DE2930785A1 - Tonerkonzentration-kontrollsystem - Google Patents
Tonerkonzentration-kontrollsystemInfo
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Description
PATLNiAIiWAL[E F.W. HtMVItmCM · ^ U MULLEH · U. GROSSE · K. POL! MtItH 73 I (A)
- bh -
23.7,1979
Diese Erfindung befaßt sich mit einem Kontronsystem zum Steuern und Regeln der Tonerkonzentration
in einer pulverförmigen Entwicklersubstanz für
einen elektrostatischen Kopierer. Dieses Kontrollsystem hat die Tonerkonzentration in der Entwicklersubstanz
konstant zu halten.
Die Entwicklersubstanz, welche in einem Trockenentwicklersystem verwendet wird, besteht für gewöhnlich
aus einer Mischung aus Tonerpartikel und aus Trägerpartikel, Bei dem Toner handelt es sich um
ein gefärbtes und feines Kunstharzpulver, während die Träger in Partikelform gehalten sind und derart
behandelt sind, daß sie durch die elektrostati-i sehe Energie, die durch die Reibung zwischen den
Trägerpartikeln und dem Toner entsteht, den Toner von allen Seiten her anziehen. Wird nun eine Entwicklersubstanz
verwendet, deren Tonerdichte größer als normal oder größer als ein geeigneter Wert
ist, dann wird auch die Menge des freien Toners, der nicht an die Trägerpartikel gebunden ist, größer.
Das hat wiederum zur Folge, daß sich bei der Abbildung auf der Kopie Tonerablagerungen an Stellen
bilden, die eigentlich weiß bleiben sollten. Dieses Phänomen ist als "Fogging = Nebelbi!dung"
gekannt. Weiterhin wird in dem Gerät der Toner 'verteilt und verstreut und macht so auch das Ge-.
rät schmutzig. Wird nun demgegenüber die Tonerdichte abgeschwächt, dann wird auch das durch den Kopiervorgang
herzustellende Bild schwächer, das dann
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PATtNIANWALTt F.W. HbMMtRIU1 ■ ütl'ü MUL LtR ■ D. GROSSE · F. POLLMtItR 73 1 6()
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keine wirklichkeitsgetreue Wiedergabe des Originals
mehr ist. Das aber heißt nichts anderes, als daß dann, wenn die Tonerdichte nicht richtig eingestellt
ist, sich die Qualität der erstellten Kopie verringert, wobei nicht nur die Lebensdauer der Tonersubstand
beeinträchtigt wird, sondern auch die Lebensdauer und das Betriebsverhalten der gesamten Vorrichtung.
Diese Schwierigkeiten und Probleme sind in der Branche allgemein bekannt.
Um das Gerät in einem guten Betriebszustand zu halten und um Kopien guter Qualität herstellen zu können,
muß während des Kopiervorganges dann die verbrauchte Tonermenge zur Aufrechterhaltung der Tonerdichte
zugeführt werden, wenn dies erforderlich sein sollte.
Für gewöhnlich wird der Toner dadurch der Entwicklervorrichtung
mechanisch zugeführt, und zwar in vorgegebener Menge, daß eine Tonermengen-Zustellvorrichtung
in vorgegebenen Zeitabständen betätigt· wird. Weil nun üblicherweise eine Vielzahl von Originalen
kopiert werden, die während des Kopiervorganges Toner in unterschiedlichen Mengen verbrauchen,
ist es schwer, die verbrauchte Tonermenge nur durch einen mechanischen Vorgang zu ersetzen und aufzufüllen.
Aus diesem Grunde stellt derjenige, der das
_Kopiergerät bedient, den Tonermengen-Wähler aufgrund
einer Beurteilung der Kopiequalität ein, wobei auf
"diese Weise eine Kopieabbildung erzielt wird, deren Tonerdichte als geeignet betrachtet wird. Aber auch
dann, wenn von demjenigen, der das Kopiergerät be-
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F'ATEN I ANWÄLTE F.W. HtMMtHIuH ■ Ot!'Ü MUuLfcR · D. GROSSt ■ F. POLLMCiEFi 73 1
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dient, den Tonermengen-Wähler entsprechend einstellt, kann die Entwicklersubstanz aufgrund der Eigenschaften
dieser Entwicklersubstanz was die Dichte betrifft, nicht sofort und unmittelbar folgen. Damit aber ist
derjenige, der das Kopiergerät bedient, gezwungen, mehrere zig Blätter als Makulatur herzustellen, um
schließlich in der Abbildung die Kopie zu erhalten, die die gewünschte Tonerdichte oder Schwärzung aufweist.
Sollte der Tonermengen-Wähler nicht sachgerecht eingestellt werden, so kann als Folge davon
eine große Abweichung von dem geigneten Tonerdichtenbereich oder Schwärzungsbereich sein, die nicht nur
die Kopienqualität beeinträchtigt, sondern auch das ganze Kopiergerät.
