DE2308587C3

DE2308587C3 - Vorrichtung zur Messung der Tonerkonzentration eines pulverförmigen Entwicklers in einem elektrophotographischen Kopiergerät

Info

Publication number: DE2308587C3
Application number: DE2308587A
Authority: DE
Inventors: Daniel Richard Boonton Erny; Leon Albert Rockaway Tysko
Original assignee: Van Dyk Research Corp Whippany Nj (vsta)
Current assignee: Van Dyk Research Corp Whippany Nj (vsta)
Priority date: 1972-02-22
Filing date: 1973-02-21
Publication date: 1980-04-17
Also published as: JPS4895243A; DE2308587A1; US3791744A; DE2308587B2; CA988149A; JPS5214100B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Viele clcktrophotographischc Kopiergeräte arbeiten mit einem pulverförmigen Entwickler, der Toncr- und Trägerteilchen enthält. Die Trägerteilchen sind gewöhnlich kleine Perlen oder Kügelchcn aus Glas, Sand oder Stahl und in der triboelcktrischen Spannungsreihe von dem gewöhnlich aus einem pigmentierten oder gefärbten Pulver auf Harzbasis bestehenden Tonermaterial entfernt, so daß der Toner und das körnige Trägermaterial bei gegenseitiger Wechselwirkung eine triboelektrische Ladung annehmen. Die triboelektrische Ladung hat zur Folge, daß die verhältnismäßig kleinen Tonerteilchen (deren Abmessungen typischerweise in der Größenordnung von 0,1 bis 20 μπι liegen) an den verhältnismäßig großen Trägerteilchen (deren Abmessungen typischerweis,, in der Größenordnung von 350 bis 500 μπι liegen) haften.

Beim Entwickeln der in einem elektrophotographischen Kopiergerät erzeugten Ladungsbilder verarmt der Entwickler im wesentlichen nur an Tonerpulver, da die Trägerkörnchen praktisch nicht verbraucht werden. Die Konzentration des Toners im Entwickler nimmt daher mit zunehmender Anzahl der hergestellten Kopien ab und diese werden dadurch in unerwünschter Weise zunehmend blasser.

Da die Menge des verbrauchten Toners nicht nur von der Anzahl der erzeugten Kopien, sondern auch vom Deckungsgrad der Originale abhängt, ist es praktisch unmöglich, aufgrund der Anzahl der Kopien abzuschätzen, nach welcher Zeit und in welchen Mengen der Entwickler durch Zugabe von Toner aufgefrischt werden muß.

Eine Steuerung der Tonerkonzentration aufgrund einer visuellen Kontrolle der erzeugten Kopien hat sich insbesondere bei schnellarbeitenden Kopiermaschinen als zu unzuverlässig erwiesen. Bei zu geringer Tonerkonzentration besteht die Gefahr einer Beschädigung des Überzuges der Trägerteilchen. Eine übermäßige Tonerkonzentration, die sich praktisch nicht rückgängig machen läßt, kann andererseits zu Störungen in der Maschine sowie zu einem unerwünschten Untergrund in den Kopien führen.

Es ist auch schon bekannt, die Tonerkonzentration im Entwickler zu messen und aufgrund des Meßergebnisses im wesentichen konstant zu halten. Bei bekannten Vorrichtungen zum Messen der Tonerkonzentration wird die Schwächung eines Lichtbündels gemessen, das die während des Betriebes des Kopiergerätes im Entwicklerbehälter auftretende Tonerwolkc durchsetzt. Die Dichte einer solchen Tonerwolke und dementsprechend auch die Lichtschwächung hängen von der Tonerkonzentration des Entwicklers im Entwicklerbehältcr ab. Die Tonerwolke verschmutzt in der Praxis jedoch die Lichtquelle und den Lichtaufnehmer, die notwendigerweise in Verbindung mit dsr Tonerwolke stehen müssen, so daß dann fälschlich eine zu hohe Tonerkonzentration angezeigt wird.

Es ist weiterhin bekannt, an nicht für die Bilderzeugung benutzten Teilen der Photoleiterschicht des Kopiergerätes Probe-Tonerbildcr zu erzeugen und deren Dichte zu messen. Auch dieses Verfahren hat sich nicht bewährt, vor allem da sich die Dichte des Probe-Tonerbildes durch Ermüdung der betreffenden Bereiche der Photoleiterschicht in unkontrollierbarer Weise ändert.

Aus der US-PS 3430606 ist schließlich ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein aus einer Zufuhröffnung herabfallender Entwicklerstrom durch eine Ablenkplatte, die die Form eines kopfstehenden V hat, auf zwei einander gegenüberliegende, schräg stehende transparente Toncrauffaiigplatten gerichtet wird. Die Dicke der sich dabei auf der Oberfläche der T<Hierauffangplatten bildenden F.ntwicklerschicht wird mittels einer optischen Ab-

Sorptionsmeßeinrichtung bestimmt, die eine hinter der einen Tonerauffangplatte angeordnete Lichtquelle und eine hinter der anderen Tonerauffangplatte angeordnete photoelektrische Einrichtung enthält. Der Winkel der beiden Schenkel der V-förmigen Ablenkplatte ist etwas größer als 90° und der nach oben weisende Scheitel der Ablenkplatte befindet sich in nächster Nähe der Zufuhröffnung. Die Ablenkplatte ist elektrisch leitend und geerdet. Die Tonerauffangplatte trägt zwei Elektroden, zwischen die eine elektrische Spannung solcher Polarität gelegt wird, daß Toner angezogen und die Arbeitsweise der Photoleitertrommel des Gerätes nachgeahmt wird. Die Dichte der sich unter der Wirkung der Spannung absetzenden Tonerschicht wird durch die erwähnte Absorptionsmeßeinrichtung gemessen und als Maß für die Tonerkonzentration im Entwickler verwendet. Die Spannung an den Elektroden wird periodisch umgepolt, um die Tonerteilchen wieder abzustoßen und den Meßbereich zu reinigen.

