DE2308586A1

DE2308586A1 - Verfahren und einrichtung zum messen der tonerkonzentration im entwickler eines xerographischen kopiergeraetes

Info

Publication number: DE2308586A1
Application number: DE19732308586
Authority: DE
Inventors: James Edward Landrith
Original assignee: Van Dyk Research Corp
Current assignee: Van Dyk Research Corp
Priority date: 1972-02-22
Filing date: 1973-02-21
Publication date: 1973-08-30
Also published as: DE2308586B2; DE2308586C3; JPS4895244A; CA996990A; US3777173A; JPS5214101B2

Description

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VDH 107

filed: February 22, 1972

VAN DYK RESEARCH CORPORATION Whippany, N.J. (V.St.A.)

Verfahren und Einrichtung zum Messen der Tonerkonzentration im Entwickler eines xerographischen Kopiergerätes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Tonerkonzentration im Entwickler eines xerographischen Kopiergerätes. Sie betrifft ferner eine Einrichtung zum Messen der Tonerkonzentration im Entwickler eines xerographischen Kopiergerätes mit einer Toner-Auffangplatte.

In der Praxis der Xerographie wird auf einer Isolierfläche ein elektrostatisches Bild eines zu reproduzierenden Musters oder Originals erzeugt. Dies geschieht gewöhnlich in der Weise, daß man die Photoleiterschicht einer mit photoleitendem Isoliermaterial beschichteten leitenden Unterlage gleichmäßig elektrostatisch auflädt (typischerweise nach der Koronaaufladungsmethode) und anschließend die aufgeladene Photoleiterschicht mit einem elektromagnetischen Strahlungsmuster (gewöhnlich einem sichtbaren Lichtmuster) des zu reproduzierenden Bildes belichtet. Durch das elektromagnetische Strahlungsmuster wird die Photoleiterschicht in denjenigen Bereichen, wo ihre Oberfläche bestrahlt wird, entladen, so daß auf der Photoleiters_chicht ein. dem Muster des zu reprodu-

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zierenden Bildes entsprechendes elektrostatisches Ladungsmuster entsteht.

Um das dem elektrostatischen Ladungsmuster entsprechende Bild sichtbar zu machen und zu fixieren, bringt man die Photoleiterschicht mit mikroskopisch feinen Teilchen in Berührung, die in Form eines feinen Pulvers sein können und auf irgendeine Weise mit einer elektrostatischen Ladung versehen sind, die das entgegengesetzte Vorzeichen hat wie die auf den durch die einfallende elektromagnetische Strahlung nicht (oder nur teilweise) entladenen Teilen der Photoleiterschicht zurückbleibende Ladung, so daß diese mikroskopischen Teilchen (bekannt als "Toner") am Photoleiter nur in denjenigen Bereichen haften, die eine elektrostatische Ladung aufweisen, d.h. die nicht bestrahlt worden sind.

Das dem Muster des gewünschten Bildes entsprechende Muster der Tonerteilchen wird anschließend entweder durch Erwärmen oder mit einem geeigneten Lösungsmittel unter Bildung eines permanenten Bildes auf der Photoleiterschicht fixiert, oder es wird auf eine andere Fläche, beispielsweise gewöhnliches Papier, übertragen und anschließend durch Erwärmen oder mit einem Lösungsmittel dort fixiert.

Um die Tonerteilchen auf die entsprechend dem gewünschten Muster selektiv entladene Oberfläche der Photoleiterschicht aufzubringen und um Tonerteilchen mit der gewünschten elektrostatischen Ladung, d.h. der entgegengesetzten Ladung wie auf den durch Bestrahlung entsprechend dem gewünschten Muster nicht entladenen Bereichen der Photoleiterschicht, bereitzustellen, verwendet man ein körniges Trägermaterial, gewöhnlich in Form von kleinen Perlen oder Kügelchen aus Glas, Sand oder Stahl. Der Toner, gewöhnlich ein pigmentiertes oder gefärbtes Pulver auf Harzbasis, wird mit den Trägerteilchen, -kügelchen oder -perlen vermischt, die in der triboelektrischen Reihe vom Tonermaterial entfernt sind, so daß der Toner und das körnige Trägermaterial bei gegenseitiger Wechselwirkung eine triboelektrische Ladung annehmen. Der sich ergebende triboelektrische Ladungseffekt hat zur Folge, daß die verhältnis- mäßig kleinen (typiecherweise in der Größenordnung von 0,1 bis 20iim)

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Tonerteilchen an den verhältnismäig großen (typischerweise in der Größenordnung von 350 bis 500 um) Trägerkörnern anhaften.

Wenn das Entwicklergemisch, bestehend aus Trägerkörnern mit infolge triboelektrischer Wechselwirkung anhaftenden elektroskopischen Tonerteilchen, auf die Photoleiterschicht mit dem gewünschten elektrostatischen Bild aufgesprüht, aufgegossen, aufgestrichen oder auf andere Weise mit der Photoleiterschicht in Berührung gebracht wird, werden die Tonerteilchen durch die stärkere Anziehung des latenten elektrostatischen Bildes- von den Trägerkörnern weggezogen.

Diese vom latenten elektrostatischen Bild angezogenen Tonerteilchen werden anschließend mit der Photoleiterschicht oder ander_ weitigen Fläche unter Bildung des gewünschten permanenten Bildes verschmolzen. Die Trägerkörner oder -granülen (Körnchen) werden vom latenten elektrostatischen Bild nicht angezogen und schließlich in den Entwicklervorratsbehälter zurückgeleitet.

In dem Maße, wie die Anzahl der mit dem xerographischen Kopiergerät reproduzierten Kopien zunimmt, verarmt das Entwicklergemisch an Tonerpulver, während die Trägerkörnchen nicht verbraucht werden. Folglich nimmt die Konzentration des Toners im Entwicklergemisch mit zunehmender Anzahl der erzeugten Kopien ab. Dies hat zur Folge, daß die Dichte des Abdrucks, d.h. des auf den ihre Ladung entsprechend dem latenten elektrostatischen Bild noch aufweisenden Teilen der Photoleiterschicht sich absetzenden Toners, sich verringert, so daß Kopien entstehen, die unerwünscht hell sind und eine ungleichmäßige Qualität haben.

Da die Menge des vom xerographischen Kopiergerät verbrauchten Toners nicht nur von der Anzahl der erzeugten Kopien, sondern auch vom Ausmaß der Bedruckung der einzelnen Kopien abhängt, ist es praktisch unmöglich, abzuschätzen, nach welcher Zeit und in welchen Mengen Toner zugegeben werden sollte.

Versuche, die Tonerkonzentration durch visuelle Kontrolle der Druckdichte auf den erzeugten Kopien manuell zu überwachen, haben sich als unzulänglich erwiesen, besonders bei schnei!arbeitenden

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Kopiermaschinen, wo es geschehen kann, daß eine große Anzahl von mangelhaften Kopien erzeugt werden, ehe man feststellt, daß Toner nachgefüllt werden muß.

Eine weitere Schwierigkeit, die mit der manuellen Kontrolle der Tonerkonzentration bei einem xerographischen Gerät verbunden ist, besteht darin, daß mangelhafte Kopien und eine Verschlechterung der Maschinenleistung sich auch dann ergeben können, wenn durch Zugabe übermäßiger Tonermengen die Tonerkonzentration im Entwicklergemisch zu groß wird. Andererseits kann bei ungenügender Tonerkonzentration der triboelektrische Belag auf den Entwicklerkügelchen mechanisch beschädigt werden.

Eine übermäßige Tonerkonzentration im Entwicklergemisch hat zur Folge, daß in unerwünschter Weise Toner in den Bildbereichen aufgebracht wird. Eine solche sogenannte "Grundierung" ("background") führt zu kontrastarmen Kopien mit fleckigen Bildern oder schwacher Auflösung. Eine übermäßige Tonerkonzentration hat auch zur Folge, daß Tonerpulver sich schneller auf kritischen Maschinenteilen ansammelt, so daß häufiger Filter ersetzt und diese Maschinenteile gesäubert werden müssen.

Eine zusätzliche Schwierigkeit ergibt sich daraus, daß überschüssiger Toner sich schwer aus dem Entwicklergemisch entfernen läßt, so daß bei übermäßiger Tonerzugabe gewöhnlich eine verhältnismäßig große Anzahl von mangelhaften Kopien (die dann weggeworfen werden müssen) erzeugt werden muß, um die Tonerkonzentration auf einen annehmbaren Wert zu verringern.

Man hat daher nach Wegen gesucht, um die Tonerkonzentration in einem xerographischen Entwicklergemisch automatisch zu überwachen und automatisch zu regulieren, indem von einer geeigneten motorbetätigten Austragvorrichtung Toner in das Entwicklergemisch nachgefüllt wird, wenn dies erforderlich ist.

Ein bekannter Lösungsvorschlag zum Messen der Tonerkonzentration sieht die Verwendung einer photoelektrischen Fühlanordnung vor, mit welcher der Lichtdurchgang durch die Tonerwolke gemessen wird, die im Entwicklerbehälter durch die Störungen erzeugt wird,

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die entstehen, wenn der Entwickler aus dem Behälter zwecks Beaufschlagung der Photoleiterschicht herausbefördert wird. Die Dichte der Tonerwolke und folglich der Lichtdurchtritt durch die Wolke hängt von der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch im Entwicklerbehälter ab.

Es wurde jedoch gefunden, daß die erforderlichen photoelektrischen Lichtquellen und Fühler, die notwendigerweise in optischer Verbindung mit der Tonerwolke sein müssen, dabei permanent mit Toner beschichtet werden, so daß fälschlich eine zu hohe Tonerkonzentration angezeigt wird.

Ein anderer bekannter Lösungsvorschlag zum Messen der Tonerkonzentration besteht darin, daß Probenbereiche aus Photoleitermaterial auf der Photoleiterschicht, jedoch außerhalb des gewünsch ten Bildbereiches, angebracht werden. Der oder die photoleitenden Probenbereiche werden bei in Betrieb befindlicher Maschine entsprechend einem vorbestimmten Muster aufgeladen, und auf die aufgeladenen Probenbereiche wird Toner aufgebracht, indem ein Teil des Entwicklergemische damit in Berührung gebracht wird. Sodann wird die Dichte des auf die Probenbereiche aufgebrachten Toners auf optischem oder anderweitigem Wege gemessen. Dabei wird voraus gesetzt, daß die gemessene Dichte des aufgebrachten Toners von der Konzentration des Toners im Entwickler im Entwicklerbehälter abhängt· Diese Methode hat sich jedoch als nicht zufriedenstellend erwiesen, und zwar zum Teil weil die Menge des auf das Probenmuster aufgebrachten Toners durch Änderungen in verschiedenen Betriebsparametern der Maschine beeinflußt wird und weil die ständige Belichtung des Probenbereichs zu einer Ermüdung- des dortigen Photoleitermaterials führt, die sich in einer Verringerung des PhotoleitVermögens, in einer geringeren Tonerabsetzrate bei gegebener Tonerkonzentration sowie darin auswirkt, daß eine niedrigere Tonerkonzentration angezeigt wird, als tatsächlich im Entwicklergemisch vorhanden ist.

