DE2257033C3 - Vorrichtung zur automatischen Kontrolle und Aufrechterhaltung der Tonerkonzentration in elektrostatischen Kopieranlagen - Google Patents
Vorrichtung zur automatischen Kontrolle und Aufrechterhaltung der Tonerkonzentration in elektrostatischen KopieranlagenInfo
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- DE2257033C3 DE2257033C3 DE2257033A DE2257033A DE2257033C3 DE 2257033 C3 DE2257033 C3 DE 2257033C3 DE 2257033 A DE2257033 A DE 2257033A DE 2257033 A DE2257033 A DE 2257033A DE 2257033 C3 DE2257033 C3 DE 2257033C3
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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
einer neuen Verwendung zugeführt Um nun sicherzustellen, daß das Entwicklergemisch eine ausreichende
Menge Toner enthält ist es notwendig, dem Entwicklergemisch zum Ersatz dos 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 Kopierzyklus
zugeteilten Tonermaterials abgemessen wird. Diese Art der Kontrolle und Steuerung basiert auf dem Gefühl
und der Beobachtung des Bedienungspersonais, 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 angezogene Tonermenge zu bestimmen, sowie solche Vorrichtungen, die das von dem aus mehreren Bestandteilen bestehende Entwicklergemisch durchgelassene oder reflektierende Licht messen, um dadurch ein Maß für die in der Mischung vorhandene Tonermenge zu gewinnen.
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 angezogene Tonermenge zu bestimmen, sowie solche Vorrichtungen, die das von dem aus mehreren Bestandteilen bestehende Entwicklergemisch durchgelassene oder reflektierende Licht 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 Fotoabfühlvorrichtungen 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 Hilfe eines Regelwiderstandes auf eine
vorbestimmte gewünschte Tonerkonzentration geeicht werden. Bei richtiger Tonerkpnzentration befindet sich
die Brückensehaltung 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 Brückensehaltung 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, dii
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 Beiugsfläche mit
definiertem Reflexionsvermögen und eine Verschiebeeinrichtung zum periodischen Verschieben der Bezugsfläche
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 von der Bezugsfläche statt vom
Entwicklergemisch reflektiert wird, und daß die Steuerschaltung einen Phasendiskriminator 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 GenauigS. .-it erreicht wird. Die
Bewegung des Entwicklergemischs wird periodisch angehalten, um unerwünschte, durch das sich bewegende
Material erzeugte Rauschsignale auszuschalten.
Eine Anzahl auswählbarer Bezugsflächen ist vorgesehen, so daß eine große Breite wählbarer und damit auch
steuerbarer Tonerkonzentrationen und/oder Bestandteile des Entwicklergemischs überwacht werden kann.
Eine zusätzliche Steuerung des von der 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;
Fi§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 gemäß 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 fotoleitfähigen
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 kopiert werden soll, 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 elektrostatischen
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 übliches 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 Entwicklerstation 19 enthält einen Vorratsbehälter
3k, in dem das aus mehreren Bestandteilen bestehende Entwicklermaterial 33 liegt. Die hauptsächlichen
Bestandteile des Entwicklermaterials sind ein elektroskopischer Toner und ein Trägermaterial.
Geeignete Tonermaterialien 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-Butylmethacrylat-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. Oft wird das Trägermaterial durch Überziehen von
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 3t 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 11 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
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 Reflexionseigenschaften 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
ίο Toner zum Trägermaterial in dem Gemisch kleiner wird
und umgekehrt wird immer weniger Licht von dem Gemisch reflektiert, wenn das Verhältnis roner 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,
eine Auffangvorrichtung 51 vorgesehen, die einen Teil des 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 VerschluD
57 verhindert das Ausfließen des Entwicklergemischs am unteren 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 sprichi
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 se 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 einet kleineren Tonerkonzentration als der vorgegebene
Wert heiler aus als der entsprechende Sektor dei Zerhackerscheibe und umgekehrt. In der dargestellter
Vorrichtung weist die Zerhackerscheibe 67 viel Sektoren mit Bezugsflächen 65 auf, deren jeder einer
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 übei
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 7i
abgibt. Dieses Signal wird um einen einstellbaren Betrag entsprechend der gewünschten Bilddichte und daher
entsprechend der als Bezugsgröße 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 Bezugsfläche 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 sperrL 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 F i g. 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 Fig. 1 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 Spezialglas, im allgemeinen mit Zinn
überzogenes Glas, das für weißes Lieht 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 Entwicklergemischs 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 durchzufuhren und um innerhalb sehr enger Grenzen das Verhältnis von Toner
zu Trägermaterial im Entwicklergemisch zu steuern.