Eine ähnliche Vorrichtung, die ebenfalls eine Tonerauffangplatte mit an Spannung liegender Elektroden enthält, ist auch aus der US-PS 3 094 04y bekannt.

Die oben als letztes erwähnten Vorrichtungen sind zwar brauchbar, sie erfordern jedoch leitende Elektroden, eine Spannungsquelle mit periodisch umpolbarer Polarität sowie verhältnismäßig aufwendige elektronische Meßschaltungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten und oben diskutierten Art anzugeben, bei der keine Elektroden auf der Tonerauffangplatte benötigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.

Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kommt ohne Elektroden auf der Tonerauffangplatte und damit auch ohne äpannungsquelle und komplizierte Schaltungen aus. Sie ist einfach im Aufbau und daher auch sehr zuverlässig, da keine elektrischen Störungen auftreten können. Es ist auch nicht erforderlich, die Tonerauffangplatte durch Anlegen eines dieTonerteilchen abstoßenden Potentials periodisch zu reinigen, so daß auch keine Meßfehler durch eine unvollkommene Reinigung auftreten können.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein herkömmliches xerographisches Kopiergerät, auf das die Erfindung anwendbar ist,

Fig. 2 eine schematische Veranschaulichung eines Meßverfahrens für die Tonerkonzentration gemäß dem Stand der Technik,

Fig. ?i eine schematische Veranschaulichung des Erfindungsprinzips gemäß einer Ausführungsform,

Fig. 4 eine schematische Veranschaulichung des Firfindungsprinzips gemäß einer anderen Ausführungsform i

Fig. 5 und 6 das Wirkungsprinzip der Erfindung erläuternde Diagramme,

Fig. 7 ein Diagramm, das die Wirkungsweise der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erläutert,

Fig. H eine Seitenansicht des Entwicklerbehälters im Kopiergerät nach Fig. 1 mit daran befestigter erfindungsgemäßer Meßvorrichtung für die Tonerkonzentration,

Fig. 9 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht der Entwicklerbehälteranordnung nach Fig. 8,

Fig. 10 eine im Schnitt dargestellte Vorderansicht einer Meßvorrichtung für die Tonerkonzentration gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, gesehen in der Schnittebene X-X' in Fig. 8,

Fig. Il eine im Schnitt dargestellte Vorderansicht einer Meßvorrichtung für die Tonerkonzentration gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ge«ehen in der Schnittebene X-X' in Fig. 8,

Fig. 12 eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht einesTeils der Meßvorrichtung nach Fig. 11, gesehen in der Schnittebene Y-Y' und

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

Fig. 1 zeigt ein typisches xerographisches Kopiergerät 10, das mehrere längs des Uixfangs einer drehbaren Trommel ίί angeordnete Bearbeitungsstationen aufweist. Die auf einer Welle 12 drehbar gelagerte Trommel läuft während des Anfertigens von Kopien ständig um und ihre äußere Mantelfläche 13 ist mit einem verhältnismäßig harten Photoleitermaterial, z. B. glasigem Selen, beschichtet.

Das Kopiergerät 10 enthält ferner eine transparente Platte 15 zur Auflage eines zu kopierenden Originals 14, einen Drehspiegel 16, ein Objektiv 17, einen festen Spiegel 18, einen Belichtungsspalt 19, eine Koronaentladungseinrichtung 20, einen Entwicklungsbehälter 21, in dem sich ein körniger Entwickler, z. B. aus harzbeschichteten Stahlperlen und Tonerpulver befindet, ein Förderband mit Schöpfkübeln 25, durch das der Entwickler zu einem Auslauf 23 gefördert wird, einen Papierstreifen, der als Bildaufnahmematerial dient, eine zur Bildübertragung dienende Koronaentladungeinrichtung 27, einen zum Fixieren des Tonerbildes dienenden Heizstrahler 28, ein Förderband 29, eine weitere Koronaentladungseinrichtuiig 30 zur Neutralisierung der auf der Photoleiterschicht verbliebenen Restladung, eine zur Reinigung dienende rotierende Bürste 31, die in einem staubdichten Gehäuse 32 angeordnet ist, das eine Absaugleitung 33 aufweist, und eine Lichtquelle, die eine vollständige Entladung der Photoleiterschicht gewährleistet.

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

T-iiger: Stahlperlen mit einem mittleren Durchmeser von ungefähr 350 bis 500 μπι, beschichtet mit einem Gemisch aui einem Akryl- oder Styrolmischpolymeren und einem geeigneten triboelektrische.i Aktivierungsfarbstoff wie Hansagelb, wobei der Gewichtsanteil des Kunstharzbelages ungefähr 0,3% des Gesamtgewichts der Trägerperlen beträgt.

Toner; Ein thermoplastisches Kunstharz oder Mischpolymer auf Styrolbasis in Mischung m;1 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 Druckqualität erzeugt werden, muß die Tonerkonzentration im Entwickler 22 in einem be-

stimmten Bereich gehalten werden. Wie erwähnt, wurden bereits verschiedene Anordnungen vorgeschlagen, um die Tonerkonzentration im Entwicklergemisch 22 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 Fig. 2 veranschaulicht.

