DE2952672C2 - Elektrophotographisches Kopiergerät - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

e) der Fühler (42) die maximale optische Dichte des Tonerbildes ermittelt, daß

f) eine Fühleinrichtung die Entwicklungsvorspannung und/oder das elektrostatische Potential der aufgeladenen, photoleitfähigen Fläche und/ oder die Belichtung feststellt, und daß

g) eine Kompensationseinrichtung zur Berechnung einer kompensierten optischen Dichte als vorgegebene Funktion der maximalen optischen Dichte und der anderen, festgestellten Betriebsparameter vorgesehen ist,

h) wobei zur Änderung der Tonerkonzentration im Entwickler diese kompensierte optische Dichte verwendet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung (74) so ausgelegt ist, daß der Bezugswert als vorbestimmte Funktion des festgestellten Betriebsparameters berechnet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung so ausgelegt ist. daß die kompensierte optische Dichte erhöht wird, wenn die Entwicklungsvorspannung zunimmt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung das elektrostatische Potential der photoleitfähigen Fläche (32) nach einem Laden derselben durch eine Ladeeinrichtung (33) und vor der bildmäßigen Belichtung durch die Abbildungseinrichtung (36) ermittelt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung so ausgelegt ist, daß die kompensierte optische Dichte abnimmt, wenn das elektrostatische Potential ansteigt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung die Intensität des mittels der Abbildungseinrichtung (36) ausgebildeten Lichtbildes fühlt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung so ausgelegt ist, daß die kompensierte optische Dichte zunimmt, wenn die Lichtbild-Intensität zunimmt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (42) eine Lichtquelle (43)

und einen Photosensor (44) aufweist

9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Konstanthalten der Stärke der Lichtquelle (43).

10. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung so ausgelegt ist, daß der Bezugswert abnimmt, wenn die Entwicklungsvorspannung zunimmt

11. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung so ausgelegt ist, daß der Bezugswert zunimmt, wenn das elektrostatische Potential zunimmt.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung so ausgelegt ist, daß der Bezugswert abnimmt, wenn die Lichtbild-Intensität zunimmt

Die Erfindung betrifft ein elektrophotographisches

Kopiergerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In einem derartigen Kopiergerät wird z. B. eine pho-

toleitfähige Trommel gleichförmig geladen und bildmäßig mit einer Vorlage belichtet, um durch eine örtlich festgelegte Photoleitung ein elektrostatisches Bild zu schaffen. Mittels einer Entwicklungseinrichtung wird ein Entwicklergemisch aus Toner- und Trägerpartikeln auf die Trommel aufgebracht, um das elektrostatische Bild in ein Tonerbild zu entwickeln. Bei dem Entwicklungsvorgang wird der Toner verbraucht, während die Trägerpartikel nicht verbraucht werden. Folglich nimmt die Tonerdichte, welche als das Verhältnis von Toner zu Trägerpartikeln in dem Entwicklergemisch festgelegt ist, allmählich ab. Wenn dies länger andauern kann, würde die Schwärzung der Kopien allmählich auf null abnehmen.

Dieser Nachteil wird gemäß den japanischen Patentanmeldungen 43-16 199 und 50-22 642 überwunden, bei welchem die Schwärzung des Tonerbildes nach der Entwicklung gefühlt wird. Je höher die Tonerdichte ist, umso höher ist die gefühlte Schwärzung des Tonerbildes. Üblicherv/eise wird ein bildfreier Teil der Trommel, welcher geladen und entwickelt, aber nicht abgebildet wurde, gefühlt. Es kann auch ein Umfangsteil der Trommel gefühlt werden, der bildmäßig mit einer Vorlage belichtet worden ist und eine vorbestimmte Schwärzung aufweist. Hierdurch werden Veränderungen in der Stärke einer Lichtquelle ausgeglichen, mit welcher die Vorlage beleuchtet wird. Bei diesem System wird dem Entwickler in der Entwicklungseinrichtung zusätzlicher Toner beigemischt, wenn die gefühlte Schwärzung des Tonerbildes unter einem vorbestimmten Wert liegt.

Mit diesem System kann jedoch die Tonerdichte nicht genau gefühlt und auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden, und zwar deswegen, da sich die gefühlte Schwärzung des Tonerbildes entsprechend den Änderungen in dem an die Trommel angelegten Ladungspotential, einer Ermüdung der photoleitfähigen Fläche der Stärke des Lichtbildes, der Entwicklungsvorspannung und entsprechend den Veränderungen in der Versorgungsspannung und dem Fühlerausgang und sich außerdem mit der tatsächlichen Tonerdichte ändert.

Aus der US-PS 29 56 487 ist ein elektrophotographisches Kopiergerät der eingangs genannten Art bekannt, bei dem eines von mehreren verschiedenen Steuersignalen dazu verwendet werden kann, um die Tonerkonzentration in einem Entwickler zu ändern. Ein solches

Steuersignal kann beispielsweise die Dichte der Abbildung, aber auch die Belichtung wiedergeben. Eine Steuerung der Tonerkonzentration in Abhängigkeit von mehreren Parametern iäßt sich mit Hilfe dieser bekannten Steuereinrichtung jedoch nicht realisieren.

Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrophotographisches Kopiergerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, bei dem die Einstellung der optimalen Tonerkonzentration im Entwickler mit großer Genauigkeit möglich ist

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnung! ceil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit Hilfe der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf der Feststellung, daß die übliche Ermittlung der Dichte der Abbildung kein zuverlässiges Maß für das Betriebsverhalten des Kopiergerätes darstellt, weil diese Dichte noch von verschiedenen anderen Parametern abhängt, beispielsweise dem Ladungspotential der photoleitfähigen Fläche, der Ermüdung der photoleitfähigen Fläche, der Belichtung und der Entwicklungsspannung.

Erfindungsgemäß werden alle diese Betriebsparameter gleichzeitig berücksichtigt und es wird eine kompensierte optische Dichte gebildet, die ein sehr repräsentatives Maß für das Betriebsverhalten des Kopiergerätes darstellt und deshalb die optimale Einstellung der Tonerkonzentration im Entwickler ermöglicht.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine Kurvendarstellung, in welcher Veränderungen der gefühlten Tonerbildschwärzung als Funktion der Entwicklungsvorspannung und des elektrostatischen Bildpotentials aufgetragen sind;

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Grundform des Kopiergeräts mit Merkmalen nach der Erfindung;

F i g. 3 eine schematische elektrische Schaltung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 4 eine schematische elektrische Schaltung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 5 eine schematische elektrische Schaltung einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 6 eine schematische elektrische Schaltung einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig.7 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fühlers;

F i g. 8 eine der F i g. 7 ähnliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Fühlers;

F i g. 9 eine Kurve, in welcher die Stärke des auffallenden Lichts als Funktion des Lichteinfallswinkols für die Fühler der F i g. 7 und 8 aufgetragen ist;

Fi g. 10 eine Kurve, in welcher die Strahlungsstärke des Lichts als Funktion des Strahlungswinkels des Lichts für die Fühler der F i g. 7 und 8 aufgetragen ist;

F i g. 11 eine Kurve, in welcher der Ausgang der Fühler der F i g. 7 und 8 dargestellt ist;

F i g. 12 eine schematische elektrische Schaltung einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13 eine Reihe von Kurven, in welchen Signale an verschiedenen Punkten der Ausführungsform der Fi g. 12 dargestellt sind;

Fig. 14 bis 16 schematische elektrische Schaltungen von verschiedenen Einrichtungen, um eine Tonerfixierung zu verhindern;

Fig. 17 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Abschirmen des Fühlers der F i g. 8;

Fig. 18 Kurven, in welchen Spektren verschiedener Lichtquellen und Fühler dargestellt sind;
F i g. 19 eine schematische elektrische Schaltung einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 20 eine schematische elektrische Darstellung einer Konstantstromquelle, um die Intensität einer Lichtquelle gegenüber Veränderungen der Versorgungsspannung konstant zu machen;

F i g. 21 Kurven, in welchen die Strahlungsstärke einer Lichtquelle als Funktion eines angelegten Stroms und der Temperatur aufgetragen sind;

Fig.22 eine schematische elektrische Schaltung, in der dargestellt ist, wie die Schaltung der F i g. 20 bezüglich einer Temperaturänderung kompensiert werden kann:

Fig.23 eine schematische Darstellung eines Spannungskonstanthalters, um die Stärke einer Lichtquelle gegenüber Veränderungen in der Versorgungsspannung zu stabilisieren; und

F i g. 24 eine schematische Darstellung der Grundelemente einer siebten Ausführungsform der Erfindung.
Anhand von F i g. 2 wird ein in seiner Gesamtheit mit 31 bezeichnetes, elektrophotographisches Kopiergerät beschrieben, das ein photoleitfähiges Teil in Form einer Trommel 32 aufweist, die mit konstanter Drehzahl entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Die Trommel 32 wird mittels einer Koronaladeeinrichtung 33 gleichförmig geladen und dann über eine optische Einrichtung, die symbolisch durch eine Sammellinse 36 dargestellt ist, bildmäßig mit einer Vorlage 34 belichtet. Hierdurch wird ein elektrostatisches Bild der Vorlage 34 durch eine örtlich festgelegte Photoleitung auf der Trommel 32 ausgebildet. Dann wird z. B. mittels einer Magnetbürste 37 ein Entwickler auf die Trommel 32 aufgebracht, um das elektrostatische Bild in ein Tonerbild zu entwickeln. Ferner ist eine Vorspannungsquelle 38 dargestellt, mittels welcher eine Vorspannung an die Entwicklungseinrichtung 37 angelegt wird, um eine Übertragung von Toner an weiße Untergrundbereiche des elektrostatischen Bildes zu verhindern. Dann wird ein Bildempfangsmaterial 39 mit einer der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel entsprechenden Geschwindigkeit zugeführt und an der Trommel 32 in Anlage gebracht, wobei mittels einer Transferladeeinrichtung 41 eine elektrostatische Ladung auf das Bildempfangsmaterial 39 aufgebracht wird, um dadurch das Tonerbild von der Trommel 32 auf das Bildempfangsmaterial 39 zu übertragen. Das Bildempfangsmaterial 39 wird zeitlich gesteuert zugeführt, so daß die Vorderkante des Bildempfangsmaterials 39 genau mit der Vorderkante des Tonerbildes auf der Trommel 32 übereinstimmt. Nach einer Übertragung wird in einer nicht dargestellten Fixiereinrichtung das Tonerbild auf dem Bildempfangsmaterial 39 mit Wärme, Druck oder einer Kombination hieraus fixiert. Die Trommel 32 wird dann entladen und gereinigt, bevor sie durch die Einrichtung 33 wieder geladen wird.

