DE2050021A1

DE2050021A1 - Vorrichtung zur Feststellung elektro statisch geladener Teilchen in einer Teil chenmischung

Info

Publication number: DE2050021A1
Application number: DE19702050021
Authority: DE
Inventors: John Penfield N Y Maksymiak (V St A) G03g 15 08
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1969-10-17
Filing date: 1970-10-12
Publication date: 1971-04-29
Also published as: GB1318895A; DE2050021B2; CS169811B2; NL166807B; GT197017976A; SE369114B; SU597347A3; DE2050021C3; BE757430A; JPS508938B1; FR2066411A5; CH514168A; PL81051B1; ES384593A1; NL7014901A; CA934806A; NL166807C; US3727065A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 27, DEN . MÖHLSTRASSE 11, RUFNUMMER 48 3921/22

XEROX CORPORATION,
Rochester, N.Υ« 14605/U.S.A.

Vorrichtung; zur Feststellung elektrostatisch geladenex¹ Teilchen in einer Teilchenm Lschung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung elektrostatisch geladener Teilchen in einer Teilchenmischung, insbesondere für die automatische Entwicklungssteuerung in elektrofotografischen Reprodukbionsmaschinen.

Die Entwicklungssteuerung bei der Erzeugung grafischer Reproduktionen oder Kopien ermöglicht die Entwicklung mit dem in der jeweiligen Maschine verwendeten Entwicklerstoff entsprechend einer bestimmten vorgegebenen Tönungsdichte. Eine Entwicklungssteuerung gewährleistet also die Eins te Llung der Tönungsdichte der ausgegebenen Kopien. Die folgenden Ausführungen betreffen die Steuerung des Entwicklungsvermögens eines Entwicklerstoffs hinsichtlich der Bildentwicklung mit einer vorgegebenen Tönungsdichte. Dieses Entwicklung^vermögen wird oft allein auf die Tonerkonzentration de3 Entwicklerstoffs bezogen, was bedeutet, daß die Möglichkeit der Entwicklung mit vorgegebener Tönungsdichte durch die Tonerkonzentration gemessen und durch Beifügung von Toner in einer dieser Messung entsprechenden Menge auf einen Optimal-

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wert gebracht werden kann. Die Tonerkonzentration stellt hierbei ,"jedoch nur einen von mehreren Einflußfaktoren dar. Das En tv; ick lungs vermögen wird nämlich auch durch die Temperatur und die Luftfeuchte sowie durch viele andere Faktoren beeinflußt, beispielsweise durch das "usammenhaften des Entwicklerstoffs, die elektrischen Ladungen der Tonerteilchen und Trägerbeilchen, den Zustand der Anziehung der Tonerteilchen auf die Oberfläche der Trägerteilchen und die Oberflächenabnutzung der Trägerteilchen. Beispielsweise können zwei Mengen Entwicklerstoff ein und dieselbe Tonerkonzentrabion aufweisen, wird die eine Menge jedoch bei geringer Luftfeuchte verwendet, so ergibt sie eine Entwicklungsdichte, die gegenüber der anderen Menge, die bei hoher Luftfeuchte verwendet wird, unterschiedlich ist. Das Entwicklungsverinögcn eines Entwicklerstoffs kann also unterschiedlich sein, auch wenn die Tonerkonzentration dieselbe ist. Anstelle des Begriffs "Tonerkonzenbration" für den zu überwachenden Faktor wird deshalb im folgenden der Begriff "Entwicklungsvermögen" verwendet, so daß darunter auch alle die Tonerkonzenbratibn bebreffenden Eigenschaften fallen.

Im allgemeinen wird die Tönungsdichte in elektrostatischen oder elektrofotografischen Reproduktionsmaschinen derart festgestellt, daß in regelmäßigen Abständen Tonerteilchen auf einer TTESA-Glasplatte gesammelb werden, die in einer Entwicklungsvorrichtung angeordnet ist und elektrisch isolierte Bereiche aufweist. Die Lichtdurchlässigkeit eines Bereichs der Platte wird dann als Funktion der darauf vorhandenen Tonerkonzentration festgestellt. Die Platte wird also mit Tonerteilchen "entwickelt", da dabei ein elektrisches Feld an der Platte erzeugt wird. Die Enbwicklungswirkung ergibt eine Entwicklung mit Randeffekt, der durch das elektrische Feld erzeugt wird. \Γύν einen automatischen Ablauf den elektrostatischen Verfahren», bei dom häufig sehr viele

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Kopien mit hoher Betriebsgeschwindigkeit erzeugt werden, ermög-3 ichen die periodischen Stichproben keine beständige Anzeige dec Entwicklungsvermögens, da plötzliche Änderungen des Toneranteils infolge der hohen Betriebsgeschwindigkeit und unterschiedlich gefärbter Originalbilder möglich sind, bei denen unterschiedlicher Tonerverbrauch entsprechend großen, durchgehend getönten Flächen und feinen Strichzeichnungen auftreten kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine laufende Überwachung der Tonerkonzentration ermöglicht.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zeichnet sich zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß aus durch zwei mit Abstand zueinander angeordnete und in einem elektrischen Feld aufladbare Flächen, durch eine Anordnung zur Ei^zeugung einer Relativbewegung zwischen zumindest einigen Teilen der Teilchenmischung und den Flächen, durch eine umpolbare Scannungsquelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den Flächen und durch eine Auswertevorrichtung für das Vorhandensein elektrostatisch angezogener Teilchen auf den Flächen.