Wie schematisch in Fig. 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, el. h. in regelmäßigen Intervallen umgekehrt wird.

Dem Entwicklerbehältcr 21 wird über eine Leitung

eine tmwiCMCipiOüc ci'iiMuiViiVicii, uic liimciS cii'icS Ausgusses 39 von geeigneter Form über die Glasplatte

35 und die Elektroden 36 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 derTrommel 11 im Normalbetrieb des Kopiergerätes 10 entsteht. Während der F.ntwickler aus dem Ausguß 39 über die Elektroden

36 und 37 fließt, werden Tonerteilchen von den Trägerkörnchen, an denen sie clcktrosknpisch 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 -Hildes'" sich entsprechend der Tonerkonzentration im F.ntwicklergemisch 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 lind gleichzeitiges Überwachen des Lichtdurchtritts mittels eines Photoelements 41 gemessen werden. Die Ausgangssignale des Photoelements 41, die sich voraussetzunesgemäß entsprechend der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch ändern, können dann dazu verwendet werden, das Arbeiten einer Tonerausgabevorrichtung so zu steuern, daß die Zugabe des Toners /um Entwickler 22 im Entwicklerbehälter 21 entsprechend den Erfordernissen verändert wird.

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

Ein weiterer Nachteil der Anordnung nach Fig. 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 Fig. 2 gezeigten Anordnung wird der Entwickier ziemlich turbulenzfrei über die Glasplatte 35 geschüttet. Wären die Elektroden 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 Anordnung nach Fig. 2 wäre daher ohne die Elektroden 36 und 37 und die Spannungsquelle 38 für das Messen der Tonerkonzentration unbrauchbar.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Tonerkonzentration von Entwicklergemischen gemessen werden, bei denen die Toner- und die Trägerteilchen gleiche optische Eigenschaften haben und es werden keine Elektroden n nf der Auffangplatte benotigt. 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.

L^Ti ifiuüfigägCfnau ΊνίΓνα uCT i^ri*VriCi\iCi"5irGiM ΓΠϊί CJmCT

solchen kinetischen Energie auf die Auffangplatte gerichtet, daß Tonerteilchen von den Trägerperlen oder -körnchen, an denen sie elektroskopisch haften, entfernt werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Meßanordnung für 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.

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

Wie in Fig. 3 gezeigt, befindet sich in einem Vorratstrichter 42 eine Entwicklergemischprobe 43 mit der selben Tonerkonzentration wie das Entwicklergemisch 22 im Entwicklerbehälter 21 (Fig. 1). 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 austretenden Entwicklers auftrifft.

Im Strömungsweg des Entwicklerstroms 47 befindet sich ein Ablenkglied 48, vorzugsweise in Form einer geeignet geformten Leiterplatte. Die Ablenkplatte 48 hat den Zweck, dem Entwicklerstrom 41 eine erhebliche Turbulenz zu erteilen und ihn auf die Oberfläche 46 der transparenten Auffangplatte 45 zu richten.

Durch geeignete Wahl der Größe und Form dei öffnung 44, der Form der Ablenkplatte 48, des Neigungswinkels der Auffangplatte 45, der relativen Abstände zwischen der Öffnung 44 und dem unmittelbai darunter befindlichen Teil der Ablenkplatte 48, dei Neigung der Ablenkplatte 48 und des vertikalen Abstands zwischen dem Auftrcffpunkt des Entwicklerstroms 47 auf der Auffangplatte 45 und dem Teil dei Ablenkplatte 48 oberhalb dieses Punktes erreichi man, daß der Entwicklerstrom 47 auf die Oberfläche 46der Auffangplatte 45 mit einer kinetischen Energie auftrifft, die ausreicht, um Tonerteilchen von den Trägerkörnchen, an denen sie elektroskopisch haften, zi entfernen oder wegzutreiben, so daß die weggetriebe·

nen 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 Aiiffangplattenteil zu entfernen, wenn die Tonerkonzentration im Entwicklerstrom 47 abnimmt.

Wt.-.n die kinetische Energie und die Turbulenz des Entwicklcrstroms 47 zu gering sind, bleiben die oben erwähnten Effekte aus, und es baut sich Toner auf der Auffangplatte 45 auf. so daß fälschlich eine hohe ' Toncrkonzuiitration angezeigt wird. Ist die kinetische Energie des auf die Auffangplatte 45 aiiftreffendcn Entwicklerstroms 47 zu groß, so wird der triboclcktrische Kunstharzbelag auf tlcn Trägerkörnchen beschädigt, und die Gleichmäßigkeit der sich absetzenden Tonerschicht wird durch Verspritzeffekte gestört.

Es hat sich als unmöglich erwiesen, den erforderlichen Bi'icii'M uci Kiiiirüsuieti Liicigic null uci Tuiiiulenz des Entwicklcrstroms in spezifischen Kenngrößen anzugeben und festzulegen, da es schwierig, wenn ' nicht unmöglich ist, diese Größen zu messen. Man geht daher in der Praxis so vor, daß man die in Fig. 3 schematisch gezeigte Vorrichtung zusammenbaut und die Neigung der Ablenkplatte 48 so lange 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 Tonerkonzentrat ion in der Entwicklerprobe 43 zeigt. Um die als Schicht auf Cuiem Teil der Auffangplatte 45 abgesetzte Tn- ■ nermcngc zu messen, ordnet man ein photoelektrisches System mit einer Lichtquelle 49 und einem Photoelcmcnt 50 so an, daß das von der Lichtquelle 49 zum Photoelcment 50 übertragene Licht durch denjenigen 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 Photoelcment 50 ;· wahrgenommen und in ein elektrisches Auspanpssignal umgesc/t, das dazu verwendet wird, durch Steuern eines Motors eine Toneraustragvorrichtung so zu steuern, daß Toner in den Sumpf des Entwicklerbehäitcrs 21 ausgetragen wird, wenn die Tonerkonzen- : tration im Entwickler zu niedrig ist.