Der Entwickler weist nichtmagnetische, schwarze Tonerpartikel und magnetische Trägerpartikel auf. Bei dem Entwicklungsvorgang werden Tonerpartikel verbraucht, während die Trägerpartikel nicht verbraucht werden. Ohne ein Ergänzen von Toner würde die Tonerdirhte, die in dem Entwickler als das Verhältnis der Tonerpartikel zu den Trägerpartikeln festgelegt ist, allmählich auf null abnehmen, so daß dann auch die Schwärzung der Bilder auf den Kopien auf null abneh-

men würde.

Aus diesem Grund muß die Tonerdichte durch Ergänzen von Toner oder dadurch konstant gehalten werden, daß dem Entwickler mehr Tonerpartikel beigemengt werden. Im optimalen Fall ist die Tonernachfüllrate (d. h. die nachgefüllte Tonermenge) gleich der Tonerverbrauchsrate (d. h. der verbrauchten Tonermenge). Da sich jedoch die verbrauchte Tonermenge entsprechend der Bildart ändert, hat ein Zuführen von Toner in einer konstanten Menge nicht die Folge, daß die Tonerdichte auf dem gewünschten bzw. geforderten Wert gehalten wird. Bei 3ildern mit großen dunklen Bereichen ist der Verbrauch größer als bei Bildern mit wenigen dunklen Bereichen. Folglich muß die Tonerdichte ständig gefühlt werden und dementsprechend Toner zugeführt und beigemischt werden. Üblicherweise wird eine vorbestimnue Tonermenge zugeführt und beigemischt, wenn die gefühlte Tonerdichte unter einen vorbestimmten Wert abfällt.

Es sind bereits verschiedene Methoden vorgeschlagen worden, die Tonerdichte zu fühlen; beispielsweise wird die magnetische Permeabilität des Entwicklers in der Entwicklungseinrichtung 37 gemessen. Diese Methode ist jedoch ziemlich ungenau, da das Gemisch in der Entwicklungseinrichtung 37 nicht ganz homogen ist. Bei einer anderen Methode, die durch die Erfindung sehr verbessert wird, wird die Schwärzung des Tonerbildes auf der Trommel mittels eines Fühlers 42 gefühlt. Der Fühler 42 ist eine photoelektrische Einheit aus einer Lichtquelle 53, beispielsweise einer lichtemittierenden Diode, und einem Photosensor 44, beispielsweise einer Photodiode. Die Photodiode 44 mißt das von der Trommel 32 reflektierte Licht und dadurch die Schwärzung des Tonerbildes.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Fühler 32 so angeordnet, daß die Schwärzung des Teils der Trommel 32 gefühlt wird, welcher durch die Ladeeinrichtung 33 geladen wurde, aber über die optische Abbildungseinrichtung 36 noch nicht mit Licht bestrahlt d. h. noch nicht belichtet wurde. Bei einer anderen Ausführungsform wird mit dem Fühler 42 ein Umfangsteil der Trommel 32 gefühlt, welcher mit einem Lichtbild einer Bezugsfläche mit einer vorbestimmten Schwärzung bestrahlt bzw. belichtet wurde. Bei dieser Ausführungsform werden Veränderungen in der Intensität des Lichtbildes infolge einer Veränderung der Stärke einer (nicht dargestellten) Lichtquelle ausgeglichen, die zum Beleuchten der Vorlage 34 verwendet wird. In beiden Fällen wird die gefühlte Schwärzung größer, wenn die Tonerdichte zunimmt. Folglich ist der Ausgang des Fühlers 42 eine Funktion der Tonerdichte.

Wie in F i g. 1 dargestellt, hängt jedoch die gefühlte Bildschwärzung ID auch noch von anderen Faktoren ab, so beispielsweise von dem Potential KS des elektrostatischen Bildes auf der Trommel 32 und von der durch die Quelle 38 angelegten Vorspannung VD. Das elektrostatische Bildpotential VS ist eine Funktion der durch die Ladeeinrichtung 33 aufgebrachten Ladung, und der Intensität des Lichtbildes, mit dem die Trommel 32 durch die optische Einrichtung 36 bestrahlt wird, sowie der Ermüdung der photoleitfähigen Fläche der Trommel 32 sowie anderer Faktoren, wie der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchtigkeit. Die Schwärzung ID ändert sich auch entsprechend der Speisespannung an dem Fühler 32. Die gefühlte Schwärzung ID nimmt zu, wenn das Ladepotential VS zunimmt, und nimmt ab, wenn die Vorspannung VD ansteigt. Außerdem nimmt die gefühlte Schwärzung ID ab, wenn die Intensität des Lichtbildes zunimmt. Somit kann dadurch, daß einfach die Schwärzung einer Bezugsfläche auf der Trommel 32 gefühlt wird, kein genaues Maß für die Tonerdichte geschaffen werden.

Diese Schwierigkeit ist durch die Erfindung überwunden, wie in F i g. 3 dargestellt ist. In F i g. 3 wird der lichtemittierenden Diode 43 Strom von einer Quelle 46 über einen Strombegrenzerwiderstand 47 zugeführt. Ferner ist zur Temperaturkompensation ein Widcrstand 48 parallel zu der lichtemittierenden Diode 43 geschaltet.