Die I'ienge der nutzbaren Tonerteilchen im Entwicklerstoff kann mit dieser Vorrichtung durch Bestimmung derjenigen Menge festgestellt werden, die bei Umpolung der Spannungsquelle abwechselnd auf den Flächen abgelagert wird. Das daraus erhaltene Auswerteergebnis dient dann zur Steuerung der Menge des Toners innerhalb des Entwicklerstoffs. Die Vorrichtung nach der Erfindung kann innerhalb einer Reproduktionsmaschine so angeordnet sein, daß ein Teil des Entwicklerstoffs zwischen den beiden Flächen hindurchfällt. Die beiden Flächen können zyklisch umgepolt werden, wodurch das zwischen ihnen erzeugte elektrische

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Feld gleichfalls seine Richtung umkehrt. Dadurch wird der Toner des Entwicklerstoffs zyklisch auf die Flächen angezogen und von ihnen entfernt. Eine Fläche erzeugt jeweils ein anziehendes Feld, die andere dient als Entwicklungselektrode für die durchgehend zu tönende Fläche der anziehenden Elektrode, da das zwischen beiden Flächen erzeugte Feld gleichmäßig ausgebildet ist. Die auf jeder Fläche jeweils gebundene Tonermenge ist eine Funktion des Entwicklungsvennogens der Entwicklungsvorrichtung. Die beiden Flächen können in einem elektrischen Stromkreis vorgesehen sein, in dem ein Ruhezustandsignal entsprechend optimalen Betriebsbedingungen erzeugt wird, das bei Abweichung von einem vorbestimmten Pegel ein Steuersignal erzeugt, welches die Eingabe von Tonerteilchen in den Eni>wicklerstoff bewirkt.

Andere bekannte Vorrichtungen zur Feststellung der Tonerkonzentration, die mit einer geladenen Fläche arbeiten, weisen hinsichtlich der Auswertemöglichkeiten Einschränkungen auf. Beispielsweise ist durch die US-Patentschrift 3 094- 04-9 eine Vorrichtung bekannt, bei der eine leitfähige Glasfläche als Auswertefläche verwendet wird. Die Ladung dieser Fläche ist nicht gleichmäßig, da der Randeffekt der elektrischen Felder auftritt, so daß sich an den Kanten der Auswertefläche eine stärkere Tonerkonzentration ergibt. Dabei wird nicht die Dichte des angesammelten Toners ausgewertet, sondern die innerhalb eines Bereiches gegen Lichtdurchfall abgedunkelte Fläche, die durch eine Fotozelle "gesehen" wird. Durch die Randentwicklung infolge des Randeffektes ist die Ansammlung des Toners bei jedem Auswertezyklus nicht so genau, daß die daraus erhaltene Anzeige zum Betrieb einer Entwicklungsvorrichtung für die Entwicklung durchgehend getönter Flächen bei hoher Geschwindigkeit geeignet ist.

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Durch die US-Patentschrift 3 376 854- ist eine Steuervorrichtung für die Tonerkonzentration bekannt, die gleichfalls eine leitfähige Glasfläche als Auswertefläche verwendet. Bei dieser Vorrichtung wird 'die Dichte der Toneransammlung, ausgewertet. Es tritt dabei j'edoch auch das Problem der ungleichmäßigen elektrischen Felder auf der Auswertefläche auf, die durch den Randeffekt der elektrischen Felder verursacht wird. Bei Entwicklung der Auswertefläche ergibt sich eine ungleichmäßige Ablagerung von Toner an den Kanten der Fläche, während in der Flächenmitte zu wenig Toner abgelagert wird. Die Feststellung der Tonerdichte auf dieser Glasfläche ist auf einen relativ kleinen Bereich in der Flächenmitte begrenzt, wo die Tonerablagerung als relativ gleichmäßig angenommen wird. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß der ausgewertete Bereich relativ klein ist, wodurch sich eine minimale mögliche Auswerteempfindlichkeit ergibt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die für eine Tonerablagerung in der Flächenmitte erforderliche Zeit ein langsameres Ansprechen der Anordnung erzeugt wird. Die zu geringe Tonermenge in der Flächenmitte zeigt auch eine schlechte Entwicklungsnutzung an, wodurch keine Grundlage für eine gute und genaue Tonerdichteauswertung und Anzeige der Tonerkonzentration geschaffen ist.

