann wiederum die Zuführung, beispielsweise des Toners zu der Entwicklerflüssigkeit, geregelt werden. Dabei können die Konzentrationen verschiedener Arten von Enlwicklerflüssigkdten fehlerfrei ermittelt

erden wobei sich auch hohe Tonerkonzentrationen bestimmen lassen, wie sie durch Zumischung eines Toners und eines Kunststoffes für ein Lösungsmittel mit ι hoher Konzentration von 0,5 bis 5,0 g pro Liter Trägerflüssigkeit erhalten wird. Selbst hochkonzentrierte Entwicklerflüssigkeiten, deren Tonerkonzentration j_m Bereich von 500 bis 200 g pro Liter Trägerflüssigkeit liegt wie sie zur Entwicklung eines elektrostatischen, latenten Bildes mit geringem Oberflächenpotential verwendet werden müssen, können mit dieser Vorrichtung fehlerfrei bestimmt werden. Mit den bekannten Vorrichtungen war dies nicht möglich. Außerdem läßt sich bei dieser Vorrichtung auch die Breite des Schlitzes ohne großen Aufwand ändern, wenn der Bezugswert der Konzentration variiert werden soll. Und schließlich hat diese Vorrichtung trotz der erläuterten Vorteile einen sehr einfachen Aufbau.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsschleiers für die Bestimmung der Konzentration nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht von unten auf die Vorrichtung

nach Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung

nach Fig. 1;

Fig.4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung; . , ■ · * r-u

Fig. 5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausfuh-

rungsform (teilweise gebrochen);

Fig.6 eine Ansicht von unten auf die Ausführungsform nach Fig. 5;

Fig.7 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform (teilweise gebrochen);

Fig.8 eine Ansicht von unten auf die Ausführungsform nach Fig. 7;

Fig.9 einen Schnitt durch eine Seitenansicht einer Einrichtung zur Bestimmung der Konzentration, bei der die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird und

Fig. 10 ein Schaltschema für eine Anordnung zur Bestimmung der Konzentration, die bei der Einrichtung nach F i g. 9 verwendet werden kann.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, schließt sich an eine rohrförmige Zuleitung 1 bzw. P für die Zuführung der Flüssigkeit eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsschleiers an, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 versehen ist.

Dabei schließt sich an die rohrförmige Zuleitung I ein Auslaufteil an, dessen Querschnitt sich senkrecht zur Strömungsrichtung allmählich bis zu einer Schlitzform am offenen Ende verändert.

Wie sich aus den Fig. 2 und 3 ergibt, wird die Vorrichtung 2 zu ihrem unteren, schlitzförmigen, offenen Ende 3 hin zunehmend flacher und läuft dabei in einander mit geringem Abstand gegenüberliegende Flächen 2b und 2c aus., die von der rohrförmigen Zuleitung 1 ausgehend /um unteren Ende hin immer breittr werden. An ihrem unteren Ende bilden die Flächen 26 und 2c das schlitzförmige offene Ende 3, das zumindest in seinem mittleren Bereich parallel zueinander verlaufende Ränder 2;i aufweisen kann. Die Flüssigkeit läuft von der rohrförmigen Zuleitung 1 an den Wänden 2b, 2c vorbei und aus dem schlitzförmigen, offenen Ende 3 aus.

Wenn eine Flüssigkeit durch die rohrförmige Zuleitung 1 in Richtung des Pfeils a (siehe F i g. 1 und 3) fließt, wird die Breite der Flüssigkeitsströmung durch die Wände 2b und 2c im Zusammenwirken mit dem schlitzförmigen, offenen Ende 3 eingestellt, so daß die Flüssigkeit als Schleier 4 zwischen den Rändern 2a nach unten austritt. Die Verbreiterung des Flüssigkeits^cchleiers 4 wird durch die Linien A und B (siehe Fig. 1) tangential zu den inneren Seiten 2dbzw. 2c, welche die Flächen 2a und 2b miteinander verbinden, begrenzt, so daß die Flüssigkeitsströmung durch diese Flächen an den gegenüberliegenden Enden des schlitzförmigen, offenen Endes 2a geführt wird.

Es ergibt sich bereits eine ausreichende Führung des Flüssigkeitsschleiers 4, wenn die gegenüberliegenden Ränder des schlitzförmigen, offenen Endes 3 horizontal verlaufen. Eine noch bessere Ausgestaltung des Flüssigkeitsschleiers 4 läßt sich jedoch dann erreichen, wenn die Austrittsränder 2u des schlitzförmigen, offenen Endes 3 nach innen bzw. nach oben gewölbt sind, wie es in F i g. 1 durch die strichpunktierte Linie C angedeutet ist; dadurch ergibt sich die in Fig. 3 dargestellte Bogenform des schlitzförmigen, offenen Endes, wobei die Mitte des offenen Endes 3 gegen die Austrittsrichtung des Flüssigkeitsschleiers 4 nach oben gebogen ist.