Diese Schwierigkeiten und Probleme lassen sich dann vermeiden - und es lassen sich dann Kopien guter
Qualität herstellen, wenn derjenige, der das Kopiergerät bedient, ganz bewußt die Tonerdichte oder den
Schwärzungsgrad einer jeden Kopie Kontrolliert und dann den Tonermengen-Wähler entsprechend einstellt.
Das aber ist ein mähevolles und zeitraubendes Betreiben
und Bedienen des Kopiergerätes.
Für die Konstruktion und Herstellung eines Kopiergerätes, bei dem die verantwortliche Bedienungskraft
solchen Belastungen nicht mehr ausgesetzt ist, muß ein Tonermengen-Zuführungssystem in Präzisionsausführung
vorgesehen werden, das in der Lage ist, * die genau berechnete Toner-Zuführungsmenge auszuwiegen
und zuzuführen. Das aber mach das Kopiergerät
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PATENTANWÄLTE F.W. HEMMEMCH ■ C-EF-D MUL'_ER · D. GROSSE ■ F. POLLMEiER 73
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in der Konstruktion kompliziert und in den Herstellungskosten teuer.
Man hat bereits versucht, diesen Schwierigkeiten und
Problemen beizukommen,und dafür eine Reihe von Verfahren und Methoden vorgeschlagen, durch die die Tonerdichte
oder der Schwärzungsgrad unter Anwendung elektrischer Vorrichtungen, magnetisch arbeitender
Vorrichtungen oder optischen Vorrichtungen derart erfaßt und gemessen werden kann, daß die Menge des
verbrauchten Toners zur Aufrechterhaltung einer korrekten
Tonerdichte oder eines korrekten Schwärzungsgrades automatisch wieder ergänzt und aufgefüllt
wird. Weil aber in der Elektroreprographie ein Spezialpulver als Entwickler verwendet wird, ist
es sehr schwierig, die Dichte dieses Pulvers auf automatischem Wege zu erfassen und zu bestimmen.
In der Branche bekannt sind zwei typische Tonerdichten-Meßverfahren,
die mit optischen Systemen arbeiten. Bei einem dieser Meßverfahren wird die Veränderung im Volumen der Entwicklersubstanz erfaßt,
während das andere Verfahren die Veränderungen im optischen Reflexionsverhalten oder in der
Übertragung der Entwicklersubstanz erfaßt und mißt. Für die Anwendung dieser beiden Verfahren und Methoden
müssen jedoch Entwicklersubstanzen eingesetzt werden, die Eigenschaften aufweisen, die sie für
den Einsatz solcher Verfahren und Methoden geeignet machen. Die verwendeten Entwicklersubstanzen
eignen sich jedoch nicht immer für den Betrieb mit Kopiergeräten.
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PAItNlANWALTE F.W. HEMMEhICH · GtHU MÖLLER · D. GROSSE · F. POLLMEIER 73 ] gg
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Ein anderes Verfahren zur Erfassung und zum Messen der Tonerdichte unter Verwendung einer optisch arbeitenden
Vorrichtung ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 46095/1977 dargestellt und beschrieben.
Bei diesem Verfahren kann sich der freie Toner, d.h. der Toner, der nicht an die Trägerpartikel gebunden
ist, an eine Sonde (oder eine Scheibe), die zum Erfassen und Messen der Tonerdichte vorgesehen ist,
derart absetzen, daß diese Dichte gemessen werden kann, und zwar dadurch, daß die Änderungen in der
Lichtmenge für den Toner auf der Meßsonde gemessen und dadurch auf die Tonerdichte geschlossen wird.
Experimentell ist jedoch fesgestellt worden, daß bei dieser Methode die nachstehend angeführten Überlegungen
erforderlich sind:-
Die Überlegungen gehen dahin, daß ein Faktor, der verursacht, daß eine Menge von Toner, die proportional
der Entwicklerdichte ist und an der elektrisch leitenden Sonde oder dem elektrisch leitenden Meßfühler
haftet, der Ladungsdichte im Toner zuzuschreiben ist. Soll der Toner dazu gebracht werden nur
durch die physikalischen Eigenschaften des Toners
an der Meßsonde zu haften, dann sollte der Toner auch daran haften bleiben, wenn sich die Trägerpartikel,
d.h. die andere Komponente der Entwicklersubstanz verändert. Die Trägerpartikel sind klassifiziert
und systematisiert aufgrund ihrer Form, aufgrund ihrer Korngröße und aufgrund der elektrischen
Stromwerte und dergleichen mehr.