Die US-Patentschrift 3 399 652 hat eine Anordnung zum Gegenstand, bei der der Reflexionsgrad der Tonerablagerung auf einer geladenen Fläche zur Bestimmung der Tonerkonzentration ausgenutzt wird. Die Auswerteplatten dieser bekannten Vorrichtung werden mit einer einzigen Spannung aufgeladen, wodurch die Stärke und Verteilung des dadurch erzeugten Feldes fraglich ist. Damit ergibt sich jedoch auch eine entsprechend schlechte Verteilung der Tonerteilchen auf den Auswerteplatten. Da eine Optik mit einer Lichtquelle verwendet wird, werden die zur Messung dienenden Lichtstrahlen auf einen kleinen Bereich der Auswerteflächen konzentriert, wodurch sich eine kleine effektive Auswertefläche ergibt.

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Die Nachteile dieser bekannten Anordnungen werden durch die Erfindung vermieden. Diese arbeitet, wie bereits ausgeführt, nach dem Prinzip der Elektrodenentwicklung, so daß das zwischen einer geladenen Auswertefläche und einer dazu mit Abstand angeordneten weiteren Fläche erzeugte elektrische Feld hinsichtlich seiner Richtung und Verteilung gleichmäßig gestaltet werden kann. Die jeweils zweite Fläche ist entweder elektrisch geerdet oder enthält eine zur anderen Fläche entgegengesetzte Ladung. Mit dieser Anordnung kann bei Entwicklung der Auswertefläche durch die darauf abgelagerten Tonerteilchen eine gleichmäßige Tonerablagerung über die gesamte Auswertefläche erreicht werden, wodurch sich eine den tatsächlichen Verhältnissen entsprechende Tonermenge ergibt, die eine eindeutige Feststellung der Tonerdichte ermöglicht. Der gesamte Bereich der Auswertefläche kann hierzu verwendet werden. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Auswertung verbessert und eine genauere Bestimmung des Entwicklungsvermögens des Entwicklerstoffs gewährleistet. Eine Anordnung nach der Erfindung ist einfacher und zuverlässiger aufgebaut als die bekannten Anordnungen, sie arbeitet ferner empfindlicher und genauer.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Querschnitt einer elektrostatischen Reproduktionsmaschine, die mit einer Vorrichtungliach der Erfindung ausgerüstet ist,

Fig. 2 den Schnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 das Blockdiagramm der Funktion einer Vorrichtung nach der Erfindung sowie einer damit gesteuerten Einstellvorrichtung,

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Tonerdichte entsprechend der Tonerablagerung auf den Auswerteflächen und damit der Tonerkonzentration sowie ihres Normalzustandes und

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Pig. 5 eine grafische Darstellung eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelieferten Ausgangssignals bei einem Betriebsablauf der Reproduktionsmaschine.

In Fig. 1 ist eine typische elektrostatische Reproduktionsmaschine mit ihren verschiedenen Verfahrenskomponenten dargestellt. Wie bei allen derartigen Einrichtungen wird auch hier ein Lichtbild eines zu reproduzierenden Schriftstücks auf die sensitivierte Oberfläche eines elektrofotografischen Aufzeichnungsträgers projiziert, wodurch auf diesem ein elektrostatisches latentes Bild entsteht. Dieses wird dann mit einem ihm entgegengesetzt geladenen Entwicklerstoff entwickelt, der aus Trägerteilchen und gegenüber diesen kleineren Tonerteilchen besteht, welche an den Trägerteilchen reibungselektrisch gebunden sind. Durch die Entwicklung entsteht ein elektrofotografisches Tonerbild, das dem latenten Bild entspricht. Das Tonerbild kann dann elektrostatisch auf einen Bildträger übertragen werden, auf dem es mit einer Einschmelzvorrichtung fixiert wird, so daß es dauerhaft an seiner Trägerfläche anhaftet.

Der bei der elektrostatischen Trockenentwicklung normalerweise verwendete, elektrostatisch anziehbare Entwicklerstoff enthält ein als "Toner" bezeichnetes pigmentiertes Kunstharzpulver und gegenüber seinen Teilchen größere "Trägerteilchen", die aus Glas, Sand, polymerem Material oder Stahl bestehen können und mit einem Material überzogen sind, das in der reibungselektrischen Reihe gegenüber dem Material des Toners einen Abstand hat, so daß eine reibungselektrische Ladung zwischen dem Tonerpulver und den Trägerteilchen erzeugt wird. Die Trägerteilchen ermöglichen ferner eine mechanische Steuerung des Entwicklerstoffes, so daß der Toner mit ihnen leicht an den belichteten elektrofotografischen Aufzeichnungsträger heranbewegt werden kann. Der Toner wird von dem elektrostatischen latenten

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Bild angezogen und von seinen Trägerteilchen getrennt, wodurch ein sichtbares Tonerbild entsteht, während die teilweise tonerfreien Trägerteilchen in das Entwicklungssystem zurückgeführt werden, wo sie mit dem Entwicklerstoff und mit neuem Tonermateriai vor erneuter Anwendung vermischt werden.

