DE2525952A1

DE2525952A1 - Ueberwachungssystem fuer die tonerkonzentration, insbesondere fuer trockenkopiergeraete

Info

Publication number: DE2525952A1
Application number: DE19752525952
Authority: DE
Inventors: James A Baer; Charles B Clark; Louis F Schaefer
Original assignee: Savin Business Machines Corp
Current assignee: Savin Corp
Priority date: 1974-07-17
Filing date: 1975-06-11
Publication date: 1976-02-05
Also published as: GB1474341A; JPS5119540A; US3970036A; CA1023790A

Description

DR.-ΙΝβ. D.PL.-ING. M. SC. DPL-VHYrDH. DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT - GFiIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART 2525952

A 41 261 h

k - 123

3. Juni 1975

Savin Business Machines Corporation Valhalla, New York 10 595, USA

Überwachungssystem für die Tonerkonzentration, insbesondere für Trockenkopiergeräte

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für die Überwachung der Tonerkonzentration in einem Entwickler aus einer Mischung von Tonerpartikeln und ferromagnetischen Trägerpartikeln, insbesondere für elektrostatisch arbeitende Trockenkopiergeräte, mit einem Kanal mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung, mit Einrichtungen zum Zuführen des Entwicklers zu der Einlaßöffnung des Kanals, mit einer Meßspule, die den Kanal zumindest teilweise umgibt und mit Meßeinrichtungen zum Messen von Induktivitätsänderungen in der Meßspule als Maß für die Änderung der Tonerkonzentration in dem Entwickler.

Es sind elektrostatisch arbeitende Trockenkopiergeräte bekannt, bei denen ein auf der Oberfläche eines Photoleiters erzeugtes, latentes, elektrostatisches Bild entwickelt wird, indem man dem Bild einen Entwickler zuführt, der aus einer Mischung von ferromagnetischen Partikeln und schmelzbaren Tonerpartikeln besteht.

509886/1025

A 41 261 h

k - 123 j

3. Juni 1975 - J ~

Im allgemeinen gibt es zwei Systeme zum Aufbringen des Entwicklers auf die Oberfläche des Photoleiters, der das latente Bild trägt. Bei dem ersten System wird eine Fördereinrichtung verwendet, um den Entwickler aus einem Vorrat zu einer oberhalb der photoleitenden Oberfläche befindlichen Stelle zu transportieren, von wo der Entwickler auf die photoleitende Schicht abgeworfen wird,über die er dann nach unten fällt. Während sich der Entwickler über das Bild bewegt, bleiben die reibungselektrischen Tonerpartikel an den Bereichen des Bildes haften, an denen nach der Belichtung eine Ladung erhalten geblieben ist. Das herabrieselnde Material fällt nach Verlassen der photoleitenden Oberfläche unter dem Einfluß der Schwerkraft zurück in den Entwicklervorrat.

Bei einem anderen weitverbreiteten System zum Aufbringen des trockenen Entwicklers auf das latente Bild ist eine Anordnung von Permanentmagneten in einem hohlen, umlaufenden Zylinder aus mangetisierbaren Material vorgesehen, wodurch ferromagnetische Partikel aus dem Entwicklervorrat, in welchen der Zylinder teilweise eintaucht, in einer Weise von der Oberfläche des umlaufenden Zylinders angezogen werden, daß sich eine sogenannte "magnetische Bürste" ergibt. Wenn der "Bürsten"-Zylinder sich dreht, erfaßt die Bürste die Oberfläche der Trommel oder dergl., welche mit dem Photoleiter beschichtet ist. Dabei bleiben die Tonerpartikel der Entwicklermischung auf der Bürste an den Bereichen der Trommel hängen, welche noch eine Ladung besitzen, nachdem die Belichtung mit einem Bild des zu kopierenden Originals erfolgte. Bei diesem System ist die Anordnung der Permanentmagneten so getroffen, daß der Entwickler von den Oberflächen-

509886/102 5

A 41 261 b

k - 123

3. Juni 1975

bereichen der magnetischen Trommel abfällt, welche an der photoleitenden Oberfläche vorbeigelaufen sind.

Wenn in einem elektrostatischen Kopiergerät Bilder erzeugt werden, nimmt der Toner-Anteil der Entwicklermischung ab, während die Menge der ferromagnetischen Trägerpartikel des Entwicklers gleich bleibt.

Um genaue Kopien mit der gewünschten Gleichmäßigkeit zu erzeugen, ist es erforderlich, daß das Verhältnis von Toner- zu Trägerpartikeln, d.h. die Tonerkonzentration im wesentlichen konstant bleibt. Es wurden bereits Versuche unternommen, um eine relativ konstante Tonerkonzentration zu gewährleisten. Das erste und elementarste Verfahren bestand dabei darin, eine Vorrichtung zur Ergänzung des Toners periodisch zu betätigen und der Entwicklermischung somit periodisch neuen Toner zuzuführen. Dieses Verfahren hat sich als wenig befriedigend erwiesen, da dabei Änderungen des Anteils der hellen und dunklen Flächen der zu kopierenden Dokumente nicht berücksichtigt werden können. Bei dem bekannten Verfahren wird also nicht untersucht, ob Dokumente vorliegen, die große schwarze Bereiche besitzen, für die relativ große Mengen an Tonermaterial erforderlich sind, oder ob Dokumente vorliegen, welche große weiße Flächen besitzen, für die beim Kopieren nur wenig Toner erforderlich ist. Dies führt dazu, daß dann, wenn der Toneranteil in der Entwxcklermischung periodisch ergänzt wird, die Gefahr besteht, daß in der Mischung entweder zu viel oder zu wenig Tonermaterial vorhanden ist, so daß sich eine unbefriedigende Betriebsweise des Kopiergeräts ergibt.

Im Hinblick auf die Nachteile der periodischen Ergänzung des

509886/1025

a 41 261 b 2 52595/?

k - 123

3. Juni 1975 - / -

Toneranteils wurden auch bereits Versuche unternommen, den Entwickler selbst zu überwachen, um ein Maß für die Konzentration des darin enthaltenen Toners zu erhalten.