In Fig. 1 steht die Kennlinie A für das Verhältnis
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zwischen der Dichte des Toners und der Menge des anhaftenden Toners, und zwar bei Verwendung einer Entwicklersubstanz
mit typischen und nichtkugelförmigen Trägerpartikeln von 150 - 250 Meshes Korngröße und
einer Stromstärke von 73.5 ,uA. Je größer die Möglichkeit ist, daß sich das Toner-Pulver an den Trägerpartikeln
reiben kann, desto größer ist auch die elektrische Aufladung. Die mit Fig. 2 dargestellten
Kennlinien A0 und A.. zeigen die Veränderungen in
der Ladungsmenge,die sich zwischen dem ersten Einsetzen
der zuvor angeführten Entwicklersubstanz und nach Verwendung der Entwicklersubstanz für die
Herstellung von N Kopien einstellen. Weil sich in diesem Falle die Entwicklerdichte vergrößert , wird
die Ladungsmenge kleiner, damit aber auch die Kraft, die für die Vereinigung und die Kombination zwischen
Toner und den Trägerpartikeln erforderlich ist. Das läßt die Schlußfolgerung zu, daß der Toner dann
leicht an einem Konstruktionsteil, beispielsweise
an einem Meßfühler, haftet, wenn die Dichte der Entwicklersubstanz vergrößert wird.
Die Kennlinie B in Fig. 1 sowie die Kennlinien BQ
und EL· in Fig. 2 stehen für Verhältnisse zwischen der Menge des anhaftenden Toners und der im Toner
erzielten Ladungsmenge, die man dann erhält, wenn eine Entwicklersubstanz Anwendung findet, die
•den mit Kennlinie A beschriebene gleichen Toner enthält,sowie kugelförmige und sphärische Trägerpartikel
von 100 - 250 Meshes Korngröße und einer Stromstärke von 42.8 ,uA. Was die zuletzt erwähnte
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Entwicklersubstanz betrifft, so ist gegenüber der zuerst erwähnten Entwicklersubstanz die elektrische
Aufladung des Toners geringer und der Dichte umgekehrt proportional, (wie dies aus Fig. 2 zu erkennen
ist). Die Menge des an der Meßfühlersonde anhaftenden Toners ist jedoch bis zu einem Ausmaße
saturiert, die eine Unterscheidung dann sehr erschwert, wenn die Dichte (nach Fig. 1) mehr als
2 % ausmacht. Ganz spezifisch ausgedrückt, bedeutet das, daß die Ladungsmenge oder Ladungsdichte
des Toners dann, wenn die Dichte der Entwicklersubstanz nach B - diese Entwicklersubstanz mit
sphärischen und kugelförmigen Trägerpartikeln 2 % beträgt, diese dann einer Dichte von 4 % der
Entwicklersubstanz nach A - diese Entwicklersubstanz mit Trägerpartikeln die nicht sphärisch sind
und keine Kugelform haben - entspricht. Dies entspricht auch den Meßfühler-Ausgangssignalen für
die Dichte 2 % und für die Dichte 4 % in den Kennlinien A und B aus Fig. 1. Damit gilt folgendes:-
ist die Ladungsdichte oder die elektrische Aufladung des Toners kleiner als ein bestimmter Wert,
dann ist die Menge des an der Meßfühlersonde anhaftenden Toners saturiert, was wiederum zur Folge
hat, daß eine Erfassung der Dichte unmöglich ist. Anders ausgedrückt:- Je nach Art der Trägerpartikel,
mit denen der Toner kombiniert ist, be-'einflußt der Toner auch die elektrische Ladungsmenge.
Nun ist zu verstehen, daß für das Verfahren der Dichte-Erfassung, der untere Wert der Toner-Ladungsmenge
in der Entwicklersubstanz hoch und groß ist,
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daß weiterhin der Nutzungsbereich dafür durch die innewohnenden Eigenschaften eingeschränkt ist. Im
Hinblick auf die Feuchtigkeit der Umgebung werden die Toner-Haftbedingungen stark von den Feuchtigkeitseigenschaften
des Toners beeinträchtigt, ebenfalls auch dadurch, daß eine Einschränkung dadurch
gegeben ist, daß die Meßfühlersonde außerhalb des Entwicklerkreislaufes montiert werden muß.
Bei Anwendung des zuvor angeführten Verfahrens kann die Messung nur dann proportional zur tatsächlich
gegebenen Dichte des Entwicklers nur dann durchgeführt werden, wenn die Entwicklersubstanz geeignet
ist und wenn die geeigneten Umgebungsbedingungen gegeben sind. Verändert sich aber die Feuchtigkeit
in der Umgebung, dann werden dadurch auch Veränderungen im Hinblick auf die feuchtigkeitsbezogenen
Eigenschaften des Toners wirksam und im Hinblick darauf, daß die Meßfühlersonde außerhalb des Entwicklerkreislaufes
angeordnet ist. übersteigt die Feuchtigkeit einen bestimmten Wert, dann ist die
Tonerdichten-Meßvorrichtung, die nach diesem Verfahren arbeitet nutzlos. Wie bei den bereits vorher
beschriebenen beiden Verfahren für das Erfassen der Tonerdichte hat es sich herausgestellt,
daß die Arten der Entwicklersubstanzen, die sich für die Anwendung dieses Verfahrens eignen, beschränkt
sind. Darüber hinaus ist nicht nur für dieses Verfahren, sondern auch für die meisten der
konventionellen Verfahren eine zusätzliche Spezialvorrichtung vorzusehen, die im Hinblick auf die
Dichtenmessung eine komplizierte Mechanik hat, so daß auch die Fertigungs-und Herstellungskosten proportional
ansteigen. Es besteht somit ein großer Bedarf nach einer VErbesserung der konventionellen
Verfahren.
