DE2450145B2

DE2450145B2 - Vorrichtung zum Steuern der Tonerkonzentration bei einem elektrophotographischen Kopiergerät

Info

Publication number: DE2450145B2
Application number: DE2450145A
Authority: DE
Inventors: Noel Leonard Hilton N.Y. Reyner (V.St.A.)
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1973-11-05
Filing date: 1974-10-22
Publication date: 1980-10-23
Also published as: CA1039344A; JPS5080143A; DE2450145C3; DE2450145A1; FR2250150B1; US3926338A; GB1477885A; NL7413729A; FR2250150A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Tonerkonzentration einer aus Tonerteilchen und Trägerteilchen bestehenden und sich in einer Entwicklungseinrichtung eines elektrophotographischen Kopiergerätes befindlichen Entwicklermischung, mit einer elektrisch leitenden, relativ zu der Entwicklermischung bewegbaren, aufladbaren, flächigen Elektrode, an der Toner anlagerbar ist, mit einer Strahlungsquelle und einer Photodiode, durch die die Dichte des an der Elektrode angelagerten Toners meßbar ist, wobei das von der Photodiode erzeugte Signal einer Verstärkerschaltungsanordnung und das verstärkte Signal einer Vergleichsschaltungsanordnung zuführbar ist, durch die beim Abweichen des gemessenen Dichtewertes von einem Solldichtwert ein Relais ansteuerbar ist, mit dem eine Zuführeinrichtung zur Abgabe von Toner in die Entwicklermischung einschaltbar ist.

Beim elektrophotographischen Kopierverfahren wird

ein elektrostatisch aufgeladenes, photoleitfähiges Aufzeichnungsmaterial mit dem Lichtmuster einer Vorlage so bestrahlt, daß ein latentes Ladungsbild des Informationsgehaltes der Vorlage entsteht Das latente Ladungsbild wird mit Tonerteilchen sichtbar entwickelL Anschließend wird das Tonerbild von dem Aufzeichnungsmaterial auf ein Bildempfangsmaterial übertragen und auf diesem Fixiert, um eine dauerhafte Kopie zu erhalten.

ίο Dieses Kopierverfahren ist nicht auf Schwarz-Weiß-Kopien beschränkt, sondern läßt sich in ähnlicher Weise auch zur Herstellung von Farbkopien anwenden. Bei der Herstellung von Farbkopien wird eine Anzahl von aufeinanderfolgenden, einzelnen Farbtonerbildern auf

ts das Bildempfangsmaterial derart übertragen, daß die Farbtonerbilder einander deckungsgleich überlagert werden. Jedes einzelne rarbtonerbild entspricht einem Farbauszug der Vorlage. Die einzelnen, einander überlagerten Farbtonerbilder ergeben eine Kopie in der Farbe der Vorlage. Um eine gute Qualität der Farbkopie zu gewährleisten, muß das Entwicklungsvermögen bei den einzelnen Farbtonerbildern überwacht werden. Das Entwicklusgsvermögen steht mit der Konzentration der Tonerteilchen in der Entwicklermischung im Zusammenhang, d. h. mit dem Prozentsatz von Tonerteilchen in bezug auf die Trägerteilchen in der Entwicklermischung.

Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen zum Steuern der Tonerkonzentration einer aus Tonerteilchen und Trägerteilchen bestehenden Entwicklermischung bekanntgeworden. In der US-PS 33 99 652 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine sich drehende, reflektierende Scheibe in der Entwicklermischung angeordnet ist. Diese Scheibe wird elektrisch so vorgespannt, daß sie Tonerteilchen von der Entwicklermischung anzieht Ein Lichtstrahlenbündel wird von der Oberfläche der Scheibe reflektiert und auf einen photoelektrischen Wandler gerichtet Die von dem photoelektrischen Wandler empfangene Lichtintensität stellt ein Maß füi die Dichte der Tonerteilchen dar, die auf der Scheibenoberfläche haften. Aufgrund des Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlers wird ein Steuersignal erzeugt, um der Entwicklermischung neuen Toner zuzuführen, wenn dies erforderlich ist.