Bei der dargestellten Maschine wird ein zu kopierendes Originalbild D auf eine durchsichtige Auflageplatte P aufgelegt, die innerhalb einer Beleuchtungsvorrichtung 10 angeordnet ist. Ein Beleuchtungssystem bestrahlt das Originalbild, wodurch ein an ihm reflektiertes Bild entsteht, das den auf ihm enthaltenen Informationen entspricht. Die reflektierten Lichtstrahlen werden mit einem optischen System auf eine Belichtungsstation A projiziert, an der die lichtempfindliche Oberfläche des sich bewegenden Aufzeichnungsträgers belichtet wird. Der Aufzeichnungsträger kann die Form eines flexiblen fotoleitfähigen Bandes 12 haben.

Durch die Belichtung der Bandoberfläche wird die fotoleitfähige Schicht in den belichteten Flächenteilen entladen, Wodurch auf dem Band ein latentes elektrostatisches Bild entsteht, dessen Verteilung derjenigen des Originalbildes auf der Auflageplatte entspricht. Bei Weiterbewegung der Bandoberfläche gelangt das elektrostatische Bild in den Bereich einer Entwicklungsstation B, an der eine Entwicklungsvorrichtung 14 vorgesehen ist. In diesem Bereich wird das Band in einem flachen Zustand gehalten. Die Entwicklungsvorrichtung 14 enthält Horizontal- und Vertikalförderer, die den Entwicklerstoff an den oberen Teil des Aufzeichnungsbandes transportieren, wo er abgegeben und über den aufwärtsbewegten Teil des geneigten Selenbandes 12 kaskadiert wird, um das elektrostatische Bild zu entwickeln.

Während der Entwicklerstoff über den Aufzeichnungsträger kas-

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kadiert wird, werden seine Tonerteilchen auf der Bandoberfläche abgelagert und erzeugen das Tonerbild. Infolge dieses Tonerverbrauchs müssen weitere .Tonerteilchen dem Entwicklerstoff in einer dem Verbrauch entsprechenden Menge beigefügt werden. Zu diesem Zweck ist eine Eingabevorrichtung 15 vorgesehen, die den Toner in genau bemessenen Mengen in den Entwicklerstoff der Entwicklungsvorrichtung 14- eingibt.

Das entwickelte elektrostatische Bild wird auf dem Band 12 zu einer Übertragungsstation G bewegt, an der ein Kopieblatt synchron mit dem bewegten Band an das Bild herangeführt wird. Hierzu dient ein Blatt-Transport, der die Kopieblätter von einer Blattvorratseinrichtung 18 an die entwickelten Bilder an der Bildübertragungsstation C heranführt.

Nachdem das jeweilige Kopieblatt von dem Band 12 wieder abgelöst ist, wird es in eine Einschmelzvorrichtung 21 befördert, in der das übertragene Tonerbild dauerhaft fixiert wird. Nach dieser Fixierung wird die fertige Kopie aus der Maschine an geeigneter Stelle ausgegeben und außerhalb zusammen mit anderen Kopien gesammelt.

Die vorstehende Beschreibung reicht zum Verständnis der allgemeinen Arbeitsweise einer elektrostatischen Reproduktionsmaschine aus. Weitere Einzelheiten solcher Geräte sind an anderer Stelle beschrieben.

In Fig. 1 ist ferner eine Tonereingabevorrichtung 15 dargestellt, die einen Trichter oder Behälter 30 für die einzugebenden Tonerteilchen aufweist. Der Trichter oder Behälter 30 kann jede beliebige Form haben, in der Figur ist er als rechteckförmiger und an einem Ende offener Kasten mit abgeschrägten Seitenwänden dargestellt.

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Der Boden des Trichters 30 ist mit einer perforierten Schiebeplatte 31 versehen, die horizontal verschoben werden kann und zur Bemessung des eingegebenen Toners dient. Der eingegebene Toner wird in der Entwicklungsvorrichtung 14 mit dem Entwicklerstoff vermischt, so daß er fast augenblicklich im Entwicklungsverfahren genutzt werden kann. Die mit der Platte 31 bewirkte Bemessung der Tonermenge erfolgt mit einer mechanischen Vorrichtung 32, die beispielsweise als Nockenplatte öder Gelenksystem ausgebildet sein kann und eine Drehbewegung eines Elektromotors in eine Wechselbewegung umwandelt. Vorzugsweise wird bei einer Umdrehung eines Drehelements in der Vorrichtung 32, beispielsweise einer Motorwelle, ein Wechselbewegungszyklus der Schiebeplatte 31 erzeugt, wodurch der Toner in genauer vorbestimmter Menge eingegeben wird. Weitere Einzelheiten der Schiebeplatte 31, des Gelenksystems und der mechanischen Vorrichtung 32 sollen nicht erläutert werden. Eine vorzugsweise Ausführungsform solcher Vorrichtungen ist an anderer Stelle beschrieben.