Vorzugsweise ist die Ablenkplatte 48 elektrisch leitend und geerdet, um eine unerwünschte elektrostatische Wechselwirkung mit dem Entwicklergcmisch zu vermeiden. Geeignete Werkstoffe für die Ablenk- <· platte 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 (beispielsweisc 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 mi 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 Intensität hat und daß das photoelektrischc System (mit der Lichtquelle 49 und dem Photoelemcnt 50) so angeordnet ist. daß sich auf den Oberflächen der Lichtquelle und des Photoclements kein Toner ansammelt, da eine solche Toncransammlung zur Folge haben würde, daß fälschlich eine hohe Tonerkonzentration angezeigt wird.

Mit einer Anordnung der in Fig. 3 schematisch veranschaulichten 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 (0.7? Gewichtsprozent) Wert. Bei einem solchen dynamischen Bereich können Schwankungen der Lichtintensität der Lichtquelle 49 in der Größenordnung von ± l()^rf in Kauf genommen werden, ohne daß das LeistungsvOf'iiKJgOii UOi KuM/.ciiii'miOriSrriOßüiiui'driüi'ig 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 Regelschleifc verwendet, um die Lichtintensität der Lichtquelle 49 laufend zu überwachen und mit Hilfe eines rückgekoppelten Fchlcrsignals auf den gewünschten Wert einzuregeln.

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

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

Bei der Anordnung nach Fig. 4 wird, wie bei der Anordnung nach Fig. 3. auf der Oberfläche 46 der transparenten Auffangplatte 45 eine Tonerschicht abgesetzt, deren Dicke oder Dichte sich entsprechend der Tonerkonzentration im Entwicklcrgemisch 43 ändert. Dagegen weicht die Anordnung zum Wahrnehmen der Lichtabschwächung durch die Tonerschicht insofern von der nach Fig. 3 ab, als zusätzliche Elemente vorgesehen sind, und zwar ein Lichtstrahlteiler oder -spalter 51, ein zwei'es 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 49 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 Lichtstrahlspaltcr 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 Fig. 6 der genannten USA-Patentschrift 3430606 gezeigten aligemeinen Art bestehen oder einen Differenzverstärker enthalten kann, der ein der Differenz zwischen den Signalen

in den Leitungen 54 und 55 proportionales Ausgangssignal liefert. Die VergleicherschalUing 53 enthiilt außerdem eine Schaltungsanordnung, die das die Tonerkonzentration anzeigende abgeleitete Signal mit einem die Sollkonzentration des Toners anzeigenden Hczugssignal vergleicht und in der Leitung 56 ein Regelsignal erzeugt, mit dem ein Tonerfördermotor für eine an den Hntwicklerbehälter 21 angeschlossene ToneraiistragvorrichUing im Sinne der erforderlichen Toneraustragrate in den Entwicklerbehälter 21 gesteuert wird.

Hei der Anordnung nach Fig. t wirken sich Intensitiitsschwankungendcr Lichtquelle 49 auf die Signale in beiden Leitungen 54 und 55 so aus, daß die Schwankungseffekte durch die Vergleicherschaltung 53 im wesentlichen wegkompensiert werden.

Hei der Anordnung nach I ig 3 und 4 wurde beobachtet, daß, wenn eine anfänglich saubere (von Toner fri'ie) Auffangplatte 45 mit einem P'nlwicklerstrom 47 beaufschlagt wird, die Abset/geschwincligkeit einer Tonerschicht auf der Oberfläche 46 der Auffangplatte 45 anfänglich ziemlich schnell ist, dann abnimmt und sich schließlich stabilisiert, so daß sich eine im wesentlichen konstante l.ichtabschwächung durch die Tonerschicht ergibt (wobei diese Lichtabschwächung im wesentlichen konstant bleibt, obwohl der Entwicklerstrom 47 weiter über die Oberfläche 46 der Auffangplatte 45 fließt); dabei entspricht der stabilisierte Lichtabschwächungswert der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch 43 und im Entwicklerstrom 47.

Dies ist in Fig. 5 veranschaulicht, welche die Änderung der Lichtabschwächung durch die auf dem Teil der Auffangplatte 45 im Strahlengang von der Lichtquelle 49 zum Photoclement 50 befindliche Tonerschicht, entsprechend dem Ausgangssignal des Photoelements, wiedergibt. F-"ig. 5 gibt die Änderung der Lichtabschwächung als Funktion der /üit für den Fall wieder, daß der Entwieklerstrom 47 auf eine anfänglich saubere Auffangplatte 45 .mftrifft. Die Kurven /1, Ii und C entsprechen den Resultaten, die für Entwicklerströme mit relativ hoher, maßiger bzw. niedriger Tonerkonzentration erhalten wurden.