Die Kathode der Photodiode 44 und der nichtinvertierende Eingang eines Operationsverstärkers 49 sind geerdet; mit der Anode der Photodiode 44 ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 49 verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand 51 ist zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Verstärkers 49 geschaltet. Wenn die gefühlte Schwärzung zunimmt, nimmt der Widerstand der Photodiode 44 zu, so daß der durch die Photodiode 44 fließende Strom i'D und damit die Ausgangsspannung des Verstärkers 49 abnehmen. Der Ausgang des Verstärkers 49 wird über einen Widerstand 52 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 53 angelegt, dessen nichtinvertierender Eingang geerdet ist. Ein Rückkopplungswiderstand 54 ist zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Verstärkers 53 geschaltet. Der Verstärker 53 wirkt als ein Inverter, so daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 53 ansteigt, wenn die gefühlte Schwärzung zunimmt.

Der Ausgang des Verstärkers 53 ist über einen Summierwiderstand 56 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 57 verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand 58 ist zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Verstärkers 57 geschaltet Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 57 ist geerdet

Eine Vorspannungsquelle 38 weist eine Anzahl positiver Spannungsquellen 59, 61 und 62 auf, welche wahlweise über einen Schalter 63 mit der Entwicklungseinrichtung 37 verbunden werden. Die Spannungsquellen 59, 61 und 62 geben verschiedene Spannungen ab und werden entsprechend dem Untergrundpotential der Vorlage 34 mittels einer Schaltung ausgewählt, welche nicht Gegenstand der Erfindung ist und daher auch nicht dargestellt ist. Die Vorspannung VD hängt davon ab, welche der Spannungsquellen 59,61 oder 62 ausgewählt wird. Die Vorspannung VD wird an einen Spannungsteiler aus Widerständen 64 und 66 angelegt, wobei ein Anschluß des Spannungsteilers geerdet ist. Die Spannung an der Verbindung der Widerstände 64 und 66, welche ein Bruchteil der Vorspannung VD ist, wird über einen Summierwiderstand 67 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 57 angelegt.

Der Verstärker 57 gibt eine Ausgangsspannung ab, welche die bewertete Summe des Ausgangs des Verstärkers 53 ist, welche der gefühlten Schwärzung und der Vorspannung VD proportional ist Da eine Zunahme der Vorspannung VD eine niedrigere, gefühlte Schwärzung zur Folge hat, muß diese Wirkung ausgeglichen werden, so daß der Ausgang des Verstärkers 57 unabhängig von der Vorspannung VD ist und sich nur entsprechend der Tonerdichte ändert. Dies ist mit der dargestellten Schaltung erreicht. Die Werte der Widerstände 56, 64, 66 und 67 sind so gewählt, daß die Spannung, die über den Widerstand 67 an den Verstärker 57 angelegt wird, die Abnahme der gefühlten Schwärzung ausgleicht, die durch ein Erhöhen der Vorspannung VD

7 8

hervorgerufen wird, und umgekehrt. Wenn die Vor- 83 ist in der Art eines Spannungsfolgers mit seinem spannung VD zunimmt, nimmt auch die an den Verstär- invertierenden Eingang und auch mit einer Abschirkcr 57 angelegte Spannung zu und dies wird zu dem mung 84 des Fühlers 82 verbunden. Der Ausgang des Ausgang des Verstärkers 53 hinzuaddiert, welcher der Verstärkers 83 ist über einen Tastschalter 84 und einen gefühlten Schwärzung entspricht. Folglich liegt am Aus- 5 Integrierkondensator 86 mit Erde verbunden. Die Vergang des Verstärkers 57 eine Spannung an, die der To- bindung des Schalters 84 und des Kondensators 86 ist nerdichte entspricht und welche infolge der vorbe- mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsschricbcncn Kompensation unabhängig von der Vor- Verstärkers 87 verbunden,
spannung VD ist. Der Ausgang des Verstärkers 87 ist mit dessen inver-

Das kompensierte Schwärzungssignal wird an den io tierenden Eingang verbunden, wodurch ein Spannungs-

nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstär- folger geschaffen ist. Der Ausgang des Verstärkers 87

kers 68 angelegt, der als Spannungsvergleicher arbeitet. ist auch mit der Anode einer Zenerdiode 88 verbunden,

Eine Bezugsspannung von einer Quelle 69 ist über ein deren Kathode mit dem positiven Pol + Veiner Gleich-

Potentiometer 71 an den invertierenden Eingang des Spannungsquelle verbunden ist. Die Vorspannung VD

Verstärkers 68 angelegt. Der Ausgang des Verstärkers 15 liegt an der Kathode der Diode 88 an und wird an die

68 ist mit der Anode einer lichtemittierenden Diode 72 Entwicklungseinrichtung 37 sowie an den Spannungs-

verbunden, deren Kathode über einen Strornbegren- teiler aus den Widerständen 64 und 66 angelegt. Die

zungswiderstand 73 geerdet ist. Der Ausgang des Ver- Aufgabe der Zenerdiode 88 besteht darin, eine vorbe-

stärkers 68 ist auch mit einem elektromagnetischen stimmte Spannung zu dem Ausgang des Verstärkers 87

Ventil 74 eines Tonertrichters oder -behälters 76 ver- 20 hinzuzuaddieren.