Eine andere Vorrichtung ist in der US-PS 37 54 821 beschrieben. Hier ist eine lichtdurchlässige Elektrode vorgesehen, die auf einer photoleitfähigen Aufzeichnungstrommel angeordnet ist. Während das latente Ladungsbild auf der photoleitfähigen Aufzeichnungsso trommel entwickelt wird, wird die durchlässige Elektrode elektrisch so vorgespannt, daß von ihr Tonerteilchen angezogen werden. Die lichtdurchlässige Elektrode mit den sich auf ihr befindenden Tonerteilchen wird beleuchtet und das durch sie hindurchgegangene Licht wird von einem photoelektrischen Wandler abgetastet, der in einer Thermostatkammer angeordnet ist. Die Lichtstrahlen werden dem photoelektrischen Wandler mittels einer Faseroptik zugeführt, die zwischen dem photoelektrischen Wandler und der lichtdurchlässigen Elektrode angeordnet ist. Die Verwendung einer Thermostatkammer und einer Faseroptik ist kostenaufwendig und die Herstellung dieser Bauteile ist kompliziert. Diese Anordnung aus Faseroptik und Thermostatkammer ist jedoch erforderlich, um die Wärmeempfindlichkeit des photoelektrischen Wandlers zu kompensieren. Beispielsweise hat ein Phototransistor eine Empfindlichkeit von 1,5%/° C und eine Photoelement-Darlington-Schaltung weist eine Empfindlichkeit

von 33%/° C auf. Die genannten Temperaturempfindlichkeiten übersteigen die zulässige Toleranz, da sie in dieser Größe dazu führen würden, daß eher Temperaturänderungen statt Änderungen der Tonerteilchendichte ermittelt werden.

Eine Vorrichtung zum Steuern der Tonerkonzentration der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 34 87 978 bekannt Der auf der flächigen Elektrode abgelagerte Entwicklerstoff wird beleuchtet und das reflektierte Licht wird einem photoelektrischen Wandler zugeführt Bei diesem photoelektrischen Wandler handelt es sich um eine übliche Photozelle oder eine Silizium-Duo-Diode. Um den Wärmegang des photoelektrischen Wandlers zu berücksichtigen, ist eine temperaturabhängige Schaltungsanordnung vorgesehen. Diese Schaltungsanordnung ist relativ kompliziert jedoch erforderlich um die Temperaturabhängigkeit des dut ch die Diode fließenden Stromes zu kompensieren. Der Vorteil der Verwendung einer wärawempfindlichen Photodiode besteht darin, daß auch bei relativ geringen Lichtintensitäten ein nicht zu kleines Ausgangssignal erzeugt wird.

Die Verwendung einer wärmeunempfindlichen Photodiode hätte den Vorteil, daß keine Schaltkreise zur Temperaturkompensation vorgesehen werden müssen. Andererseits ist dieAusgangsspannung einer wärmeunempfindlichen Photodiode äußerst gering, so daß sie bei der vorhergehend beschriebenen Vorrichtung nicht verwendet werden könnte, da die dort angegebene Schaltungsanordnung keine ausreichend stabile Betriebsweise aufweist

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die eingangs genannte Vorrichtung derart weiterzubilden, daß ein wärmeunempfindliches, photoelektrisches Element verwandt werden kann, wobei die Schaltungsanordnungen eine stabile Betriebsweise aufweisen sollen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verstärkerschaltungsanordnung einen ersten Operationsverstärker umfaßt, dessen invertierender Eingang mit dem einen Anschluß und dessen anderer Eingang mit dem anderen Anschluß der Photodiode verbunden ist wobei der Ausgang des Operationsverstärkers und dessen invertierender Eingang über einen einen ersten Widerstand aufweisenden Rückkopplungszweig verbunden sind, so daß die Photodiode im Kurzschluß betrieben wird, und daß die Vergleichsschaltungsanordnung einen zweiten Operationsverstärker umfaßt, dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers und dessen anderer Eingang, an dem eine Vergleichsspannung liegt, über einen einen zweiten Widerstand aufweisenden Rückkopplungszweig mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers verbunden ist so daß der Schaltpunkt Hysterese aufweist

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine wärmeunempfindliche Photodiode verwandt werden, so daß in vorteilhafter Weise kein Kompensationsschaltkreis erforderlich ist, um störende Wärmeeinwirkungen auf die Photodiode zu kompensieren. Die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Schaltungsanordnung weist stabile Betriebsbedingungen auf, die erforderlich sind, damit die von der wärmeunempfindlichen Photodiode abgegebenen kleinen Ausgangsspannungen zuverlässig weiterverarbeitet werden können.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers mit der Zündelektrode eines Thyristors verbunden ist dessen Schaltstrecke mit der Spule des Relais in Reihe geschaltet ist Diese Weiterbildung stellt eine Halteschaltung dar, die das Auftreten eines Schaltpunktes feststellt und die Information darüber hält daß ein Schaltpunkt aufgetreten war, bis eine Steuerlogik zur Abfrage bereit ist Durch die Steuerlogik werden die Einrichtungen betätigt durch die frischer Toner dem Entwicklermaterial zugeführt werden kann. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines

ίο Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer elektrofotografischen Vielfarb-Vervielfältigungseinrichtung,

Fig.2 einen Schnitt durch die in der Einrichtung gemäß F i g. 1 verwendeten fotoleitenden Trommel,

Fig.3 ein elektrisches Schaltschema, welches die Verstärkerschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht

Fig.4 ein elektrisches Schaltschema, welches die Komparatorschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht,

F i g. 5 ein elektrisches Schaltschema, welches die Halteschaltung veranschaulicht und

Fig.6 ein elektrisches Schaltschema, welches die Schaltungen gemäß F i g. 3,4 und 5 in ihrer elektrischen Verbindung untereinander darstellt.