Man sient aus ng. .">. ei au uie ^.uwachsgescnwintligkeit 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 Gleiehgewichtswert zum Zeitpunkt T₁ (typischerweie 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 V₂ des Endwertes, bei dem sich die Lichtabschwächung zum Zeitpunkt T₁ stabilisiert.

Fig. 6 gibt ähnliche Kurven wie in Fig. 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 T₁' auf Werten, die im wesentlichen denen in Fig. 5 für die entsprechenden Tonerkonzentrationen im Entwicklerstrom 47 entsprechen. Die Kurven A, Ii und C in Fig. 6 entsprechen den gleichen Tonerkonzentrationen im Entwicklerstrom 47 wie die entsprechenden Kurven A, B und C in Fig. 5.

Somit zeigen die Kurven in Fig. 5 und 6, daß bei einer gegebenen Tonerkonzentration im Entwicklerstrom 47 die Lichtabschwächung durch die abgesetzte Tonerschicht, gemessen durch das Photoelcment 50. sich auf einem im wesentlichen konstanten Wert sta-

" bilisiert, der relativ unabhängig von derjenigen Tonermenge ist, die anfangs auf der Auffangplatte 45 vorder Ueaufschlagung mit dem Entwicklerstrom 47 vorhanden ist. Allgemein gesagt wurde gefunden, daß der Wert, auf dem sich die angemessene Lichtabschwächiiug stabilisiert, in jedem Fall ein genaues MaB für die Tonerkonzentration ist.

Die Gründe für die im Zusammenhang mit Fig. 3 bis ft 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«, so daß sich ein dynamisches Gleichgewicht bei einer Tonerschichtdickte oder -dichte entsprechend eier Tonerkonzentration im Entwicklerstrom 47 einstellt. Fis wurde gefunden, daß, wenn der Entwicklerstrom 47 die Oberfläche 46 der Auffangplatte 45 im wesentlichen turbulenzfrei überströmt (wie bei der Anordnung nach Fig. 3 der genannten USA-Patentschrift 3430606). Kurven erhalten wer-

,i. den, die denen nach Fig. S allgemein ähnlii.h sind (jedoch in der Form davon etwas abweichen), während jedoch der durch die Kurven nach Fig. 6 veranschaulichte »Säuberungseffekt« nicht auftritt. Sieht man dagegen ein Ablenkglied 48 von geeigneter Form vor. und wählt man die Abstände zwischen den verschiedenen in F"ig. 3 gezeigten Elementen sowie deren Orientierungen, wie oben beschrieben, so, daß dem Entwicklerstrom 47 eine ausreichende kinetische Energie ;ind Turbulenz erteilt wird, so erhält man die

; in F-'ig. .S und 6 wiedergegebeilen Kurven. Fis wurde gefunden, daß bei einer solchen Anordnung der stabilisierte Wert der Lichtabschwächung, gemessen durch ilas moiociement 5Ü, im Anstieg und Anstieg genau mit der Tonerkonzentration im Entwicklerstrom 47 -'gleichlauf t«.

Eine praktische Schwierigkeit, die sich ergibt, wenn man mit der Anordnung nach Fig. 3 und 4 eine hohe Leistung erzielen will, und die auch bei der Anordnung nach der USA-Patentschrift 3430606 auftritt,

„ ergibt sich daraus, daß der Entwicklerstrom, der opake Trägerkörnchen sowie Tonerteilchen enthält, ununterbrochen am photoelektrischen Abfühlsysteni 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 Fig. 7 veranschaulicht ist, war ziemlich unerwartet und überraschend.

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

Fig. 7a veranschaulicht die periodische Ein- und Ausschaltung des Entwicklerstroms 47. ^R.s hat sich

als vorteilhaft erwiesen, das Einschaltintervall t_em mit ungefähr 1 bis 3 Sekunden und das Ausschultintervall Όι<ι ^m'¹ ungefähr 3 bis 7 Sekunden zu bemessen, so daß die gesamte Periode t_per zwischen einem und dem nächsten Einsatz des Entwicklerstromflusses ungefähr 4 bis IO Sekunden beträgt.

Fig. 7bgibtdie normalerweise zu erwartende zeitliche Änderung der gemessenen Lichtabschwächung (verursacht durch die abgesetzte Tonerschicht auf der Auffangplatte 45) bei periodischer Unterbrechung des Flusses des Entwicklcrstroms 47 entsprechend Fig. 7a wieder. Die Kurven in Fig. 7b entsprechen denen in Fig. 5 für ilen Fall, daß der Fluß des EiH-wicklerstroms 47 stetig ist, bei im wesentlichen deti gleichen tin.wickIerdurchfIuIimengen.

Wie in Fig. 7b gezeigt, würde man normalerweise erwarten, dall die Lichtabschwächung in den aufeinanderfolgenden Intervallen lies Entwicklerflusses jeweils um kleine Beträge ansteigt und in den Zwischeninterv \llen, wo kein Entwickler auf die Oberfläche 46 der Auffangplatte 45 auftrifft, konstant bleibt. Ferner würde man erwarten, daß die Lichtabschwächung sich schließlich auf einem Wert stabilisiert, der im wesentlichen gleich dem in Fig. 5 ist.