So beschreibt beispielsweise die US-PS 3 527 651 für ein Kopiergerät, bei dem Entwicklermaterial mittels einer "magnetischen Bürste" aufgebracht wird, eine Anordnung, bei welcher eine Elektrode in Kontakt mit den "Borsten" der Bürste gebracht wird in dem Bestreben, Änderungen des elektrischen Widerstandes des Entwicklers zu messen. Man erkennt schnell, daß ein solches System naturgemäß erhebliche Schwierigkeiten mit sich bringt. Erstens ergibt sich nämlich eine gewisse Unsicherheit bezüglich der Kontaktgabe zwischen den Borsten der Bürste und der Elektrode, wobei die Lage der Elektrode bezüglich des Bürstenzylinders sehr kritisch ist. Außerdem ist die Bürstenstruktur aufgrund der erheblichen Größenunterschiede der Trägerpartikel unregelmäßig, was ebenfalls zur Ungenauigkeit der Messungen beiträgt.

Die US-PS 3 707 134 offenbart eine Vorrichtung, bei der ein Versuch gemacht ist, die Tonerkonzentration dadurch zu bestimmen, daß man eine Spule mit einem Eisenkern in der Nähe des magnetischen Bürstenzylinders anbringt, wobei die Spulenachse im wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse verläuft. Es werden Permanentmagnete verwendet, um die Trägerpartikel auf dem Zylinder in Richtung auf das Ende der Spule zu ziehen. Änderungen der Induktivität in der Spule in Abhängigkeit von Änderungen der Tonerkonzentration in dem Teil der Entwicklermischung, welcher der Spule benachbart ist, werden ausgewertet, um der Entwicklermischung neuen Toner zuzuführen. Dieses System ist

509886/1025

A 41 261 b

k - 123

3. Juni 1975 ~

ebenfalls relativ unsicher, da in jedem einzelnen Augenblick nur ein sehr kleiner Teil des Entwicklers überwacht wird. Außerdem ist das bekannte System relativ kritisch, da, wie in der Patentschrift ausgeführt, die verwendeten Magnete einerseits ausreichend stark sein müssen, um die Trägerpartikel in Richtung auf das Ende der Spule anzuziehen, und andererseits nicht so stark sein dürfen, daß sie die Trägerpartikel bis an das Ende der Spule bewegen, was eine falsche Anzeige zur Folge hätte.

In der US-PS 3 698 926 ist ein überwachungssystem für die Tonerkonzentration in Verbindung mit einem Kopiergerät beschrieben, bei dem die Entwicklermischung von oben auf die photoleitende Fläche abgeworfen wird. Bei dem bekannten Überwachungssystem wird das von der photoleitenden Oberfläche herabfallende Entwicklermaterial in einem Trichter aus nichtmagnetischem Material gesammelt, welcher ein zylindrisches Auslaßrohr besitzt, das von einer Meßspule umgeben ist. In der Patentschrift ist angegeben, daß die untere Öffnung des Trichters relativ eng sein soll, ohne daß darauf hingewiesen wäre, daß die Strömung des Entwicklers von der unteren öffnung des Trichters durch das von der Meßspule umgebene Auslaßrohr geregelt werden müsse. Es hat sich nun gezeigt, daß die Tonerkonzentration grundsätzlich relativ genau ermittelt werden kann, wenn man das Entwicklermaterial durch eine Meßspule hindurchleitet. Die Genauigkeit der Meßergebnisse wird aber dabei sehr stark davon beeinflußt, auf welche Weise das Entwicklermaterial durch die Meßspule hindurchfließt. Insbesondere wurde festgestellt, daß bei dem bekannten System dann, wenn das Entwicklermaterial frei durch das Aus-

509886/1025

k - 123 j

3. Juni 1975 - / -

laßrohr des Trichters hindurchfällt, die erhaltenen Meßergebnisse unzuverlässig sind.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungssystem für die Zusammensetzung des Entwicklers so zu verbessern, daß stets zuverlässige Meßergebnisse erhalten werden, die eine genaue Ergänzung des Toneranteils des Entwicklers ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei dem Überwachungssystem der eingangs beschriebenen Art Einrichtungen vorgesehen sind, welche zumindest in dem von der Meßspule umgebenen Teil des Kanals eine stabile Strömung des Entwicklers gewährleisten.

Das erfindungsgemäße Überwachungssystem ist besonders für Trockenkopiergeräte geeignet, bei denen das Entwicklermaterial mittels einer magnetischen Trommel transportiert wird. Ein besonderer Vorteil des Überwachungssystem besteht darin, daß mit Hilfe der Meßspule ständig zuverlässige Ergebnisse erhalten werden. Hierdurch ist es möglich, die Tonerkonzentration im wesentlichen konstant zu halten. Insbesondere spricht das erfindungsgemäße Überwachungssystem sehr genau auf relativ kleine Änderungen der Tonerkanzentration an.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erfindungsgemäße Überwachungs sys tem in Verbindung mit einem Trockenkopiergerät mit magnetischer Trommel und einem Tonerergänzungssystem eingesetzt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Konzentration der Ent-