bunden. Der Ausgang des Verstärkers 83 ist im wesentlichen

Wenn die kompensierte Schwärzung über einem vor- gleich dem elektrostatischen Potential an dem vorderen bestimmten Bezugswert liegt, welcher der Spannung Randteil (dem Untergrund) des elektrostatischen Bildes entspricht, die von der Quelle 69 an den Verstärker 68 auf der Trommel 32. Der Schalter 84 wird geschlossen, angelegt ist, ist der Ausgang des Verstärkers 57 niedrig; 25 wenn sich der vordere Randteil des Bildes für ein Abtader Ausgang des Verstärkers 68 ist ebenfalls niedrig und sten bei dem Fühler 83 befindet. Die Zenerdiode 88 die lichtemittierende Diode 72 ist abgeschaltet. Durch addiert dann eine vorbestimmte Spannung zu dem Ausdcn niedrigen Ausgang des Verstärkers 68 wird auch gang des Verstärkers 83, so daß die Vorspannung VD das Ventil 64 nicht betätigt. Wenn dagegen die kompen- gleich dem gefühlten elektrostatischen Potential plus sierte Schwärzung unter dem vorbestimmten Wert liegt, 30 der Zenerspannung an der Diode 88 ist. Hierdurch ist wodurch angezeigt wird, daß die Tonerdichte unter ei- eine Übertragung von Toner von der Entwicklungseinnen entsprechenden vorbestimmten Wert abgefallen ist, richtung 37 an die weißen (Untergrund)Bildbereiche auf wird der Ausgang des Verstärkers 68 hoch, so daß die der Trommel 32 verhindert. Die Arbeitsweise der Schallichtemittierende Diode 72 Licht abgibt. Durch den ho- tung ist dieselbe, wie anhand von F i g. 3 beschrieben hen Ausgang des Verstärkers 78 wird auch das Ventil 74 35 worden ist, außer daß die Vorspannung von der Zenerbetätigt, und dadurch wird von dem Tonertrichter 76 diode 88 und nicht von der Spannungsquelle 88 an die aus zusätzlicher Toner der Entwicklungseinrichtung 37 Widerstände 64 und 66 angelegt wird,
zugeführt. Hierdurch nimmt dann die Tonerdichte zu. In Fig.5 ist eine weitere Ausführungsform 91 der Wenn die Tonerdichte auf den vorbestimmten Wert an- Erfindung dargestellt, in welcher gleiche bzw. einander gestiegen ist, wird der Ausgang des Verstärkers 68 nied- 40 entsprechende Elemente mit denselben, bereits vorher rig und das Ventil 74 geschlossen. Die lichtemittierende verwendeten Bezugszeichen bezeichnet sind. In diesem Diode 72 schafft für die Bedienungsperson der Einrich- Fall wird die gefühlte Schwärzung bezüglich einer Vertung 31 eine visuelle Anzeige, daß die Tonerdichte unzu- änderung in der durch die Ladeeinrichtung 33 aufgereichend ist; sie kann durch irgendeine andere entspre- brachten, elektrostatischen Ladung und nicht bezüglich chende Anzeigeeinrichtung, beispielsweise eine Glocke, 45 der Entwicklungs-Vorspannung ausgeglichen,
einen Summer oder eine Sirene ersetzt werden. Der Fühler 82 ist in diesem Faii vorgesehen, um das

Die Spannungsquelle 69 kann weggelassen werden; in elektrostatische Potential auf der Trommel 32 nach dem diesem Fall wird dann ein Teil der Vorspannung an den Laden durch die Ladeeinrichtung 33, aber vor einer Abinvcrlierenden Eingang eines Verstärkers 68 und nicht bildung durch die Abbildungseinrichtung 36 zu fühlen, an den Verstärker 67 angelegt. Dies würde die Wirkung 50 Hierdurch wird eine Ermüdung der Trommel 32 sowie haben, daß der Bezugswert ansteigt, wenn die Vorspan- eine Veränderung in der Größe der Koronaentladung nung zunimmt, um dadurch eine Abnahme der gefühlten der Einrichtung 33 ausgeglichen. Der Ausgang des VerSchwärzung auszugleichen, was durch die Zunahme der stärkers 83 ist das Ladepotential VS. Wie anhand der Vorspannung verursacht ist. Fig. 1 beschrieben ist, nimmt die gefühlte Schwärzung

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in 55 des Tonerbildes zu, wenn das Ladepotential VS zu-F i g. 4 dargestellt und mit 81 bezeichnet. Bei der Ein- nimmt, und notwendigerweise nimmt die gefühlte Torichtung 81 ist ein automatisches Vorspannungssystem nerdichte ab, wenn das Ladepotential VS zunimmt,
und nicht die Vorspannungsquelle 38 verwendet. Die Dies ist mit der Schaltung in Fig. 6 erreicht. In diesem Einrichtung 81 weist einen kapazitiv angekoppelten Fall wird das Ladepotential VS und nicht die Vorspan-Fühler 82 auf, der in Drehrichtung der Trommel nach 60 nung VD an die Widerstände 64 und 66 angelegt. Die der optischen Einrichtung 36 angeordnet ist. Eine Span- Verbindung der Widerstände 64 und 66 ist mit einem nung, die zu dem Potential an einem vorderen Randteil weiteren Spannungsteiler aus Widerständen 92 und 93 des elektrostatischen Bildes auf der Trommel 32 pro- verbunden. Die Verbindung der Widerstände 92 und 93 porlional ist, wird an einer Elektrode des Fühlers 82 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärinduziert. Der vordere Randteil entspricht einem wei- 65 kers 57 verbunden.