Statt dessen weichen überraschenderweise die tatsächlich erhaltenen Lichtabschwächungskurven, wie in Fig. 7c gezeigt, deutlich von den theoretischen Kurven nach Fig. 7b ab. Die ausgezogenen Kurven in Fig. 7cgelten fiirden Fall,daß ein Entwicklerstrom 47 periodisch auf eine anfänglich »saubere« Auffangplatte 45 auftrifft, während die gestrichelten Kurven fiirden Fall gelten, daß der Entwicklerstrom 47 periodisch auf eine anfänglich »schmutzige« Auffangplatte 45 auftrifft. Die Kurven A, B und C in Fig. 7c entsprechen Entwicklerströmen mit Tonerkonzentratio-11011, die den Werten für die entsprechenden Kurven in Fig. 5. (S und 7b gleich sind.

Wie man aus Fig. 7c sieht, steigt die gemessene Lichtabschwächung, statt sich allmählich auf den durch die entsprechende Kurve in Fig. 5 oder 6 für ilen Fall eines ununterbrochenen Entwicklerstroms dargestellten Wert zu erheben, sehr schnell an und stabilisiert sich auf einem wen, der etwas unterhalt) des Stabilisierungswertes bei Verwendung eines ununterbrochenen Entwicklerstroms liegt. Während um der Einfachheit willen bei den Kurven in Fig. 7c die Stabilisierung der gemessenen Lichtabschwächung in ein Zeitintervall bis zum Zeitpunkt T_a gelegt ist, das einem einzigen Entwicklerflußintervall entspricht (siehe Fig. 7a), wurde in der Praxis gefunden, daß bei Entwicklerflußintervallen von ungefähr 1 bis 3 Sekunden, einer Durchflußmenge von ungefähr 2 bis 7 g/sec (typischerweisc 3 g/sec) und einer vollen Periode von ungefähr 4 bis 10 Sekunden mehrere Entwicklerflußintervalle erforderlich sind, bis die gemessene Lichtabschwächung sich stabilisiert, wobei die Stabilisierungszeit T₀ bei den genannten Parametern ungefähr 15 bis 20 Sekunden beträgt.

Es hat sich also erwiesen, daß bei intermittierendem Entwicklerfluß, entsprechend Fig. 7 a bis 7c, eine stabilisierte Lichtabschwächungsanzeige, die eine genaue Anzeige der Tonerkonzentration im Entwicklerstrom ergibt (ausgehend von einer sehr sauberen oder einer sehr schmutzigen Auffangplatte 45), in weit kürzerer Zeit (15 bis 20 Sekunden) erhalten werden kann, als bei Verwendung eines ununterbrochenen Entwickierstroms erforderlich ist (1 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 Xießanordnung mit intermittierendem Entwicklerfluß ein sehr schnelles Ansprechen im normalen Gerätebetrieb ergibt.

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

Fig. 7d veranschaulicht die Art und Weise, wie die Lichtabschwäcluing gemessen wird, wobei die Mel.iintervalle 57 jeweils in den Zwischenintervallen /wischen den Entwicklerflußintervallen liegen (siehe Fig. 7;i. die vertikal auf Fig. 7d ausgerichtet ist). Ls wurde gefunden, daß anfängliche Übergänge im EiH-wicklcrfluß beim Einschalten des Kopiergerätes 10 sowie infolge von anfänglichen Störungen im Entwicklerbehälter 21 fälschliche Lichtabschwächungs-■ messiingen während einer Anlaufzeit \on einigen Sekunden nach dem [linsehalten des Kopiergerätes 10 und dem Anfahren der Trommel 11 und des Entwicklerförderbandes 24 ergeben. Die Messung der Lichtabschwächung wird daher, wie in Fig 7 ti gezeigt, lür " eine Anlaufzeit D von typischerweise ungefähr 3 Sekunden unterbunden.

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

Wie in Fig. S gezeigt, ist am bntwieklerbehälter 21 eine Toneraustragvorrichtung 58 befestigt, in der eine durch einen Austragmotor 60 drehbare Welle 59 mi i' geordnet ist. An der Wehe 59 im Inneren des GehäusesderToneraustragvorrichtung 58 sind mehrere Finger für die Übergabe von Toner aus tier Austragvorricimmgäe in den Sumpf des Entwickicrbciiiiiicis 2i sowie ein Nocken befestigt, der einen Rührei: ntreibt, i. der dafür sorgt, daß bei Drehung der Welle 59 durch den Austragmotor 60 Toner von der Austragvorriclitung 58 zum Sumpf des Entwicklerbehälters 21 übertragen werden kann. Die vorerwähnten Bauteile der Austragvorrichtung 58 sind in Fig. S nicht im ein/el-.i. nen gezeigt.

An der Seitenwand des Entwicklerbeliälters 21 ist mittels eines Halters 61 eine Analysiervorriehtung 62 für die Tonerkonzentration mit den schematisch in Fig. 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 Analysiervorriehtung 62 geleitet, und diese Entwicklerprobe wird über die Rückleitung 64 zum Sumpf no 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 Fig. 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 verstopfungbfrei hindurchfJießen 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 Fig. 8 und 9 kann mit Dauerdurchfluß arbeiten, wie in Fig. 10 gezeigt. Sie hat ein metallisches Gehäuse 66, vorzugsweise aus Aluminium, mit einer oberen öffnung 103, durch die der Entwickler aus dem Rohr 63 unter BiI-u'ung 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 rnit seinem oberen Rand an der Innenwand des Gehäuses 66 befestigt.

Die Entwicklerprobe43 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 mm |'.;x ¹Z₄ZoIl). 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 (V₁₆ 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 Leitungsrohrs 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 (das mit 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 SVinkel von30bis75",vorzugsweise 60°, bilden. Dies ist der gleiche Winkel wie der Winkel c, den die oberen Schrägteile der Prallplatten mit der Horizontalen bilden.