509386/1025

2525352

A 41 261 b

k - 123

3. Juni 1975 -

Wicklermischung bei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen des Trockenkopxergerats im wesentlichen konstant bleibt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das erfindungsgemäße Überwachungssystem zusammen mit einem Ergänzungssystem für den Toner bei einem elektrostatisch arbeitenden Trockenkopiergerät verwendet wird, welches eine magnetische Bürste besitzt, die dem Transport des trockenen Entwicklers dient, welcher aus einer Mischung von ferromagnetischen Trägerpartikeln und Tonerpartikeln besteht, die in Kontakt mit der Oberfläche einer photoleJtenden Schicht gebracht werden, auf der sich ein latentes elektrostatisches Bild befindet. In einem solchen System wird ein Teil des Entwicklers von Bereichen der magnetischen Bürste entfernt, nachdem die Entwicklung des Bildes erfolgt ist und der betreffende Bereich der magnetischen Bürste die photoleitende Oberfläche verlassen hat. Der abgestreifte Entwickler wird einem dielektrischen Rohr zugeführt, welches eine begrenzte Auslaßöffnung besitzt, wodurch eine unstabile Strömung durch das Rohr verhindert wird, so daß der Entwickler in dem Rohr die Induktivität in einer das Rohr umgebenden Meßspule bestimmt. Diese Meßspule ist ein Element des abgestimmten Schwingkreises eines Meßoszillators dessen Ausgangsfrequenz mit der Frequenz eines abstimmbaren Bezugsfrequenzoszillators verglichen wird, um ein Frequenzdifferenfcsignal zu erhalten, welches ein Maß für den relativen Anteil des Toners in der Entwicklermischung ist. Das Frequenzdifferenzsignal dient dazu, ein Tonerergänzungssystem zu betätigen, über welches Toner aus einem Vorrat dem Entwicklervorrat in einer solchen Menge zugeführt wird, daß die Tonerkonzentration im wesentlichen konstant bleibt.

509886/1025

A 41 261 b k - 123

3. Juni 1975

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines elektrostatisch arbeitenden Trockenkopiergeräts zur Verwendung in Verbindung mit einem Überwachungssystem gemäß der Erfindung und einem Tonererganzungssystem, und zwar bei entfernter Geräteverkleidung;

Figur 2 einen Schnitt durch einen Teil des Geräts gemäß Figur 1 in vergrößertem Maßstab;

Figur 3 einen Teil einer Seitenansicht eines Teils des Tonerergänzungssystems des Geräts gemäß Figur 1 in vergrößertem Maßstab;

Figur 4 eine Detaildarstellung des Tonerergänzungssystems gemäß Figur 3;

Figur 5 einen Teilschnitt durch die wesentlichen Teile eines überwachungssystems gemäß der Erfindung für ein Gerät gemäß Figur 1 bis 4;

Figur 6 eine Draufsicht auf das Überwachungssystem gemäß Figur 5, gesehen in Richtung der Pfeile von der Linie 6-6 in Figur 5 und

Figur 7 ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Schaltung für ein Überwachungssystem gemäß der Erfindung und ein Tonerergänzungssystem.

509886/1025

A 41 261 b k - 123

3. Juni 1975

Die Figuren 1 und 2 der Zeichnung zeigen ein elektrostatisch arbeitendes Trockenkopiergerät, τ«Ich es insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist und eine Trommel 12 aufweist, welche eine photoMtende Oberfläche besitzt und in einem Rahmen 14 drehbar gelagert ist, wobei die Drehrichtung durch einen Pfeil A in Figur 2 angegeben ist. Das Gerät 10 umfaßt ein Entwicklerzuführsystem 16 und ein Tonerergänzungssystem 18, über welches dem Entwicklerzuführsystem 16 in nachstehend noch zu beschreibender Weise Toner zugeführt wird.

Das Gerät 10 besitzt einen Motor 20 mit einer Welle 22, die ein Sprossenrad 24 trägt, das bei laufendem Motor 20 eine Kette 26 treibt. Ein Zylinder 28 besitzt eine Welle 30, auf der ebenfalls ein Sprossenrad 32 sitzt, über welches die Kette 26 läuft, so daß der Zylinder mit Hilfe der Kette 26 zu einer Drehbewegung in Richtung des Pfeils B in Figur 2 antreibbar ist. Ein Rührwerk 34, welches Bestandteil des Entwicklerzuführsystems ist, wird von einer Welle 36 getragen, auf der ein Sprossenrad 38 sitzt, welches gleichfalls von der Kette 26 angetrieben wird. Ein leerlaufendes Sprossenrad 40, welches von einem Arm am Rahmen 14 getragen wird, ist zur Einstellung der Spannung der Kette 26 verstellbar.

Innerhalb des Zylinders 28 ist eine stationäre Halterung 42 angebracht, welche mehrere an ihrem Umfang im Abstand voneinander angeordnete Magnete 44 trägt. Der Zylinder 2 8 ist in einem Trog 46 angeordnet, in dem ein Entwicklervorrat 4 8 vorhanden ist. Der Zylinder 28 dreht sich in bekannter Weise in Richtung des Pfeils B, wobei die von den Magneten 44 erzeugten Felder zur Folge haben, daß Trägerpartikel und Tonerpartikel von der Mantelfläche des Zylinders 28 angezogen werden

509886/1025

2 525 35

A 41 261 b L· u £.^u υ

k - 123 *

3. Juni 1975 - J« -

Λ0

und am Mantel der Trommel 12 entlangbürsten, die das latente elektrostatische Bild trägt. Das von den Magneten 44 erzeugte Feld ist derart ausgebildet, daß beim Umlaufen des Zylinders entgegen dem Uhrzeigersinn, d.h. in Richtung des Pfeils B in Figur 2, das Entwicklermaterial von dem Zylinder aus dem unteren Teil des Troges 46 nach oben getragen wird und dabei in Kontakt mit dem latenten Bild auf der Oberfläche der Trommel 12 gelangt. Nachdem ein Punkt des Zylindermantels den höchsten Punkt bzw. den oberen Totpunkt überlaufen hat, gelangt er in einen Bereich, wo das Magnetfeld beträchtlich verringert ist, so daß die Trägerpartikel die Tendenz haben, sich von der Mantelfläche des Zylinders zu lösen und in den Vorrat im Trog 46 zurückzufallen. Vorzugsweise ist das Gerät 10 mit einem Luft-Absaugsystem verbunden, welches überschüssigen Toner durch einen von einer Wand 50 begrenzten Kanal unterhalb des Trogs 46 zu einer Absaugöffnung 52 führt. Ferner besitzt das Gerät 10 eine Abstreifplatte 54, welche verhältnismäßig dicht an die Oberfläche der Trommel 12 heranreicht und in Drehrichtung unmittelbar hinter der Zone liegt, in der das Bild durch die magnetische Bürste entwickelt wird.

