Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildaufzeichnungsgerät, in
der ein elektrostatisch latentes Bild bzw. Ladungsbild durch
eine Vorrichtung wie ein elektrophotographisches System oder
ein elektrostatisches Aufnahmesystem gebildet und mit einem
Entwickler, der aus Toner und Trägersubstanz besteht,
entwickelt wird.
Würdigung des Standes der Technik
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In einem hinlänglich bekannten und intensiv verwendeten
Bildaufzeichnungsgerät, das einen Schritt zur Sichtbarmachung eines
Ladungsbildes umfaßt, das auf einer Bildträgerfläche mit einem
am Bild haftenden Toner gebildet wird, wird ein
Zwei-Komponenten-Entwickler verwendet, der aus Toner und
Trägersubstanzpartikeln besteht.
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In dem mit einem solchen Zwei-Komponenten-Entwickler
verwendeten Bildaufzeichnungsgerät wird nämlich der Toner zur
Entwicklung des Bildes verbraucht, und die Trägersubstanz wird kaum
verbraucht. Daher wird bei fortgeschrittenem
Entwicklungsbetrieb in diesem Gerät die Menge an im Entwickler befindlichen
Toner unvermeidlich reduziert, was zur Reduzierung der
Bildkonzentration führt. Deshalb ist es erforderlich, den Anteil von
Toner im Entwickler, d.h. die Tonerkonzentration, zu ermitteln
und Toner nachzufüllen, wenn die Tonerkonzentration vermindert
ist.
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Verschiedene Tonerkonzentrations-Meßfühler sind vorgeschlagen
und in der Praxis verwendet worden. Unter diesen sind optische
Vorrichtungen, die eine durch veränderte Tonerkonzentration
verursachte Veränderung im Lichtreflexionsvermögen des
Entwicklers erfassen, und magnetische Vorrichtungen, die eine
Veränderung der magnetischen Permeabilität des Entwicklers erfassen.
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Allerdings ist die Menge Toner, die verbraucht wird, abhängig
von dem Bildverhältnis einer kopierten Vorlage. Beispielsweise
wird zwischen einer Vorlage mit einem Bildverhältnis von 6 %
und eine Vorlage mit einem Bildverhältnis von 100 % ein
Unterschied im Tonerverbrauch vom Faktor zehn oder mehr erzeugt.
Deshalb wird die Tonerkonzentration durch fortgesetztes
Kopieren einer Vorlage mit einem hohen Bildverhältnis schließlich
unzureichend, wenn die Menge Toner, die von einer
Tonernachfüllöffnung an einen Tonerbehälter in einem Nachfüllzyklus
abgegeben wird, verringert ist.
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Falls andererseits die je Vorgang nachgefüllte Menge Toner
erhöht ist, wird ein Zustand von vorübergehender übermäßiger
Tonerkonzentration erzeugt, wenn Toner während des Kopierens
einer Vorlage mit einem niedrigem Bildverhältnis nachgefüllt
wird. Dies führt zu einer Verschlechterung der Bildqualität.
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Zur Lösung der vorstehend angeführten Probleme wird je Vorgang
eine kleine Menge Toner zur Verringerung der
Tonerkonzentrationsveränderung
zur Zeit der Tonernachfüllung nachgefüllt.
Werden weiterhin Vorlagen mit hohem Bildverhältnis kopiert, wird
vorübergehend die Anzahl der Tonernachfüllzyklen erhöht, oder
der Kopierbetrieb wird zeitweise unterbrochen und erst wieder
aufgenommen, nachdem die Tonerkonzentration einen vorbestimmten
Wert erreicht hat.
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Die Diagramme in Fig. 1 und 2 zeigen die in der vorstehend
beschriebenen Art und Weise gesteuerte Tonerkonzentration für den
Fall, daß ein Tonerkonzentrations-Meßfühler ein Spannungssignal
als erfaßtes Tonerkonzentrations-Signal erzeugt. Fig. 1 und 2
stellen jeweils die bei Kopieren einer Vorlage mit niedrigem
(Fig. 1) bzw. hohem (Fig. 2) Bildverhältnis vorliegende
Tonerkonzentration dar. In den Diagrammen stellen die Ordinate die
Ausgangsspannung des Meßfühlers (die die Tonerkonzentration
wiedergibt) und die Abszisse die Anzahl der kopierten Blätter
oder die Zeit dar. In diesen Figuren gibt Vb die Spannung an,
die der erfaßten Tonerkonzentration entspricht, und Vc eine,
die der gewünschten Tonerkonzentration To, d.h. dem Bezugswert,
entspricht. Die Tonerkonzentration des Entwicklers kann in die
Nähe des Bezugswertes Vc gesteuert werden, indem die
Tonernachfüllung bei Kopieren einer Vorlage mit niedrigem Bildverhältnis
wiederholt unterbrochen wird, d.h. bei Vb ≥ Vc, und bei Vb < Vc
wieder aufgenommen wird. Anders ausgedrückt, auch wenn die
Tonernachfüllung sich nach dem Tonerverbrauch richtet, verändert
sich die Ausgangsspannung des Meßfühlers Vb, d.h. erhöht und
verringert sich in bezug auf den Bezugswert Vc, und zwar
zwischen Werten Vmax und Vmin, die den entsprechenden
Tonerkonzentrations-Grenzwerten,
d.h. den Grenzwerten eines erlaubten
Bilddichtebereichs, entsprechen.