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 Unterteilender l'riillplattcn 67 und 68 ist ein zusätzliches Prallteil (in I ig. H) nicht gezeigt) angeordnet, das in Richtung senkrecht zur Zcicheiicbcnc schräg verläuft und zusammen mit den senkrechten Unterteilen der Prallpliitten 67 und 68 einen Trichter bildet, durch den der ;ius der Austrittsöffnung 44 auslaufende Entwickler in das Riickleitungsmhr 64 geleitet wird.

In den schrägen Oberteilen der PrallplaMen 67 und 68 dicht beim Übergang zu den senkrechten Unterteilen ist je eine Öffnung 69 b/w. 70 vorgesehen. Auf diesen öffnungen 69 und 70 sind transparente Auffangplatten 45 α bzw. 45 ft, vorzugsweise aus Glas, befestigt.

Die Prallplatten 67 und 68 sind im wesentlichen staubdicht am Gehäuse 66 befestigt, und die Auffangplatten 45a und 45ft sind in gleicher Weise an den Prallplatten befestigt, so daß die Piailplatte 67 und die Auffangplatte 45α zusammen mit dem angrenzenden Teil des Gehäuses 66 ein staubdichtes Gehäuseabteil 71 bilden, während die Prallplatte 68 und die Auffangplatte 45ft 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 einer Lichtstrahl durch die öffnung 69, die Auffangplatter 45a und 45ft und die öffnung 70 zum Photoelement 50a schickt, wobei die Lichtintensität sich entspre chend der Tonermenge ändert, die in Form einer Schicht auf denjenigen Teilen der Auffangplatten 45 ί und 45 ft abgesetzt ist, die sich im Strahlengang de« Lichtstrahls befinden.

Das Photoelement 50a, das beispielsweise ein Phototransistor sein kann, ist an einem Isolierblock 73 befestigt, der seinerseits am oberen Schrägteil dei Prallplatte 68 bei der öffnung 70 befestigt ist. Dei Isolierblock 73 hat ein Loch, durch das Licht von der Lichtquelle 49a zum Phototransistor oder anderweiti gen Photoelement 50a hindurchtreten kann.

Im Betrieb wird, wenn sich Entwickler im Auslau 23 ^es Entwicklerbehälters 21 befindet, eine Prob« des Entwicklers durch das Zuleitungsrohr 63 in der Probenvorratstrichter 42a befördert. Die Entwickler probe 43 fließt am Boden des Probenvorratstrichter 42a durch die Austrittsöffnung 44 mit einer Durch flußmenge aus, die hauptsächlich durch die Größe de Austrittsöffnung bestimmt ist.

Der durch die Austrittsöffnung 44 ausfließend! Entwicklerstrom trifft auf das Ablenkteil 48a auf, da dem Entwicklerstrom eine erhebliche Turbulenz er teilt und ihn in zwei Teilströme aufteilt. Jeder der von Ablenkteil 48a gebildeten Teilströme trifft auf di entsprechende der Auffangplatten 45a und 45ft auf Vorzugsweise beträgt der vertikale Abstand zwischei der jeweiligen Auftreffstelle auf der Auffangplatt und der Stelle des Ablenkteils 48a über der Auftreff stelle ungefähr 6,35 mm (0,25 Zoll).

Beim Auftreffen der Entwicklertcilströme und be ihrem Fließen über die Auffangplattcn 45a und 45/ nimmt die Menge des sich absetzenden Toners ent sprechend den Änderungen der Tonerkonzentratioi in den Teilströmcn zu oder ab, wobei diese Konzen tration im wesentlichen gleich der Tonerkonzentra tion in der Entwicklcrprobc 43, im Entwickler in Auslauf 23 und im Entwickler 22 im Sumpf des Ent wicklerbchälters 21 ist.

Das am Ausgang 54 des Phototransistors oder an dcrwcitigcn Photoelcments erzeugte Signal ander sich daher entsprechend den Änderungen der Toner konzentration im Sumpf des Hntwicklcrbchältcrs 21

Da die Analysicrvorrichliing 62 eine Mcßanzcig der Tonerkonzentration im ans der Austrittsöffnun 44 austretenden Entwicklerstrom liefert, kann sich be vollem oder nahezu vollem Probenvorratstrichter 42t eine erhebliche Verzögerung ergeben, ehe die Analy siebvorrichtung 62 eine Änderung der Toncrkon/cn Inition indem durch das Einlauf rohr 63 in den Toner

vorratstrichter 42a einfließenden Entwickler anzeigt. Um diese Verzögerung zu verringern, kann man eine geeignete Umgehungsleitung (in Fig. 10 nicht gezeigt) vorsehen, durch die laufend ein Teil des Entwicklers 43 aus dem unteren Teil des Probenvorratstrichters 42 a abgezweigt und direkt zum Sumpf des Entwicklerbehälters 21 zurückgeleitet wird, ohne über die Auffangplatten 45a und 45 ft zu fließen.

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

Wie in Fig. 11 gezeigt, befindet sich im oberen Gehäuseteil der Analysiervorrichtung 62a ein Entwicklerproben-Einlaßventil 75 mit einem Ventilkörper 76, der am Gehäuse 66a der Analysiervorrichtung 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 81 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 Zuleitungsrohr 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 Analysiervorrichtung 62 nach Fig. 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 Veniilkammer 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 (Fig. 12) im Ventilkörper 76 in Verbindung.