Das erfindungsgemäße Uberwachungssystem, welches nachstehend näher erläutert werden soll, liefert zuverlässig gute Ergebnisse für ein breites Spektrum von Trockenentwicklern, die aus einer Mischung von ferromagnetischen Partikeln und schmelzbaren Tonerpartikeln bestehen. Ein Standardentwickler, mit dem das Uberwachungssystem getestet wurde, besteht aus Trägerpartikeln aus ferromagnetischem Material mit einer Grosse zwischen etwa 1 und 3OO _f*A m, vorzugsweise zwischen etwa 50 und 175 /6fm und aus Tonerpartikeln mit einer Größe zwischen etwa 0,2 und 20 ^m, vorzugsweise zwischen etwa 5 und 20 M m.

509886/1025

A 41 261 b

k - 123

3.Juni 1975

Eine optimale Bildentwicklung ergibt sich, wenn der Entwickler zwischen etwa 96 und 97 Gew.% an Trägerpartikeln enthält. Es wurde auch ein Entwickler mit unbeschichteten Eisen-Trägerpartikeln und einer mit Trägerpartikeln verwendet, welche mit einer dünnen Schicht eines dielektrischen Materials beschichtet waren, durch das die Anziehungskraft auf die geladenen Tonerpartikel erhöht wurde. Diese beiden Entwickler hatten Trägerpartikel mit einer Größe von etwa 100 Aim und Tonerpartikel mit einer Größe von weniger als 10 um. Außerdem wurden Materialproben getestet, bei denen Eisenkugeln mit einem Durchmesser von 300 /Um als Träger vorgesehen waren. Für alle untersuchten Entwickler führte das Überwachungssystem zu zuverlässig guten Ergebnissen.

Das Tonerzuführsystem 18 des Geräts 10 umfaßt ein Gehäuse 56, welches geeignet ist, einen Vorrat an Tonerpartikeln aufzunehmen. Eine Vibratorplatte 58, welche am Boden des Gehäuses 56 anliegt, wird von einer Stange 60 getragen, welche nach außen über die Wand des Gehäuses 56 vorsteht. Am äußeren Ende der Stange 66 ist ein Permanentmagnet 62 befestigt, welcher mit einer Spule 64 zusammenwirkt, die derart erregt wird, daß sich Vibrationen der Vibratorplatte 58 ergeben, so daß die Tonerpartikel innerhalb des Gehäuses 57 in Bewegung bleiben. Im Bereich einer Auslaßöffnung 70 des Gehäuses 56 ist eine Rändelwalze 66 auf einer Welle 68 befestigt. Ein federnder Abstreifarm 72 ist am unteren Ende des Gehäuses 56 derart befestigt, daß er an der Oberfläche der Rändelwalze 66 anliegt. Wenn die Rändelwalze 66 zu einer Drehbewegung angetrieben wird, werden die Tonerpartikel von ihrer Oberfläche abgestreift und gelangen von dort an eine Stelle des Troges 46, wo sie mit dem Entwickler durch das Rührwerk 34 gemischt v/erden.

509886/1025

A 41 261 b

k - 123

3. Juni 1975 -

Wie die Figuren 3 und 4 zeigen, sitzt auf dem dem Sprossenrad 38 abgewandten Ende der Welle 36 ein Zahnrad 74, welches mit einem Zahnrad 76 auf einer in dem Rahmen 74 gelagerten Welle 78 kämmt. Das Zahnrad 76 trägt einen Kurbelzapfen 80, welcher in einem Schlitz 82 eines Arms 84 läuft, der um ein Ende der Welle 68 der Rändelwalze 66 schwenkbar ist. Auf der Welle 68 sitzt drehfest ein Klinkenrad 86, welches zwischen dem Arm und der Seitenwand des Rahmens 14 angeordnet ist. Eine Klinke ist um einen Zapfen 90 am Arm 84 schwenkbar und ist in eine Stellung bewegbar, in der sie mit den Zähnen des Klinkenrades zusammenwirkt, um das Klinkenrad 86 und die Welle 68 zu einer Drehbewegung anzutreiben, wenn der Arm 84 unter Steuerung durch den Kurbelzapfen 80 eine Schwingbewegung ausführt. Ein Verbindungsglied 92 verbindet die Klinke 88 mit dem Anker 94 eines Magnetschalters 96, der eine Rückstellfeder 98 aufweist, die das Verbindungsglied 92 normalerweise in einer Lage hält, in der die Klinke 88 sich außer Eingriff mit dem Klinkenrad 86 befindet.Wenn jedoch der Magnetschalter 9 6 erregt wird, bewegt sich der Anker 94 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 88 derart, daß die Klinke 88 in eine Stellung gebracht wird, in der sie mit den Zähnen des Klinkenrades 86 zusammenwirken kann.

Wie die Figuren 2, 5 und 6 zeigen, ist in dem Trog 46 ein Leitblech 100 für den Entwickler derart angeordnet, daß seine eine Kante an einer Stelle, an der das Magnetfeld der Magneten relativ schwach ist, sehr dicht an den Zylinder 28 heranreicht, so daß die vom Zylinder herabfallenden Partikel die Tendenz haben, auf der Oberseite des Leitblechs 100 nach unten in den Trog 46 zu wandern, wo sie von dem Rührwerk 34 wieder mit dem übrigen Entwickler gemischt werden. Das Leitblech kann in

509886/1025

A 41 261 b

k - 123 ^

3. Juni 1975 - le -

geeigneter Weise, beispielsweise mittels Schrauben 102 in seiner Lage gesichert werden.