In den Zeichnungen werden gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet In der F i g. 1 ist schematisch eine elektrofotografische Vervielfältigungseinrichtung dargestellt, welche derart angeordnet ist, daß sie Vielfarbkopien von einem farbigen Original herstellt. Obwohl die Steuereinrichtung gemäß der Erfindung insbesondere so ausgebildet ist, daß sie für die elektrofotografische Vervielfältigungseinrichtung gemäß F i g. 1 geeignet ist, ist aus der folgenden Diskussion ersichtlich, daß sie in gleicher Weise zur Anwendung bei einer großen Vielfalt von elektrofotografischen Vervielfältigungseinrichtungen geeignet ist und nicht notwendigerweise auf die dargestellte besondere Ausführungsform beschränkt ist.

Die in der F i g. 1 dargestellte Vervielfältigungseinrichtung veiwendet eine Trommel 10, die eine fotoleitende Oberfläche 12 aufweist die auf der Trommel angebracht und um deren Außenumfang herumgezogen ist. Die fotoleitende Oberfläche 12 ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, welches auf weißes Licht panchromatisch anspricht. Die Trommel 10 ist drehbar innerhalb des Maschinenrahmens gelagert und derart ausgebildet, daß sie sich in der Richtung des Pfeiles 14 dreht. Eine Reihe von Verarbeitungsstationen sind derart angeordnet, daß bei der Drehung der Trommel 10 in der Richtung des Pfeiles 14 die fotoleitende Oberfläche 12 nacheinander hindurchgeführt wird. Die Trommel 10 wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durch einen (nicht dargestellten) Antriebsmotor in bezug auf dio verschiedenen Verarbeitungseinrichtungen der Maschine angetrieben. Die Zeitsteuerscheibe, die im Bereich des einen Endes der Welle angeordnet ist, auf welcher die Trommel 10 befestigt ist arbeitet mit der Maschinenlogik in der Weise zusammen, daß jeder Arbeitsgang an der entsprechenden Station in der Weise koordiniert wird, daß die einzelnen Arbeitsgänge in der richtigen

Reihenfolge ablaufen.

Zunächst führt die Trommel 10 die fotoleitende Oberfläche 12 durch die Beladungsstation A. Im Bereich der Beladungsstation A ist eine Korona-Erzeugungsein-

richtung angeordnet, die allgemein durch das Bezugszeichen 16 bezeichnet ist. Die Korona-Erzeugungseinrichtung 16 erstreckt sich im allgemeinen quer zu der fotoleitenden Oberfläche 12. Auf diese Weise ist die Korona-Erzeugungseinrichtung 16 leicht dazu in der Lage, die fotoleitende Oberfläche 12 auf ein verhältnismäßig hohes und im wesentlichen gleichförmiges Potential aufzuladen.

Nachdem die fotoleitende Oberfläche 12 auf einen im wesentlichen gleichförmigen Pegel aufgeladen ist, dreht ι ο sich die Trommel 10 zu der Belichtungsstation B. An der Belichtungsstation B erzeugen ein bewegbares Linsensystem, welches in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen Id bezeichnet ist, und eine Farbfiltereinrichtung, die allgemein bei 20 dargestellt ist, ein farbgefiltertes Lichtbild, welches die aufgeladene fotoleitende Oberfläche 12 belichtet Ein Original 22 wird auf der durchsichtigen Platte 24 in einer stationären Lage gehalten, und zwar mit dem Gesicht nach unten. Das Original 22 kann ein Blatt Papier, ein Buch oder ein ähnliches Dokument sein, welches auf der Platte 24 angeordnet ist. Die Lampenanordnung 26, die Filtereinrichtung 20 und die Linse 18 bewegen sich in einer zeitlich aufeinander abgestimmten Weise mit der Trommel 10, um fortschreitend einzelne Bereiche des Originals 22 abzutasten, welches auf der Platte 24 angeordnet ist. Während der Belichtung werden durch die Filtereinrichtung 20 ausgewählte Farbfilter in den optischen Weg der Linse 18 gebracht Ein ausgewähltes Farbfilter wirkt auf die Lichtstrahlen, welche durch die Linse 18 hindurchgehen in der Weise, daß ein Lichtbild mit einer einzigen Farbe entsteht Das Lichtbild mit einer einzigen Farbe bestrahlt die aufgeladene fotoleitende Oberfläche 12, um dadurch darauf ein latentes, elektrostatisches Bild zu erzeugen, welches dem ausgewählten Spektralbereich des elektromagnetischen Wellenspektrums entspricht wobei ein solches Bild nachfolgend als ein einfarbiges elektrostatisches latentes Bild bezeichnet wird.