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Wenn allerdings das Bildverhältnis erhöht wird oder der
Tonerverbrauch die Tonernachfüllung überschreitet, so daß eine
Bedingung Vb > Vc für mehr als t Sekunden erfüllt ist, kann
beispielsweise eine vorbestimmte Tonerkonzentration nicht
gewährleistet werden, es sei denn, der Kopierbetrieb wird
vorübergehend unterbrochen oder die Tonernachfüllperioden werden
erhöht. Wenn die Tonerkonzentration auf diese Weise gesteuert
wird, wird, falls die eingestellte Zeit t zu kurz ist,
allerdings der vorstehend ausgeführte Vorgang selbst dann
verursacht, wenn der Tonerverbrauch die Tonernachfüllung nicht
überschreitet. Aus diesem Grund muß eine angemessen lange Zeitdauer
als Zeit t eingestellt werden. Deshalb entsteht ein Zustand
unzureichender Tonerkonzentration wie in Fig. 2 bei a oder einer
übermäßigen Tonerkonzentration wie bei b infolge
vorübergehender übermäßigen Tonernachfüllung, was zu einer Verschlechterung
der Bildqualität führt.
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Es wird hiermit auf US-A-3873002 verwiesen, die eine
Steuerungseinrichtung zur Tonerabgabe offenbart, die die Abgabe
vorbestimmter Mengen von Partikeln aus einem Speicherbehälter an
eine Mischung zur wesentlichen Gewährleistung ihrer
Konzentration in einer vorbestimmten Höhe steuert.
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Es wird ebenfalls auf das IBM Technical Disclosure Bulletin,
Bd. 30, Nr. 4, verwiesen, das eine Anordnung zur Steuerung der
Tonerkonzentration eines Zwei-Komponenten-Entwicklers mit
automatischer
Tonerabgabe bei Erreichen des oberen und unteren
Grenzwertes offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines
Bildaufzeichnungsgerätes, das die vorstehend erwähnten, mit dem Stand
der Technik verbundenen Unzulänglichkeiten überwindet.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines
Bildaufzeichnungsgerätes, das eine befriedigende Steuerung der
Tonerkonzentration unabhängig vom Tonerverbrauch je Zeiteinheit
ermöglicht.
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Die nachstehend ausgeführte Beschreibung wird unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung vorstehend erwähnte und andere
Ziele sowie Eigenschaften der Erfindung veranschaulichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 und 2 sind Diagramme zur Erläuterung der Art der
Veränderungen der Tonerkonzentration in einem herkömmlichen
Bildaufzeichnungsgerät;
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Fig. 3 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines
Beispiels eines Bildaufzeichnungsgeräts, auf das die Erfindung
angewandt werden kann;
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Fig. 4A ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Beispiels
einer Entwicklungsvorrichtung, die erfindungsgemäß verwendet
werden kann;
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Fig. 4B ist eine horizontale Schnittansicht und stellt die in
Fig. 4A gezeigte Entwicklungsvorrichtung dar;
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Fig. 5 ist eine Schnittansicht und zeigt einen
Tonerkonzentrations-Meßfühler;
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Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das einen Steuerungskreis zeigt;
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Fig. 7 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines
Steuerungsbeispiels;
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Fig. 8 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines
unterschiedlichen Steuerungsbeispiels;
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Fig. 9A und 9B sind Diagramme zur Erläuterung des
Tonernachfüllvorgangs;
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Fig. 10 ist ein Diagramm zur Erläuterung von Veränderungen der
Tonerkonzentration in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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Fig. 11 und 12 sind Diagramme zur Erläuterung von Veränderungen
der Tonerkonzentration bei defekter Entwicklungsvorrichtung;
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Fig. 13 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines weiteren
Steuerungsbeispiels;
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Fig. 14 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung noch eines
weiteren Steuerungsbeispiels;
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Fig. 15 ist ein Diagramm zur Erläuterung von Veränderungen der
Tonerkonzentration bei vorübergehender übermäßiger
Tonerkonzentration; und
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Fig. 16A, 16B und 16C sind Flußdiagramme zur Erläuterung noch
weiterer Steuerungsbeispiele.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 ein
Bildaufzeichnungsgerät, auf das die Erfindung angewandt werden kann,
beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird ein optisches Bild einer
Vorlage 102, die sich auf einer Vorlagenbühne 103 befindet und von
einer Abdeckung 101 angedrückt ist, von einem optischen System
zur Belichtung auf eine sich in Pfeilrichtung drehende
elektrophotographische Trommel 109 projiziert. Das optische System
umf aßt eine Vorlagen-Beleuchtungslampe 104 und Spiegel 105a bis
105c, wobei diese Teile zur Abtastung der Vorlage in Richtungen
parallel zur Volagenbühne 103 beweglich sind, außerdem eine
Linse 106 und feststehende Spiegel 105d bis 105f. Vor der
vorstehend erläuterten Belichtung mit dem optischen Bild wird die
elektrophotographische Trommel 109 durch eine
Vorladevorrichtung 111 gleichmäßig vorgeladen. Wenn die
elektrophotographische
Trommel 109 mit dem optischen Bild belichtet wird, wird
ein elektrostatisch latentes Bild bzw. Ladungsbild auf ihr
erzeugt. Wenn das optische System nicht in Betrieb ist, so daß
die Trommel 109 keinem optischen Bild ausgesetzt ist, obwohl
die Vorladevorrichtung 111 trotzdem in Betrieb ist, wird eine
Lampe 107 zur Entladung der Trommel 109 auf ein Potential
eingeschaltet, bei dem kein Toner an der Trommeloberfläche haftet.
Das auf der Trommel 109 gebildete Ladungsbild wird in einem
Entwicklungsabschnitt von einer Entwicklungsvorrichtung 8
entwickelt, die nachstehend noch beschrieben wird. Zu Vermeidung
übermäßiger und zu Gewährleistung befriedigender Bilddichte
wird eine Entwicklungs-Vorspannung von einer Spannungsquelle
108 an eine Entwicklungs-Büchse 1a gelegt, die Entwickler
fördert und nachstehend beschrieben wird.