Ein Umgehungsrohr 87 steht mit der Ventilkammer 83 durch ein Loch 88 im Ventilkörpef in Verbindung und ist mit seinem unteren Ende nahe beim oberen Ende des durch die senkrechten Unterteile der Prallplatten 67 und 68 gebildeten Kanal» angeordnet. Der Innendurchmesser 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 48fr auf die Auffangplatten 45a und 45/) abgelenkten Entwicklerstrnme 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 Entwickierbehälters 21.

Wie man in Fig. 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 Zunah.ne oder Abnahme der Tonerkonzentration in den Entwicklerströmen ergibt.

Wie in Fig. 12 gezeigt, besteht das sich drehende Ventilelement aus dem Drehflügel 77, der vorzugsweise aus Stahl besteht, und einer daran befestigten Polyurethan-Schaumstoffmasse PO. 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 und dient 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 45 a und 45 b abgelenkt werden.

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

Die gestrichelten Linien in Fig. (3 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 Zulcitungsventil 75 periodisch unterbrochen wird. Der aus dem Auslauf 23 über das Leitungsrohr 63 abgeleitete Entwickler gelangt über das Umgehungsrohr 87 und das Rückleitungsrohr 64 zurück zum Sumpf des Entwicklerbehälters 21.

Der Drehflügel 77 des Zuleitungsventils 75 (und die am Drehflügel 77 befestigte Schaumstoffmasse 90) wird durch den Ventilantriebsmotor 79, mit dem der Ventilstelhingsschalter 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 45ö, die sich im Strahlengang des Lichtstrahls von der Lichtquelle 49e zum Phototransistor oder anderweitigen Photoelement 50a befinden, erhalten wird. Das Signal in der Leitung 94 hat die in Fig. 7d gezeigte Signalform.

Ein durch den Photostrom im Phototransistor 50 a gegebenes Tonerkonzentrationssignal wird über die Leitung 96 einem Differenzverstärker 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, ür sr 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 dem Differenzverstärker 95 zugeleiteten Signal, Gewünschtenfalls kann die Ansprechempfindlichkeit des Differenzverstärkers 95 dadurch noch weiter erhöht werden, daß man eine Rückkopplung von der Aus-• gangsleitung 98 vorsieht, durch die das dem Eingang des Differenzve.rstärkers 95 über die Leitung 99 vom Tonerverhältniswähler 97 zugeleitete Signal verändert wird.

Das Tastsignal (Fig. 7d) in der Leitung 94 steuert

ι» 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

ι ■> 98 die Speicherschaltung 101 immer dann aktualisiert

(auf den jeweils neuesten Stand bringt), wenn das Tastsignal in der Leitung 94 anzeigt, daß das Korrektursignal ein verläßliches Maß der Tonerkonzentra-"tion im Entwicklerbehälter 21 ist.

-ΊΙ Das Ausgangssignal der Speicherschaltung 101, die ein Flipflop (bistabiler Multivibrator) vom Setz-Zuriicksetztyp oder eine andere herkömmliche Schaltungsanordnung sein kann, steuert eine Energieverteilungs-Torschaltung 102, die den Toneraustragmo-

2~> tor 60 immer dann mii 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 Toni nerkonzentration 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 Entwickler im Entwicklerbehälter 21 an Toner verar-

;■. men kann, bis der Inhalt der Speicherschaltung 101 wieder anzeigt, daß die Tonerkonzentration des Entwicklers im Entwicklerbehälter 21 unter den Sollwert abgefallen ist. Auf diese Weise wird die fonerkonzentration des Entwicklers 22 im Sumpf des Entwickler-

m be hai te rs 21 laufend und automatisch innerhalb enger Grenzen reguliert.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Tonerkonzentration eines pulverformigen, Toner- und Trägerteilchen enthaltenden Entwicklers in einem elektrophotographischen Kopiergerät, mit einer Ablenkplatte zum Ablenken eines aus einer Zufuhröffnung herabfallenden Entwicklerstromes, mit einer transparenten Tonerauffangplatte, auf deren Oberfläche der abgelenkte Entwicklerstrom auftrifft und herabgleitet, wobei sich auf der Oberfläche eine Tonerschicht bildet, deren Dicke von der Tonerkonzentration des Entwicklers abhängt und sich mit dieser ändert, und mit einer optischen Absorptionsmeßeinrichtung zur Messung der Dicke der Tonerschicht als Maß für die Tonerkonzentration, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerauffangplatte (45) frei von Elektroden angeordnet j?* und die Größe der Zufuhröffnung (44). die Neigung der Ablenkplatte (48) und die Fallhöhe des Entwicklerstromes so bemessen sind, daß sich auf mindestens einem Teil der Oberfläche der Tonerauffangplatte (45) auch ohne die Einwirkung äußerer elektrischer Felder Toner in Form einer Schicht ablagert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Normale der Tonerauffangplatte (45) mit der Vertikalen eine Winkel von 30° bis 75° bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel 60° beträgt.

4. Vorrichtung nac'i Ans(·. uch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte die Form eines kopfstehenden *'■"<« hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den beiden Schenkeln der die Form eines kopfstehenden »V« aufweisenden Ablenkplatte 60° beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte elektrisch leitend ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte geerdet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand zwischen der Zufuhröffnung (44, 44a) und dem darunter liegenden Teil der Ablenkplatte (48a, 48b) 4,7 mm beträgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand zwischen der durch den Entwicklerstrom getroffenen Oberfläche der Tonerauffangplatte und dem darüber befindlichen Teil der Ablenkplatte 6,3 mm beträgt.