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Diese Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, eine Tonermengen-Kontrollvorrichtung für Kopiergeräte zu
schaffen, und zwar eine, die in der Konstruktion einfach und in der Fertigung kostengünstigt ist,
die aber dennoch die Tonerdichte zuverlässig erfassen und die Tonermengen-Regelung in geeigneter Weise
durchführen kann.
Sie löst diese Aufgabe dadurch, daß sie ein Tonerkonzentration-Regelungssystem
vorsieht. Zu dieser Tonerkonzentration-Regelung gehören:- eine Vorrichtung, die dem Entwicklersystem frischen Toner zur
Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes auf einem fotosensitiven Körper vorsieht, und zwar
durch die Zuführung einer Entwicklersubstanz, die Toner und Trägerpartikel enthält; schließlich auch
noch eine Fördervorrichtung mit einer Förderfläche für den Transport der Entwicklersubstanz durch eine
Entwicklerstation. Dieses Tonerkonzentration-Regelungssystem dadurch gekennzeichnet, daß zum Regelsystem
weiterhin auch eine Meßfühlervorrichtung gehört,
die auf optische Weise die Tonermenge festzustellen und zu erfassen hat, welche sich von den
Trägerpartikeln gelöst hat und an der Förderfläche haftet und dabei ein Signal erzeugt; daß weiterhin
auch noch eine Vorrichtung vorhanden ist, die die Tonermenge steuert und regelt, weöche aufgrund des
Signales dem Enwicklersystem zugeführt wird.
Gegenstand dieser Erfindung ist somit ein Tonerkonzentration-Regelungssystem
mit einer Tonerzuführungsmechanik, die den Toner einem Entwickler-
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system zuführt, mit einer Fördervorrichtung zum Transportieren der Entwicklersubstanz, mit einem
Meßfühlersystem zum optischen Erfassen einer Tonermenge, die an der Förderfläche der Fördervorrichtung
haftet sowie mit einer Regelungsmechanik, die steuernd und regelnd auf die Tonerzuführungsvorrichtung
einwirkt. Damit wird dann eine Menge Toner, die der beim Entwickeln verbrauchten Tonermenge
entspricht von der Toner-Mechanik einer Enwicklersubstanz in einem Entwicklersystem zugeführt,
um dadurch eine konstante Tonerkonzentration in der Enwicklersubstanz im Entwicklersystem
aufrecht zu erhalten.
Diese Erfindung wird nachstehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (der
in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher
erläutert. Die Zeichnung zeigt in:-
Fig. 1 Ein Kennliniendiagramm mit Darstellung des zwischen der Entwicklerdichte und der
Menge des anhaftenden Toners in einem Meßfühler-Meßsystem
konventioneller Art gegebenen Verhältnisses.
Fig. 2 Ein Kennliniendiagramm mit Darstellung
des zwischen der Entwicklerdichte und der Menge der Tonerladung gegebenen Verhältnisses.
Fig. 3 Einen Schnitt durch die Entwicklermechanik eines elektrostatischen Kopiergerätes, zu
der auch ein Tonerkonzentration-Regelungssystem dieser Erfindung gehört.
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Fig. 4 Eine weitere Schnittdarstellung, die die mit
Fig. 3 wiedergegebenen wichtigen Teile erkennbar macht.
Fig. 5 Ein Kennliniendiagramm mit Darstellung des
zwischen der Entwicklerdichte und der Menge des anhaftenden Toners bei den mit Fig. 3
dargestellten Ausführungsbeispielen gegebenen
Verhältnisses.
Fig. 6 Jeweils verschiedene Ausführungsbeispiele u des Erfindungsgegenstandes.
Zu der mit Fig. 3 dargestellten Entwicklermechanik
eines fotoelektrischen Kopiergerätes gehört das Tonerkonzentration-Regelungssystem 10. Die allgemeine
Hinweiszahl 11 steht für einen fotosensitiven
oder lichtempfindlichen Körper, beispielsweise für
eine fotosensitive Trommel, die sich nach Fig. 3 in
die mit Pfeil A gekennzeichnete Richtung dreht. Der durch die (nicht dargestellte) Belichtungsmechanik
ausgelöste Belichtungsvorgang läßt auf der Oberfläche
der fotoempfindlichen Trommel 11 ein elektrostatisches
Ladungsbild latent entstehen. Gegenüber der Trommel 11 ist ein Entwicklersystem 12 angeordnet.