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Ein als Entwicklungsergebnis erzeugtes Tonerbild wird von einer
Übertragungsladevorrichtung 115 auf ein von Transportwalzen 121
und 122 entlang einer Führung 120 transportiertes Übertragungs
- oder Kopierblatt 110 übertragen. Das Kopierblatt 110 wird zur
Trennung von der Trommel 109 von einer Trennentladevorrichtung
116 entladen und von einem Band 118 an eine Fixiereinheit 119
transportiert. Nach der Fixierung wird das Kopierblatt aus dem
Bildaufzeichnungsgerät gefördert. Eine Reinigungseinheit 117
entfernt nach der Übertragung auf der Trommeloberfläche
verbliebene Tonerreste.
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Fig. 4A und 4B zeigen ein Beispiel der Entwicklungsvorrichtung,
auf das die Erfindung angewandt werden kann.
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Unter Bezugnahme auf diese Figuren ist der Innenraum der
Entwicklungsvorrichtung 8 von einer Abteilungswand 5 in eine
Toner-Kammer D und eine Entwickler-Kammer C zur Unterbringung
eines Zwei-Komponenten-Entwicklers aufgeteilt, der aus
Tonerpartikeln und magnetischen Partikeln als Träger besteht. Toner in
der Toner-Kammer D und Entwickler in der Entwickler-Kammer C
sind nicht dargestellt. Die Entwickler-Kammer C ist von einer
Abteilungswand 4 in einen Entwickler-Rührabschnitt C1 und einen
Entwickler-Zufuhrabschnitt C2 zur Zufuhr von Entwickler an ein
Entwicklerförderteil 1 aufgeteilt. In der Toner-Kammer D sind
auch Tonerzufuhrteile 9 und 10 als Tonerzufuhrvorrichtung
untergebracht. Wenn diese Tonerzufuhrteile 9 und 10 gedreht
werden, wird Toner in der Toner-Kammer D zur Nachfüllung durch in
der Abteilungswand 5 ausgebildete Tonernachfüllöffnungen 6 der
Entwicklungskammer C zugeführt.
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Der von einer Tonernachfüllöffnung 6, die dem stromabwärts
gelegenen Ende einer Entwickler-Rührschraube 3 (siehe Fig. 4B)
entspricht, zugeführte Nachfülltoner wird von dem
Entwicklerförderteil 1 beim einige Minuten dauernden Transport
gedreht. Deshalb muß der Toner, wenn er das
Entwicklerförderteil 1 erreicht, ausreichend gerührt und in dem Entwickler
gemischt werden.
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Entsprechend ist in diesem Ausführungsbeispiel ein
stegähnliches Bauteil 3b auf der Schraube 3 in einer Position zwischen
der Tonernachfüllöffnung 6, die dem stromabwärts gelegenem Ende
der Schraube entspricht, und einer Öffnung 4b vorgesehen, die
zur Förderung von Entwickler vom Entwickler-Rührabschnitt C1 zu
dem Entwicklerförderteil 1 und dem Entwickler-Zufuhrabschnitt
C2 dient.
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Mit dieser Anordnung wird ein Stau von Entwickler infolge eines
vorübergehenden Wirbels an der Stelle des stegähnlichen
Bauteils 3b erzeugt. Wenn dieser Wirbel auftritt, ist der
zugeführte Nachfülltoner ausreichend gerührt und mit Entwickler
gemischt, bevor er zum Förderabschnitt 4b transportiert wird.
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Das Entwicklerförderteil 1 in Fig. 4A umfaßt die Entwicklungs-
Büchse 1a aus einem nichtmagnetischen Material, die in der
Entwickler-Kammer C angeordnet ist und eine Magnetwalze 1b umfaßt.
Die Bezugszeichen N1 bis N3 und S1 bis S3 bezeichnen Pol-Lagen
der Magnetwalze 1b. Die Magnetwalze 1b ist an den
gegenüberliegenden Enden befestigt und nicht drehbar. Zudem wird
die Entwicklungs-Büchse 1a, die die Magnetwalze 1b umgibt, in
der Pfeilrichtung und einer vorbestimmten
Umfangsgeschwindigkeit gedreht.
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Als Entwickler-Rühr- und -Transportvorrichtung sind drehbare
Schrauben 2 und 3 vorgesehen, die sich im wesentlichen parallel
zur Entwicklungs-Büchse 1a erstrecken. Diese Schrauben 2 und 3
werden derart gedreht, daß sie Entwickler in entgegengesetzte
Richtungen transportieren. In diesem Ausführungsbeispiel wird
Entwickler in Pfeilrichtungen gemäß Fig. 4B transportiert. Die
in der Entwickler-Kammer C vorgesehene Abteilungswand 4
definiert, wie in Fig. 4B dargestellt, Öffnungen 4a und 4b in der
Nähe ihrer gegenüberliegenden Enden. Die Abgabe zwischen den
Abschnitten C1 und C2 des von den Schrauben 2 und 3
transportierten
Entwicklers erfolgt durch die Öffnungen 4a und 4b. Die
Schrauben 2 und 3 sind an den dargestellten Stellen mit
stegähnlichen Bauteilen 2a, 2b und 3b zur schnellen Abgabe des
Entwicklers versehen.
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In der Entwickler-Kammer C der Entwicklungsvorrichtung 8 sind
Entwickler-Umlaufregler 11 und 15 zur Bestimmung einer
Umfangsfläche der Entwicklungs-Büchse 1a vorgesehen, entlang der der
Entwickler umgewälzt wird.
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Entwickler auf dem Umfang der Büchse 1a wird in Richtung eines
Entwicklungs-Abschnitts transportiert, während er teilweise von
einem Entwickler-Schaber 13 abgekratzt wird. Der von dem
Schaber 13 abgekratzte Entwickler wird mit dem von der
Entwicklerförderschraube 2 transportierten Entwickler vermischt.
Die Schraube 2 transportiert einen Teil des transportierten
Entwicklers in Richtung eines Entwickler-Abgabeteils. Der durch
die Drehung der Entwicklungs-Büchse 1a in Richtung des
Entwicklungsabschnitts transportierte Entwickler wird zum kompakten
und schnellen Transport in eine, von dem
Entwickler-Umlaufregler 11 und der Entwicklungs-Büchse 1a begrenzte Öffnung
gedrückt. Entwickler wird außerdem an die Aussenseite der
Entwicklungsvorrichtung 8 transportiert, wobei dessen Abstreifhöhe
von einem Abstreichmesser 16 gesteuert wird.