Das erfindungsgemäße Überwachungssystem zur Überwachung der Tonerkonzentration weist eine Wanne 104 auf, die in geeigneter Weise beispielsweise durch Punktschweissung an der Oberseite des Leitblechs 100 befestigt ist. Die Wanne 104 besitzt Seitenwände 106 und 108 sowie eine untere Stirnwand 110. Die Wanne 104 ist so angeordnet, daß die vom Zylinder 28 abgefallenen Partikel, welche sich auf der Oberseite des Leitblechs 100 nach unten bewegen, in die Wanne 104 gelangen. Unter Verwendung geeigneter Mittel, beispielsweise eines Epoxydharzes 116 und dergl., wird ein im wesentlichen zylindrisches, aus einem geeigneten dielektrischen Material bestehendes Rohr 114 in dem Leitblech 100 und der Wanne 104 befestigt. Als dielektrisches Material kann beispielsweise ein Kunstharz verwendet v/erden, insbesondere ein thermoplastisches Azetylharz, wie es beispielsweise von der Firma E.I. duPont de Nemours & Company unter dem Warenzeichen "Delrin" vertrieben wird. Die Wände 106, 108 und 110 können Aussparungen besitzen, um die gewünschte Tonerströmung durch das Rohr 114 zu erreichen. An dem unteren Ende des im wesentlichen zylindrischen Rohrs 114 ist ein nach innen gerichteter ringförmiger Flansch 118 vorgesehen, mit dessen Hilfe eine begrenzte Öffnung 120 auf der Auslaßsseite des Rohrs 114 geschaffen wird. Wie oben angedeutet, wurde nämlich festgestellt, daß zuverlässige und befriedigende Ergebnisse nicht erreicht werden können, wenn sich eine instabile Entwicklerströmung durch das Rohr 114 ergibt. Das Rohr ist nun erfindungsgemäß so aufgebaut, daß eine derartige instabile Strömung verhindert wird. Bei Verwendung eines Entwicklers

509886/102B

A 41 261 b k - 123

3. Juni 1975

7 S 7 ^Γι

des allgemeinen Typs, der oben beschrieben wurde, konnte festgestellt werden, daß befriedigende und gleichmäßige Ergebnisse erzielt v/erden können, wenn das Rohr einen Innendurchmesser a von etwa 5,08 mm besitzt und wenn der Durchmesser b der begrenzten Auslaßöffnung 120 etwa 3,43 mm beträgt. Ferner wurde festgestellt, daß ein Durchmesser der Auslaßöffnung 120 von etwa 4 mm oder mehr unter bestimmten Bedingungen zu einer unstabilen Strömung führt, so daß sich keine zuverlässigen Ergebnisse erhalten lassen. Außerdem wurde festgestellt, daß dann, wenn der Durchmesser der Auslaßöffnung 120 unter etwa 3 mm liegt, bei hoher Feuchtigkeit eine Verstopfung des Rohrs eintritt, so daß das System nicht mehr befriedigend arbeitet. In dem betrachteten System ist das Rohr 114 so angebracht, daß seine Längsachse im wesentlichen senkrecht verläuft. Bei einem speziellen Ausführ_ung_Sbeispiel besaß das Rohr 114 eine Länge von etwa 16 mm. Die Wanne 104 wird im wesentlichen in der Mitte des Leitbleches 100 angeordnet, um sicherzustellen, daß das Überwachungssystem Entwickler aus dem Teil der magnetischen Bürste überwacht, der an dem Teil des Bildes vorbeigeführt wurde, welcher demjenigen Teil des Originals entspricht, der normalerweise bedruckt ist.

Obwohl vorstehend ein Kanal in Form eines im wesentlichen zylindrischen Rohres beschrieben wurde, das eine im wesentlichen kreisförmige Auslaßöffnung 120 besitzt, liegt es im Rahmen der Erfindung, einen Kanal mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt zu verwenden und eine Auslaßöffnung vorzusehen, welche nicht kreisförmig ist. In solchen Fällen wird der richtige Zusammenhang zwischen der Querschnittsfläche des Kanals und der Größe der Auslaßöffnung, ist zur Vermeidung einer instabilen Strömung erforderlich ist, empirisch ermittelt.

509886/ 1 025

A 41 261 b L?£WD£

k - 123 y.

3. Juni 1975 J«

Um den Teil des Rohrs 114, in welchem sich im Betrieb das Entwicklermaterial befindet, ist eine Meßspule bzw. Spule 122 gewickelt. Die Spule 122 kann beispielsweise zweiundfünfzig in einer Lage eng gewickelte Windungen umfassen. Als Draht für die Spule kann beispielsweise ein einfach isolierter Kupferlackdraht der Größe Nr. 34 der US-Skala verwendet werden. Drähte dieser Art werden beispielsweise von der Phelps Dodge Company unter dem Warenzeichen "Nyleze" vertrieben. Die Spule reicht normalerweise von einem Punkt, der etwa 1,8 mm vom unteren Ende des Rohrs 114 entfernt ist,bis zu einem Punkt, der etwa 4,57 mm unterhalb des oberen Endes des Rohres liegt, so daß sich eine Gesamtlänge der Spule von etwa 9,5 mm ergibt. Wenn das Rohr 114 mit Luft gefüllt ist, ergibt sich eine Nenninduktivität von 9,5 AiH; vorzugsweise wird die Spule 122 nach dem Anbringen des Rohrs 114 in seiner Lage mit einer Schutzschicht, beispielsweise aus Epoxydharz_/ versehen.

Wie das Schaltbild gemäß Figur 7 zeigt, wird der Spule 122 ein Kondensator 128 parallel geschaltet und die beiden Bauteile werden mit einem abgestimmten Meßfrequenzoszxllator 126 verbunden, der Transistoren 130 und 132 sowie einen Steuertransistor 134 aufweist, der in Abhängigkeit von einem Eingangssignal auf einer Leitung 136 leitend wird und den Meßfrequenzoszillator veranlaßt, ein Ausgangssignal auf einer Leitung 138 zu erzeugen.