Nachdem das latente elektrostatische Bild auf der 4u fotoleitenden Oberfläche 12 aufgezeichnet ist wird die Trommel 10 zu der Entwicklungsstation C gedreht. Die Entwicklungsstation C weist drei einzelne Entwicklungseinheiten auf, die jeweils durch die Bezugszahlen 28, 30 und 32 bezeichnet sind. Diese Entwicklungseinheiten entsprechen alle demjenigen Typ, die air Magnetbürsten-Entwicklungseinheiten bezeichnet werden können. Eine typische Magnetbürsten-Entwicklungseinheit verwendet eine magnetisierbare Entwicklermischung, welche Trägerkörner und Tonerpartikeln aufweist Die Entwicklermischung wird kontinuierlich durch ein Richtungsflußfeld hindurchgeführt um daraus eine Bürste zu erzeugen. Die Entwicklermischung wird kontinuierlich bewegt, um die Bürste fortwährend mit frischem Material zu versorgen. Ein Entwicklungsvorgang wird dadurch erreicht, daß die Bürste mit der fotoleitenden Oberfläche 12 in Berührung gebracht wird. Jede der Entwicklereinheiten 28,30 und 32 bringt Tonerpartikel auf, welche dem Komplement des spezifischen einfarbigen elektrostatischen latenten Bildes entsprechen, welches auf der fotoleitenden Oberfläche 12 aufgezeichnet ist Die Tonerpartikel sind so beschaffen, daß sie Licht innerhalb eines vorgegebenen Spektralbereiches des elektromagnetischen WeI-lenspektrums absorbieren, welches der Wellenlänge des Lichtes entspricht, welches durch das Filter übertragen wurde. Beispielsweise wird ein grün gefiltertes, elektrostatisches BOd dadurch sichtbar gemacht daß die grüne Farbe absorbierende Magenta-Tonerpartikel darauf ge bracht werden. In ähnlicher Weise werden blaue unc rote latente Bilder jeweils mit gelben bzw. cyan-Toner partikel entwickelt.

Die Steuervorrichtung gemäß der Erfindung weis eine durchsichtige Elektrodenanordnung 46 auf, welch auf der fotoleitenden Oberfläche 12 der Trommel IC angebracht ist. Eine Beleuchtungseinrichtung wie ein« Lichtquelle 48 im Zusammenwirken mit einer Faserop tik 50 überträgt Lichtstrahlen durch die durchsichtige Elektrodenanordnung 46. Während des Entwickeln werden Tonerpartikel auf der durchsichtigen Elektrode 46 abgelagert, und die Intensität der Lichtstrahlen welche hindurchgehen, ist ein Maß für die Dichte. Eine Abtasteinrichtung wie eine Fotodiode 52 ist derar angeordnet und ausgebildet, daß sie die Lichtstrahlet empfängt welche durch die durchsichtige Elektroden anordnung 46 hindurchgegangen sind. Die Fotodiode 5: entwickelt ein elektrisches Ausgangssignal, welches de Intensität der empfangenen Lichtstrahlen entspricht Die elektrische Schaltung 54 verarbeitet das elektrisch« Ausgangssignal von der Fotodiode 52. Die Fotodiode 5'. ist im wesentlichen wärmeunempfindlich, da sie einei Wärmeempfindlichkeitskoeffizienten von etwi 0,2%/° C bei der verwendeten Arbeitsweise aufweist.

Die elektrische Schaltung 54 ist derart ausgebildet daß sie das elektrische Ausgangssignal von de Fotodiode 52 verstärkt welches wegen der eingestrahl ten Lichtintensität einen geringen Pegel aufweist Weiterhin vergleicht die elektrische Schaltung 54 da: verstärkte elektrische Ausgangssignal mit einem vorge gebenen Bezugssignal und erzeugt ein Fehlersignal welches der Abweichung zwischen diesen beider Signalen entspricht Schließlich weist die elektrische Schaltung 54 eine Halteschaltung auf, welche derar ausgebildet ist, daß sie das Fehlersignal hält bis es durcl die Logik abgefragt wird, welche einer der entsprechen den Tonerabgabeeinrichtungen 34,36 oder 38 zugeord net ist. Somit ist das elektrische Ausgangssignal von de elektrischen Schaltung 54 derart beschaffen, daß es die entsprechende Tonerabgabeeinrichtung derart beauf schlagt daß die Konzentration der Tonerpartikel in den entsprechenden Entwicklergemisch auf einen vorgege benen Pegel gebracht wird, so daß dadurch die Entwicklung optimal gestaltet wird. Der genaue Schaltungsaufbau der hierzu verwendeten Schaltung wie sie in der elektrischen Schaltung 54 verwendet wire wird unten anhand der Fig.2 bis 6 einschließlich beschrieben.