Zu diesem Entwicklersystem 12 gehört ein Behälter 14, der eine Entwicklersubstanz 13 aufnimmt, und
die Entwicklersubstanz 13 besteht aus Toner und Trägerpartikeln, beispielsweise Eisenpulver. In den Behälter
14 ist ein rotierender Hohlzylinder 15 in der Nähe der fotoempfindlichen Trommel. In diesem
Behälter 14 befindet sich weiterhin auch ein Rührwerk 18 zum Durchrühren der Entwicklersubstanz 13.
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Der rotierende Hohlzylinder 15 ist aus einem nichtmagnetischen W4rkstoff hergestellt. Der Hohlzylinder
15 dreht sich nach Fig. 3 in die mit Pfeil B gekennzeichnete Richtung, wohingegen sich das Rührwerk
18 nach Fig. 3 in die mit Pfeil C gekennzeichnete Richtung dreht. Ein Bewegungsraum für die Magnetbürste
- diese Magnetbürste wird im weiteren Verlauf der Patentspezifikation noch beschrieben - liegt
zwischen dem rotierenden Hohlkörper 15 und dem Behälter 14. Innerhalb des rotierenden Hohlzylinders
15 angeordnet und montiert ist eine Kernstange 17, auf deren Außenumfang die Permanentmagnete 16 montiert
sind.
Wenn das Gerät arbeitet, dann drehen sich die fotosensitive oder lichtempfindliche Trommel 11 mit dem
latent vorhandenen elektrostatischen Ladungsbild und der rotierende Hohlzylinder 15, wobei dann unter
der Einwirkung der Permanentmagnete 16 die Entwicklersubstanz 13 zur Oberfläche des rotierenden
Hohlzylinders 15 hin angezogen wird und von dort
aus dann als eine Magnetbürste oder ein Magnetkissen
21 in die Richtung B transportiert wird, in die sich
der rotierende Ho71zylinder 15 dreht. Die Magnetbürste oder das Magnetkissen 21 passiert den Durchlaß
22 und wird dabei gesteuert von einem Abstreifmesser 19 an der Basis des Behälters, wobei die Steuerung
derart erfolgt, daß man eine Magnetbürstendicke erhält, die für den Entwicklungsvorgang geeignet ist. Sodann
befindet sich die Magnetbürste oder das Magnetkissen im Gleitkontakt mit der Oberfläche der fotosensitiven
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oder lichtempfindliche Trommel 11, was wiederum bewirkt,
daß der in der Magnetbürste oder im Magnetkissen vorhandene Toner auf das auf der Oberfläche
der Trommel 11 vorhandene elektrostatische und latente
Ladungsbild übertragen wird. Mit der übertragung des Toners auf die Trommeloberfläche ist der
Entwicklungsvorgang beendet. Nach dem Entwicklungsvorgang wird die Magnetbürste oder das Magnetkissen
mit einem Schaber 20, der hinter dem rotierenden Hohlzylinder 15 angeordnet ist, von der Oberfläche
dieses rotierenden Hohlzylinders 15 abgekratzt.
Dieser Schaber 20 kratzt die Entwicklersubstanz 13 ab, die den Entwicklungsbereich 23 passiert hat
und auf die der obere Magnet 16 nicht eingewirkt hat. Nach dem Abschaben und dem Durchrühren mit dem Rührwerk
18 wird die Entwicklersubstanz wieder für ein Magnetkissen oder eine Magnetbürste verwendet.
Ein optischer Dichten-Meßfühler 24, der unter der Schabeeinrichtung 20 angeordnet und montiert ist,
mißt die Dichte des Toners in einem Resttoner-Haftbereich 25, in dem nur der Toner 13a, der sich von
den Trägerpartikeln gelöst hat, d.h. von den Trägern auf dem rotierenden Hohlzylinder 15, haften bleibt.
Der Dichten-Meßfühler 24 ist umgeben von dem Schaber 20 und einem Enwicklersubstanz-Leitblech 26, das
zum Schaber 20 gehört, wobei der Dichten-Meßfühler 24 dann derart eingeschlossen ist, daß er von den
Trägerpartikeln in der Entwicklersubstanz 13 nicht beeingträchtigt werden kann. Dieser Dichten-Meßfühler
24 besteht aus einer Lichtaussendevorrichtung
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und einer Lichtaufnahmevorrichtung 28, die gehalten werden von einem Halteblock 29, der mit einer gläsernen
Abdeckung 30 versehen ist, die das Verschmutzen der Meßfühlervorrichtung durch den nebel artigen
freien Toner verhindern soll, (Fig. 4). Die Lichtaufnahmevorrichtung 28 nimmt das Licht auf, das von
der Oberfläche des rotierenden HohlzylInders 15 abgestrahlt
wird, an dem auch der Toner 13a haftet, und erzeugt dann ein entsprechendes elektrisches
Signal.