Beim Betrieb der Tonereingabevorrichtung wird eine Vorratsmenge an Tonerteilchen in den Trichter eingegeben, wobei die Trichterwände und die Schiebeplatte 31 den Vorratsbehälter bilden. Bei Wechselbewegung der Schiebeplatte 31 durch die Vorrichtung 32 werden Tonerteilchen in genau bemessener Menge in die Entwicklungsvorrichtung 14- eingegeben« Da die Eingabevorrichtung 15 für eine vorgegebene Hublänge der Bewegung der Schiebeplatte 31 eine jeweils gleichbleibende Tonermenge eingibt, kann die eingegebene Tonermenge durch Änderung der Hubanzahl pro Betätigung der Vorrichtung 32 verändert werden.

Zur Steuerung der Tonereingabe mit der Tonereingabevorrichtung 15 dient die in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung, mit der letzten Endes die Drehung eines Drehelements in der Vorrichtung 32 derart erzeugt wird, daß schritt-

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weise Einzelumdrehungen entsprechend der ausgewerteten Tonerkonzentration des Entwicklerstoffs und einem vorgegebenen Optimalwert durchgeführt werden. Zur Steuerung der Tonereingabe ist die Vorrichtung 40 vorgesehen, die innerhalb der Entwicklungsvorrichtung 14 elektrisch isoliert angeordnet sein kann. Unter einem Horizontalförderer 42 des Entwicklungssystems sind längliche Leitplatten 41 angeordnet, die einen Teil des Entwicklerstoffs, der vom Förderer 42 in die Entwicklungszone B kaskadiert wird, abzweigen. Sie sind gegenüber der Vertikalen geneigt angeordnet und führen den Entwicklerstoff in die Vorrichtung 40.

Die Vorrichtung 40 enthält ein Gehäuse 45, das mit den unteren Kanten der Leitplatten 41 verbunden und mit einer Eintrittsöffnung 46 versehen ist, die zu einer kreisförmigen Strömungsöffnung 47 führt, durch die der Entwicklerstoff hindurchgeleitet wird. Der Durchmesser dieser Öffnung ist derart, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Entwicklerstoffes durch sie hindurch konstant bleibt. Innerhalb des Gehäuses 45 ist eine erste rechteckförmige Auswerteplatte 48 in einer vertikalen Ebene angeordnet. Diese Platte kann beispielsweise in praktischer Ausführung eine Seitenlänge von 12,5 mm haben. Eine zweite Auswerteplatte 50 ist gleichfalls im Gehäuse 45 parallel zur Platte 48 unter geringem Abstand angeordnet. Die Platten 48 und 50 bestehen aus NESA-Glas, erhältlich von der Pittsburgh Glass Company, ein mit Zinnoxid überzogenes Glas, das für weißes Licht durchlässig ist.

Der Abstand zwischen den Platten 48 und 50 kann in der Größenordnung von 2,5 mm liegen und ist unter der Strömungsöffnung 47 im Eintrittsteil 46 des Gehäuses 45 ausgebildet. Der Entwicklerstoff fällt durch seine Schwerkraft durch die Strömungsöffnunß; 47 zwischen den Platten 43 und 50 hindurch und aus der Vorrichtung 40 durch eine Austrittsöffnung 51 wieder

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heraus. Dann wird er mit einer Leitung 52 und dem unteren Förderer 53 der Entwicklungsvorrichtung 14- wieder in das Entwicklungssystem zurückgeführt.

Jede Auswerteplatte 4-8 und 50 ist über eine Leitung 54- bzw.

55 mit einem Umpolschalter 56 verbunden, der wiederum an eine Gleichspannungsquelle 57 angeschaltet ist. Der Umpolschalter

56 besteht aus zwei Mikroschaltern, die durch einen Drehnocken 58 auf der Welle eines langsam laufenden Motors 59 betätigt werden. Vorzugsweise führt der Nocken 60 Umdrehungen pro Minute aus, um pro Sekunde einen vollständigen Zyklus des Schalters 56 zu erhalten. Jeder derartige Zyklus der Schalterbetätigung bewirkt einen vollständigen Ladezyklus der Auswerteplatten 4-8 und 50 in noch zu beschreibender Weise. Anstelle des Schalters 56, des Nockens 58 und des Motors 59 kann auch beispielsweise eine elektronische Schaltvorrichtung vorgesehen sein, die eine zyklische Ladungsumkehr der Auswerteplatten 4-8 und 50 ermöglicht.