Bei dieser Ausführungsform hat der Flüssigkeitsschleier 4 einen effektiven Bereich S von ungefähr 12 mm Durchmesser, wenn die Einlaßöffnung 5 der rohrförmigen Zuleitung 1 einen Durchmesser R von 6 mm und das schlitzförmige, offene Ende 3 eine Breite c/von 0,8 mm und eine Länge L von 11 mm hat.

In Fig.4 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsschleiers dargestellt, bei der die Aulienränder 2c/und 2edt:s schlitzförmigen, offenen Endes 3 nach außen und nach unten divergieren bzw. auseinanderlaufen. Diese Außenränder 2d und 2e können an den Schlitzenden in Strömungsrichtung vorgezogen sein; dadurch können die einander gegenüberliegenden Endbereiche des Flüssigkeitsschleiers 4 in Richtung der Pfeile (siehe Fig.4) mit größerer Stärke strömen. Außerdem läßt sich dadurch die Form des Flüssigkeitsschleiers verbessern.

Die Vorrichtung 2 zur Erzeugung eine? Flüssigkeitsschleiers nach den Fig. 5 und 6 weist statt des schlitzförmigen, offenen Endes 3 ein schlitzförmiges, offenes Ende 6 auf, das ebenfalls durch die unteren Ränder 2a gebildet wird und an seinen beiden äußeren Rändern 6«i und 6b verbreitert ist. Diese Ausführungsform hat die gleichen Vorteile wie die Ausführungsform nach F i g. 4.

Die den Flüssigkeitsschleier einstellenden Oberflächen der Wände 2b und 2c sind jeweils mit einer wasserabstoßenden Schicht 7 aus einem Fluor- oder Siliconkunststoff oder aus einem durch Galvanisieren aufgebrachten Metall versehen, die sich über eine relativ große Fläche erstreckt. Diese Schicht 7 kann bei allen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden. Die Wände können aus Metall

r,

uder aus anderen, elektrisch leitenden Materialien gefertigt sein. Wie in l^:ig. 3 dargestellt ist, kann an die Wände eine Vorspannung mit einer Polarität angelegt weiden, die entgegengesetzt zu der Polarität des Toners

In den I-ig. 7 und 8 ist ein schlitzförmiges, offenes l.nde b gezeigt, das die gleiche Form wie das in F i g. 5 gezeigte F.ndc hat; dieses schlitzförmige, offene Ende 6 wird erzeugt, indem der untere Bereich der rohrförmigen Zuleitung /'. die aus Kunststoff oder einem anderen flexiblen Material besteht, mittels einer stationären Klemmplatte 8 und eines Andrucktcils 9 zusammengedruckt wird.

Das Andruckteil 9 ist an einer Stellschraube 11 In-festigt, die in ein stationäres Tragteil 10 eingeschraubt ist. Durch Verdrehen der Schraube 11 kann die Kraft, mit der das Andruckteil 9 gegen die Klemmplatte 8 drückt, eingestellt werden, um die Breite des schlitzförmigen, offenen Endes 6 zu verändern. Dadurch läßt sich die Schlitzbreite leicht variieren, wenn der Bezugswert für die Konzentration geändert werden soll.

Die Schraube 11 kann an einen Motor 12 angeschlossen werden, der durch eine Einrichtung 13 zur Bestimmung der Konzentration der Flüssigkeit gesteuert wird, wie sie in F i g. 7 dargestellt ist. Mit dieser Einrichtung kann die Dicke des Flüssigkeitsschleicrs automatisch eingestellt werden, der durch die Vorrichtung 2 erzeugt wird. Eine solche Einrichtung kann bei allen Ausiührungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden.

Fig.9 zeigt eine Einrichtung zur Bestimmung der Konzentration mit einer Vorrichtung 2 zur Erzeugung eines Flüssigkeitsschleiers; dabei wird der Flüssigkeitsschlcier 4 mit Licht bestrahlt, wobei die Intensität des durch den Flüssigkeitsschleier 4 verlaufenden Lichtes mittels fotoelcktrischer Wandlerelementc gemessen wird. Dabei sind in einem Gehäuse 22 eine Kammer 22a für die Aufnahme der Vorrichtung, eine Kammer 22cfür die Aufnahme einer Lichtquelle, beispielsweise einer Lampe, und eine Kammer 22c vorgesehen. Die Kammer 22c ist mit der Kammer 22a durch ein Fenster 22£> verbunden, das in der die beiden Kammern 22a und 22c voneinander trennenden Wand ausgebildet ist. Die Kammer 22c ist oberhalb der Kammer 22c angeordnet und steht mit ihr über ein Fenster 22din Verbindung, das in der die beiden Kammern 22c und 22e voneinander trennenden Wand ausgebildet ist. Die Kammer 22a ist vollständig von der Kammer 22c getrennt. In dem Fenster 22c/ ist ein Filter 23 angeordnet, das einen Vergleichswert für eine Bezugskonzentration bildet.