Eine verbesserte Version der Methode des "Entwickeins" eines Probenbereichs, der elektrostatisch aufgeladen ist, arbeitet mit einem "künstlichen" elektrostatischen Ladungsmuster, das durch

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Anlegen einer Spannung zwischen benachbarte Elektroden, so daß zwischen ihnen ein elektrisches Gleichfeld entsteht, erzeugt wird (z.B. USA-Patentschrift 3 430 606). Wird ein Teil des Entwicklergentischs über die Elektroden oder über eine Isolierfläche bei den Elektroden geleitet, so setzen sich Tonerteilchen auf derjenigen Elektrode ab, die entgegengesetzt geladen ist wie die Tonerteilchen. Durch periodisches Umpolen der Spannung .zwischenden Elektr£ den werden die Tonerteilchen periodisch von der einen Elektrode abgestoßen und von der anderen angezogen. Durch Verwendung von transparenten Elektroden, die bei einem transparenten Isolator wie Glas angeordnet sind, und durch Messen der Änderung des Lichtdurchtritts durch die abgesetzte Tonerschicht kann man eine Anzeige der Tonerkonzentration erhalten. Eine solche Anordnung ist zwar brauchbar, erfordert jedoch leitende Elektroden, eine Spannungsquelle mit periodisch veränderbarer Polarität sowie verhältnismäßig aufwendige elektronische Fühl- oder Meßschaltungen.

In der USA-Patentschrift 3 610 205 ist eine weitere Methode zum Messen der Tonerkonzentration beschrieben, die jedoch auf Anordnungen, bei denen die Toner- und Trägerteilchen unterschiedliche optische Eigenschaften haben, beschränkt und nur in begrenz tem Maße anwendbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nach teile des Standes der Technik zu beheben*

Das Verfahren zum Messen der Tonerkonzentration im Entwickler eines xerographischen Kopiergerätes ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß periodisch ein Strom des Entwicklers erzeugt wird; daß dieser Entwicklerstrom auf eine Oberfläche einer Auffangplatte unter Bildung einer Tonerschicht auf mindestens einem Teil der Auffangplatte gerichtet wird; und daß die in Form der Schicht auf dem Auffangplattenteil sich absetzende Tonermenge gemessen wird.

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Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Vorratsvorrichtung, die periodisch einen Strom des Entwicklers liefert; eine Anordnung, die den Entwicklerstrom auf eine Oberfläche der Auffangplatte richtet, derart, daß Tonerteilchen von den Trägerkörnchen des Entwicklers, an denen sie elektroskopisch haften, weggetrieben und in Form einer Tonerschicht auf mindestens einem Teil der Auffangplatte abgesetzt werden und daß Toner von diesem Auffangplattenteil entfernt wird, wenn die Tonerkonzentration im Entwicklerstrom abnimmt; und durch eine Anordnung, die während derjenigen Intervalle, wo der Entwicklerstrom nicht auf die Auffangplatte auftrifft, die in Form der Tonerschicht auf dem Auffangplattenteil abgesetzte Tonermenge mißt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung im ein zelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein herkömmliches xerographisches Kopiergerät, auf das die Erfindung anwendbar ist;

Figur 2 eine schematische Veranschaulichung eines Meßverfah rens für die Tonerkonzentration gemäß dem Stand der Technik;

Figur 3 eine schematische Veranschaulichung des Erfindungsprinzips gemäß einer Ausführungsform;

Figur 4 eine schematische Veranshaulichung des Erfindungsprinzips gemäß einer anderen Ausführungsform;

Figur 5 und 6 das Wirkungsprinzip der Erfindung erläuternde Diagramme;

Figur 7 ein Diagramm, das die Wirkungsweise der bevorzugten Ausführungeform der Erfindung erläutert;

Figur 8 eine Seitenansicht des Entwicklerbehälters im Kopiergerät nach Figur 1 mit daran befestigter erfindungsgemäßer Meß-

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vorrichtung für die Tonerkonzentrationj

Figur 9 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht der Entwicklerbehälteranordnung nach Figur 8 j

Figur 10 eine im Schnitt dargestellte Vorderansicht einer Meßvorrichtung für die Tonerkonzentration gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, gesehen in der Schnittebene X-X¹ in Figur 8;

Figur 11 eine im Schnitt dargestellte Vorderansicht einer Meßvorrichtung für die Tonerkonzentration gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, gesehen in der Schnittebene X-X' in Figur 8 j

Figur 12 eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Teils der Meßvorrichtung nach Figur 11, gesehen in der Schnittebene Y-Y'; und

Figur 13 das Blockschaltschema einer Regulieranordnung für die Tonerkonzentration unter Verwendung der Meßvorrichtung nach Figur 11 und 12.

Das in Figur 1 gezeigte xerographische Kopiergerät 10, das typisch ist für den Stand der Technik, weist mehrere Behandlungsstationen auf, die um den Umfang einer drehbaren Trommel 11 angeordnet sind. Die Trommel 11 ist drehbar auf einer Welle 12 befestigt und wird während des Anfertigens von Kopien durch einen geeigneten Antriebsmotor (nicht gezeigt) ständig gedreht. Die Außenmantelfläche 13 der Trommel 11 ist mit einem verhältnismäßig harten Photoleitermaterial, beispielsweise glasigem Selen, beschichtet.

Ein Schriftstück oder Original 14 mit dem zu kopierenden Bild wird (mit der Bildseite nach unten) auf eine gebogene Transparentplatte 15 aufgelegt. Das zu kopierende Bild wird dann mit einer geeigneten Lichtquelle (nicht gezeigt) durch die Transparent platte 15 ausgeleuchtet und von einem Drehspiegel 16 abgetastet, der das Licht vom Original 14 reflektiert und durch eine Linse 17 über einen Festspiegel 18 sowie durch den Belichtungsspalt 19 auf die Photoleiterschicht 13 der sich drehenden Trommel 11 richtet.

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Die Drehung des abtastenden Drehspiegels l6 ist mit der Drehung der Trommel 11 genau synchronisiert, so daß die Lineargeschwindigkeit, mit der die Oberfläche des Originals 14 abgetastet wird, gleich der Lineargeschwindigkeit der Photoleiterschicht 13 auf dem Außenmantel der Trommel 11 ist.

Vor der Belichtung mit dem die Bildinformation enthaltenden Lichtstrahl durch den Belichtungsspalt 19 läuft die Photoleiterschicht 13 der Trommel 11 unter einem Koronaemitter oder. Korotron 20 vorbei, wo sie auf eine gleichmäßige elektrostatische Ladungsdichte aufgeladen wird.

Beim Vorbeilaufen unter dem Belichtungsspalt 19 wird die Photoleiterschicht 13 entsprechend dem Muster des Bildes auf dem zu kopierenden Original 14 selektiv entladen, so daß auf mindestens einem Teil der Photoleiterschicht 13 ein latentes elektrostatisches Bild entsteht (wobei die Größe des das latente elektrostatische Bild enthaltenden Teils der Photoleiterschicht von der Größe des zu kopierenden Originals 14 abhängt).

Beim Weiterdrehen der Trommel 11 läuft das latente elektrostatische Bild auf der Photoleiterschicht 13 in den Entwicklerbehälter 21 ein. Im unteren Teil oder "Sumpf" des Entwicklerbehälters 21 befindet sich ein körniges Entwicklergemisch 22 aus harzbeschichteten Stahlperlen und Tonerpulver. Das Material des Harzbelages ist vom Material des Tonerpulvers in der triboelektrischen Reihe entfernt.

Das Entwicklergemisch wird von einem Förderband 24 mit daran befestigten Schöpfkübeln 2ζ laufend vom Sumpf des Entwicklerbehälters nach einem Auslauf 23 an oder in der Nähe der Oberseite des Entwicklerbehälters befördert.

Beim Weiterdrehen der Trommel 11 fließt das Entwicklergemisch laufend aus der Öffnung an der Unterseite des Auslaufs 23 auf die Photoleiterschicht 13 der Trommel aus. Beim Fließen des Entwicklergemischs über die Photoleiterschicht werden Tonerteilchen von den sich bewegenden Trägerperlen oder -körnchen weggezogen, um an den aufgeladenen Bereichen der Photoleiterschicht festzuheften, so

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daß das latente elektrostatische Bild in ein entsprechendes sichtbares Bild oder Muster aus pigmentierten oder gefärbten Tonerteilchen umgewandelt wird. Das Entwicklergemisch (abzüglich der am latenten elektrostatischen Bild auf der Photoleiterschicht 13 der Trommel 11 haftenden Tonerteilchen) läuft nach dem Überfließen der Photoleiterschicht 13 in den Sumpf des Entwicklerbehälters 21 zurück.

Beim Weiterdrehen der Trommel 11 gelangt das Muster aus Toner teilchen (die elektroskopisch an den aufgeladenen Bereichen des latenten elektrostatischen Bildes auf der Photoleiterschicht 13 haften) zu einem vorbeilaufenden Papierblatt oder -streifen 26, der mit einer der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 11 gleichen Geschwindigkeit transportiert wird, so daß im wesentlichen keine Relativbewegung zwischen dem Papier 26 und dem angrenzenden Umfangsteil der Trommel 11 stattfindet. Während das Tonermuster (das dem latenten elektrostatischen Bild entspricht, das seinerseits dem Bild des Originals 14 entspricht) in Kontakt mit dem Papier 26 auf diesem läuft, zieht ein Bildübertragungs-Koronaemitter oder Korotron 27 die Tonerteilchen von der Photoleiterschicht 13 weg auf den anliegenden Teil des laufenden Papiers 26. Dadurch wird das Tonermuster auf das Papier 26 übertragen, das anschließend unter einem Heizstrahler 28 vorbeiläuft, wo das Tonermuster unter Bildung einer permanenten Kopie des Bildes des Originals 14 auf dem Papier 26 fixiert wird.

Das Papier 26 wird unter dem Heizstrahler 28 durch ein lauferi des Band 29 vorbeitransportiert.

Nach der Übertragung des Tonermusters von der Photoleiterschicht 13 der Trommel 11 auf das Papier 26 bleibt auf der Trommel oberfläche eine gewisse Restmenge an Tonerteilchen zurück. Um diese restlichen Tonerteilchen zu entfernen, wird die Photoleiterschicht 13 anschließend unter einem weiteren Koronaemitter oder Korotron 30 vorbeigeführt, der die auf der Photoleiterschicht verbliebene Restladung neutralisiert, so daß die elektrostatische Anziehung zwischen den restlichen Tonerteilchen und der Photoleiterschicht verringert oder beseitigt wird.

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Eine in einem staubdichten Gehäuse 32 untergebrachte Drehbürste 31 entfernt mechanisch die restlichen Tonerteilchen von der Photoleiterschicht 13 der Trommel 11, wobei die so weggebürsteten Tonerteilchen durch die von einer geeigneten Vakuumquelle (nicht gezeigt) mit Unterdruck beaufschlagte Leitung 33 herausgesaugt werden. Vor dem Austritt in die Atmosphäre wird die mit Toner beladene Luft durch geeignete Mittel (nicht gezeigt) gefiltert, um die Tonerteilchen zu entfernen.

Nachdem die restlichen Tonerteilchen mittels der Drehbürste 31 und der Vakuumquelle von der Photoleiterschicht 13 entfernt sind, wird die Photoleiterschicht 13 mit einer geeigneten Lichtquelle 34 bestrahlt, um eine im wesentlichen vollständige Entladung der Photoleiterschicht sicherzustellen.