ßen Untergrundteil des Bildes. Der Fühler 82 ist mit In der Einrichtung 91 wird der Verstärker 57 nicht als

einem nichtinvertierenden Eingang eines Operations- Summierverstärker, sondern als ein Differenzverstärker

Verstärkers 83 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers verwendet Folglich wird ein bewerteter Bruchteil des

Ladungspotentials VS von der gefühlten Schwärzung subtrahiert, um die geforderte Kompensation zu schaffen.

Mit dem Fühler 92 kann jedoch auch das Ladungspotential nach einer Abbildung durch die Abbildungseinrichtung 36 gefühlt werden, wie durch eine gestrichelte Linie bei 82' angezeigt ist. In diesem Fall sollte eine Abtastanordnung, wie sie in Fig.4 dargestellt ist, verwendet werden, um das Potential auf einem dunklen Bildbereich zu fühlen.

Der Fühler 42 ist in F i g. 7 im Maßstab von etwa 2 :1 dargestellt; hierbei strahlt die Lichtquelle 43 Licht in diagonaler Richtung auf die Trommel 32, während der Photosensor 44 senkrecht zu der Oberfläche der Trommel 32 ausgerichtet ist. In F i g. 8 ist ein weiterer Fühler 42' dargestellt, der eine Lichtquelle 43' und einen Photosensor 44' aufweist, die unter gleichen Winkeln bezüglich der Trommel 32 geneigt sind.

Die Breite des Bereichs auf der Trommel 32, welcher zu fühlen ist, ist mit a bezeichnet. Die Breite der von der Lichtquelle 43 beleuchteten Fläche ist mit b bezeichnet Die mittels des Photosensors 44 gefühlte Breite ist mit c bezeichnet. Obwohl die Breite b größer als die Breite c dargestellt ist, kann diese Beziehung auch umgekehrt werden.

In F i g. 9 ist gezeigt, wie der Winkel zwischen dem Photosensor 44 und der Trommel 32 innerhalb eines verhältnismäßig großen Bereichs geändert werden kann und doch noch ein genauer Ausgang erhalten wird. In Fi g. 10 ist in ähnlicher Weise gezeigt, wie der Winkel zwischen der Lichtquelle 43 und der Trommel 32 geändert werden kann.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 49, welche den Fühlerausgang darstellt, ist in F i g. 11 dargestellt. Der Ausgang beträgt 1,2 V in Flächenbereichen ohne Toner, fällt aber auf etwa 0_;8 V ab, wenn der dunkle Bezugsbereich auf der Fläche 32 nach einer Entwich lung gefühlt wird. Der Ausgang des Verstärkers 49 ändert sich jedoch beträchtlich infolge des Kanteneffekts, eines begrenzten Tonerersatzes in der Entwicklungseinrichtung 37, infolge von Reflexionsflecken oder Kratzer auf der Trommel 32. Die gefühlte Tonerdichte entspricht (vor einer Kompensation) der niedrigsten Ausgangsspannung des Fühlers 42, welche wiederum der maximalen Schwärzung entspricht.

In F i g. 12 ist eine weitere Einrichtung 105 dargestellt, die hierfür verwendbar ist. Hierbei ist der Widerstand 67 weggelassen, und die Verbindung zwischen den Widerständen 64 und 66 ist unmittelbar mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 57 verbunden. Ein Widerstand 102 ist zwischen den invertierenden Eingang des Verstärkers 57 und Erde geschaltet. Eine ein' stellbare Spannung wird über ein Einstellpotentiometer 103 an die Widerstände 64 und 66 angelegt.

Der Ausgang des Verstärkers 57 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 104 verbunden, dessen Ausgang mit der Kathode einer Diode 106 und auch mit der Anode einer Diode 107 verbunden ist. Die Anode der Diode 106 ist unmittelbar geerdet und die Kathode der Diode 107 ist über einen Widerstand 108 und einen Tastschalter 109 geerdet. Die Kathode der Diode 107 ist auch über einen Abtastkondensator 111 geerdet und mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 112 verbunden, welcher als Spannungsfolger geschaltet ist. Der Ausgang des Verstärkers 112 ist mit seinem invertierenden Eingang verbunden. Die Kathode der Diode 107 ist auch mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 104 verbunden.

Der Verstärker 104unddiezugeordneten Bauelemente arbeiten als Scheitelwertdetektor. Die Ausgänge der Verstärker 49,53,57 und 104 sind in F i g. 13 dargestellt. Der Schalter 109 ist offen, wenn der der maximalen Schwärzung entsprechende Bezugsteil der Trommel 32 an dem Fühler 42 vorbeiläuft. Mit dem Ausgang des Verstärkers 104 wird der Kondensator 111 über die Diode 107 auf den Scheitelwert des Ausgangs des Verstärkers 104 geladert, welcherderTonerdichteentspricht.DieseSpannungwird dann an den Verstärker 112 angelegt. Wenn der Fühl Vorgang beendet ist, wird der Schalter 109 geschlossen, wodurch dann der Kondensator 111 überden Widerstand 108 und den Schalter 109 entladen wird.