Dieses elektrische Signal wird einer Steuerungs-und Regelungsmechanik 31 aufgeschaltet, in der das vorerwähnte
elektrische Signal mit einer vorgegebenen Bezugsgröße verglichen und dann zu einem Steuerungssignal umgeformt wird. Die Menge an frischem Toner,
die der Entwicklersubstanz zugeführt wird, wird von dem Steuerungssignal 31 der Steuerungs-und Regelungs
mechanik 31 gesteuert und geregelt. Damit dies geschehen kann, ist dem Steuerungs-und Regelungssystem
10 ein Trichter oder Füllbehälter 33 zugeordnet, der
in seinem unteren Teil mit Toner-Zuführungsöffnungen 33a versehen ist. Eine Toner-Zuführungsrolle 34 verschließt
die Toner-Zuführungsöffnungen 33a des Trichters oder Füllbehälters 33 und führt frischen Toner
dann dem darunter befindlichen Behälter zu, wenn sie durch eine Antriebsmechanik 35 in Umdrehung versetzt
wird. Der Trichter/Füllbehälter 33, die Toner-Zuführungsrone
34 und die Antriebsmechanik 35 bilden gemeinsam die Toner-Zuführungsvorrichtung, die mit der
allgemeinen Hinweiszahl 32 gekennzeichnet ist. Die
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Steuerung und Regelung der Antriebsmechanik 35 und damit auch die Steuerung und Regelung der Tonermengen-Zuführungsrolle
34 erfolgt über das Steuerungssignal. Auf diese Weise wird der Entwicklersubstanz
frischer Toner 13a in der Menge zugeführt, wie sie während des Entwicklungsvorganges verbraucht wird,
und zwar in den Behälter 14 hinein, damit die Toner konzentration in der Entwicklersubstanz 13 immer
konstant gehalten wird.
Nachstehend sollen nun Funktion und Arbeitsweise der zuvor beschriebenen Ausführung des Erfindungsgegenstandes beschrieben werden. Die Entwicklersubstanz
13 wird als eine pelzartige Bürste oder als ein pelzartiges Kissen in den Bereich der Oberfläche
des rotierenden Hohlzylinders 15 angezogen, und zwar dorthin, wo die Kraftlinien der Magnetkraft
der Magneten 16 entstehen und wirksam werden, wobei dann eine sogenannte "Magnetbürste oder ein Magnetkissen"
21 entsteht. Wenn sich der rotierende Hohlzylinder 15 drehend bewegt, dann dreht sich auch
die Magnetbürste oder das Magnetkissen 21 mit. Vom Abstreifmessser 19 wird die Magnetbürste oder
das Magnetkissen 21 auf die vorgegebene Dicke einreguliert und dann mit der Oberfläche der fotosensi
tiven oder lichtempfindlichen Trommel 11 gebracht.
Dieser Vorgang bewirkt, daß das auf der Oberfläche der Trommel 11 latent vorhandene elektrostatische
Ladungsbild 11 zu einem Staubbild aus Toner entwickelt
wird, d.h. es findet ein Entwicklungsvorgang statt.
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Wenn die Magnetbürste oder das Magnetkissen 21 den Entwicklerbereich 23 durchlaufen hat, dann wird sie/
es von der Oberfläche des rotierenden Hohlzylinders 15 abgekratzt und fällt dann in den Entwickleraufnahme
teil, wo die Entwicklersubstanz mit dem Rphrwerk 18 behandelt wird. Dieses Rührwerk 18 kann aus irgend
einem beliebigen magnetischen Werkstoff, nichtmagnetischen Werkstoff,aus Metall oder aus Nichtmetall her
gestellt sein, was immer für die Vorrichtung am besten geeignet sein mag.
Während des Entwicklungsvorganges wird der in der Ent wicklersubstanz 13 enthaltene Toner 13a auf die fotosensitive
oder lichtempfindliche Trommel 11 übertragen,
was wiederum zur Folge hat, daß die Tonerdichte oder die Tonerkonzentration in der Entwicklersubstanz
schwächer wird, d.h. die Entwicklersubstanz wird in der Tonerdichte oder Tonerkonzentration ungleichmäßig.
Der im Entwickleraufnahmeteil 13 aufgenommene Anteil
an Entwicklersubstanz ist begrenzt, darüber hinaus wird die Entwicklersubstanz im Bodenteil 14 einem
sehr kurzfristig verlaufenden Kreislauf unterworfen. Es ist deshalb wünschenswert, daß die nunmehr abgeschwächte
Tonerdichte und der Zustand der ungleichmäßigen Dichtenverteilung auf normale Dichtewerte
zurückgeführt wird, und zwar noch vor dem Einsetzen des nächsten Entwicklungsvorganges.