Nach dem Entwickeln wird die Trommel 10 zu de Übertragungsstation D gedreht An der Übertragungs station D wird das Tonerpulver, welches elektrostatiscl an der fotoleitenden Oberfläche 12 haftet auf ein Blat aus Trägermaterial 56 übertragen. Das Trägermateria 56 kann ein ebenes Papier oder ein Blatt au: thermoplastischem Material sein, wobei diese Träge nur als Beispiel genannt sind. Die Obertragungsstatioi D weist eine elektrisch vorgespannte Übertragungswal ze auf, die allgemein bei 58 dargestellt ist Die Oberfläche der Übertragungswalze 58 ist elektrisch au ein Potential vorgespannt welches eine ausreichend) Größe und Polarität hat um elektrostatisch Tonerparti kel von der fotoleitenden Oberfläche 12 auf da Trägermaterial 56 anzuziehen. Ein einzelnes Blatt eine Trägermaterials 56 wird von der Übertragungswalze 51 getragen, welche derart angeordnet ist daß sie siel synchron mit der fotoleitenden Oberfläche 12 beweg (mit im wesentlichen derselben Winkelgeschwindigkeit'

so daß jedes der entwickelten Bilder in überlagertem Zustand deckungsgleich auf das Trägermaterial 56 aufgebracht wird.

Bevor die übrigen Verfahrensschritte in der elektrofotografischen Vervielfältigungseinrichtung beschrieben werden, soll die Blattzuführungsanordnung kurz diskutiert werden. Das Trägermaterial 56 wird von einem Stapel zugeführt. Eine Zuführungswalze, die betrieblich mit einer Verzögerungswalze in Verbindung steht, löst das oberste Blatt vom Stapel und transportiert es weiter. Dieses Blatt wird in eine Rutsche gebracht, welche es in den Spalt zwischen einem Paar von Registerwalzen einführt. Danach befestigen Greiffinger, welche auf der Zuführungswalze 58 angebracht sind, lösbar darauf Trägermaterial 56, und zwar im Hinblick auf eine Bewegung in einem Rezirkulationsweg damit

Nachdem mehrere Tonerpulverbilder auf das Trägermaterial 56 übertragen wurden, lassen die Greiffinger auf der Übertragungswalze 58 das Trägermaterial 56 los und lösen es davon. Ein Abstreifstab wird dann dazwischengefügt um das Trägermaterial 56 von der Übertragungswalze 58 zu trennen. Anschließend transportiert ein Förderer mit einem endlosen Band das Trägermaterial 56 zur Fixierstation K

An der Fixierstation E, die nicht dargestellt ist sorgt eine geeignete Einbrenneinrichtung permanent für ein festes Haften des aufgetragenen mehrschichtigen Tonerpulverbildes auf dem Trägermaterial 56. Nach dem Fixiervorgang wird das Trägermaterial 56 durch eine Mehrzahl von Endlosband-Förderern weitertransportiert und zwar auf eine Ablage, wo es vom Personal entnommen werden kann.

Die letzte Behandlungsstation in der durch den Pfeil 14 angezeigten Drehrichtung der Trommel ist die Reinigungsstation F. Obwohl ein Überschuß an Tonerpartikel auf das Trägermaterial 56 übertragen wird, bleiben restliche Tonerpartikel auf der fotoleitenden Oberfläche 12, nachdem das Pulverbild davon abgenommen wurde. Diese restlichen Tonerpartikel werden von der fotoleitenden Oberfläche 12 entfernt während diese durch die Reinigungsstation F hindurchgeht Hier werden die restlichen Tonerpartikel zunächst unter den Einfluß einer (nicht dargestellten) Koronaerzeugungs-Reinigungseinrichtung gebracht welche derart ausgebildet ist daß sie die elektrostatische Ladung neutralisiert welche auf der fotoleitenden Oberfläche 12 und den restlichen Tonerpartikel noch vorhanden ist Die neutralisierten Tonerpartikel werden dann von der fotoleitenden Oberfläche 12 entfernt und zwar durch eine Berührung mit einer Faserbürste 60. Auf diese Weise werden restliche Tonerpartikeln, die auf der fotoleitenden Oberfläche 12 verblieben sind, leicht davon entfernt