Eine Fixierung von Toner auf der Trommel 32 aufgrund der von der Lichtquelle 43 abgegebenen Wärme würde ein falsches Fühlergebnis der Schwärzung zur Folge haben. Aus diesem Grund ist ein Schalter 113 vorgesehen, so daß Strom nur dann in die Lichtquelle 43

fließen kann, solange der Bezugsbereich auf der Trommel 32 gefühlt wird. Durch die Anordnung ist verhindert, daß die Lichtquelle 43 zu lange angeschaltet wird, und dadurch eine beträchtliche Wärmemenge erzeugen würde. Wenn eine Wolframlampe als Lichtquelle 43 verwendet wird, kann eine Fixierung mittels eines optischen Filters mit einer Wellenlänge von etwa 0,9 Mikron verhindert werden, obwohl dies nicht dargestell t ist. In Fig. 14 ist ein weiterer Photosensor 121 dargestellt, welcher eine lichtemittierende Diode 122 und einen Phototransistor 123 aufweist. Die Anode der Diode 122 ist mit einer Spannungsquelle von +5 V verbunden. Die Kathode der Diode 122 ist über einen Widerstand 124 mit dem Kollektor eines PNP-Schalttransistors 126 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Ein Temperatur-Kompensationswiderstand 127 ist parallel zu der Diode 122 geschaltet Die Lichtquelle 122 wird dadurch angeschaltet daß ein positives Signal über einen Widerstand 128 an die Basis des Transistors 126 angelegt wird.
Der Phototransistor 123 ist als Anode geschaltet, dcren Basis geerdet ist Der Emitter des Transistors 123 ist nicht angeschlossen, während sein Kollektor über einen Widerstand 131 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 129 verbunden ist. Ein Rückkopplungswiderstand 132 ist zwischen den Ausgang des Verstärkers 129 und den Kollektor des Transistors 123 geschaltet

Eine weitere Schaltungsanordnung ist in F i g. 15 dargestellt In diesem Fall ist die Kathode der lichiemittierenden Diode 122 geerdet, während ihre Anode mit dem

so Kollektor eines PNP-Schalttransistors 133 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 133 ist über den Widerstand 124 mit +5 V verbunden. In diesem Fall wird ein negatives Signal über den Widerstand 128 an die Basis de? Transistors 133 angelegt

Eine weitere Abwandlung der Schaltung der Fig. 14 ist in Fig. 16 dargestellt; hierbei ist der Emitter des Transistors 133 mit Erde verbunden, während die Kathode der Diode 122 mit —5 V verbunden ist. Der Widerstand 124 ist zwischen den Transistor 133 und die Diode 122 geschaltet. Ein negatives Signal wird benutzt, um den Transistor 133 anzuschalten und damit die Diode 122 Licht abgibt.

Die Schaltungen in Fig. 14 und 15 sind vorteilhaft, wenn die Trommel 32 mit einem organischen Phololeiter beschichtet ist. In diesem Fall hat das elektrostatisChe Bild eine negative Polarität. Die Schaltung der Fig. 16 kann bei einem Selen-Photoleiter verwendet werden, bei welchem das elektrostatische Bildpotenlial

positiv ist.

Um ein Verschmutzen des Fühlers 42 wirksam zu verhindern, können, wie in Fig. 17 dargestellt ist, die Lichtquelle 43 und der Photosensor 44 in einem elektrisch leitenden Gehäuse 138 untergebracht sein. Von einer Spannungsquelle 134 oder 136 wird dann eine Spannung derselben Polarität wie die des Toners über einen Widerstand 137 an das Gehäuse 138 angelegt. Dies hat die Wirkung, daß der Toner von dem Fühler 42 abgestoßen wird. In Fig. 18 ist der Spektralausgang verschiedener Arten von Lichtquellen und -empfängern dargestellt.

Eine weitere Einrichtung 141 gemäß der Erfindung ist in Fig. 19 dargestellt. In diesem Fall wird die Bezugsspannung erniedrigt, wenn die Vorspannung ansteigt. Der Ausgang des Verstärkers 49 ist unmittelbar mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 68 verbunden. Die Vorspannung VD ist über einen Widerstand

142 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 143 angelegt. Eine einstellbare Spannung wird über ein Potentiometer 145 und einen Spannungsteiler aus Widerständen 144 und 146 an den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 143 angelegt. Ein Rückkopplungswiderstand 147 ist zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Verstärkers

143 geschaltet. Der Widerstand 148 ist zwischen den invertierenden Eingang eines Verstärkers 143 und Erde geschaltet. Der Ausgang des Verstärkers 143 ist mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 68 verbunden.

Der Ausgang des Verstärkers 49 nimmt ab, wenn die gefühlte optische Dichte abnimmt. Diese Ausgangsspannung ist hoch, wenn die Tonerdichte unzureichend ist. In einem solchen Fall gibt ein Vergleicher 68 einen hohen Ausgang ab, was dann ein Nachfüllen von Toner zur Folge hat.

Die Vorspannung VD wird zu der Spannung von dem Potentiometer 145 hinzuaddiert und über den Verstärker 143 an den Verstärker 68 angelegt. Der Ausgang des Verstärkers 143 nimmt zu, wenn die Vorspannung VD zunimmt. Dies entspricht einem Abnehmen der Bezugsspannung, wenn die Vorspannung zunimmt. Somit gibt der Verstärker 68 einen hohen Ansatz bei einem allmählich niedriger werdenden Wert der gefühlten optischen Dichte ab, wenn die Vorspannung VD erhöht wird. Hierdurch wird eine Abnahme in der gefühlten optischen Dichte durch ein Erhöhen der Vorspannung ausgeglichen.