Danach wird die Photoleiter schicht 13 durch das !Corotron zur Vorbereitung für den nächsten Kopiervorgang wieder gleichmäßig aufgeladen.

Der im Kopiergerät 10 verwendete Entwickler 22 kann von irgendeiner geeigneten herkömmlichen Zusammensetzung sein. Ausgezeichnete Bgebnisse wurden beispielsweise mit folgender Zusammensetzung erzielt:

Träger: Stahlperlen mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr 350 bis 500 um, beschichtet mit einem Gemisch aus einem Akryl- oder Styrolmischpolymeren und einem geeigneten triboelektrischen Aktivierungsfarbstoff wie Hansagelb, wobei der Gewichtsanteil des Kunstharzbelages ungefähr 0,3 % des Gesamtgewichte der Trägerperlen beträgt.

Toner: Ein thermoplastisches Kunstharz oder Mischpolymer auf Styrolbasis in Mischung mit einem geeigneten Pigmentfarbstoff wie Ruß.

Tonerkonzentration; Verhältnis von Toner zu Entwickler (Toner plus Träger): 0,5 Gewichtsprozent.

Damit auf dem Papier 26 Kopien mit gleichbleibender Druck-

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qualität erzeugt werden, muß die Tonerkonzentration im Entwickler 22 in einem bestimmten Bereich gehalten werden. Wie erwähnt wurden bereits verschiedene Anordnungen vorgeschlagen, um die Tonerkonzentration im Entwicklergemisch 2 2 zu messen und automatisch zusätzlichen Toner in den Sumpf des Entwicklerbehälters 21 zum Einmischen in den Entwickler 22 und Aufrechterhalten der Tonerkonzentration im gewünschten Bereich nachzufüllen. Eine derartige Anordnung ist in Figur 2 veranschaulicht.

Wie schematisch in Figur 2 dargestellt, ist eine Glasplatte 35 vorgesehen, auf der geeignet konturierte transparente Elektroden 36 und 37 angebracht sind. Mittels einer Spannungsquelle 38 wird zwischen die Elektroden 36 und 37 eine polaritätsveränderliche Gleichspannung gelegt, deren Polarität periodisch, d.h. in regelmäßigen Intervallen umgekehrt wird.

Dem Entwicklerbehälter 21 wird über eine Leitung eine Entwicklerprobe entnommen, die mittels eines Ausgusses 39 von geeigneter Form über die Glasplatte 35 und die Elektroden 3 6 und 37 geschüttet wird· Das durch die Spannungsquelle 38 zwischen den Elektroden 36 und 37 erzeugte elektrische Feld simuliert das Feld eines latenten elektrostatischen Bildes, wie es auf der Photoleiterschicht 13 der Trommel 11 im Normalbetrieb des Kopiergerätes 10 entsteht. Während der Entwickler aus dem Ausguß 39 über die Elektroden 36 und 37 fließt, werden Tonerteilchen von den Trägerkörnchen, an denen sie elektroskopisch haften, weg zu derjenigen Elektrode gezogen, die jeweils die entgegengesetzte Ladungspolarität hat wie die Tonerteilchen. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Dichte des auf der betreffenden Elektrode sich absetzenden "Bildes" sich entsprechend der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch ändert. Die dadurch sich ergebende Änderung des Lichtdurchtritts durch die transparente Glasplatte 35 und die leitenden Elektroden kann dann durch Ausleuchten mit einer Lichtquelle 40 und gleichzeitiges Überwachen des Lichtdurchtritts mittels eines Photoelements 41 gemessen werden. Die Ausgangssignale des Photoelements 41, die sich voraussetzungsgemäß entsprechend der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch ändern, können dann dazu verwendet werden, das Arbeiten einer Tonerausgabevorrichtung eo zu steuern,

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daß die Zugabe des Toners zum Entwickler 22 im Entwicklerbehälter 21 entsprechend den Erfordernissen verändert wird.

Die oben erläuterte Anordnung gemäß Figur 2 ist im einzelnen in der USA-Patentschrift 3 430 606 beschrieben.

Ein Nachteil der Anordnung nach Figur 2 liegt darin, daß transparente leitende Elektroden vorgesehen und diese mit einer Gleichspannung von periodisch wechselnder Polarität beaufschlagt werden milssen. Wenn die Polarität der angelegten Spannung nicht in regelmäßigen Intervallen verändert wird, sammelt sich Toner fortlaufend auf einer der Elektroden an, was zur Folge hat, daß fälschlich eine hohe Tonerkonzentration angezeigt wird.

Ein weiterer Nachteil der Anordnung nach Figur 2 ist das Erfordernis eines verhältnismäßig großen Schaltungsaufwands für die Verarbeitung des vom Photoelement 41 gelieferten Signals, das infolge der periodischen Umkehrung der Polarität der von der Spannungsquelle 38 erzeugten Spannung einen allgemein sägezahnförmigen Verlauf hat.

Bei der in Figur 2 gezeigten und in der USA-Patentschrift 3 430 6O6 beschriebenen Anordnung wird der Entwickler ziemlich turbulenzfrei über die Glasplatte 35 geschüttet. Wären die Elektr£ den 36 und 37 sowie die Spannungsquelle 38 nicht vorhanden, so würde sich auf der gesamten exponierten Oberfläche der Glasplatte 35 eine Tonerschicht ansammeln, deren Dicke zunimmt, bis der Lichtdurchtritt von der Lichtquelle 40 durch die Glasplatte 35 nahezu vollständig gesperrt wird. Die Anordnungnach Figur 2 wäre daher ohne die Elektroden 36 und 37 und die Spannungsquelle 38 für das Messen der Tonerkonzentration unbrauchbar.

Die USA-Patentschrift 3 610 205 beschreibt eine andere Anordnung zum Ermitteln der Tonerkonzentration im Entwickler eines xerographischen Kopiergerätes für den speziellen Fall, daß die Tonerteilchen und die Trägerteilchen unterschiedliche optische Eigenschaften haben. Wie in Figur 1 und 6 dieser USA-Patentschrift gezeigt, wird dafür gesorgt, daß das Entwicklergemisch gleichmäßig über die Innenfläche 36 eines transparenten Fensters 35 gleitet.

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Licht von einer Lichtquelle 37 tritt durch das Fenster 35 hindurch und wird vom Entwicklergemisch reflektiert. Das reflektierte Licht wird mittels des Photofühlers 40, des Verstärkers 56 und des Meßinstruments 58 gemessen.

Bei dieser Anordnung hängt, da die Toner- und die Trägerteilchen unterschiedliche optische Eigenschaften haben, die Gesamtmenge des vom Entwicklergemisch reflektierten Lichtes von den relativen Mengenanteilen oder dem Mengenverhältnis der Teilchen, d.h. von der Tonerkonzentration ab.

Damit die Anordnung nach der USA-Patentschrift 3 610 20 5 wirksam arbeitet, ist es wichtig, daß das Entwicklergemisch so Über die Innenfläche 36 des transparenten Fensters 35 gleitet, daß sich nur in minimalem Maße Toner auf der Innenfläche 36 absetzt.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann dagegen die Tonerkonzentration von Entwicklergemischen gemessen werden, bei denen die Toner- und die Trägerteilchen gleiche optische Eigenschaften haben. Bei der vorliegenden Anordnung wird aus dem Entwicklergemisch ein Strom gebildet, der auf die transparente Auffangplatte gerichtet wird und dort auftrifft, so daß sich eine Tonerschicht darauf absetzt, deren optische Durchlässigkeit ein genaues Maß für die Tonerkonzentration im Entwicklergemisch ist. Erfindungsgemäß wird der Entwicklerstrom mit einer solchen kinetischen Energie auf die Auffangplatte gerichtet, daß Tonerteilchen von den Trägerperlen oder -körnchen, an denen sie elektroskopisch haften, entfernt werden. Zum Unterschied dazu wird bei der USA-Patentschrift 3 610 205 das Entfernen von Tonerteilchen von ihren Trägejr körnchen bewußt vermieden.

Im Falle der USA-Patentschrift 3 610 20 5 wird die Tonerkonzentration dadurch gemessen, daß effektiv die relativen Mengendes von den Trägerteilchen bzw. den Tonerteilchen reflektierten Lichtes ermittelt werden. Demgegenüber wird erfindungsgemäß die Tonerkonzentration dadurch gemessen, daß die optische Durchlässigkeit einer aufgebrachten Tonerschicht gemessen wird, wobei die durch den

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optischen Strahlengang hindurchfließenden Trägerkörnchen sich auf diese Messung kaum auswirken.

Während also im Falle der USA-Patentschrift 3 610 20 5 man bestrebt ist, das Absetzen einer Tonerschicht auf der optisch zu durchleuchtenden Transparentfläche zu vermeiden, geht bei der erfindungsgemäßen Anordnung das Bestreben dahin, Tonerteilchen von den dazugehörigen Trägerkörnchen zu entfernen, um auf der transparenten Auffangplatte eine Tonerschicht zu bilden, so daß die Dichte dieser Tonerschicht entsprechend den Änderungen der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch zu- und abnimmt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Meßanordnung for die Tonerkonzentration beruht zum Teil auf der Entdeckung, daß dadurch, daß das Entwicklergemisch auf eine Auffangplatte mit angemessener kinetischer Energie und mit erheblicher Turbulenz auftrifft, auf einem Teil der Auffangplatte sich eine Tonerschicht absetzt, deren Dicke oder Dichte entsprechend der Änderung der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch zu- und abnimmt.

Das erfindungsgemäße Wirkungsprinzip wird an Hand der Figuren 3 und 4 deutlicher ersichtlich, die ein Merkmal der Tonerkonzentrations-Meßanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen.

Wie in Figur 3 gezeigt, befindet sich in einem Vorratstrichter 42 eine Entwicklergemischprobe 43 mit der selben Tonerkonzentration wie das Entwicklergemisch 22 im Entwicklerbehälter 21 (Figur l). Durch eine Öffnung 44 am Boden des Vorratstrichters 42 kann die Entwicklerprobe 43 in einer durch die Größe der Öffnung begrenzten Durchflußmenge ausfließen. Unter der Öffnung 44 befindet sich eine transparente Auffangplatte 45» auf deren Oberfläche 46 ein Strom des aus der Öffnung 44 des Vorratstrichters 42 austreten den Entwicklers auftrifft.

Im Strömungsweg des Entwicklerstroms 47 befindet sich ein Ablenkglied 48, vorzugsweise in Form einer geeignet geformten Leite£ platte. Die Ablenkplatte 48 hat den Zweck, dem Entwicklerstrom eine erhebliche Turbulenz zu erteilen und ihn auf die Oberfläche

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der transparenten Auffangplatte 45 zu richten.