In der F i g. 2 ist eine Trommel mit einer durchsichtigen Elektrodenanordnung 46 dargestellt Die Elektrodenanordnung 46 ist an einer Stelle der fotoleitenden Oberfläche 12 angeordnet, die nicht zum Bildbereich gehört Während die Elektrodenanordnung 46 durch die Entwicklungszone hindurchgeht, wird die leitende Oberfläche derselben auf ein elektrisches Potential vorgespannt, welches das latente elektrostatische Bild auf der fotoleitenden Oberfläche 12 der Trommel 10 simuliert Vorzugsweise wird die Elektrode auf Ober 200 V oberhalb der Entwicklervorspannung gebracht, wobei die normale Entwicklervorspannung etwa 500 V beträgt Die Elektrode kann jedoch auf einen Pegel von etwa 100 V bis etwa 600 V oberhalb der Entwicklervorspannung gebracht werden. Die Dichte der Tonerpartikel auf der durchsichtigen Elektrode 46 wird durch die Fotodiode 52 abgetastet. Das Ausgangssignal von der Fotodiode 52 wird durch die elektrische Schaltung 54 verarbeitet und in Abhängigkeit von der Dichte der Tonerpartikel, die auf der Elektrode 46 verbleiben, können gegebenenfalls zusätzliche Tonerpartikel der Entwicklermischung zugefügt werden. Die Fotodiode 52 ist außerhalb und auf Abstand von der fotoleitenden

ίο Oberfläche 12 der Trommel 10 angeordnet, um die Intensität von Lichtstrahlen abzutasten, welche durch die lichtdurchlässige Elektrode 46 hindurchgehen, und zwar unmittelbar vor dem Reinigen der fotoleitenden Oberfläche 12, d.h. bevor die Trommel 10 in die 5 Reinigungsstation E gedreht wird, da die Elektrode 46 der normalen Reinigung der fotoleitenden Trommel unterworfen wird. Die Lichtquelle 48 kann innerhalb der Trommel 10 angeordnet sein oder kann gemäß F i g. 2 außerhalb der Trommel 10 liegen, wobei die Lichtstrahlen mittels der Faseroptik 62 zugeführt werden. Die Welle 64, welche die Trommel 10 trägt ist ein rohrförmiges Element und sie ermöglicht der Faseroptik 62, daß sie durch den hohlen Mittelkern der Welle hindurchgeführt werden kann und aus dieser Welle heraus zu der fotoleitenden Oberfläche 12. Dadurch bekommen die Lichtstrahlen die Möglichkeit von der Lichtquelle 48 der lichtdurchlässigen Elektrodenanordnung 46 zugeführt zu werden.
Um die entsprechende geeignete Spannung anzulegen, welche dem latenten elektrostatischen Bild entspricht, welches auf der fotoleitenden Oberfläche 12 der Trommel 10 aufgezeichnet ist wird die lichtdurchlässige Elektrodenanordnung 46 auf einen geeigneten Spannungspegel vorgespannt Vorzugsweise wird dies dadurch erreicht daß eine entsprechende Schalteinrichtung, die allgemein bei 66 dargestellt ist und zwar im Bereich der einen Stirnseite der Trommel 10. Anstatt der Schalteinrichtung 66 kann eine entsprechend geeignete Schleifringanordnung verwendet werden. Die zeitliche Steuerung des Anlegens der Vorspannung an eine Elektrodenanordnung 46 kann durch eine geeignete elektronische Schalteinrichtung oder durch die Verwendung eines geschlitzten Kommutatorringes erfolgen, d. h, die Elektrode wird über einen Teil des Kommutators vorgespannt und über den übrigen Teil nicht Die Vorspannung wird von der lichtdurchlässigen Elektrodenanordnung 46 während des Reinigungsvorganges getrennt Anstatt der lichtdurchlässigen Elektrodenanordnung 46 eine Vorspannung zu erteilen, kann eine geeignete Vorspannung durch eine elektrische Ladung aufgebracht werden.

In der Fig.3 ist eine Verstärkerstufe 68 der elektrischen Schaltung 54 dargestellt Die Verstärkerstufe 68 ist elektrisch mit der Fotodiode 52 verbunden.

Der Operationsverstärker 70 ist elektrisch mit der Fotodiode 52 verbunden. Ein Widerstand 72 mit 100 000 Ohm und ein Kondensator 74 mit 0,01 Mikrofarad ist jeweils parallel zum Operationsverstärker 70 geschaltet Auf diese Weise arbeitet der Operationsverstärker 70 mit einer Widerstandsrückführung in einem Inversionsmodus, um eine geringe Eingangsimpedanz zu gewährleisten, wobei die Fotodiode 52 im Kurzschluß betrieben wird. Gemäß Fi g. 3 ist die Eingangsstufe vorzugsweise so ausgebildet daß sie eine Einstellung der Verstärkung im Verhältnis 10:1 ermöglicht Eine Verstärkungsveränderung wird erreicht, indem der Widerstand eines geeigneten Widerstandes 76 verändert wird, der mit dem Auseane des

Operationsverstärkers 70 verbunden ist. Beispielsweise kann die Fotodiode 52 eine als Siliziumplättchen ausgebildete Zelle sein.