Während des Betriebs der Vorrichtung 4-0 wird eine elektrische Spannung geeigneter Polarität und vorbestimmter Höhe abwechselnd an die Platten 48 und 50 angeschaltet, um Tonerteilchen anzuziehen und zu binden. Wird eine der Platten elektrisch zur Anziehung von Tonerteilchen geladen, so erhält die andere Platte eine Ladung mit einer Polarität, die die Tonerteilchen während dieser Zeit abstößt. Da beide Platten abwechselnd positiv und negativ geladen werden, zieht jede Platte während eines Zyklus Toner für eine kurze Zeit an, stößt ihn dann unmittelbar danach wieder ab. Wie bereits ausgeführt, dauert jeder dieser Zyklen vorzugsweise eine Sekunde lang, Wobei für die erste Hälfte die Tonerteilchen eine halbe Sekunde lang angezogen, in der zweiten Hälfte abgestoßen werden. Während der zweiten Hälfte eines jeden Zyklus, in der die Tonerteilchen abgestoßen werden, reinigt die kontinuierliche

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Strömung des Entwicklerstoffs zwischen den Platten die mit abstoßender Ladung versehene Platte.

Vorstehend wurde angenommen, daß die Tonerteilchen selbst eine negative Ladung tragen, so daß bei Erzeugung eines elektrischen Feldes mit den Platten 48 und 50 die Tonerteil- ■ chen angezogen werden. Diese elektrische Vorbedingung ist lediglich ein Beispiel, die Auswerteplatten funktionieren in gleicher Weise mit positiv geladenem Toner unter denselben Potentialbedingungen.

Die Vorrichtung 40 enthält ferner eine Fotozelle P-1, die nahe der dem Plattenabstand abgewandten Seite der Auswerteplatte angeordnet ist. Eine Lampe L-1 ist gleichfalls vorgesehen und nahe der dem Abstand zwischen beiden Platten abgewandten Seite der Auswerteplatte 50 angeordnet, wobei sie auf die Platten und die Fotozelle P-1 ausgerichtet ist. Die Anordnung der Fotozelle und der Lampe zueinander ist derart, daß die Fotozelle die Lichtstrahlen der Lampe durch die kaskadierende Entwicklerstoffströmung zwischen den Auswerteplatten hindurch und den auf der einen und dann auf der anderen während oed.es Anziehungs-Abstoßungszyklus angesammelten Toner hindurch empfängt. Die Lampe ist mit einer Stromquelle und einer Steuerschaltung verbunden, die eine Einschaltung während des Auswertevorganges, beispielsweise bei eingeschalteter Maschine, bewirkt.

Die Feststellung der Tonerkonzentration erfolgt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch laufende Messung der auf beiden Auswerteplatten 48 und 50 während einer Vielzahl Anziehungs- und Abstoßungszyklen angesammelten Tonerteilchen. Wie bereits ausgeführt, enthält ijeder Zyklus einen Zeitraum, in dem auf einer der Platten 48 und 50 Toner angezogen wird, während die andere Platte ihn abstößt, wonach in einem weiteren Zeitraum die andere Platte Toner anzieht, der von der er-

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-laPlatte abgestoßen wird. Während eines Auswertezyklus zieht also jede Platte 4-8 und 50 Tonerteilchen während der halben Zykluszeit an und stößt sie während der anderen halben Zykluszeit wieder ab. Eine Reinigung kann erreicht werden, wenn die Platte sich nicht im Anziehungszustand befindet und ein abstoßendes Feld für den negativen Toner erzeugt, das durch den Potentialunterschied zwischen beiden Platten bestimmt ist. Beispielsweise tritt eine Reinigung dann ein, wenn die "saubere" Platte Erdpotential oder negatives Potential oder positives Potential führt, das jeweils geringer ist als das der "anziehenden" Platte. Bei einem negativen Potential tritt eine Reinigungswirkung dann auf, wenn die "saubere" Platte negativer (d.h. näher Nullpotential liegt) ist als die "abstoßende" Platte. Während der Entwicklerstoff zwischen den Auswerteplatten hindurchfällt, entfernt er die vorher an der geerdeten Platte gebundenen Tonerteilchen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich ein Ausgangssignal der Fotozelle, das ein stetiges Signal ist. Dies bedeutet, daß die Höhe des Ausgangseignals, abgesehen von einer geringen Welligkeit, auf einem festen Wert steht. In Fig. 4 kennzeichnet die Kurve C die Dichte der negativ geladenen Toneransammlung oder der Reinigungswirkung an der Auswerteplatte 48, wenn diese zyklisch mit abstoßendem oder reinigendem Potential geladen wird. Die Kurve D zeigt die Dichte auf der Auswerteplatte 50, wenn diese zyklisch mit anziehendem oder reinigendem Potential geladen wird. Da die Platten 48 und 50 abwechselnd positiv und negativ geladen werden, erhält die auf ihnen jeweils vorhandene Tonerdichte hohe und niedrige Spitzenwerte, wie sie durch die Form der Kurven ö und D dargestellt sind. Die Kurven haben einen übereinstimmenden Verlauf, sind jedoch um ca. 180° gegeneinander phasenverschoben. Wird die Platte 48 positiv geladen, so nimmt ihre Toneransammlung zu, während gleichzeitig die vorher «r-