Die Schaltung umfaßt ferner einen Bezugsfrequenzoszillator 140, dessen Schv/ingkreis einen veränderlichen Widerstand 142 und einen Kondensator 144 umfaßt und der zwei Transistoren 146 und 148 aufweist. Ein Steuertransistor 150 ist einschaltbar, wenn ein Signal auf einer Leitung 152 auftritt und veranlaßt

509886/1025

A 41 261 b

k - 123

3. Juni 1975

dann den Bezugsfrequenzoszillator ein Ausgangssignal auf einer Leitung 154 zu liefern.

Die Meßschaltung umfaßt ferner einen Taktgeber 156 mit einem Taktoszillator 158, der mit einer Frequenz von etwa 300 Hz arbeitet. Die Oszillatoren 126 und 140 arbeiten bei Frequenzen in der Nähe von 800 kHz.

Wenn der Taktoszillator 158 arbeitet, dann liegt an seiner Ausgangsleitung alternierend ein Potential von etwa -15V und -7 V. Die Ausgangsleitung, die mit dem Bezugszeichen 160 bezeichnet ist, ist mit der Leitung 136 verbunden, die die Eingangsleitung für den Meßfrequenzoszillator darstellt. Außerdem ist die Ausgangsleitung 160 mit dem einen Anschluß einer Serienschaltung zweier Widerstände 162 und 164 verbunden, deren anderer Anschluß an einer Spannung von etwa -15V liegt. Der Mittelabgriff der Serienschaltung ist mit der Basis eines Transistors 166 verbunden, dessen Kollektor mit einem Transistor 168 verbunden ist, dessen Emitter wieder mit der Eingangsleitung 152 des Meßfrequenzoszillators 140 verbunden ist.

Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Schaltung ergibt sich in Verbindung mit den Einzelheiten, die Figur 7 zeigt, daß dann, wenn die Ausgangsleitung 160 auf einem Potential von -15V liegt, weder der Steuertransistor 134 noch der Transistor 166 leitend ist. Die Transistoren 168 und 150 sind jedoch unter diesen Bedingungen leitend, so daß der Bezugsfrequenzoszillator 140 eingeschaltet ist. Wenn die Ausgangsleitung dagegen auf einem Potential von -7 V liegt, ist der Steuertransistor 134 leitend, so daß der Meßfrequenz-oszillator 126

509886/1025

2525352

A 41 261 b

k - 123 -

3. Juni 1975 - HT -

ein Ausgangssignal auf der Leitung 138 erzeugt. Gleichzeitig sind die Transistoren 168 und 150 gesperrt, so daß der Bezugsfrequenzoszillator 140 auf der Ausgangsleitung 154 ein Signal erzeugt.

Die Ausgangssignale auf den Leitungen 138 und 154 werden dem Eingang einer Begrenzerschaltung 170 zugeführt, die zwei Transistoren 172 und 174 aufweist, und in der die Ausgangssignale der beiden Oszillatoren addiert werden. Die Begrenzerschaltung 170 führt ein Rechteckwellensignal einer Last zu, die eine Spule 176 mit einer Induktivität von etv/a 1,5 ,uH und einen Kondensator 178 mit einer Kapazität von etwa 390 pF aufweist und dazu dient, ein Dreieckwellensignal zu erzeugen. Dieses Dreieckwellensignal besitzt eine Spitzenspannung, die abnimmt, wenn die Oszillatorfrequenz ansteigt. Wenn also der Meßfreguenzoszülator 126 mit einer Frequenz arbeitet, die von der derjeniger des Bezugsfrequenzoszillators 140 abweicht, dann ist die Spitzenspannung über der kapazitiven Last geringfügig unterschiedlich, je nachdem, welcher der Oszillatoren gerade eingeschaltet ist. Das Dreieckwellensignal wird einer Detektorschaltung 180 zugeführt, in welcher seine Hüllkurve durch einen Gleichrichter abgetastet wird und über einen Puffertransistor 186 einer Schaltung 184 zugeführt wird. Mit dem Ausgang der Schaltung 184 ist ein Kondensator 188 mit einer Kapazität von etwa 0,22 pF verbunden, der dazu dient, die Gleichstromkomponente aus dem Ausgangssignal der Detektorschaltung zu entfernen. Mit der Ausgangsklemme des Kondensators 188 ist die Drainelektrode eines Feldeffekttransistors 190 verbunden. Die Gateelektrode des Transistors 190 ist mit dem Kollektor des Transistors verbunden, um das Ausgangssignal des Kondensators 188 synchron festzuklemmen.

509886/1025

A 41 261 b k - 123

3. Juni 1975

XL

Die Wechselstromkomponente des Ausgangssignals der Detektorschaltung, die sich an der Drainelektrode des Transistors 190 ergibt, ist von der Differenz der Amplituden des Dreieckwellensignals abhängig, deren Gründe oben erläutert wurden. Der Spitzenwert dieser Spannung ist direkt mit der Frequenzdifferenz der beiden Oszillatoren verknüpft.

Diese Frequenzdifferenz-Spannung wird durch den Transistor synchron festgeklemmt, um eine Gleichspannung zu erhalten, welche von einem Verstärker 192 verstärkt wird. Die verstärkte Gleichspannung wird an den Abgriff einer Serienschaltung von zwei Widerständen 194 und 196 angelegt, die in Serie mit einer Diode 200 zwischen einem Anschluß mit einem Potential von etwa -7 V und einem Anschluß mit einem Potential von etwa +9 V liegen. Der Abgriff zwischen den beiden Transistoren 194 und 196 liefert das Eingangssignal für die Basis eines Transistors 198, dessen Kollektor über eine Leuchtdiode 202 und die Serienschaltung zweier Widerstände 204 und 206 mit einem Anschluß verbunden ist, der auf einem Potential von etwa -15 V liegt. Ein Abgriff zwischen den Widerständen 204 und 206 liefert das Eingangssignal für einen Transistor 208, der zwischen der Diode 200 und einem Anschluß liegt, der ein Potential von etwa -15V besitzt. Die Wicklung des Magnetschalters 96 liegt parallel zur Diode 200. Die beiden Transistoren 198 und 208 bilden zusammen mit den zugehörigen Widerständen eine Kombination einer Entscheidungslogik mit einer Treiberschaltung für den Magnetschalter 96. Wenn die Schwingfrequenz des Meßfrequenzoszillators 126 ausreichend niedrig wird, beginnt der Transistor 198 zu leiten, so daß die Leuchtdiode 202 zu leuchten beginnt und der Magnetschalter 96 erregt wird. Wenn eine ausreichende Tonermenge zugegeben wurde, steigt die Frequenz