Durch geeignete Wahl der Größe und Form der Öffnung 44, der Form der Ablenkplatte 48, des Neigungswinkels der Auffangplatte 45, der relativen Abstände zwischen der Öffnung 44 und dem unmittelbar darunter befindlichen Teil der Ablenkplatte 48, der Neigung der Ablenkplatte 48 und des vertikalen Abstands zwischen dem Auftreffpunkt des Entwicklerstroms 47 auf der Auffangplatte 45 und dem Teil der Ablenkplatte 48 oberhalb dieses Punktes erreicht man, daß der Entwicklerstrom 47 auf die Oberfläche 46 der Auffangplatte

45 mit einer kinetischen Energie auftrifft, die ausreicht, um Tonerteilchen von den Trägerkörnchen, an denen sie elektroskopisch haften, zu entfernen oder wegzutreiben, so daß die weggetriebenen Tonerteilchen sich auf mindestens einem Teil der Auffangplatte 45 absetzen. Zugleich reichen die kinetische Energie und die Turbulenz des Entwicklerstroms 47 aus, um Tonerteilchen von dem erwähnten Auffangplattenteil zu entfernen, wenn die Tonerkonzentration im Entwicklerstrom 47 abnimmt.

Wenn die kinetische Energie und die Turbulenz des Entwicklerstroms 47 zu gering sind, bleiben die oben erwähnten Effekte aus, und es baut sich Toner auf der Auffangplatte 45 auf, so daß fälsch lieh eine hohe Tonerkonzentration angezeigt wird. Ist die kinetische Energie des auf die Auffangplatte 45 auftreffenden Entwicklerstroms 47 zu groß, so wird der triboelektrische Kunstharzbelag auf den Trägerkörnchen beschädigt, und die Gleichmäßigkeit der sich absetzenden Tonerschicht wird durch Verspritzeffekte gestört.

Es hat sich als unmöglich erwiesen, den erforderlichen Bereich der kinetischen Energie und der Turbulenz des Entwicklerstroms in spezifischen Kenngrößen anzugeben und festzulegen, da es schwierig, wenn nicht unmöglich ist, diese Größen zumessen. Man geht daher in der Praxis so vor, daß man die in Figur 3 schematisch gezeigte Vorrichtung zusammenbaut und die Neigung der Ablenkplatte 48 solange verändert, bis die sich auf einem Teil der Oberfläche

46 der Auffangplatte 45 absetzende Tonerschicht die gewünschte Zunahme und Abnahme der Dicke oder Dichte mit zunehmender oder abnehmender Tonerkonzentration in der Entwicklerprobe 43 zeigt. Um

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die als Schicht auf einem Teil der Auffangplatte 45 abgesetzte Tonermenge zu messen, ordnet man ein photoelektrisches System mit einer Lichtquelle 49 und einem Photoelement 50 so an, daß das von der Lichtquelle 49 zum Photoelement 50 übertragene Licht durch dein jenigen Teil der Auffangplatte 45 hindurchtritt, auf dem sich eine Tonerschicht absetzt, deren Dicke oder Dichte mit der Zunahme oder Abnahme der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch zu- bzw. abnimmt. Das durch diesen Teil der Auffangplatte hindurchtretende Licht wird vom Photoelement 50 wahrgenommen und in ein elektrisches Ausgangssignal umgesetzt, das dazu verwendet wird, durch Steuern eines Motors eine Toneraustragvorrichtung so zu steuern, daß Toner in den Sumpf des Entwicklerbehälters 21 ausgetragen wird, wenn die Tonerkonzentration im Entwickler zu niedrig ist.

Vorzugsweise ist die Ablenkplatte 48 elektrisch leitend und geerdet, um eine unerwünschte elektrostatische Wechselwirkung mit dem Entwicklergemisch zu vermeiden. Geeignete Werkstoffe für die Ablenkplatte 48 sind Stahl sowie Aluminium.

Die Auffangplatte 45 kann zwar aus einem geeigneten transparenten Isoliermaterial wie Glas bestehen, muß jedoch nicht unbedingt transparent sein, vorausgesetzt, daß ein geeignetes Verfahren (beispielsweise unter Verwendung einer Kapazitätsmeßanordnung) angewendet wird, um die in Schichtform auf einem Teil der Auffangplatte 45 abgesetzte Tonermenge zu messen. Bei Verwendung einer leitenden Auffangfläche für den Tonerstrom 47 an Stelle der elektrisch isolierenden Fläche wurden keine nachteiligen Wirkungen festgestellt.

Um genaue Meßwerte für die Tonerkonzentration, entsprechend der Lichtabschwächung durch die abgesetzte Tonerschicht, zu erhalten, ist es sehr erwünscht, daß die Lichtquelle 49 konstante Intensitäthat und daß das photoelektrische System (mit der Lichtquelle 49 und dem Photoelement 50) so angeordnet ist, daß sich auf den Oberflächen der Lichtquelle und des Photoelements kein Toner ansammelt, da eine solche Toneransammlung zur Folge haben würde, daß fälschlich eine hohe Tonerkonzentration angezeigt wird.

Mit einer Anordnung der in Figur 3 schematisch veranschau-

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-leuchten allgemeinen Art wurde ein dynamischer Bereich der Lichtintensität in der Größenordnung von 90:1 erzielt. Das heißt, die beobachteten Änderungen des Ausgangssignals des Photoelements 50 umfaßten einen Bereich von 90:1 für Änderungen der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch 43 von einem verhältnismäßig niedrigen (0,4 Gewichtsprozent) auf einen verhältnismäßig hohen (0,75 Gewichtsprozent) Wert. Bei einem solchen dynamischen Bereich können Schwankungen der Lichtintensität der Lichtquelle 49 in der Größenordnung von + 10 % in Kauf genommen werden, ohne daß das Leistung^ vermögen der Konzentrationsmeßanordnung nennenswert beeinträchtigt wird.

In Fällen, wo eine sehr hohe Meßgenauigkeit gewünscht wird oder wo erhebliche Netzspannungsschwankungen zu erwarten sind, kann man die Intensität des von der Lichtquelle 49 erzeugten Lichtes dadurch konstant halten, daß man entweder die Lichtquelle aus einer geregelten Spannungsversorgungsquelle speist oder ein zusätzliches Photoelement in Verbindung mit einer rückgekoppelten Regelschleife verwendet, um die Lichtintensität der Lichtquelle laufend zu überwachen und mit Hilfe eines rückgekoppelten Fehlersignals auf den gewünschten Wert einzuregeln.

Stattdessen kann man in Fällen, wo die Auswirkung von Schwankungen der Lichtintensität der Lichtquelle 49 nur minimal sein sollen, auch die Anordnung nach Figur 4 verwenden.

Die schematisch in Figur 4 veranschaulichte Anordnung ist in ihrer Wirkungsweise der Anordnung nach Figur 3 allgemein ähnlich, und in Figur 3 und 4 sind gleiche oder einander entsprechende Teile jeweils mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet.

Bei der Anordnung nach Figur 4 wird, wie bei der Anordnung nach Figur 3_f auf der Oberfläche 46 der transparenten Auffangplatte 45 eine Tonerschicht abgesetzt, deren Dicke oder Dichte sich entsprechend der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch 43 ändert. Dagegen weicht die Anordnung zum Wahrnehmen der Lichtabschwächung durch die Tonerschicht insofern von der nach Figur 3 ab, als zusätzliche Elemente vorgesehen sind, und zwar ein Lichtstrahlteiler

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oder -Spalter 51» ein zweites Photoelement 52 und eine Vergleicherschaltung 53. Der Lichtstrahlspalter 51» der ein halbversilberter Spiegel oder ein anderweitiges herkömmliches optisches Element sein kann, zerteilt den Lichtstrahl von der Lichtquelle in zwei Teile, deren einer durch die transparente Auffangplatte 45 und deren anderer auf das Photoelement 52 gerichtet wird. Vorzugsweise wird das Licht von der Lichtquelle 49 durch den Lichtstrahlspalter 51 in ungleiche Teile zerteilt, wobei der Teil der größten Intensität auf die transparente Auffangplatte 45 gerichtet wird.

Die von den Photoelementen 50 und 52 in den Leitungen 54 bzw. 55 erzeugten Ausgangssignale werden in der Vergleicherschaltung 53 vereinigt, die aus einer Brückenschaltung von der in Figur 6 der genannten USA-Patentschrift 3 430 606 gezeigten allgemeinen Art bestehen oder einen Differenzverstärker enthalten kann, der ein der Differenz zwischen den Signalen in den Leitungen 54 und 55 proportionales Ausgangssignal liefert. Die Vergleicherschaltung 53 enthält außerdem eine Schaltungsanordnung, die das die Tonerkonzentration anzeigende abgeleitete Signal mit einem die Sollkonzentration des Toners anzeigenden Bezugssignal vergleicht und in der Leitung 56 ein Regelsignal erzeugt, mit dem ein Tonerfördermotor fUr eine an den Entwicklerbehälter 21 angeschlossene Toneraustragvorrichtung im Sinne der erforderlichen Toneraustragrate in den Entwicklerbehälter 21 gesteuert wird.

Bei der Anordnung nach Figur 4 wirken sich Intensitätsschwankungen der Lichtquelle 49 auf die Signale in beiden Leitungen 54 und 55 so aus, daß die Schwankungseffekte durch die Vergleicherschaltung 53 im wesentlichen wegkompensiert werden.

Bei der Anordnung nach Figur 3 und 4 wurde beobachtet, daß, wenn eine anfänglich saubere (von Toner freie) Auffangplatte 45 mit einem Entwicklerstrom 47 beaufschlagt wird, die Absetzgeschwindigkeit einer Tonerschicht auf der Oberfläche 46 der Auffang platte 45 anfänglich ziemlich schnell ist, dann abnimmt und sich schließlich stabilisiert, so daß sich eine im wesentlichen konstante Lichtabschwächung durch die Tonerschicht ergibt (wobei diese Lichtabschwächung im wesentlichen konstant bleibt, obwohl der

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Entwicklerstrom 47 weiter über die Oberfläche 46 der Auffangplatte 45 fließt)J dabei entspricht der stabilisierte Lichtabschwächungswert der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch 43 und im Entwicklerstrom 47·

Dies ist in Figur 5 veranschaulicht, welche die Änderung der Lichtabschwächung durch die auf dem Teil der Auffangplatte 45 im Strahlengang von der Lichtquelle 49 zum Photoelement 50 befindliche Tonerschicht, entsprechend dem Ausgangssignal des Photoelements, wiedergibt. Figur 5 gibt die Änderung der Lichtabschwächung als Funktion der Zeit für den Fall wieder, daß der Entwicklerstrom 47 auf eine anfänglich saubere Auffangplatte 45 auftrifft. Die Kurven A, B und C entsprechen den Resultaten, die für Entwicklerströme mit relativ hoher, mäßiger bzw, niedriger Tonerkonzentration erhalten wurden.

Man sieht aus Figur 5> daß die Zuwachsgeschwindigkeit der Lichtabschwächung anfänglich bis zum Zeitpunkt T₁ (typischerweise über einen Zeitraum von ungefähr 3 bis 10 Sekunden bei einer Entwicklerdurchflußmenge von ungefähr 2 bis 7 g/sec) hoch ist, danach abnimmt und schließlich sich einem stabilen Gleichgewichtswert zum Zeitpunkt T (typischerweise ungefähr 1 bis 3 Minuten bei der genannten Entwicklerdurchflußmenge) annähert. Der Wert der Lichtabschwächung (und damit der Dicke oder Dichte der abgesetzten Tonerschicht), der zum Zeitpunkt T₁ erreicht wird, beträgt typischerweise ungefähr l/2 des Endwertes, bei dem sich die Lichtabschwächung zum Zeitpunkt T stabilisiert.