Um den Pegel zu ermitteln, bei welchem Tonerpartikel in die Entwicklermischung abgegeben werden sollen, verwendet die Komparatorstufe 69 den Operationsverstärker 78, der als Pegeldetektor geschaltet ist, und zwar mit einer geringen Rückkopplung, um eine Hysteresis um den Schaltpunkt aufzubauen. Der Widerstand 80 ist parallel zu dem Operationsverstärker 78 geschaltet und hat vorzugsweise einen Widerstand von 50 000 Ohm. Der Ausgang des Operationsverstärkers 70 ist mit dem Eingang eines Operationsverstärkers 78 verbunden. Eine (nicht dargestellte) geeignete Spannungsquelie erzeugt eine Bezugsspannung von

— 15 V für den Operationsverstärker 78 über den Widerstand 82, dessen Widerstandswert vorzugsweise 6500 Ohm beträgt Die positive Klemme des Operationsverstärkers 78 ist durch den Widerstand 84 geerdet, der vorzugsweise einen Wert von 1000 Ohm aufweist. In dieser Schaltung führt eine Spannung, die etwas stärker negativ ist als —2,24 V, dazu, daß der Ausgang des Operationsverstärkers 78 in den negativen Bereich geht. Die Schaltung behält diesen Zustand bei, bis die Eingangsspannung etwas weniger negativ ist als

— 1,76 V. Der Hysteresiszyklus, der vorzugsweise etwa 2 V ±0,24 V beträgt, ist zweckmäßig, um eine Hochfrequenzschwingung am Schaltpunkt zu unterbinden, die von einer Schaltungsinstabilität und von Rauschen im Eingangssignal herrühren könnte. Die Temperaturstabilität dieser Schaltung beträgt vorzugsweise etwa 0,5 Mikrovolt/⁰ C über den Gesamtbereich von 20" C. Somit beträgt der Gesamtfehler etwa 10 Mikrovolt über den Gesamtbereich von 20⁰C. Somit ist ersichtlich, daß der größere Teil der Temperaturempfindlichkeit in der Komparatorstufe 69 von den Wärmeveränderungen der Widerstände beigetragen wird. Um diese auf ein Minimum zu bringen, werden Metallfilmwiderstände verwendet, die eine Empfindlichkeit von 0,01% pro Grad aufweisen.

In der Fig.5 ist die elektrische Halteschaltung 86 dargestellt Die Halteschaltung 86 weist eine (nicht dargestellte) Spannungsquelle von vorzugsweise 15 Volt auf, die elektrisch mit einem geeigneten Relais 88 in Reihe geschaltet ist Das Relais 88 ist mit einem siliziumgesteuerten Schalter 90 verbunden. Der Ausgang der Komparatorstufe 69 ist auch mit dem siliziumgesteuerten Schalter 90 verbunden. Diese Schaltung ermittelt das Auftreten eines Schaltpunktes und hält ihn, bis die Logik zur Abfrage bereit ist Die logische Verbindung ist an den Klemmen 92 dargestellt Die Halteschaltung 86 konvertiert auch das Signal mit niedrigem Pegel vom Operationsverstärker auf den Pegel, der erforderlich ist, um die Tonerabgabemotoren anzutreiben. Die Tonerabgabemotoren sind über logische Leitungen 94 angeschlossen. Das Rückstellen der Halteschaltung 86 erfolgt durch ein Signal von der logischen Schaltung, durch welches der Relaiskontakt 91 geöffnet wird.