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Ein Tonerkonzentrations-Meßfühler 12 umfaßt ein Fenster 14, das
sich in einer vorbestimmten Lage in einer Ebene befindet, die
im wesentlichen mit der Oberfläche des Entwickler-Umlaufreglers
11 gegenüber der Entwicklungs-Büchse 1a identisch ist. Mit
dieser
Anordnung kann den Forderungen nach einem schnellen
Transport von Entwickler an die Meßfühler-Oberfläche 14, einem
ausreichend durchgerührten und gemischten Zustand des Entwicklers
auf der Meßfühler-Oberfläche 14 und einer notwendigen Menge
sowie gleichmäßigen Dichte des Entwicklers auf der Meßfühler-
Oberfläche 14 zur Erfassung der Tonerkonzentration Rechnung
getragen werden.
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Insbesondere kann in der Gegend des Meßfühlers und in anderen
Gegenden ein gleichmäßiger Fluß von Entwickler erreicht werden,
da die Meßfühler-Oberfläche 14 des Meßfühlers 12 im
wesentlichen mit der Oberfläche des der Büchse 1a gegenüberliegenden
Entwickler-Umlaufreglers 11 identisch ist. Das heißt, daß
Probleme beseitigt werden können, die sonst entstehen könnten,
wenn der Meßfühler 12 neben der Entwicklungs-Büchse 1a
angeordnet ist.
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Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht des
Tonerkonzentrations-Meßfühlers 12. Der Meßfühler 12 umfaßt eine Lampe 12a als
Lichtquelle zur nachstehend beschriebenen Messung der
Tonerkonzentration. Zudem umfaßt er einen photoelektrischen Wandler 12b
zur Erfassung der Intensität des von dem Entwickler
reflektierten Lichts, der von der Lampe 12a beleuchtet wird (wobei
die Intensität der Tonerkonzentration entspricht), und einen
photoelektrischen Wandler 12c zur Erfassung der Intensität des
von der Lampe 12a abgestrahlten Lichts. Der Meßfühler 12 umfaßt
auch ein Gehäuse 18 aus einem lichtundurchlässigem Material.
Das Erfassungsfenster 14 ist aus einem lichtdurchlässigem
Material hergestellt und befindet sich in einer vorbestimmten Lage
in einer im wesentlichen mit der Oberfläche des Entwickler-
Umlaufreglers 11 identischen Ebene, der der Entwicklungs-Büchse
1a gegenüberliegt. Die photoelektrischen Wandler 12b und 12c
erzeugen Spannungssignale, die der Intensität des auf sie
einfallenden Lichts entsprechen.
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Das Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlers 12c wird als
Bezugssignal verwendet.
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Die Büchse 1a, die Schrauben 2 und 3 und die Tonerzufuhrteile 9
und 10 werden, wie in Fig. 4B dargestellt, von einem Motor 19
über einen Getriebezug 20 gedreht. In dem Getriebezug ist eine
Kupplung 21 vorgesehen. Wird die Kupplung 21 aktiviert, wird
das Drehmoment des Motors 19 auf die Tonerzufuhrteile 9 und 10
übertragen. Die Kupplung 21 wird aktiviert, wenn Toner von der
Kammer D an die Kammer C abgegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt
werden die Schrauben 2 und 3 und die Büchse 1a zusammen mit den
Tonerzufuhrteilen 9 und 10 gedreht. Wird kein Toner von der
Kammer D an die Kammer C abgegeben, ist die Kupplung 21
deaktiviert, d.h. außer Betrieb. Daher sind zu diesem Zeitpunkt die
Schrauben 2 und 3 sowie die Büchse 1a drehbar, während die
Tonerzufuhrteile 9 und 10 festgehalten werden.
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Wie in Fig. 6 dargestellt, wird ein Signal von dem
photoelektrischen Wandler 12b, d.h. das der Tonerkonzentration
Tb des Entwicklers entsprechende Tonerkonzentrations-Signal Vb,
an Komparatoren 23 und 24 gelegt. Die Signalspannung Vb der
Tonerdichte ist auf hohem Pegel, wenn die Tonerkonzentration
hoch ist. Ein Signal des photoelektrischen Wandlers 12c, d.h.
Spannung Vc, wird als erstes Bezugssignal an den Komparator 23
gelegt, während ein Signal der Spannung Vc1 als zweites
Bezugssignal an den Komparator 24 gelegt wird. Da die Spannung Vc1
geringer als die Spannung Vc ist, ist eine von der Spannung Vc1
dargestellte Tonerkonzentration To1 niedriger als die
gewünschte Tonerkonzentration To, d.h. die durch die Spannung Vc
dargestellte Tonerkonzentration. Das zweite Bezugssignal Vc1
kann einfach durch Auskopplung des Signals von dem
photoelektrischen Wandler 12c durch einen Widerstand oder eine ähnliche
Last 22 erzeugt werden.
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Die gewünschte Tonerkonzentration ist die, auf die die
Tonerkonzentration gesteuert wird. Zu Beginn der Verwendung der
Entwicklungsvorrichtung ist die gewünschte Tonerkonzentration in
der Regel die Tonerkonzentration des frisch in die
Entwicklungsvorrichtung gefüllten Entwicklers, d.h. die anfängliche
Tonerkonzentration. Wenn erkannt wird, daß die
Tonerkonzentration des Entwicklers über der anfänglichen Tonerkonzentration
liegt, wird die Zufuhr von Nachfülltoner an die
Entwickler-Kammer C gestoppt Dagegen wird sie ausgelöst, wenn erkannt wird,
daß die Tonerkonzentration unter der gewünschten
Tonerkonzentration liegt.