Im allgemeinen sind die Fühler, beispielsweise der Fühler 42 in Modulform hergestellt und werden an der gewünschten Stelle in dem Kopiergerät angebracht. Außer Einbaufehlern haben Schwankungen (in der Größenordnung von 10%) am Ausgang einer herkömmlichen Spannungsquelle mit 5 V oder 12 V eine beträchtliche Änderung in der Stärke der Lichtquelle 43 zur Folge. Hierdurch wiederum wird die gefühlte optische Dichte beeinflußt. Es können jedoch verschiedene Einrichtungen verwendet werden, um die Stärke der Lichtquelle 43 konstant zu halten.

1. Die Lichtquelle kann mit einer einen konstanten Strom abgebenden Energiequelle betrieben werden.

2. Die Energiequelle kann mit einer eine konstante Spannung abgebenden Energiequelle betrieben werden.

3. Mit dem Bezugswert in der Fühlerschaltung können Schwankungen in der Speisespannung ausgewichen werden.

Eine bekannte, einen konstanten Strom liefernde Energiequelle ist in Fig. 20 dargestellt und weist einen PNP-Transistor 151 auf. dessen Kollektor mit der Anode der lichtemittierenden Diode 43 verbunden ist, deren Kathode wiederum geerdet ist. Der Emitter des Transistors 151 ist über einen veränderlichen Widerstand 152 mit einer Spannungsquelle von + 5 V verbunden. Widerstände 153 und 154 sind zwischen die Spannungsquelle und Erde geschaltet, wobei die Verbindung

ίο der Widerstände 153 und 154 mit der Basis des Transistors 151 verbunden ist.

Bei einer Zunahme des über die Diode 43 fließenden Stroms wird die Durchlaßspannung des Transistors 151 kleiner und der Strom nimmt auf den geforderten Wert ab.

Eine Schwierigkeit bei der Schaltung in Fig. 22 besteht darin, daß sich die Stärke der Lichtquelle 43 als Funktion der Temperatur ändert, wie in Fig. 21 dargestellt ist. Diese Schwierigkeit kann, wie in F i g. 22 dargestellt ist, dadurch beseitigt werden, daß ein Temperaturkompensationswiderstand 156 parallel zu der Diode 43 geschaltet wird.

In Fig.23 ist ein Spannungskonstanthalter 161 dargestellt, welche für eine konstante Spannung an der Lichtquelle 23 sorgt. Obwohl der Konstanthalter 161 im Hinblick auf die Herstellungskosten nachteilig ist, ist mit ihm die vorstehend angeführte Schwierigkeit gelöst und ferner sind Störungen zwischen den einzelnen Einrichtungen in der Einrichtung beseitigt, wenn nur die Spannung an der Lichtquelle 43 geregelt wird. Ein Ausgleich des Bezugspegels kann mit Hilfe der Einrichtung 141 in Fig. 19 vorgesehen sein, wobei die Speisespannung an das Potentiometer 145 angelegt wird.

Wie oben ausgeführt ist, nimmt die gefühlte optische Dichte ab, wenn die Intensität des Lichtbilds zunimmt. Dies kann mit einer in F i g. 24 dargestellten Einrichtung 171 ausgeglichen werden. Das Lichtbild wird mittels eines Spiegels 172 durch einen Schlitz 173 reflektiert, welcher durch eine feststehende Platte 174 und eine beweg-

liehe Platte 176 festgelegt ist. Üblicherweise ist ein (nicht dargestellter) Drehknopf auf der Vorderseite der Einrichtung 171 vorgesehen, mit welchem die Breite des Spaltes 173 und damit die Intensität des Lichtbildes von Hand eingestellt werden kann. Hierbei gilt, je breiter der Schlitz 173 ist, umso höher ist die Intensität des Lichtbildes und umso niedriger ist die gefühlte optische Dichte.

Wie dargestellt, ist die bewegliche Platte 179 mechanisch mit dem Schleifkontakt des in F i g. 19 dargestellten Potentiometers in der Weise verbunden, daß die Spannung, die mittels des Potentiometers 145 an dem Verstärker 143 angelegt ist, zunimmt, wenn die Breite des Schlitzes 173 größer wird. Dies hat dann dieselbe Wirkung wie ein Erhöhen der Entwicklungs-Vorspannung, so daß der Bezugspegel abnimmt, wenn die Lichtbild-Intensität zunimmt. Es kann auch eine andere Einrichtung, beispielsweise ein Photosensor vorgesehen werden, um die Intensität des Lichtbildes zu fühlen, obwohl dies im einzelnen nicht dargestellt ist.

Mit der Erfindung sind somit die Nachteile der herkömmlichen Einrichtungen überwunden und es ist ein elektrophotographisches Kopiergerät geschaffen, in welchem die Tonerdichte genau gefühlt und auf einen vorbestimmten optimalen Wert eingestellt wird.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:
   1. Elektrophotographisehes Kopiergerät

   a) mit einer Abbildungseinrichtung zur Erzeugung einer elektrostatischen, latenten Abbildung einer zu kopierenden Vorlage auf einer photoleitfähigen Fläche,

   b) mit einer Einrichtung zur Entwicklung der elektrostatischen, latenten Abbildung mittels eines Zweikomponenten-Entwicklers zu einem Tonerbild,

   c) mit einem Fühler für die optische Dichte des Tonerbildes, und

   d) mit einer Einrichtung zur Änderung der Tonerkonzentration im Entwickler, wenn die optische Dichte des Tonerbildes unter einen Bezügswert abfällt.