509886/1025

Λ 41 261 b

k - 123

3. Juni 1975

des Meßfrequenzoszillators 126 wieder bis zu einem Niveau an, bei welchem der Transistor 198 abgeschaltet wird, so daß kein weiterer Toner zugegeben wird.

Das erfindungsgemäße Überwachungssystem zur Überwachung der Tonerkonzentration und zum Ergänzen des Toners in dem Entwickler, entsprechend dem jeweiligen Bedarf, arbeitet wie folgt.

Zunächst wird das System geeicht, was in üblicher Weise geschieht, um sicherzustellen, daß der Magnetschalter 96 bei einem Induktivitätswert der Meßspule anzieht, der einer vorgegebenen niedrigen Konzentration des Toners in dem Entwickler entspricht. Die Eichung kann durch Einstellen der Induktivität 142 des Bezugsfrequenzoszillators 140 erfolgen. Wenn das System dann nach der Eichung arbeitet, fallen im Verlauf eines EntwicklungsVorgangs Entwicklerpartikel von dem Zylinder 28 längs des Leitblechs 100 nach unten in die Wanne 104. Aus. der Wanne 104 gelangt ein Teil der Partikel in das Rohr 114. Wie oben dargelegt, ist das Rohr 114 so ausgebildet und besitzt eine Auslaßöffnung 120 mit derartigen Abmessungen bezüglich des Innendurchmessers des Rohres 114, daß eine turbulente Entwicklerströmung durch das Rohr 114 verhindertwird. Der prozentuale Anteil des Toners in dem Entwickler innerhalb des Rohres 114 bestimmt die Induktivität der Spule 122. Wenn der Anteil der Tonerpartikel gegenüber dem Anteil der Trägerpartikel abnimmt, steigt die Induktivität der Spule an. Wenn die Induktivität der Spule ansteigt, fällt die Schwingungsfrequenz des Meßfrequenzoszillators 126 ab. Wie oben dargelegt wurde, wird die Schwingungsfrequenz des Meßfrequenzoszillators 126 mit der Frequenz des Bezugsfrequenzoszillators 140 verglichen. Wenn

509886/1025

A 41 261 b

k - 123

3. Juni 1975

die Frequenzen voneinander abweichen, ergibt sich ein Gleichstromsignal am Eingang des Verstärkers 192. Wenn der Anteil der Tonerpartikel gegenüber dem Anteil der Trägerpartikel des Entwicklers unter einen vorgegebenen gewünschten Prozentsatz absinkt, der durch die Eichung des Systems festgelegt wurde, ist das Ausgangssignal des Verstärkers 192 ausreichend groß, um die Transistoren 198 und 208 in den leitenden Zustand zu schalten und damit den Magnetschalter 96 zu erregen. Wenn der Magnetschalter 96 erregt wird, bewegt das Verbindungsglied 92 die Klinke 88 in eine Stellung, in der sie mit den Zähnen des Klinkenrades zusammenwirken kann. Wenn nun der Arm 84 aufgrund der Drehbewegung des Zahnrads 76 eine Schwingbewegung ausführt, dreht die Klinke 88 die Welle 68, so daß die Rändelwalze 66 zu einer Drehbewegung angetrieben wird und der Entwicklermischung Tonerpartikel aus dem Vorrat in dem Gehäuse 56 zugeführt werden. Wenn der Entwicklermischung eine ausreichende Tonermenge zugeführt ist, steigt die Frequenz des Meßfrequenzoszillators 126 an und das Eingangssignal für den Verstärker 192 wird abgeschwächt. Wenn der entsprechende Schwellwert erreicht ist, wird der Magnetschalter 96 abgeschaltet und bleibt abgeschaltet, bis der Toner wieder bis zu einer vorgegebenen Konzentration verbraucht ist, woraufhin das System erneut eingeschaltet wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die eingangs gestellte Aufgabe gelöst wird und daß ein System zur Ermittlung der Tonerkonzentration und zum Ergänzen des Toners geschaffen wurde, welches speziell in Verbindung mit der Verwendung von Trockenentwicklern geeignet ist, die mit Hilfe einer magnetischen Bürste aufgetragen werden. Das System ist

509886/1025

A 41 261 b

k — 123

3. Juni 1975

geeignet, relativ kleine Änderungen der Tonerkonzentration zu messen. Das System ist betriebssicher und außerdem so ausgebildet, daß zuverlässig genaue Meßergebnisse erhalten werden.

Es versteht sich, daß gewisse Merkmale und Unterkombinationen nützlich sind und unabhängig von anderen Merkmalen und Unterkombinationen verwendet werden können. Ferner wird deutlich, daß bezüglich der Einzelheiten zahlreiche Änderungen vorgenommen werden können, ohne daß der Fachmann dabei den Grundgedanken vorliegender Erfindung verlassen müßte. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die Einzelheiten und Besonderheiten des vorstehend betrachteten Ausführungsbeispiels beschränkt.