. Die logische Schaltung für die Schwellwertfeststel-Iung 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 101 und 103 zuführt, so daß das positive verstärkte Signal die eine Schwellwertschaltung ansteuert, während das negative verstärkte Signal die andere Schwellwertschaltung ansteuert
. Die logische Schaltung für die Schwellwertfeststel-Iung 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 101 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 Vl 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 V2. Die Schweliwertschaltungen 101 und 103 verhindern somit, daß ein von dem
Wandler 61 geliefertes Störsignal die Ausgangsimpulse beeinflußt, die dann den Nachfüllmotor über seine
logische Schaltung ansteuern würden und dienen außerdem der Feineinstellung 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 Vl
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 75 betätigt. Das magnetische Betätigungsglied 73 ist derart angeordnet, daß der Wandler 61
einer Bezugsfläche 65 gegenüberliegt, wenn der Magnetschalter 75 betätigt wird.
In Fig.4 ist eine Schaltung für den Phasendetektor
für die Steuerung der Tonerkonzentration gezeigt. Das Schließen des Magnetschalters 75 durch das magnetische
Betätigungsglied 73 in F i g. 1 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 Fi g. 5 ist eine Schaltung für einen Durchflußanzeiger für die hier beschriebene Steuervorrichtung
dargestellt. Wenn der Kontakt 89a des Schalters 89 in Fig. 1 geschlossen ist, liefert der
Transistor 127 ein Ausgangssignal V 4.
In Fig. 6 sind die Impulsdiagramme für die verschiedenen Signale der SChHItUn17Sn eier 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 F i g. 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 verstärkte Ausgangssignal des Differentialverstärkers
in Fig.3, das hier mit 143 bezeichnet ist, eine negative Maximalamplitude 145 aufweisen, die zum
gleichen Zeitpunkt auftritt wie der Impuls V3 des Signals 141. Liegt diese Spitzenamplitude unterhalb des
durch die Linie 147 angedeuteten Schwellwertes, dann wird ein Ausgangsimpuls Vl auf Zeile 149 durch die
Schwellwert-Detektorschaltung der F i g. 3 abgegeben. Die nächste negative Spitzenamplitude 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 V2 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 V2 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 tonerarme 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 Entwicklergemisch. Dieser Motor läuft
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 V5 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 Schwellwertpegels, bei
dem der Nachfüllmotor abgeschaltet wird.
Man kann ferner durch Veränderung der Spektralemission der Lichtquelle 59 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 Entwicklermaterial
reflektierte Licht sowohl von der Intensität als auch 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
Tonerkonzentration von 0,48 bis 0,50% für eine Lampenspannung von 1,8VoIt ausgewählt. Verändert
man die Lampenspannung zwischen 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 weiteres Mittel zur selektiven Steuerung 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
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 Entwicklergemisch 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 Betätigungsgliedes
73 und des Magnetschalters 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 Phasenimpuls
an und bestimmt damit, ob das Entwicklergemisch zuwenig oder zuviel Toner enthält. Enthält das
Entwicklergemisch zuwenig Toner, dann Hefen die logische Schallung 79 ein Betätigungssignal an den
Nachfüllmotor 81, wodurch Tonermaterial 37 an den Vorratsbehälter 31 der Entwicklerstation 19 abgegeben
wird.
1st nun eine besonders dunkle oder eine besonders helle Kopie zu erzeugen, sind auf den verschiedenen
Bezugsflächen 65 verschiedene Grauwerle vorgesehen. Eine entsprechende Auswahl der gewünschten Schwärzung
wählt automatisch die entsprechende Bezugsfläche 65 aus der zur Steuerung der Tonerkonzentration
im Entwicklergemisch verwendet wird. Diese Auswahl bewirkt eine entsprechende Verzögerung des durch den
Magnetschalter 75 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
Entwicklergemisch auch durch eine Bewegung der Lichtquelle und des Wandlers aus einer ersten Position
zur Beobachtung des Entwicklergemischs nach einer zweiten Position zur Beobachtung 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, die auf 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 Wechseästromsignals in ein logisches Signa! 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
abgeben. Auch die Art und Ausführungsform der Entwicklerstation, z. B. mit magnetischer Bürste, lassen
sich gleicherweise hier anwenden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
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 Bezugsfläche
(65) relativ zur 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 durch 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 verbestimmten Signalamplitude
anspricht.
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