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Der Komparator 23 erzeugt einen Signalpegel "1", wenn die
Tonerkonzentrations-Signalspannung Vb über dem ersten
Bezugssignal Vc liegt, während er einen Signalpegel "0" erzeugt, wenn
die Spannung Vb unter der ersten Bezugssignal-Spannung liegt.
Dagegen erzeugt der Komparator 24 einen Signalpegel "1", wenn
die Spannung Vb über der zweiten Bezugssignal-Spannung Vc1
liegt, während er einen Signalpegel "0" erzeugt, wenn die
Spannung Vb unter der zweiten Bezugsspannung Vc1 liegt. Eine einen
Mikrocomputer umfassende Zentraleinheit (CPU) 25 beurteilt die
Tonerkonzentration des Entwicklers anhand der Signale der
Komparatoren 23 und 24 und steuert die Zufuhr von Nachfülltoner
von der Toner-Kammer D an die Entwickler-Kammer C mit einem, in
dem Flußdiagramm von Fig. 7 dargestellten Programm.
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Insbesondere dann, wenn Vb < Vc gilt, d.h. wenn die erfaßte
Tonerkonzentration Tb in einem ersten Bereich über Tc liegt,
deaktiviert die CPU 25 zur Deaktivierung der Kupplung 21 den
Kupplungsantrieb 26, damit die Drehung der Tonerzufuhrteile 9
und 10 unterbrochen wird. Infolgedessen wird die Zufuhr von
Nachfülltoner von der Kammer D an die Kammer C unterbrochen.
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Wenn Vc1 ≤ Vb < Vc gilt, d.h. wenn die erfaßte
Tonerkonzentration Tb in einem zweiten Bereich zwischen Tc1 und Tc liegt,
verursacht die CPU 25 keine Unterbrechung des Kopierbetriebs
(d.h. des Bildaufzeichnungsvorgangs) des
Bildaufzeichnungsgeräts, aber sie betätigt, wie in Fig. 9A gezeigt, den
Kupplungsantrieb 26. Das bedeutet, daß sie die Kupplung 21 periodisch
für eine vorbestimmte Zeit in jedem Zyklus aktiviert und so
eine zeitweise aussetzende Drehung der Tonerzufuhrteile 9 und
10 zur zeitweise aussetzenden Zufuhr von Nachfülltoner von der
Kammer D an die Kammer C verursacht. Wie in Fig. 9A gezeigt,
ist die Kupplung 21 für eine Zeit ton1 aktiviert und für eine
Zeit toff1 deaktiviert. Dieser Vorgang von Aktivierung und
Deaktivierung wird solange wiederholt, bis die erfaßte
Tonerkonzentration Tb über Tc liegt.
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Wenn Vb < Vc1 gilt, ist der Tonerverbrauch wegen des hohen
Bildverhältnisses de Vorlage oder eines ähnlichen Grundes hoch.
Für diesen Fall Vb < Vc, d.h. wenn die erfaßte
Tonerkonzentration Tb in einem dritten Bereich über Tc1 liegt, erzeugt die
CPU 25 zur schnellen Wiederherstellung der Tonerkonzentration
in dem ersten Tonerkonzentrations-Bereich ein Befehlssignal für
den Steuerungskreis 27 zur zeitweiligen Unterbrechung des
Kopierbetriebs. Der Steuerungskreis 27 umfaßt einen
Mikrocomputer zur Steuerung des Betriebs verschiedener
Bildaufzeichnungseinrichtungen, die in Verbindung mit dem in
Fig. 3 dargestellten Bildaufzeichnungsgerät vorstehend
beschrieben wurden. Die CPU 25 aktiviert zur Tonerzufuhr von der
Kammer D an die Kammer C auch den Kupplungsantrieb 26 in einer
wie in Fig. 9A gezeigten Art und Weise. Der Steuerungskreis 27
setzt zur Unterbrechung der Belichtung der Trommel 109 mit dem
Lichtbild den Betrieb des optischen Systems auf diese Weise
aus. In einem Bildaufzeichnungsgerät, in dem die Trommel 109
gedreht und die Vorladevorrichtung 111 in einem
Kopier-Unterbrechungsverfahren betrieben wird, schaltet unter den
vorstehend genannten Bedingungen der Steuerungskreis 27 die
Entladelampe 107 ein, damit die Trommeloberfläche auf ein Potential
gebracht wird, bei dem kein Toner mehr an der Trommeloberfläche
haftet. Die Trommel 109 kann gestoppt und die
Vorladevorrichtung 111 im Kopier-Unterbrechungsverfahren auch außer Betrieb
gesetzt werden. Außerdem kann im Kopier-Unterbrechungsverfahren
die Entwicklungs-Vorspannungsquelle 108 entweder in oder außer
Betrieb sein. Der Antriebsmotor 19 ist zur Erzeugung einer
gleichmäßigen Tonerkonzentration des gesamten Entwicklers durch
Rühren des zugeführten Nachfülltoners und des Entwicklers
trotzdem in Betrieb.
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In jedem Fall wird im Kopier-Unterbrechungsverfahren kein
Lichtbild erzeugt und so Tonerverbrauch auf der Trommel 109
verhindert. Auf diese Weise wird die Tonerkonzentration schnell
wieder in den ersten Tonerkonzentrations-Bereich
zurückgebracht. Wenn erkannt wird, daß die Tonerkonzentration Tb über
Tc liegt, unterbricht die CPU 25 die Tonerzufuhr und erzeugt
ein Befehlssignal zur Wiederaufnahme des Kopierens. Auf diese
Weise wird der Kopierbetrieb (d.h. der
Bildaufzeichnungsbetrieb) wiederaufgenommen.
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Die Tonerkonzentration kann also, wie in Fig. 10 dargestellt,
sogar dann in einem Bereich zwischen Tmin und Tmax gehalten
werden, wenn das Kopieren einer Vorlage mit hohem
Bildverhältnis fortgesetzt wird.