Figur 6 gibt ähnliche Kurven wie in Figur 5 für den Fall wieder, daß der Entwicklerstrom 47 auf eine Auffangplatte 45 auftrifft, die anfänglich ziemlich "schmutzig", d.h. stark mit Toner beschichtet ist. Die gemessene Lichtabschwächung (und damit die Dicke oder Dichte der abgesetzten Tonerschicht) steigt in einem anfänglichen Zeitintervall T₁' sehr rasch an; dann verringert sich die Abnahmegeschwindigkeit der Lichtabschwächung, und schließlich stabilisiert sich die Lichtabschwächung zum Zeitpunkt T ' auf Werten, die im wesentlichen denen in Figur 5 für die entsprechenden Tonerkonzentrationen im Entwicklerstrom 47 entsprechen. Die

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Kurven A, B und C in Figur 6 entsprechen den gleichen Tonerkonzentrationen im Entwicklers-brom 47 wie die entsprechenden Kurven A, B und C in Figur 5·

Somit zeigen die Kurven in Figur 5 und 6, daß bei einer gegebenen Tonerkonzentration im Entwicklerstrom 47 die Lichtabschwächung durch die abgesetzte Tonerschicht, gemessen durch das Photoelement 50, sich auf einem im wesentlichen konstanten Wert stabilisiert, der relativ unabhängig von derjenigen Tonermenge ist, die anfangs auf der Auffangplatte 45 vor der Beaufschlagung mit dem Entwioklerstrom 47 vorhanden ist. Allgemein gesagt wurde gefunden, daß der Wert, auf dem sich die gemessene Lichtabschwächung stabilisiert, in jedem Fall ein genaues Maß für die Tonerkonzentration ist.

Die Gründe für die im Zusammenhang mit Figur 3 bis 6 erörterten Phänomene sind zwar nicht völlig klar, jedoch wird angenommen, daß der Entwicklerstrom 47 laufend Tonerteilchen auf der Auffangplatte 45 absetzt und Tonerteilchen von der Auffangplatte "wegwäscht'¹, so daß sich ein dynamisches Gleichgewicht bei einer Tone£ schichtdicke oder -dichte entsprechend der Tonerkonzentration im Entwicklerstrom 47 einstellt. Es wurde gefunden, daß, wenn der Entwicklerstrom 47 die Oberfläche 46 der Auffangplatte 45 im wesentlichen turbulenzfrei überströmt (wie bei der Anordnung nach Figur 3 der genannten USA-Patentschrift 3 430 606), Kurven erhalten werden, die denen nach Figur 5 allgemein ähnlich sind (jedoch in der Form davon etwas abweichen), während jedoch der durch die Kurven nach Figur 6 veranschaulichte "Säuberungseffekt¹¹ nicht auftritt. Sieht man dagegen ein Ablenkglied 48 von geeigneter Form vor, und wählt man die Abstände zwischen den verschiedenen in Figur 3 gezeigten Elementen sowie deren Orientierungen, wie oben beschrieben, so, daß dem Entwicklerstrom 47 eine ausreichende kinetische Energie und Turbulenz erteilt wird, so erhält man die in Figur 5 und 6 wiedergegebenen Kurven. Es wurde gefunden, daß bei einer solchen Anordnung der stabilisierte Wert der Lichtabschwächung, gemessen durch das Photoelement 50, im Anstieg und Abstieg genau mit der Tonerkonzentration im Entwicklerstrom 47 "gleichläuft".

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Eine praktische Schwierigkeit, die sich ergibt, wenn man mit der Anordnung nach Figur 3 und 4 eine hohe Leistung erzielen will, und die auch bei der Anordnung nach der USA-Patentschrift 3 430 auftritt, ergibt sich daraus, daß der Entwicklerstrom, der opake Trägerkörnchen sowie Tonerteilchen enthält, ununterbrochen am photoelektrischen Abfühlsystem vorbeifließt, wodurch unerwünschte Hintergrundstörungen entstehen.

Es wurde ein Experiment unternommen, bei dem der Fluß des Entwicklerstroms 47 periodisch unterbrochen und die Lichtabschwächung durch die abgesetzte Tonerschicht lediglich während derjenigen Intervalle gemessen wurde, wo kein Entwickler Über die Oberfläche 46 der Auffangplatte 45 floß. Das Resultat, das dabei erhalten wurde und durch die Kurven nach Figur 7 veranschaulicht ist, war ziemlich unerwartet und überraschend.

Die verschiedenen Kurven in Figur 7a-7d sind auf eine gemeinsame Zeitbasis bezogen und vertikal ausgerichtet.

Figur 7a veranschaulicht die periodische Ein- und Ausschaltung des Entwicklerstroms 47. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das

Einschaltintervall t . mit ungefähr 1 bis 3 Sekunden und das Ausein

schaltintervall t mit ungefähr 3 bis 7 Sekunden zu bemessen, so

aus *

daß die gesamte Periode t zwischen einem und dem nächsten Ein-

per

satz des Entwicklerstromflusses ungefähr 4 bis 10 Sekunden beträgt.

Figur 7b gibt die normalerweise zu erwartende zeitliche Änderung der gemessenen Lichtabschwächung (verursacht durch die abgesetzte Tonerschicht auf der Auffangplatte 45) bei periodischer Unterbrechung des Flusses des Entwicklerstroms 47 entsprechend Figur 7a wieder. Die Kurven in Figur 7b entsprechen denen in Figur 5 für den Fall, daß der Fluß des Entwicklerstroms 47 stetig ist, bei im wesentlichen den gleichen Entwicklerdurchflußmengen.

Wie in Figur 7b gezeigt, würde man normalerweise erwarten, daß die Lichtabschwächung in den aufeinanderfolgenden Intervallen des Entwicklerflusses jeweils um kleine Beträge ansteigt und in den Zwischenintervallen, wo kein Entwickler auf die Oberfläche 46 der Auffangplatte 45 auftrifft, konstant bleibt. Ferner würde man

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erwarten, daß die Lichtabschwächung sich schließlich auf einem Wert stabilisiert, der im wesentlichen gleich dem in Figur 5 ist.

Stattdessen weichen überraschenderweise die tatsächlich erhaltenen Lichtabschwächungskurven, wie in Figur 7c gezeigt, deutlich von den theoretischen Kurven nach Figur 7b ab. Die ausgezogenen Kurven in Figur 7c gelten für den Fall, daß ein Entwicklerstrom 47 periodisch auf eine anfänglich "saubere" Auffangplatte 45 auftrifft, während die gestrichelten Kurven für den Fall gelten, daß der Entwicklerstrom 47 periodisch auf eine anfänglich "schmutzige" Auffangplatte 45 auftrifft. Die Kurven A, B und C in Figur 7c entsprechen Entwicklerströmen mit Tonerkonzentrationen, die den Werten für die entsprechenden Kurven in Figur 5» 6 und 7b gleich sind.

Wie man aus Figur 7c sieht, steigt die gemessene Lichtabschwächung, statt sich allmählich auf den durch die entsprechende Kurve in Figur 5 oder 6 für den Fall eines ununterbrochenen Entwicklerstroms dargestellten Wert zu erheben, sehr schnell an und stabilisiert sich auf einem Wert, der etwas unterhalb des Stabilisierungswertes bei Verwendung eines ununterbrochenen Entwicklerstroms liegt. Während um der Einfachheit willen bei den Kurven in Figur 7c die Stabilisierung der gemessenen Lichtabschwächung in ein Zeitintervall bis zum Zeitpunkt T gelegt ist, das einem ein-

el

zigen Entwicklerflußintervall entspricht (siehe Figur 7a)> wurde in der Praxis gefunden, daß bei Entwicklerflußintervallen von ungefähr 1 bis 3 Sekunden, einer Durchflußmenge von ungefähr 2 bis 7 g/sec (typischerweise 3 g/sec) und einer vollen Periode von ungefähr 4 bis 10 Sekunden mehrere Entwicklerflußintervalle erforde£_> lieh sind, bis die gemessene Lichtabschwächung sich stabilisiert, wobei die Stabilisierungszeit T bei den genannten Parametern ungefähr 15 bis 20 Sekunden beträgt.

Es hat sich also erwiesen, daß bei intermittierendem Entwicklerfluß, entsprechend Figur 7a bis 7c, eine stabilisierte Lichtabschwächungsanzeige, die eine genaue Anzeige der Tonerkonzeri tration im Entwicklerstrom ergibt, (ausgehend von einer sehr sauberen oder einer sehr schmutzigen Auffangplatte 45) in weit kürze-

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rer Zeit (15 bis 20 Sekunden) erhalten werden kann, als bei Verwendung eines ununterbrochenen Entwicklerstroms erforderlich ist (l bis 3 Minuten). In Wirklichkeit ist die Leistung, die mit der Anordnung mit intermittierendem Entwicklerfluß erzielt wird, sogar noch besser, als aus den oben genannten Figuren hervorgeht, da in der Praxis die Tonerkonzentration im Entwicklerstrom sich verhältnismäßig langsam ändert, so daß die Meßanordnung mit intermittierendem Entwicklerfluß ein sehr schnelles Ansprechen im normalen Gerätebetrieb ergibt.

Ein weiterer Vorteil der Meßanordnung mit intermittierendem Entwicklerfluß liegt darin, daß die Lichtabschwächung gewünschtenfalls lediglich während derjenigen Intervalle gemessen werden kann, wo kein Entwickler auf die Auffangplatte fließt, so daß die störenden Hintergrundstöreffekte entfallen, die dadurch entstehen, daß der Lichtstrahl durch die Trägerkörnchen des Entwicklers unterbrochen wird.

Figur 7d veranschaulicht die Art und Weise, wie die Lichtabschwächung gemessen wird, wobei die Meßintervalle 57 jeweils in den Zwischenintervallen zwischen den Entwicklerflußintervallen liegen (siehe Figur 7a, die vertikal auf Figur 7d ausgerichtet ist). Es wurde gefunden, daß anfängliche Übergänge im Entwicklerfluß beim Einschalten des Kopiergerätes 10 sowie infolge von anfänglichen Störungen im Entwicklerbehälter 21 fälschliche Lichtabschwächungsmessungen während einer Anlaufzeit von einigen Sekunden nach dem Einschalten des Kopiergerätes 10 und dem Anfahren der Trommel 11 und des Entwicklerförderbandes 24 ergeben. Die Messung der Lichtabschwächung wird daher, wie in Figur 7d gezeigt, für eine Anlaufzeit D von typischerweise ungefähr 3 Sekunden unter bunden.

Figur 8 zeigt eine auf den oben beschriebenen Prinzipien beruhende praktische Anordnung zum Messen und Regulieren der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch im Sumpf des Entwicklerbehälters 21 (Figur 1).

Wie in Figur 8 gezeigt, ist am Entwicklerbehälter 21 eine

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Toneraustragvorrichtung 58 befestigt, in der eine durch einen Austragmotor 60 drehbare Welle 59 angeordnet ist. An der Welle 59 im Inneren des Gehäuses der Toneraustragvorrichtung 58 sind mehrere Finger für die Übergabe von Toner aus der Austragvorrichtung 58 in den Sumpf des Entwicklerbehälters 21 sowie ein Nocken befestigt, der einen Rührer antreibt, der dafür sorgt, daß bei Drehung der Welle 59 durch den Austragmotor 60 Toner von der Austragvorrichtung 58 zum Sumpf des Entwicklerbehälters 21 übertragen werden kann. Die vorerwähnten Bauteile der Austragvorrichtung 58 sind in Figur 8 nicht im einzelnen gezeigt.