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zeugte Toneransammlung auf der Platte 50 verringert wird. Die Überlagerung dieser Dichtewerte durch das Vorhandensein von Toner auf beiden Platten zu jedem Zeitpunkt ist durch die Kurve S dargestellt, die ein Summensignal an der Fotozelle P-1 erzeugt. Die Kurve S ist als gerade Linie dargestellt, da die Kurven C und D übereinstimmend ausgebildet sind. In der Praxis können sie jedoch einen geringen Unterschied aufweisen, wodurch sich eine Kurve S ergibt, die eine geringe Welligkeit aufweist. In jedem Falle zeigt die Kurve S die Summendichte des auf den Platten 48 und 50 vorhandenen Toners an, und damit die Dichte des Toners, der zwischen den Platten hindurchfällt, jedoch an ihnen nicht anhaftet. Bei optimalen Bedingungen bleibt die Dichte konstant.

Bei anderen Tonerauswertevorrichtungen, die mit nur einer einzigen Auswerteplatte oder Auswertefläche arbeiten, wird nur eine der Kurven G und D erzeugt, und die Änderungen ihrer Spitzenwerte erfordern normalerweise komplizierte elektronische Schaltungen, um eine wirksame Steuerung der Tonereingabe in die Entwicklungsvorrichtung zu ermöglichen.

Das in Fig. 3 gezeigte Funktionsdiagramm verdeutlicht die Arbeitsweise der Vorrichtung 40. Zu deren Betrieb müssen die Lampe und die Fotozelle gespeist und die Ladespannungen an die Platten 48 und 50 angeschaltet werden. Wird der Motor beispielsweise durch Einschalten der Reproduktionsmaschine gleichfalls eingeschaltet, so wird die eine Anziehung bewirkende Ladespannung abwechselnd an die Platten 48 und 50 angeschaltet, und die Vorrichtung 40 ist dann in einem Zustand, in dem sie die Tonereingabe in das Entwicklungssystem steuern kann. Während der Toner bei der Bildentwicklung während des Maschinenbetriebs verbraucht wird, kann das Ausgangssiprnal der Fotozelle P-1 durch eine Auswerte Schaltung 60 ausgewertet werden, die mit einem vorbestimmten Schwellwert arbeitet, der die optimale Tonerkonzentratic ι angibt. Ein Toner-

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verbrauch hat eine entsprechende Verringerung des Ausgangssignals zur Folge, und wenn dieser Wert zu gering wird, indem er beispielsweise unter den vorgegebenen Schwellwert abfällt, wird diese Abweichung mit der Auswerteschaltung festgestellt. Die Auswerteschaltung 60 vergleicht das Ausgangssignal der Fotozelle mit dem Schwellwert und erzeugt ein Steuersignal, das die Eingabevorrichtung 15 zur Eingabe weiteren Toners in das Entwicklungssystem veranlaßt. Die Eingabevorrichtung gibt den Toner in geringen Mengen ein, bis das Signal der Auswerteschaltung 60 verschwindet.

In Fig. 5 ist eine Kurve 0 dargestellt, die die Dichtebedingungen für eine typische Betriebsfolge der Reproduktionsmaschine von ca. 25 Minuten Dauer angibt. Die gestrichelte Linie A zeigt die mit den Auswerteplatten 48 und 50 festgestellte Tonerdichte bei optimalem Toneranteil im Entwicklerstoff und wird als vorgegebener Wert betrachtet. An dieser Linie ergeben sich optimale Entwicklungsbedingungen, darunter muß Toner nachgefüllt werden. Der Teil 01 zeigt den Zustand, in dem kein Toner durch die Entwicklung entnommen wird, wenn beispielsweise keine Kopien erzeugt werden. Der abwärts geneigte Teil 02 zeigt den allmählichen Tonerverbrauch in dem Entwicklungssystem während der Erzeugung von Kopien, die Strichzeichnungen enthalten. Es sei bemerkt, daß die Dichte über der Zeit langsam abfällt, wenn die Betriebsfolge ihrem Ende zugeht. Die Teile 01 und 02 der Kurve 0 sind in Fig. 5 mit einem übergroßen Abstand zur Linie A dargestellt, um die verschiedenen Steuerwirkungen der Tonereingabesteuerung besser darstellen zu können. Tatsächlich können die Teile der Kurve 0 kurz über dem durch die Linie A dargestellten Pegelwert liegen.