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Die zweite Bezugssignal-Spannung Vc1 wird gleichzeitig derart
eingestellt, daß sie kleiner als Vc und größer als Vmin ist,
d.h. sie ist kleiner als die der gewünschten Tonerkonzentration
Tc entsprechenden Ausgangsspannung des Meßfühlers und größer
als die Ausgangsspannung Vmin des Meßfühlers, die der minimalen
Tonerkonzentration Tmin, d.h. dem unteren Grenzwert eines
erlaubten Bilddichtebereichs, entspricht. Außerdem sollte die
Spannung Vc1 derart einer Tonerkonzentration entsprechen, daß
die an der Trommel 109 haftende und auf diese Weise verbrauchte
Menge Toner größer als die Menge an zugeführtem Nachfülltoner
ist. Dieses ist aber nicht zwingend erforderlich.
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In Schritten S31 und S38 in Fig. 7 wird geprüft, ob Vb kleiner
als Vc ist, und in Schritt S32 wird ein Befehl
"Tonernachfüllung aus" gegeben. Schritt S33 prüft, ob das
Kopieren beendet ist, d.h. ob eine vorbestimmte Zahl von
Kopierblättern erreicht ist, und Schritt S34 prüft, ob Vb kleiner als
Vc1 ist. In Schritten S35 und S37 wird ein Befehl
"Tonernachfüllung ein", in einem Schritt S36 ein Befehl zur
Kopierunterbrechung und in einem Schritt S39 ein Befehl zur
Wiederaufnahme des Kopierens gegeben.
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In dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel werden der
erste und der zweite Bezugswert vorgegeben. Dies ist allerdings
auf keinen Fall zwingend erforderlich. Es ist beispielsweise
möglich, einen dritten Bezugswert Vc2 vorzugeben, so daß
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Vmin < Vc2 < Vc1 < V3
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gilt.
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In diesem Fall, wenn Vc2 < Vb < Vc1 gilt, kann die Anzahl der
Tonernachfüllungen zur Erhöhung der Menge von je Zeiteinheit
zugeführtem Nachfülltoner ohne Unterbrechung des Kopierbetriebs
verglichen mit dem Fall erhöht werden, daß Vc2 < Vb < Vc1 gilt.
Dagegen kann, wenn Vmin < Vb < Vc2 gilt, die Zahl der
Tonernachfüllzyklen bei gleichzeitiger Unterbrechung des
Kopierbetriebs erhöht werden. Die Zahl der Tonernachfüllungen kann
durch Verkürzung der in Fig. 9A und 9B gezeigten Zykluszeit
erhöht werden.
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Im ersten Ausführungsbeispiel besteht eine Tonernachfüllzyklus
aus einer Kombination von ton1 und toff11 wobei, wie in Fig. 9A
dargestellt, ton1 = toff1 gilt. Diese Bedingung ist allerdings
auf keinen Fall zwingend erforderlich. Ein Tonernachfüllzyklus
kann beispielsweise aus ton1 und toff1 bestehen, wobei ton1 =
toff1 gilt, wie in Fig. 9B dargestellt. Als eine weitere
Alternative kann sie aus ton2 und toff2 bestehen, wobei ton < toff
gilt. Als eine noch weitere Alternative kann sie aus einer
Vielzahl von ton und toff Perioden bestehen.
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Im ersten Ausführungsbeispiel wird das in Fig. 7 dargestellte
Tonernachfüllprogramm ausgeführt, wenn Vb < Vc1 gilt. Dies ist
allerdings auf keinen Fall zwingend erforderlich.
Beispielsweise kann ein Tonernachfüllprogramm gemäß Fig. 8 ausgeführt
werden. "Tonerzufuhr 1" und "Tonerzufuhr 2" in Fig. 8
entsprechen den jeweiligen Zyklen aus Fig. 9A und 9B.
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In Fig. 8 wird in einem Schritt S35 Toner von der Kammer D an
die Kammer C wie in einer in Fig. 9A gezeigten Art und Weise
zugeführt, während er in einem Schritt S40 wie in einer in Fig.
9B gezeigten Art und Weise zugeführt wird. In diesem Schritt
S40 ist die "Kupplung ein"-Zeit ton2 in einem Zyklus länger als
die "Kupplung aus"-Zeit toff2. Das bedeutet, daß Toner in einer
größeren Menge je Zeiteinheit von der Kammer D an die Kammer C
abgegeben wird als in dem Fall von Fig. 9A. In Fig. 8 sind
Schritte gleich denen in Fig. 7 durch gleiche Bezugszeichen
gekennzeichnet.
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In der Zwischenzeit wird ein hinlänglich bekanntes
Beurteilungsverfahren für ein "Kein Toner"-Signal angewandt, wenn der
Toner in der Toner-Kammer so weit verringert ist, daß die Menge
von zugeführtem Nachfülltoner nicht mehr den Verbrauch
übersteigen kann. Dabei wird geprüft, ob eine Bedingung Vb < Vc für
eine vorbestimmte Zeit tw1 erfüllt ist.
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Für den Fall dieses Verfahrens besteht allerdings ein Problem,
wenn, wie in Fig. 11 gezeigt, aufgrund des Auftretens eines
anomalen Zustands wie Entwicklungs-Vorspannungsverluste der
Tonerverbrauch längere Zeit außergewöhnlich hoch ist. Tritt
dies auf, wird der Betrieb der Entwicklungsvorrichtung solange
fortgesetzt, bis die vorstehend beschriebene Entscheidung nach
Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer tw1 getroffen wurde. Daher
treten in diesem Fall bis zum Ende des Betriebs
Begleiterscheinungen der außergewöhnlichen Verringerung der
Tonerkonzentration wie das Haften von Träger am Medium auf, das das latente
Bild bzw. Ladungsbild trägt. Dies wirkt sich nicht nur auf die
Entwicklungsvorrichtung ungünstig aus, sondern auch auf das
Gehäuse des Bildaufzeichnungsgeräts, in das die
Entwicklungsvorrichtung untergebracht ist.