An der Seitenwand des Entwicklerbehälters 21 ist mittels eines Halters 6l eine Analysiervorrichtung 62 für die Tonerkonzen7 tration mit den schematisch in Figur 3 und 4 angedeuteten Teilen befestigt.

Der Entwickler, dessen Tonerkonzentration analysiert oder gemessen werden soll, wird über eine Leitung 63 vom Auslauf des Entwicklerbehälters 21 zur Analysiervorrichtung 62 geleitet, und diese Entwicklerprobe wird über die Rückleitung 64 zum Sumpf des Entwicklerbehälters 21 zurückgeleitet. Die Analysiervorrichtung 62 und die Leitungen 63 und 64 sind so angeordnet, daß der Entwickler unter dem Einfluß der Schwerkraft hindurchläuft, so daß für die Herstellung des gewünschten Entwicklerflusses durch die Analysiervorrichtung 62 keine zusätzlichen aktiven Elemente erforderlich sind.

Wie in Figur 9 gezeigt, hat die Rohrleitung 63 ein offenes oberes Ende 65, das im Auslauf 23 unter dem normalen Entwicklerpegel angeordnet ist. Das Rohr 63 ist so groß bemessen, daß der Entwickler verläßlich und verstopfungsfrei hindurchfließen kann, während es andererseits so klein bemessen ist, daß der normale Betrieb des Kopiergerätes 10 dadurch nicht gestört oder beeinträchtigt wird.

Die Analysiervorrichtung 62 nach Figur 8 und 9 kann mit Dauerdurchfluß arbeiten, wie in Figur 10 gezeigt. Sie hat ein metallisches Gehäuse 66, vorzugsweise aus Aluminium, mit einer oberen

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Öffnung 103, durch die der Entwickler aus dem Rohr 63 unter Bildung einer Vorratsprobe 43 im Probenvorratstrichter 42a einfließt.
Durch eine untere Öffnung 74 fließt der Entwickler aus der Analysiervorrichtung 62 aus und durch das Leitungsrohr 64 zurück zum
Sumpf des Entwicklerbehälters 21. Der Probenvorratstrichter 42a
besteht vorzugsweise aus Aluminium, ist allgemein pyramidenförmig oder konisch im Querschnitt und ist mit seinem oberen Rand an der Innenwand des Gehäuses 66 befestigt.

Die Entwicklerprobe 43 fließt durch eine Austrittsöffnung 44 am Boden des Probenvorratstrichters 42a aus und wird vom Entwicklerstrom-Ablenkglied 48a abgelenkt, das vorzugsweise elektrisch
leitend ist und aus einem geeigneten Metall wie Stahl oder Aluminium besteht.

Die Austrittsöffnung 44 ist vorzugsweise rechteckig im Querschnitt mit Abmessungen von 3,17 x 6,35 "X" (I/8 x l/4 Zoll). Das
Ablenkglied oder -teil 48a hat vorzugsweise die Form eines umgekehrten V mit Scheitel direkt unter der Austrittsöffnung 44 im
Vertikalabstand von 4,76 mm (3/16 Zoll) von der Austrittsöffnung. Der Winkel d, den die Außenfläche des Ablenkteils 48a mit der Vertikalen bildet, beträgt vorzugsweise ungefähr 30°.

Die Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 44 ist vorzugsweise klein gegenüber der des Leitungsrohre 63, so daß sich im
Probenvorratstrichter 42a eine Entwicklerprobe ansammeln kann und der Ausfluß des Entwicklers aus dem Probenvorratstrichter 42a
durch die Größe der Austrittsöffnung 44 begrenzt ist.

Unter und neben dem Ablenkteil 48a (dasmit seinen beiden Enden am Gehäuse 66 befestigt und elektrisch geerdet ist) befinden sich zwei Prallplatten 67 und 68 mit je einem schrägen Oberteil und
einem senkrechten Unterteil.

Vorzugsweise sind die schrägen Oberteile der Prallplatten 67 und 68 so angeordnet, daß die Normalen auf die Schrägflächen mit
der Vertikalen einen Winkel von 30 bis 75 , vorzugsweise 60 , bilden. Dies ist der gleiche Winkel wie der Winkel c, den die oberen Schrägteile der Prallplatten mit der Horizontalen bilden.

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Die senkrecht angeordneten Unterteile der Prallplatten 67 und 68 sind im dichten Abstand voneinander angeordnet, so daß sie zwischen sich einen Kanal bilden, der mit dem Rückleitungsrohr 64 in Verbindung steht. Zwischen den senkrechten Unterteilen der Prallplatten 67 und 68 ist ein zusätzliches Prallteil (in Figur nicht gezeigt) angeordnet, das in Richtung senkrecht zur Zeichenebene schräg verläuft und zusatnmenbnit den senkrechten Unterteilen der Prallplatten 67 und 68 einen Trichter bildet, durch den der aus der Austrittsöffnung 44 auslaufende Entwickler in das Rückleitungsrohr 64 geleitet wird.

In den schrägen Oberteilen der Prallplatten 67 und 68 dicht beim Übergang zu den senkrechten Unterteilen ist je eine Öffnung 69 bzw. 70 vorgesehen. Auf diesen Öffnungen 69 und 70 sind transparente Auffangplatten 45a bzw. 45b, vorzugsweise aus Glas, befestigt.

Die Prallplatten 67 und 68 sind im wesentlichen staubdicht am Gehäuse 66 befestigt, und die Auf f angplatben 45a und 45b sind in gleicher Weise an den Prallplatten befestigt, so daß die Prallplatte 67 und die Auffangplatte 45a zusammen mit dem angrenzenden Teil des Gehäuses 66 ein staubdichtes Gehäuseabteil 71 bilden, während die Prallplatte 68 und die Auffangplatte 45b zusammen mit dem angrenzenden Teil des Gehäuses 66 ein zweites staubdichtes Gehäuseabteil 72 bildet.

Im Gehäuseabteil 71 ist eine Lichtquelle 49a, beispielsweise eine Glühlampe oder eine lichtemittierende Halbleiterdiode, so angeordnet, daß sie einen Lichtstrahl durch die Öffnung 69, die Auffangplatten 45a und 45b und die Öffnung 70 zum Photoelement 50a schickt, wobei die Lichtintensität sich entsprechend der Tonermenge ändert, die in Form einer Schicht auf denjenigen Teilen der Auffangplatten 45a und 45b abgesetzt ist, die sich im Strahlengang des Lichtstrahls befinden.

Das Photoelement 50a, das beispielsweise ein Phototransistor sein kann, ist an einem Isolierblock 73 befestigt, der seinerseits am oberen Schrägteil der Prallplatte 68 bei der Öffnung 70 befestigt ist. Der Isolierblock 73 hat ein Loch, durch das Licht von

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der Lichtquelle 49a zum Phototransistor oder anderweitigen Photoelement 50a hindurchtreten kann.

Im Betrieb wird, wenn sich Entwickler im Auslauf 23 des Entwicklerbehälters 21 befindet, eine Probe des Entwicklers durch das Zuleitungsrohr 63 in den Probenvorratstrichter 42a befördert. Die Entwicklerprobe 43 fließt am Boden des Probenvorratstrichters 42a durch die Austrittsöffnung 44 mit einer Durchflußmenge aus, die hauptsächlich durch die Größe der Austrittsöffnung bestimmt ist.

Der durch die Austrittsöffnung 44 ausfließende Entwicklerstrom trifft auf das Ablenkteil 48a auf, das dem Entwicklerstrom eine erhebliche Turbulenz erteilt und ihn in zwei Teilströme aufteilt. Jeder der vom Ablenkteil 48a gebildeten Teilströme trifft auf die entsprechende der Auffangplatten 45a und 45b auf. Vorzugsweise beträgt der vertikale Abstand zwischen der jeweiligen Auftreffstelle auf der Auffangplatte und der Stelle des Ablenkteils 48a über der Auftreffstelle ungefähr 6,35 mm (0,25 Zoll).

Beim Auftreffen der Entwicklerteilströme und bei ihrem Hießen über die Auffangplatten 45a und 45b nimmt die Menge des sich absetzenden Toners entsprechend den Änderungen der Tonerkonzentration in den Teilströmen zu oder ab, wobei diese Konzentration im wesentlichen gleich der Tonerkonzentration in der Entwicklerprobe 43, im Entwickler im Auslauf 23 und im Entwickler 22 im Sumpf des Entwicklerbehälters 21 ist.

Das am Ausgang 54 des Phototransistors oder anderweitigen Photoelements erzeugte Signal ändert sich daher entsprechend den Änderungen der Tonerkonzentration im Sumpf des Entwicklerbehälters 21.

Da die Analysiervorrichtung 62 eine Meßanzeige der Tonerkonzentration im aus der Austrittsöffnung 44 austretenden Entwicklerstrom liefert, kann sich bei vollem oder nahezu vollem Probenvorratstrichter 42a eine erhebliche Verzögerung ergeben, ehe die Analysiervorrichtung 62 eine Änderung der Tonerkonzentration in dem durch das Einlaufrohr 63 in den Tonervorratstrichter 42a einfließenden Entwickler anzeigt. Um diese Verzögerung zu verringern,

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kann man eine geeignete Umgehungsleitung (in Figur 10 nicht gezeigt) vorsehen, durch die laufend ein Teil des Entwicklers 43 aus dem unteren Teil des Probenvorratstrichters 42a abgezweigt und direkt zum Sumpf des Entwicklerbehälters 21 ζurUckgeleitet wird, ohne über die Auffangplatten 45a und 45b zu fließen.

In Figur 11 und 12 ist eine andere Ausführungsform der Analysiervorrichtung fUr die Tonerkonzentration gezeigt, die mit periodisch unterbrochenem Entwicklerfluß entsprechend den im Zusammenhang mit Figur 7 erläuterten Prinzipien arbeitet.

Wie in Figur 11 gezeigt, befindet sich im oberen Gehäuseteil der Analysiervorrichtung 62a ein Entwicklerproben-Einlaßventil mit einem Ventilkörper 76, der am Gehäuse 66a der Analysiervorrich tung 62a befestigt ist (und einen Teil des Gehäuses bildet), einem an einer Welle 78 drehbar befestigten Drehflügel 77, einem die Welle 78 ständig drehenden Ventilantriebsmotor 79, einem Ventileinstellschalter 80 mit einem Schalterelement 8l und einem auf der Welle 78 befestigten Nocken 82 zum Erzeugen eines der Winkellage des Drehflügels 77 entsprechenden Steuersignals, das diejenigen Zeiten anzeigt, wo der Drehflügel 77 eine solche Winkellage einnimmt, daß durch die Austrittsöffnungen 44a kein Entwickler ausfließen kann.

Der Ventilkörper 76 hat eine zylindrische Kammer 83, in welcher der Drehflügel 77 sich dreht. Entwickler aus dem Zuleitung^ rohr 63 tritt in die Kammer 83 durch eine damit in Verbindung stehende Öffnung 103 im Ventilkörper 76 ein.