Eine öffnung 22f ist in einem Teil der Wand der Kammer 22a korrespondierend zu dem Fenster 22b in der gegenüberliegenden Wand ausgebildet. In dieser öffnung ist ein foioelektrisches Wandler-Element 24 für die Bestimmung der Konzentration des Hiissigkeiissehleiers 4 angeordnet. In der Kammer 22c ist eine Öffnung 22^r in dem Teil der Kammerwand ausgebildet, der korrespondierend zu dem Fenster 22c/ in der gegenüberliegenden Wand liegt. In dieser öffnung ist ein fotoelcktrisches Wandler-Element 25 als Vergleichselement angeordnet.

In der Kammer 22c befindet sich eine Lampe 26, die als Lichtquelle dient und Licht ausstrahlt, welches einerseits durch das Fenster 22b hindurch auf den Flüssigkeitsschleicr 4 und andererseits durch das Fenster 22c/ hindurch auf das Filter 23 auftrifft. Das durch den Flüssigkeitsschleicr 4 verlaufende Licht fallt auf das fotoelektrische Wandler-Element 24, während das durch das Filter 23 tretende Licht auf das fotoelektrische Wandler-Element 25 fällt.

Die einen Flüssigkeitsschleier bildende Vorrichtung 2 kann in der Kammer 22a angeordnet werden, indem die rohrförmige Zuleitung P an eine in der oberen Wand des Gehäuses vorgesehene öffnung angeschraubt oder auf andere Weise befestigt wird. Wenn die Vorrichtung 2 die in Fig. 7 gezeigte Form hat, kann der Flüssigkeitsschleier 4 direkt in die Kammer 22a einfließen.

Die beiden fotoelektrischen Wandler-Elemente 24 und 25, auf die das durch den Flüssigkeitsschleier 4 bzw. durch das Filter 23 verlaufende Licht einfällt, sind zusammen mit den Widerständen 27 und 28 in eine Brückenschaltung (Fig. 10) eingebaut, in der ein Transistor 29 mit seiner Basis mit dem Widerstand 27 und über ein Relais 30 mit einer Energiequelle 31 verbunden ist. Die Anschlüsse R und E in den oberen bzw. in den unteren Teilen der Brücke sind, wie gezeigt, mit einer Energiequelle 32 verbunden, welche, wenn die Brücke nicht abgeglichen ist, eine elektrische Spannung an die Basis des Transistors 29 anlegt.

Wenn sich der durch das fotoelektrisch^ Wandler-Element 24 erfaßte Wert ändert, weil die Konzentration des Flüssigkeitsschleiers 4 variiert und die Brücke nicht abgeglichen ist, wird somit der Transistor 29 durchgeschaltet, und es fließt ein Strom von der Energiequelle 31 zu dem Relais 30. Dieses schließt die Kontakte 30a und 30b und erregt einen angeschlossenen Elektromagneten 33, der ein Ventil (nicht gezeigt) schließen und öffnen kann. Das Ventil dient der Zuführung von konzentriertem Pigmentfarbstoff oder von einem anderen aufgelösten Stoff und stellt so automatisch die Konzentration der Flüssigkeit ein.

Der Motor 12 gemäß F i g. 7, kann mit dem Relais 30 verbunden werden, der sich dadurch steuern läßt.

Die rohrförmige Zuleitung P kann aus Metall, Piastil" oder einem anderen geeigneten Material bestehen, se daß ein flexibles Rohr gebildet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Vorrichtung zur optischen Untersuche ,^ von frei strömenden, aus einer offenen Leitung ausgetretenen Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine rohrförmige Zuleitung (1), an die sich ein Auslaufteil (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e) anschließt, dessen Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung sich allmählich bis zu einer Schlitzforrn am offenen Ende " verändert.

2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaufteil (2, 2a, 2b, 2c, 2d. 2e) aus einem rohrförmigen, flexiblen Material besteht, und daß das offene Ende durch eine Andrückeinrichtung ' (8 — 11) in Schlitzform gebracht ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (2a) des Auslaufteils (2, 2a, 2b, 2c, 2c/, 2e) am offenen Ende nach innen gewölbt sind. -''

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den äußeren Rändern des schlitzförmigen offenen Endes (3) vorstehende Nasen (2d, 2c,)ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, .' dadurch gekennzeichnet, daß das schlitzförmige, offene Ende (6) an seinen beiden äußeren Rändern (6a, 6b) verbreitert ist.