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Nachstehend erläutertes Ausführungsbeispiel soll dieses Problem
lösen. Die CPU 25 kann, wenn sie erkennt, daß das Meßfühler-
Ausgangssignal Vb für eine vorbestimmte Zeitdauer tw1 zwischen
Vc und Vc1 liegt, wie in der Kurve Vb1 in Fig. 12 dargestellt,
ein Signal erzeugen, das keinen Toner (d.h. eigentlich
Tonermenge auf weniger als die vorgeschriebene Menge verringert) in
der Toner-Kammer C andeutet. Erkennt sie, daß die Meßfühler-
Ausgangsspannung Vb für eine vorbestimmte Zeit tw2 (tw2 < tw1)
kleiner als Vc1 ist, wie in Kurve Vb2 in Fig. 12 gezeigt, kann
sie ein Signal erzeugen, das andeutet, daß die
Entwicklungsvorrichtung anomal arbeitet. Das Flußdiagramm von Fig. 13 zeigt
das Programm dieser Steuerung. In Fig. 13 sind Schritte gleich
denen in Fig. 17 durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 13 prüft die CPU 25 in einem Schritt
S41, ob ein Zustand, in dem die erfaßte
Tonerkonzentrations-Signalspannung Vb kleiner als die erste Bezugsspannung Vc ist,
länger als für eine Zeit tw2 besteht. Ist dies erfüllt,
betätigt die CPU in einem Schritt S42 einen Treiber 28 einer ersten
Anzeigeeinrichtung zur Aktivierung einer ersten
Anzeigeeinrichtung 29 wie einen Summer oder eine Leuchtdiode. Die erste
Anzeigeeinrichtung 29 zeigt "Kein Toner" oder "Nicht
ausreichend Toner in der Toner-Kammer D" an. Wird dies angezeigt,
kann der Betreiber die Toner-Kammer D mit Toner auffüllen.
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Zwischenzeitlich prüft die CPU 25 in einem Schritt S43, ob ein
Zustand, in dem die erfaßte Tonerkonzentrations-Signalspannung
Vb kleiner als die zweite Bezugsspannung Vc1 ist, länger als
für eine Zeit tw2 besteht. Ist dies erfüllt, betätigt die CPU
in einem Schritt S44 einen Treiber 28' einer zweiten
Anzeigeeinrichtung zur Aktivierung einer zweiten
Anzeigeeinrichtung 29' wie eine Leuchtdiode. Die zweite
Anzeigeeinrichtung 29' zeigt an, daß die Entwicklungsvorrichtung anomal
arbeitet.
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Außerdem aktiviert die CPU 25 in den Schritten S42 und S44
nicht nur die Anzeigeeinrichtungen, sondern gibt dem
Steuerungskreis 27 auch ein Befehlssignal zur vollständigen
Beendigung des Betriebs der Bildaufzeichnungseinrichtung wie
vorstehend in Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde. Auf diese
Weise wird auch der in Fig. 5 gezeigte Motor 19 angehalten.
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Während die Zeit tw2 kürzer als die Zeit twl ist, kann die Zeit
tw1 in einem Bereich von einigen zehn bis einigen hundert
Sekunden und die Zeit tw2 in einem Bereich von zehn bis einigen
zehn Sekunden gewählt werden.
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In dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel sind der
erste und der zweite Bezugswert vorgegeben. Dies ist allerdings
auf keinen Fall zwingend erforderlich, und jede gewünschte Zahl
von Bezugswerten kann gewählt werden, so wie
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(1) Vc > Vc1 > Vc2 ..., und
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(2) tw1 > tw2 > tw3
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In diesem Fall können ein Signal zur Erfassung einer Anomalität
und ein anderes Informationssignal erzeugt werden, wenn ein
durch benachbarte Bezugswerte definierter Bereich für eine
vorbestimmte Zeitdauer eingehalten wird, wie im Flußdiagramm von
Fig. 14 dargestellt. In Fig. 14 sind die Schritte S45 und S47
wie der Schritt S34, und die Schritte S46 und S48 sind wie der
Schritt S45.
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In der Zwischenzeit kann, wenn die Erfassung der
Tonerkonzentration auf die Tonernachfüllung hin langsam ist, übermäßige
Tonerzufuhr auftreten, wie in Fig. 15 dargestellt, während eine
Vorlage mit einer übermäßig niedrigen Bilddichte kopiert wird.
Außerdem wird diese Tonernachfüllung fortgesetzt, wenn die je
Zeiteinheit zugeführte Menge Toner erhöht wird, bis der durch
Rühren und Mischen von zugeführtem Toner mit altem Entwickler
erzeugte Entwickler zu dem Meßfühler-Abschnitt transportieft
wird. Deshalb wird, wie in Fig. 15 dargestellt, wieder
übermäßige Tonerzufuhr in dem Augenblick der Erfassung des
entstehenden Entwicklers auftreten. Zur Vermeidung einer solchen
Unzulänglichkeit wird erfindungsgemäß die Tonernachfüllung
abhängig von dem Zustand der Tonerkonzentration ausgeführt.
Abschließend werden nachstehend genannte Zustände I bis III der
Tonerkonzentration geprüft.
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Zustand I: Vc ≤ Vb (d.h. die Tonerkonzentration ist im ersten
Tonerkonzentrations-Bereich)
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Zustand II: Vc1 ≤ Vb < Vc (d.h. die Tonerkonzentration ist im
zweiten Tonerkonzentrations-Bereich)
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Zustand III: Vb < Vc1 (d.h. die Tonerkonzentration ist im
dritten Tonerkonzentrations-Bereich)
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Im Zustand II wird die Tonernachfüllung in einer wie in Fig. 9A
dargestellten Art und Weise durchgeführt. Im Zustand III wird
sie in einer Art und Weise wie in Fig. 9B durchgeführt, d.h.
mit einer größeren Menge von je Zeiteinheit zugeführtem Toner
als im Fall von Fig. 9A. Die CPU 25 steuert die
Tonernachfüllung in der nachstehend erläuterten Art und Weise.