Während derjenigen Zeitintervalle, wo der Drehflügel 77 eine solche Lage hat, daß Entwickler durch die Austrittsöffnungen 44a ausfließen kann, werden die aus den Austrittsöffnungen 44a austretenden Entwicklerströme durch die geneigt angeordnete Ablenkplatte 48b (die vorzugsweise elektrisch leitend und geerdet ist sowie vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium besteht) auf die Oberfläche der gläsernen Auffangplatten 45a und 45b abgelenkt.

Die Anordnung und Wirkungsweise der übrigen Teile der Analysiervorrichtung 62a ist die gleiche wie bei der Analysiervorrich-

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tung 62 nach Figur 10, wobei einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Die Welle 78, an welcher der Drehflügel 77 und der Nocken 82 befestigt sind, reicht durch eine Öffnung, in der ein Wellenlager 84 angeordnet ist, in die Ventilkammer 83 hinein. Das vom Ventilantriebsmotor 79 entfernte Ende der Welle 78 ist in einem Längsdrucklager 85 gelagert.

Die Austrittsöffnungen 44a stehen mit der Ventilkammer 83 über Löcher 86 (Figur 12) im Ventilkörper 76 in Verbindung.

Ein Umgehungsrohr 87 steht mit der Ventilkammer 83 durch ein Loch 88 im Ventilkörper in Verbindung und ist mit seinem unteren Ende nahe beim oberen Ende des durch die senkrechten Unterteile der Prallplatten 67 und 68 gebildeten Kanals angeordnet. Der Innen durchmesser des Umgehungsrohrs 87 und die Größe des Loches 88 sind so gewählt, daß laufend ein Teil des Entwicklers in der Ventilkammer 83 abgeleitet wird, um sicherzustellen, daß die aus den Austrittsöffnungen 44a austretenden und durch die Ablenkplatte 48b auf die Auffangplatten 45a und 45b abgelenkten Entwicklerströme stets eine aktuelle Probe des Entwicklers 22 im Sumpf des Entwicklerbehälters 21 darstellen, d.h. daß die Tonerkonzentration in den auf die Auffangplatten auftreffenden Entwicklerströmen im wesentlichen die gleiche ist wie die Tonerkonzentration des Entwicklers im Sumpf des Entwicklerbehälters 21.

Wie man in Figur 12 sieht, ist die schräg angeordnete Ablenkplatte 48b mit ihrem oberen Ende mittels Schrauben 89 am Ventilkörper 76 befestigt. Die Ablenkplatte 48b kann abgebogen oder abgeknickt sein, so daß sich ihr Neigungswinkel und damit die Verwirbelung der durch sie abgelenkten Entwicklerströme ändert, so daß sich die richtige Änderung der Dicke oder Dichte der abgesetzten Tonerschicht auf den Auffangplatten 45a und 45b mit Zunahme oder Abnahme der Tonerkonzentration in den Entwicklerströmen ergibt.

Wie in Figur 12 gezeigt, besteht das sich drehende Ventil- element aus dem Drehflügel 77, der vorzugsweise aus Stahl besteht,

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und einer daran befestigten Polyuräthan-Schaumstoffmasse 90. Die Breite des Drehflügels 77 ist ausreichend kleiner als der Durchmesser der Ventilkammer 83, so daß sich keine Trägerkörnchen des Entwicklers zwischen den Rändern des Drehflügels 77 und den Wänden der Ventilkammer 83 festsetzen können. Die Schaumstoffmasse 90 ist in reibungsarmer Berührung mit den Kammerwänden unddient dazu, ein Aussickern von Entwickler oder Toner durch den Zwischenraum zwischen den Rändern des Drehflügels 77 und den Wänden der Ventilkammer 83 zu verhindern.

Während sich das Ventilelement (bestehend aus dem Drehflügel 77 und der Schaumstoffmasse 90) dreht, kann abwechselnd Entwickler aus der Einlaufleitung 63 in die Ventilkammer 83 einfließen, ein Teil des Entwicklers in der Ventilkammer 83 durch das Loch 88 und das Umgehungsrohr 87 auslaufen und Entwickler aus der Ventilkammer 83 durch die Bohrungen 86 in Form von Strömen auslaufen, die durch die Ablenkplatte 48b auf die beiden Auffangplatten 45a und 45b abgelenkt werden.

Figur 13 zeigt eine geeignete Schaltungsanordnung für die Ve£ wendung der Analysiervorrichtung 62a nach Figur 11 und 12 zum Regulieren der Tonerkonzentration des Entwicklers 22 im Entwicklerbehälter 21.

Die gestrichelten Linien in Figur 13 deuten mechanische Verbindungen und Entwicklerfluß an, während die ausgezogenen Linien elektrische Verbindungen darstellen.

Wie bereits beschrieben, beginnt beim Einschalten der Stromzufuhr der Motor 60, der mechanisch mit der Austragvorrichtung 58 gekuppelt ist, sich zu drehen, so daß die Austragvorrichtung 58 Toner in den Sumpf des Entwicklerbehälters 21 austrägt. Eine Probe des Entwicklers im Auslauf 23 des Entwicklerbehälters 21 wird periodisch über die Auffangplatten 45a und 45b geleitet, wobei der Entwicklerfluß über die Auffangplatten durch das Zuleitungsventil 75 periodisch unterbrochen wird. Der aus dem Auslauf 23 über das Leitungsrohr 63 abgeleitete Entwickler gelangt über das Umgehungsrohr 87 und das RUckleitungsrohr 64 zurück zum Sumpf des Entwicklerbehälters 21.

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Der Drehflügel 77 des Zuleitungsventils 75 (und die am Drehflügel 77 befestigte Schaumstoffmasse 90) wird durch den Ventilantriebsmotor 79t ^m^ dem der Ventilstellungsschalter 80 mechanisch gekuppelt ist, laufend gedreht. Das elektrische Ausgangssignal des Ventilstellungsschalters 80, das anzeigt, wenn die Flügellage so ist, daß kein Entwickler durch die Austrittsöffnungen 44a und über die Auffangplatten 45a und 45b fließen kann, ist an ein UND-Glied 91 angeschlossen.

Ein EIN-Schalter 92, der ein Signal liefert, wenn das Kopiergerät 10 in Betrieb ist, ist über ein Verzögerungsglied 93 mit einer Verzögerung D von typischerweise ungefähr 3 Sekunden an das UND-Glied 91 angekoppelt.

Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 91 in der Leitung 94 zeigt an, wenn eine verläßliche Anzeige der Tonerkonzentration durch Messen der Lichtabschwächung durch die Tonerschichten auf den Teilen der Auffangplatten 45a und 45b, die sich im Strahlengang des Lichtstrahls von der Lichtquelle 49a zum Phototransistor oder anderweitigen Photoelement 50a befinden, erhalten wird. Das Signal in der Leitung 94 hat die in Figur 7d gezeigte Signalform.

Ein durch den Photostrom im Phototransistor 50a gegebenes Tonerkonzentrationssignal wird über die Leitung 96 einem Differenz verstärker 95 zugeleitet.

Eine einer gewünschten Sollkonzentration des Toners entsprechende Bezugsspannung ist an einen entgegengesetzt gepolten Eingang des Differenzverstärkers 95 über den Tonerverhältniswähler 97 angeschlossen. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 95 in der Leitung 98 hat einen relativ hohen oder niedrigen Wert, je nachdem ob die gemessene Tonerkonzentration, angezeigt durch das Tonerkonzentrationssignal in der Leitung 96, über oder unter der Sollkonzentration, eingestellt durch den Tonerverhältniswähler 97, liegt. Da der Verstärkungsgrad des Differenzverstärkers 95 ziemlich hoch ist, ist das in der Leitung 98 erscheinende Fehler- oder Korrektursignal im wesentlichen zweiwertig, d.h. entweder hoch oder niedrig, je nach der Polarität der Spannungsdifferenz zwischen dem Signal in der Leitung 96 und dem vom Tonerverhältniswähler 97

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dem Differenzverstärker 95 zugeleiteten Signal. Gewünschtenfalls kann die Ansprechempfindlichkeit des Differenzverstärkers 95 dadurch noch weiter erhöht werden, daß man eine Rückkopplung von der Ausgangsleitung 98 vorsieht, durch die das dem Eingang des Differenzverstärkers 95 über die Leitung 99 vom Tonerverhältniswähler 97 zugeleitete Signal verändert wird.

Das Tastsignal (Figur 7d) in der Leitung 94 steuert das Torglied 100, so daß das Korrektursignal in der Leitung 98 einer bistabilen Speicherschaltung 101 zugeleitet wird, die das Korrektursignal während des Zwischenintervalls zwischen verläßlichen Messungen speichert, wobei das Korrektursignal in der Leitung 98 die Speicherschaltung 101 immer dann aktualisiert (auf den jeweils neusten Stand bringt), wenn das Tastsignal in der Leitung 94 anzeigt, daß das Korrektursignal ein verläßliches Maß der Tonerkonzentration im Entwicklerbehälter 21 ist.

Das Ausgangssignal der Speicherschaltung 101, die ein Flipflop (bistabiler Multivibrator) vom Setz-Zurücksetztyp oder eine andere herkömmliche Schaltungsanordnung sein kann, steuert eine Energieverteilungs-Torschaltung 102, die den Toneraustragmotor immer dann mit elektrischer Energie speist, wenn der Inhalt der bistabilen Speicherschaltung anzeigt, daß die Tonerkonzentration im Entwicklertank 21 unter dem Sollwert liegt« Wenn der Inhalt der bistabilen Speicherschaltung 101 anzeigt, daß die Tonerkonzentration im Entwicklertank 21 über dem Sollwert liegt, wird die Torschaltung 102 gesperrt, so daß der Motor 60 abgeschaltet wird und im Zuge der Herstellung von Kopien mit dem Kopiergerät 10 der Ent wickler im Entwicklerbehälter 21 an Toner verarmen kann, bis der Inhalt der Speicherschaltung 101 wieder anzeigt, daß die Tonerkonzentration des Entwicklers im Entwicklerbehälter 21 unter den SoIl₁ wert abgefallen ist. Auf diese Weise wird die Tonerkonzentration des Entwicklers 22 im Sumpf des Entwicklerbehälters 21 laufend und automatisch innerhalb enger Grenzen reguliert.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Messen der Tonerkonzentration im Entwickler eines xerographischen Kopiergerätes, dadurch gekenn zeichnet , daß periodisch ein Strom des Entwicklers erzeugt wirdj daß dieser Entwicklerstrom auf eine Oberfläche einer Auffangplatte unter Bildung einer Tonerschicht auf mindestens einem Teil der Auffangplatte gerichtet wird; und daß die in Form der Schicht auf dem Auffangplattenteil sich absetzende Tonermenge gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Entwicklerstrom auf die Auffangplatte mit einer solchen kinetischen Energie gerichtet wird, daß Tonerteilchen von den Trägerkörnchen des Entwicklers, an denen sie elektroskopisch haften, weggetrieben und in Form der Schicht auf dem Auffangplattenteil abgesetzt werden, wobei die kinetische Energie und die Turbulenz des auf die Auffangplatte gerichteten Entwicklerstroms ausreicht, um Tonerteilchen vom Auffangplattenteil zu entfernen, wenn die Tonerkonzentration im Entwicklerstrom abnimmt, während zugleich die kinetische Energie so niedrig ist, daß der Entwickler nicht durch Aufprall auf die Auffangplatte beschädigt wird.