Am Punkt P liegt der Dichtewert unter der optimalen Dichtelinie A, wodurch ein Korrektursignal mit der Auswerteschaltunr:

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60 erzeugt wird, das die Eingabe weiteren Toners in das Entwicklungssystem bewirkt. Der Teil 03 der Kurve zeigt das Ergebnis dieser Tonereingabe, wenn weitere Strichzeichnungen kopiert werden, bis der Teil 04 erreicht ist, bei dem der Toneranteil seinen Anfangswert hat. Der Teil 05 zeigt einen Tonerverbrauch für durchgehend getönte Bildflächen, die jetzt. erzeugt werden. Es sei bemerkt, daß der Tonerverbrauch für solche Bildflächen gegenüber dem Verbrauch für Strichzeichnungen wesentlich höher liegt. Erreicht der Tonerverbrauch den Optimalwert A, so wird die Eingabevorrichtung zur Eingabe weiteren Toners erneut betätigt.

Wird der Tonervorrat während des Maschinenbetriebs erschöpft, so erzeugt die Auswerteschaltung 60 ein dauerndes Eingabesignal. Jetzt kann jedoch kein Toner eingegeben werden, so daß die ihm entsprechende Verbrauchskurve, angegeben durch den Kurventeil 06, nach unten fortgesetzt wird. Bei Erreichen des Wertes B kann eine eventuell vorgesehene Signalisierungsvorrichtung eingeschaltet werden, die den Verbrauchszustand des Toners anzeigt. Falls erforderlich, kann ein Ausschaltesignal für die Maschine erzeugt werden, welches die Maschine in den Auslaufzustand bringt.

Die Vorrichtung 4-0 ist ähnlich wie eine nach dem Kaskadierungsverfahren arbeitende Entwicklungsvorrichtung aufgebaut, sie ist jedoch wesentlich kleiner ausgebildet. Die Entwicklung der Platten 48 und 50 wird durch die jeweils gegenüberliegende Platte verbessert, da diese als Entwicklungselektrode wirkt. Die Entwicklung erfolgt durch ein zwischen den Elektroden erzeugtes elektrisches Feld ohne Randeffekt, der bei einer einzigen Auswertefläche auftreten würde, denn dort wäre keine zweite parallele Fläche vorhanden, die ein elektrisches Feld erzeugen würde. Die Entwicklung erfolgt also auf jeder Auswerteplatte 48 und 50 vollständig, d.h. die Verteilung des Toners auf der jeweiligen Platte ist gleichmäßig. Die gesamte

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Auswertefläche wird auf diese Weise zur Entwicklung genutzt, wodurch sich ein größerer Bereich ergibt, in dem die Dichte des Toners gemessen werden kann, was eine bessere Mittelwertbildung der Tonerdichte ermöglicht. Die Fotozelle P-1 kann auf der gesamten Auswertefläche arbeiten, im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, in denen jeweils nur ein kleiner Auswertebereich einer größeren Fläche vorgesehen ist. Auf diese Weise ergibt sich eine bessere Steuerempfindlichkeit des Tonereingabesystems.

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Claims

Patentansprüche

1. ) Vorrichtung zur Feststellung elektrostatisch geladener Teilchen in einer Teilchenmischung, insbesondere für die automatische Entwicklungssteuerung in elektrofotografischen Reproduktionsmaschinen, gekennzeichnet durch zwei mit Abstand zueinander angeordnete und in einem elektrischen Feld aufladbare Flächen (48, 50), durch eine Anordnung (41, 52) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen zumindest einigen Teilen der Teilchenmischung und den Flächen (48, 50), durch eine umpolbare Spannungsquelle (56, 57) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den Flächen (48, 50) und durch eine Auswertevorrichtung (L-1, P-1, 60) für das Vorhandensein elektrostatisch angezogener Teilchen auf den Flächen (48, 50).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (L-1, P-1, 60) eine Eingabevorrichtung (15) steuert, die bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes der elektrostatisch geladenen Teilchen weitere Teilchen in die Teilchenmischung eingibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (48, 50) durch zwei mit Abstand zueinander angeordnete transparente Platten (48, 50) gebildet sind und daß die Auswertevorrichtung (L-1, P-1, 60) eine Lichtquelle (L-1) zur Leitung von Lichtstrahlen durch die Platten (48, 50) hindurch auf eine lichtempfindliche Vorrichtung (P-1), welche ein stetig vorhandenes Signal erzeugt, das der Dichte der während wiederholter Umpolungszyklen der Spannungsquelle (57) auf den Platten (48, 50) angesammelten Teilchen entspricht, und eine Auswerteschaltung (60) umfaßt, die dieses Sipnal mit einem eine vorgegebene optimale Teilchenkonzentration in der Teilchenniischung angebenden Signal vergleicht.

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