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(a) Im Zustand I wird die Tonernachfüllung unterbrochen,
während Kopieren erlaubt ist.
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(b) Wenn der Zustand I zum Zustand II wechselt oder Zustand II
nicht länger als Zeit t1 anhält, wird die Tonernachfüllung bei
fortgesetztem Kopieren durchgeführt.
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(c) Wenn der Zustand II länger als Zeit t1 anhält, wird die
Tonernachfüllung durch vorübergehende Kopierunterbrechung
durchgeführt.
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(d) Im Zustand III wird die Tonernachfüllung durch
vorübergehende Kopierunterbrechung durchgeführt.
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(e) Wenn der Zustand III zum Zustand I wechselt, wird die
Tonernachfüllung unterbrochen. Außerdem wird der Kopierbetrieb
für eine Zeit t3 von dem Augenblick des Beginns der
Unterbrechung der Tonernachfüllung an unterbrochen. Der Motor 19 wird
allerdings in der Zeit t3 mit ausgerückter Kupplung 21
betrieben. Das bedeutet, daß in dieser Zeit der Entwickler in der
Entwickler-Kammer C durch die Drehung der Schrauben 2 und 3 und
der Büchse 1a gerührt wird.
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(f) Wenn Wiederherstellung des Zustands I vom Zustand II oder
III nicht in einer vorbestimmten Zeit t2 eintritt, wird ein
"Kein Toner"-Signal zur Aktivierung der Anzeigeeinrichtung
erzeugt und das Kopieren unterbrochen.
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Die Flußdiagramme von Fig. 16A bis 16C erläutern die vorstehend
ausgeführte Steuerung. In diesen Figuren sind vorstehend
erläuterte Schritte mit Bezugszeichen wie die in Fig. 7, 8, 13 und
14 versehen. Nur andere als diese Schritte werden nachfolgend
beschrieben. In Schritt S49 prüft die CPU 25, ob der
Tonerkonzentrations-Zustand I, II oder III vorliegt. In einem Schritt
S50 prüft sie, ob Zustand II länger als Zeit t1 besteht. In
einem Schritt S51 prüft sie, ob der Zustand länger als Zeit t2
besteht. In einem Schritt S52 unterbricht sie die Tonerzufuhr
in der in Fig. 9A dargestellten Art und Weise. In einem Schritt
S53 prüft sie, ob der Zustand III länger als Zeit t2 besteht.
In einem Schritt S53 unterbricht sie die Tonerzufuhr in der in
Fig. 9B dargestellten Art und Weise. In einem Schritt S54
treibt sie die Schrauben 2 und 3 und die Büchse 1a zum Rühren
des Entwicklers in der Kammer C für die Zeit t3 an.
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In der vorstehend ausgeführten Steuerung wechselt der Zustand
II auf zwei Wegen zum Zustand I, d.h.
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(i) durch den Zustand III, und
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(ii) nicht durch den Zustand III.
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Das Tonernachfüllprogramm wird in diesen beiden Fällen
abgeändert, wenn der Tonerkonzentrations-Zustand I wiederhergestellt
ist, d.h. im Fall (i) wird ein Rührvorgang mit Unterbrechung
des Kopierens für t3 durchgeführt, während im Fall (ii) der
Kopierbetrieb, sobald der Zustand I wiederhergestellt ist, wieder
aufgenommen wird.
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Außerdem wird die Tonernachfüllsteuerung, abhängig von der
Dauer des Zustands II, in zwei verschiedenen Formen beeinflußt,
d.h. durch Verursachung der Tonernachfüllung ohne
Kopierunterbrechung und mit Kopierunterbrechung.
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Auf diese Weise kann eine übermäßige Zunahme der
Tonerkonzentration durch die Steuerung der Tonernachfüllung verhindert
werden, die gemäß der Art der Veränderung des
Tonerkonzentrations-Zustands beeinflußt wird, beispielsweise durch Verursachung
der Tonernachfüllung für den Fall, daß der Tonerverbrauch
geringer als normal wie im vorstehend genannten Fall (b) ist,
durch Verursachung der Tonernachfüllung für den Fall, daß der
Tonerverbrauch etwas größer als normal wie im Fall (c) ist,
schnelle Wiederherstellung der Tonerkonzentration für den Fall
eines extrem hohen Tonerverbrauchs wie im Fall (d) und durch
Verfahren gemäß Fig. 9B, sowie durch Verursachung eines
Rührvorgangs wie im Fall (e) sogar dann, wenn die
Tonerkonzentration wiederhergestellt ist.
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Die vorstehend beschriebene Art der Veränderungen der je
Zeiteinheit zugeführten Tonermenge ist auf keinen Fall zwingend
erforderlich. Beispielsweise kann die Drehzahl der
Tonerzufuhrteile 9 und 10 verändert werden.
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Während in der vorstehend ausgeführten Beschreibung die
Tonerkonzentration optisch erfaßt wird, ist dies auf keinen Fall
zwingend erforderlich. Beispielsweise kann ein
Volumen-Erfassungssystem,
ein Induktivitäts-Erfassungssystem, etc. verwendet
werden.
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Außerdem kann die Erfindung auch auf ein Bildaufzeichnungsgerät
angewandt werden, in der ein elektrostatisch latentes bzw.
Ladungsbild auf einem lichtempfindlichen Medium durch Belichtung
des Mediums unter Verwendung eines Laserstrahls oder des
Lichtstrahls einer Leuchtdiode gebildet wird, der mit einem
Bildaufzeichnungssignal moduliert ist. Für ein solches
Bildaufzeichnungsgerät kann dementsprechend eine
Entwicklungsvorrichtung des umgekehrten bzw. invertierten Entwicklungstyps
verwendet werden, in der Toner an hellen Potentialflächen eines
lichtempfindlichen Mediums haften bleibt.