3. Einrichtung zum Messen der Tonerkonzentration im Entwickler eines xerographischen Kopiergerätes mit einer Toner-Auffangplatte, gekennzeichnet durch eine Vorratsvorrichtung (42), die periodisch einen Strom (47) des Entwicklers liefert; eine Anordnung, die den Entwicklerstrom auf eine Oberfläche der Auffangplatte (45) richtet, derart, daß Tonerteilchen von den Trägerkörnchen dee Entwicklers, an denen sie elektroskopisch haften, weggetrieben und in Form einer Tonerschicht auf mindestens einem Teil der Auffangplatte abgesetzt werden und daß Toner von diesem Auffangplattenteil entfernt wird, wenn die Toner konzentration im Entwicklerstrom abnimmt; und durch eine Anordnung (49t 50), die während derjenigen Intervalle, wo der Entwickler-

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strom nicht auf die Auffangplatte auftrifft, die in Form der Tonerschicht auf dem Auffangplattenteil abgesetzte Tonermenge mißt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Anordnung (48), die dem periodischen Entwicklerstrom eine erhebliche Turbulenz erteilt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die kinetische Energie des Entwicklerstroms so niedrig ist, daß der Entwickler im Entwickler strom nicht durch Aufprall auf die Auffangplatte (45) beschädigt wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangplatte (45) lichtdurchlässig ist und daß die Fühlanordnung (49, 50) eine Lichtquelle (49) zum Ausleuchten der Auffangplatte sowie ein Photoelement (50) zum Wahrnehmen des von der Lichtquelle durch die Auffangplatte hindurchtretenden Lichtes enthält.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch geke nn zeichnet, daß die Lichtquelle (49) und das Photoelement (50) in je einem staubfreien Gehäuse (71, 72) untergebracht sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsvorrichtung (42) eine Austrittsöffnung (44; 44a) zum Begrenzen der Durchflußmenge des Entwicklers im Entwicklerstrom aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch geke nnzeichnet, daß die Vorratsvorrichtung eine Probenkammer für Entwickler (83) enthält, mit der die Austrittsöffnung (44a) in Verbindung steht.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeich net durch ein unter der Austrittsöffnung (44; 44a) an-

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geordnetes Ablenkglied (48j 48aj 48b), das dem Entwicklerstrom eine erhebliche Turbulenz erteilt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Normale zur Auffangplatte (45) in einem Winkel von ungefähr 30 bis 75 Grad in bezug auf die Vertikale geneigt ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch geke nn zeichnet, daß der Neigungswinkel ungefähr 60 beträgt.

13. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Zuleitungsrohr (63.) zum Befördern des Entwicklers in die Kammer (83).

14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine in der Kammer angeordnete Ventilanordnung (75), die während eines ersten periodisch wiederkehrenden Zeitintervalls Entwickler aus dem Zuleitungsrohr (63) in die Kammer eintreten und während eines zweiten periodisch wiederkehrenden Zeitintervalls Entwickler aus der Kammer durch die Austrittsöffnung (44a) austreten läßt.

15· Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilanordnung einen Drehflügel (77) und einen Antriebsmotor (79) zum Drehen des Drehflügels enthält.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine auf die Winkellage des Drehflügels (77) ansprechende Anordnung (80, 8l, 82), die jeweils zu Zeiten außerhalb der einzelnen zweiten periodisch wiederkehrenden Zeitintervalle ein Steuersignal erzeugt.

17. Einrichtung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite periodisch wiederkehrende Zeitintervall eine Dauer von ungefähr 1 bis 3 Sekunden hat

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und daß die Zwischenintervalle zwischen den einzelnen zweiten Zeitintervallen jeweils eine Dauer von ungefähr 4 bis 10 Sekunden haben.

18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17» dadurch gekennzeichnet, daß das Zuleitungsrohr (63) Entwickler in die Kammer (83) aus dem Entwicklerbehälter (21) des Kopiergerätes (10) befördert und daß ah die Fühlanordnung (49, 50) eine Steueranordnung angekoppelt ist, welche die Tonerkonzentration des Entwicklers im Entwicklerbehälter entsprechend der in Form der Schicht auf dem Auffangplattenteil abgesetzten Tonermenge verändert.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung, die von der Fühlanordnung (49, 50) ein Tonerkonzentrationssignal ableitet, vorgesehen ist und daß die Steueranordnung eine Anordnung (95) zum Vergleichen des Tonerkonzentrationssignals mit einem Bezugssignal (von 99)» das eine gewunechte Tonerkonzentration anzeigt, und zum Erzeugen eines Konzentrationskorrektursignals, ein Speicherglied (101), ein Torglied (100), welches das Konzentrationskorrektursignal jeweils zu Zeiten außerhalb der zweiten periodisch wiederkehrenden Zeitintervalle auf das Speicherglied koppelt, und eine Toneraustragvorrichtung (5B) zum Verändern der Tonerzugabe zum Entwickler im Entwicklerbehälter (21) entsprechend dem Inhalt des Speicherglieds (101) enthält.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch ein Signalverzögerungsglied (93), das für ein vorbestimmtes Anfangsintervall nach dem Betriebseinsatz des Kopergerätes (10) durch Sperren des Torgliedes (lOO) die Zuleitung des Konzentrationskorrektursignals zum Speicherglied (101) unterbindet .

21. Einrichtung zum Regulieren der Tonerkonzentration des Entwicklere im Entwicklerbehälter eines xerographischen Kopiergerätes mit einer Entwickler-Probenkammer, mit einem Zuleitungsrohr

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zum Befördern einer Teilmenge des Entwicklers im Entwicklerbehälter zur Probenkammer und mit mindestens zwei mit der Probenkammer in Verbindung stehenden Austrittsöffnungen, gekennzei ch net durch ein in der Probenkammer (83) angeordnetes Ventil (75), das periodisch Entwickler aus der Probenkammer durch die Austrittsöffnungen (44a) in Entwicklerströmen ausfließen läßt; mindestens ein unterhalb der Austrittsöffnungen (44a) angeordnetes Entwicklerstrom-Ablenkteil (48b), das den Entwicklerfluß in den Entwicklerströmen auseinanderreißt; zwei lichtdurchlässige Toner-Auffangplatten (45a, 45b) > die in geneigter Lage in den Strömungswegen der entsprechenden Entwicklerströme angeordnet sind; mindestens eine Lichtquelle (49a) zum Ausleuchten der Auffangplatten (45a, 45b); ein Photoelement (50a), das entsprechend dem von der Lichtquelle (49a) durch die Auffangplatten hindurchtretenden Licht ein Tonerkonzentrationssignal erzeugt; eine an das Photoelement (50a) angekoppelte Anordnung, welche die Tonerkonzentration des Entwicklers im Entwicklerbehälter (21) entsprechend dem Tonerkonzentrationssignal verändert; und eine Rohrleitung, die den Entwickler in den Entwicklerströmen nach deren Auftreffen auf die Auffangplatten zum Entwicklerbehälter (21) zurückleitet .

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch geke nn zeichnet , daß die vertikalen Abstände zwischen den Austrittsöffnungen (44a) und dem Ablenkteil (48b), die Orientierung und Form des Ablenkteils und der Vertikalabstand zwischen demjenigen Teil des Ablenkteils, der von den Entwicklerströmen beaufschlagt wird, und denjenigen Teilen der Auffangplatten, die von den Entwicklerströmen beaufschlagt werden, so gewählt sind, daß die Entwicklerströme auf die Auffangplatten mit einer solchen kinetischen Energie auftreffen, daß Tonerteilchen von den Trägerkernchen des Entwicklers, an denen sie elektroskopisch haften, weggetrieben und auf den Auffangplatten abgesetzt werden, wobei die kinetische Energie und die Turbulenz der Entwicklerströme ausreichen, um Tonerteilchen von den Auffangplatten zu entfernen, «renn die Tonerkonzentration in den Entwickler strömen abnimmt, während zugleich die kinetische Energie so niedrig ist, daß der

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Entwickler nicht durch Aufprall auf die Auffangplatten beschädigt wird.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Umgehungsleitung (87) zum Zurückleiten einer Teilmenge des in der Probenkammer (83) befindlichen Entwicklers zum Entwicklerbehälter (21), ohne daß diese Teilmenge auf die Auffangplatten (45a, 45b) auftreffen kann, wobei diese Teilmenge in einem solchen Ausmaß zurückgeleitet wird, daß sichergestellt ist, daß die Tonerkonzentration des Entwicklers in der Probenkammer (83) stets im wesentlichen gleich der Tonerkonzentration des Entwicklers im Entwickler behälter (21) ist.

24. Einrichtung nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquelle (49a) und das Photoelement (5Oa) in staubfreien Gehäuseabteilen (71, 72) untergebracht sind.

25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch geke nn zeichnet, daß die Bägerkörnchen des Entwicklers aus Stahlperlen mit einem Belag aus einem Material, das vom Material des Toners in der triboelektrischen Reihe entfernt ist, bestehen.

26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 2 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkteil (48b) elektrisch leitend ist.

27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch geke nn zeichnet, daß das Ablenkteil (48b) geerdet ist.

28. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ablenkteil (48b) aus Stahl oder Aluminium besteht.

29. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auffangplatten (45a, 45b) unter dem Ablenkteil (48b) angeordnet sind und daß die Normalen zu den Auf-

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.ο

fengplatten in einem Winkel von ungefähr 30 bis 75 in bezug auf die Vertikale geneigt sind.

3p. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch g e n η ζ
betragen.

kennzeichnet , daß die Neigungswinkel ungefähr 60

31. Einrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet , daß die Vertikalabstände zwischen den Austrittsöffnungen (44a) und den unmittelbar darunter befindlichen benachbarten Teilen des Ablenkteils (4 8b) ungefähr 4,8 mm (3/16 Zoll) betragen.

32. Einrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen Abstände zwischen den von den Entwicklerströmen beaufschlagten Teilen der Auffangplatten (45a, 45b) und den darüber befindlichen Teilen des Ablenk teils (48b) ungefähr 6,35 mm (0,25 Zoll) betragen.

33» Einrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Verändern der Tonerkonzentration eine Anordnung zum Vergleichen des Tonerkonzentrationssignals mit einem Bezugssignal, das eine gewünschte Tonerkonzentration anzeigt, und zum Erzeugen eines Konzentrationskorrektursignals, ein Speicherglied , ein Tojr glied, welches das Konzentrationskorrektursignal zu Zeiten außerhalb derjenigen Zeiten, wo Entwickler durch die Austrittsöffnungen ausfließt, zum Speicherglied überträgt, und eine Toneraustragvorrichtung, welche die Zugabe von Toner zum Entwickler im Entwicklerbehälter entsprechend dem Inhalt des Speichergliedes verändert, enthält.

34. Einrichtung nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch ein Signalverzögerungsglied, das für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach dem Betriebseinsatz des Kopiergerätes durch Sperren des Torgliedes die Zuleitung des Konzentrationskorrektursignals zum Speicherglied unterbindet.

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