509886/102 5

Claims

2 5 2 5 95

A 41 261 h

k - 123 *

3. Juni 1975 - >β -

Patentansprüche :

\y Überwachungssystem zur Überwachung der Tonerkonzentration in einem Entwickler aus einer Mischung von Tonerpartikeln und ferroraagnetischen Trägerpartikeln, insbesondere für
elektrostatisch arbeitende Trockenkopiergeräte, mit einem Kanal mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung, mit Einrichtungen zum Zuführen des Entwicklers zu der Einlaßöffnung des Kanals, mit einer Meßspule, die den Kanal zumindest teilweise umgibt und mit Meßeinrichtungen zum Messen von
Induktivitätsänderungen in der Meßspule als Maß für die
Änderung der Tonerkonzentration in dem Entwickler,
dadurch gekennzeichnet,
daß Einrichtungen (118) vorgesehen sind, welche zumindest in dem von der Meßspule (122) umgebenen Teil des Kanals
(Rohr 114) eine stabile Strömung des Entwicklers (48) gewährleisten.

2. Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (Rohr 114) im wesentlichen zylindrisch ist.

3. überwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erzielen einer stabilen Strömung des Entwicklers (48) eine Verengung (Flansch 118) an der Auslaßseite (Auslaßöffnung 120) umfassen.

4. Überwachungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (Rohr 114) im wesentlichen zylindrisch ist
und einen Innendurchmesser von etwa 5,08 mm besitzt und

509886/1025

A 41 261 h

k - 123

3. Juni 1975

daß die Einrichtungen (Flansch 118) zum Verengen der Auslaßseite eine Auslaßöffnung (120) mit einem Durchmesser zwischen etwa 4 mm und etwa 3 mm freilassen.

5. Uberwachungssystem nach Anspruch 4, dadurch.gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung einen Durchmesser von etwa 3,43 mm besitzt.

6. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (Rohr 114) aus einem dielektrischen Material besteht.

7. Uberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (Rohr 114) im wesentlichen vertikal angeordnet ist und daß der Entwickler den Kanal (Rohr 114) unter dem Einfluß der Schwerkraft passiert.

8. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen zum Messen der Induktivitätsänderungen einen Meßfrequenzoszillator (126), Einrichtungen zum Verbinden der Meßspule (122) mit dem Schwingkreis des Meßfrequenzoszillators (126) und Einrichtungen zum Messen von Frequenzänderungen des Meßfrequenzoszillators (126) umfassen.

9. Uberwachungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugsfrequenzoszillator vorgesehen ist und daß die Einrichtungen zum Messen von Frequenzänderungen des Meßfrequenzoszillators Einrichtungen zum Vergleichen der Schwingfreguenz des Meßfrequenzoszillators mit der Schwingfrequenz des Bezugsfrequenzoszillators sind.

509886/1025

A 41 261 b

k - 123

3. Juni 1975

10. überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tonervorrat vorgesehen ist, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe in Abhängigkeit von den Meßeinrichtungen Toner aus dem Tonervorrat einem Vorrat an Entwickler (48) zuführbar ist.

11. Überwachungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonervorrat in einem Tonerergänzungssystem gespeichert ist.

12. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Trockenkopiergerät (10) ein Element (Trommel 12) mit einer photoleitenden Schicht aufweist, auf welcher ein latentes elektrostatisches Bild erzeugbar ist und daß eine Vorrichtung (28, 42, 44) zum Aufbringen des Entwicklers auf das latente elektrostatische Bild vorgesehen ist.

13. Überwachungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Zuführeinrichtungen vorgesehen sind, um den Entwickler von den Einrichtungen zum Aufbringen desselben auf das latente elektrostatische Bild zur Einlaßseite des Kanals,. (Rohr 114) zu transportieren.

14. überwachungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Aufbringen des Entwicklers auf das latente elektrostatische Bild eine sogenannte magnetische Bürste in Form eines umlaufenden Zylinders (28) mit darin angeordneten Magneten (44) umfassen und daß die Zuführeinrichtungen ein Leitblech (100) umfassen, das mit seinem einen Rand dicht an der Oberfläche

509886/102 5

A 41 261 b

k - 123

3. Juni 1975 - >» -

des Zylinders (28) anliegt, wobei der Kanal (Rohr 114) derart bezüglich des Leitblechs (100) montiert ist, daß ihm der Entwickler von dem Leitblech zuführbar ist.

15. Überwachungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite des Leitblechs (100) ausgehend von der an den Zylinder (28) angrenzenden Kante schräg nach unten gerichtet ist und daß der Kanal (Rohr 114) im wesentlichen senkrecht an dem Leitblech (100) befestigt ist, derart, daß sich seine Einlaßöffnung zur Oberseite des Leitblechs (100) öffnet.

16. tiberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerergänzungssystem ein Bauelement (Rändelwalze 66) umfaßt, welches antreibbar ist, um Toner aus dem Tonervorrat dem Entwicklervorrat zuzuführen, daß Antriebseinrichtungen (20 bis 26, 36, 38, 74 bis 84) vorgesehen sind, um das Bauelement (Rändelwalze 66) anzutreiben und daß Kupplungseinrichtungen (86, 88, 92 bis 98) vorgesehen sind, die zwischen den Antriebseinrichtungen ( 20 bis 26, 36, 38, 74 bis 84) liegen und normalerweise geöffnet sind und die in Abhängigkeit von den Meßeinrichtungen einschal tbar sind.

17. Überwachungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtungen ein Klinkenrad (86) und eine diesem zugeordnete Schaltklinke (88) umfassen sowie Einrichtungen (Feder 98), welche die Schaltklinke (88) normalerweise außer Eingriff mit dem Klinkenrad (86) halten, und daß Einrichtungen zum Schließen der Kupplung einen Magnetschalter (94, 96) umfassen, der einschaltbar ist, um die Schaltklinke (88) in Kontakt mit dem Klinkenrad (66) zu

509886/ 1025

A 41 261 b

k - 123

3. Juni 1975 - IK -

bringen, und zwar entgegen der Wirkung der Vorspanneinrichtungen (Feder 98).

18.Überwachungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßseite
des Kanals (Rohr 114) von einer Wanne (104) mit Seitenwänden (106, 108) und einer unteren Stirnwand (110) umgeben ist.

509886/1025