In der F i g. 6 ist eine bevorzugte Schaltungsanordnung für die elektrische Schaltung 54 dargestellt, welche auch die verschiedenen Elemente der Fig.3 bis 5 einschließt. Gemäß F i g. 6 ist die Fotodiode 52 mit dem Operationsverstärker 70 verbunden. Der Widerstand 72 und der Kondensator 74 sind parallel zu dem Operationsverstärker 70 geschaltet. Ein Widerstand 94 mit 500 000 Ohm ist in Reihe mit der obengenannten Parallelschaltung und dem Ausgang des Operationsverstärkers 70 geschaltet. Die Ausgangsklemme- des Operationsverstärkers 70 ist mit einer Parallelschaltung verbunden, die drei Widerstände 96 mit 5000 Ohm in Reihe mit drei veränderbaren Widerständen 98 mit 50 000 0hm aufweist, die jeweils über Schalter 100 miteinander verbunden sind. Diese Schallungsanordnung ist mit dem Operationsverstärker 78 der Komparatorstufe 69 verbunden. Der Operationsverstärker 78 ist mit dem Operationsverstärker 70 verbunden, und eine Bezugsspannung von 15 Volt ist über den Widerstand 82 zugeführt. Die positive Klemme des Operationsverstärkers 78 ist elektrisch über den Widerstand 84 geerdet. Der Widerstand 80 ist parallel zu dem Operationsverstärker 78 geschaltet, wie es oben bereits erwähnt wurde. Der Ausgang vom Operationsverstärker 78 ist über den Widerstand 102 geführt, der vorzugsweise 2000 0hm hat. Der Widerstand 102 ist über einen Widerstand 104 mit 470 0hm an Erde geführt. Der Widerstand 102 ist weiterhin mit einem siliziumgesteuerten Schalter 90 verbunden. Die Anode des siliziumgesteuerten Schalters 90 ist mit dem Relais 88 verbunden, welches seinerseits mit einer Bezugsspannungsquelle von 15 Volt verbunden ist. Weiterhin ist der Widerstand 106 von 100 000 Ohm von dem Anodengatter des siliziumgesteuerten Schalters 90 an die Spannungsquelle mit +15 Volt geführt Wie oben bereits erwähnt wurde, dient das Ausgangssignal an den Klemmen 94 dazu, die Oszillatormotoren der Tonerabgabeeinrichtung anzutreiben. Ein Abfragen der Halteschaltung wird durch ein Signal von der Tonerabgabeeinrichtung über logische Leitungen 92 ausgelöst. Es ist somit ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Steuereinrichtung die erforderliche Regelung dadurch erreicht, daß ein thermisch unempfindlicher Fotofühler verwendet wird, der ein Ausgangssignal mit geringem Pegel erzeugt das von einer stabilen Verstärkerstufe entsprechend verstärkt wird. Das verstärkte elektrische Ausgangssignal wird dann mit einem Bezugssignal durch eine entsprechende Komparatorstufe verglichen und dann in einem Haltekreis gehalten, bis es von der Tonerabgabe-Logikschaltung abgefragt wird. Wenn das abgefragte Fehlersignal entwickelt ist betätigt es den Tonerabgabe-Oszillatormotor, um Tonerpartikeln in die entsprechende Entwicklermischung abzugeben, so daß dadurch deren Konzentration auf im wesentlichen den vorgegebenen Pegel eingestellt wird. In dieser Weise gewährleistet die Steuereinrichtung, daß die Bilddichte und die Farbzusammensetzung von Mehrfarbenkopien in der Vervielfältigungseinrichtung reproduzierbar eine hohe Qualität aufweisen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Steuern der Tonerkonzentration einer aus Tonerteilchen und Trägerteilchen bestehenden und sich in einer Entwicklungseinrichtung eines elektrophotographischen Kopiergerätes befindenden Entwicklermischung, mit einer elektrisch leitenden, relativ zu der Entwicklermischung bewegbaren, aufladbaren, flächigen Elektrode, an der Toner anlagerbar ist, mit einer Strahlungsquelle und einer Photodiode, durch die die Dichte des an der Elektrode angelagerten Toners meßbar ist, wobei das von der Photodiode erzeugte Signal einer Verstärkerschaltungsanordnung und das verstärkte Signal einer Vergleichsschaltungsanordnung zuführbar ist, durch die beim Abweichen des gemessenen Dichtewertes von einem Solldichtewert ein Relais ansteuerbar ist, mit dem eine Zuführeinrichtung zur Abgabe von Toner in die Entwicklermischung einschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltungsanordnung (68) einen ersten Operationsverstärker (70) umfaßt, dessen invertierender Eingang mit dem einen Anschluß und dessen anderer Eingang mit dem anderen Anschluß der Photodiode (52) verbunden ist, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers (70) und dessen invertierender Eingang über einen einen ersten Widerstand (72) aufweisenden Rückkopplungszweig verbunden sind, so daß die Photodiode (52) im Kurzschluß betrieben wird, und daß die Vergleichsschaltungsanordnung (69) einen zweiten Operationsverstärker (78) umfaßt, dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers (70) und dessen anderer Eingang, an dem eine Vergleichsspannung liegt, über einen einen zweiten Widerstand (80) aufweisenden Rückkopplungszweig mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (78) verbunden ist, so daß der Schaltpunkt Hysterese aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (78) mit der Zündelektrode eines Thyristors (90) verbunden ist, dessen Schaltstrecke mit der Spule des Relais (88, 94) in Reihe geschaltet ist.