Der vom Träger getrennte Toner 13a haftet als Resttoner
an der Oberfläche des rotierenden Hohlzylinders 15, die an dem Abschaber 20 vorbei geführt wird.
Aufgrund intensiver Forschungs-und Entwicklungsarbeiten ist festgestellt worden, daß die Menge des
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im Resttonerhaftbereich 29 haftenden Toners proportional der Dichte oder Konzentration des Toners ist.
Das Kenn!iniendiagramm nach Fig. 5 ist aufgrund der
Bestimmung, d.h. der optischen Erfassung und Bestimmung, des an dem rotierenden Hohlzylinder haftenden
Resttoners erstellt und erarbeitet worden. Die in Fig. 5 wiedergegebenen Kennlinien A und B stehen
für die gleichen Entwicklersubstanzen die auch bei dem ganz zuvor beschriebenen System Anwendung gefunden
haben. Es ist ebenfalls festgestellt worden, daß die Resultate aus der Verwendung anderer Entwicklersubstanzen
auch in diese Kennlinien A und B fallen.
Bei diesem Experiment ist mit zwei verschiedenen Ausführungen des rotierenden Hohlzylinders 15 gearbeitet
worden. Einmal mit einer Ausführung, bei der die Oberfläche des rotierenden Hohlzylinders 15 nicht
oberflächenbehandelt und in der Oberfläche nicht bearbeitet
worden ist, d.h. die Oberfläche war eben und glatt. Zum anderen mit einer Ausführung, bei der
die Oberfläche des rotierenden Hohlzylinders 15 derart
einer Sandstrahlbearbeitung mit Sand Nr. 120 unterzogen worden ist, daß eine gleichmäßig aufgerauhte
Fläche entstand. An der Oberfläche des zuletzt angeführten rotierenden Hohlzylinder haftete mehr Toner
als an der Oberfläche des zuerst genannten rotierenden Zylinders 15. Die Resultate der Versuche, die
mit diesen beiden Ausführungen des rotierenden Zylinders durchgeführt worden sind, lassen sich aus
Fig. 5 ablesen.
Wenn sich die Oberfläche des rotierenden Hohlzylin-
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ders 15 einmal durch den Bereich mit den magnetischen Kraftlinien bewegt und zum anderen dann wieder
durch den Bereich, in dem keine magnetischen Kraftlinien vorhanden sind, dann wird die Entwicklersubstanz
auf der einen Seite zum rotierenden Hohlzylinder hin angezogen und auf der anderen Seite wieder
von dem rotierenden Hohlzylinder 15 entfernt. Darüber hinaus vollzieht der rotierende Hohlzylinder
15 auch noch eine Umwälzung der Entwicklersubstanz 13 in dem Gehäuse. Dabei sollte man dies so verstehen,
daß der an der Oberfläche des rotierenden Hohlzylinders 15 haftende Resttoner 13a auf die Trägerpartikel
zuück übertragen wird, so daß die Oberfläche des Zylinders
gereinigt wird und nur die Menge, die der Tonerdichte oder Tonerkonzentration proportional
ist an der Oberfläche haften bleibt.
Die Menge, die vom Toner der Entwicklersubstanz A - diese Entwicklersubstanz weist Trägerpartikel auf,
die nicht kugelförmig und nicht sphärisch sind - haften bleibt ist gegenüber jener, die im Zusammenhang
mit dem anhand von Fig. 1 beschriebenen Meßfühlersystem zu verzeichnen ist, kleiner, sie genügt aber
zum Erfassenn und zum Bestimmen der Tonerdichte oder der Tonerkonzentration.
Eine besonders bemerkenswerte Verbesserung wird im Zusammenhang mit der'Entwiekler B erzielt, die kugelförmige
und sphärische Trägerpartikel hat. Dieser Entwickler 13 ist klein in der Menge der Tonerladung,
so daß die Messung und das Erfassen einen Bereich einschließt, der die tatsächliche Tonerdichte
in einer Entwicklersubstanz abdeckt.
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Das aber bedeutet, daß auch bei Verwendung einer anderen als der beschriebenen Entwicklersubstanz die
Menge des Toners, der an der Oberfläche des rotierenden Hohlzylinders 15 haften bleibt, proportional der
Tonerdichte oder der Tonerkonzentration ist, so daß im Hinblick of die unterschiedlichen Eigenschaften
in der Entwicklersubstanz 13 keine Einschränkungen mehr gegeben sind.
Weil der rotierende Hohlzylinder 15 im Inneren des Entwicklerkreislaufes angeordnet ist, wird deren
Oberfläche auch nicht durch Umgebungsbedingungen beeinflußt und beeinträchtigt, d.h. es sind die bevorzugten
Bedingungen gegeben. Auf diese Weise ist dann festgestellt worden, daß die Menge des an dem
rotierenden Hohlzylinder 15 und dessen Oberfläche anhaftenden Resttoners proportional der Tonerdichte
oder der Tonerkonzentration ist, und daß eine Eignung für die Erfassung der Tonerkonzentration deshalb
auch vorliegt und gegeben ist.
Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, befindet sich in dem Bereich 25, der sich vom Schaber 20 aus bis zu
der Position erstreckt, in der die Entwicklersubstanz 13 zum rotierenden Hohlzylinder 15 hin angezogen
wird, kein Magnetpol. Das hat zur Folge, daß in diesem Bereich 25 nur der Resttoner 13a, der sich
von den Trägerpartikeln gelöst hat, an der Oberfläche des rotierenden Hohlzylinders 15 haftet. Das
Messen und Erfassen der Tonerdichte kann somit in dem Bereich 25 durchgeführt werden, und der optische
Dichtenmeßfühler 24 ist in dem Bereich 25 angeordnet.
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Die Magnetbürste oder das Magnetkissen 21 wird vom Schaber 20 abgebaut und entfernt, wobei der Resttoner
13a auf der Oberfläche des rotierenden Hohlzylinders 15 verbleibt. Von der lichtaussendenden Vorrichtung
27 des Meßfühlersystemes 24 wird in dem Bereich 25 die Oberfläche des rotierenden Hohlzylinders
15 mit Licht angestrahlt, wobei dann das von dieser Oberfläche zurückgeworfene Licht in die lichtaufnehmende
Vorrichtung 28 einfällt und von dieser aufgenommen wird Weil sich nun die Menge des an der
Oberfläche des rotierenden Hohlzylinders 15 haftenden
Resttoners in Abhängigkeit von der Tonerdichte oder der Tonerkonzentration verändert, verändert
sich auch das von dieser Fläche zurückgestrahlte und in die Lichtaufnahmevorrichtung 28 einfallende
Licht mit der Menge des Resttoners.
Das von der Lichtaufnahmevorrichtung 28 erzeugte und aufgeschaltete Signal wird in der Steuerungsund
Regelungsmechanik 31 verarbeitet. Ist die anhaftende Tonermenge geringer, dann gibt die Steuerungs-und
Regelungsmechanik 31 über ihren Ausgang ein Tonerzuführungssingal ab. Im Ansprechen auf
dieses Tonerzuführungssignal beginnt die Antriebsmechanik 35 zu arbeiten und setzt dabei die Tonermengenzuführungsrol
Ie 34 in Umdrehung, was wiederum zur Folge hat, daß dann der Toner 13a in den
Efitwicklerbehälter 14 fällt.
Im Behälter 14 werden die Entwicklersubstanz 13 und der zugeführte Toner 13a miteinander verrührt
und vermischt, wobei die anormale Dichteverteilung
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wieder auf den Normalzustand zurückgeführt wird. Durch die Rührwirkung oder durch die Wirkung des
Umwälzvorganges wird das Toner-Entwicklergemisch allmählich zum rotierenden Hohlzylinder 15 transportiert
und wird dort dann wieder zu einer Magnetbürste oder zu einem Magnetkissen 21. Die bei
einem Zuführungsvorgang zuzuführende Tonermenge wird so eingestellt, daß sie für das Kopieren von
mehreren Kopien bis einigen zig Kopien ausreicht. Wenn in der Entwicklersubstanz 13 die Tonerdichte
oder Tonerkonzentration größer wird, dann vermehrt sich auch die Menge des Resttoners 13a, die an der
Oberfläche des rotierenden Hohlzylinders 15 hängen bleibt. Sobald ein bestimmter Tonerkonzentrationsbereich
erreicht ist, wird die Steuerungs-und Regelungsmechanik 31 deart wirksam, daß sie die
Tonerzuführung stoppt und unterbricht.
Die Tonerdichte/Tonerkonzentration in der Entwicklersubstanz 13 wird durch die Erfassung der jeweils
gegebenen Tonerkonzentration und die damit verbundene Tonerzührung, die automatisch erfolgt, immer
in einen vorgegebenen Dichtebereich oder Konzentrationsbereich gehalten. Aus diesem Grunde muß die
verantwortliche Bedienungskraft bei Vorhandensein
der Tonerkonzentrations-Erfassungs-und Meßvorrichtung
dieser Erfindung anders als bei den bisher bekannten Vorrichtungen die Sekundäroperationen vornehmenm
die auf den Experimentalbedingungen beruhen. Dcis Kopiergerät läßt sich leicht bedienen und ist
auch in seinem Betriebsverhalten stabil.
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Was das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft,
so ist der Tonendichten-Meßfühler 24 in dem Bereich 25 angeordnet und untergebracht, der sich
von dem Schaber 20 aus bis in die Position hinein erstreckt, in der die Entwicklersubstanz 13 wieder angezogen
wird. Das Erfassen und Messen der Tonerdichte oder der Tonerkonzentration kann aber auch in anderen
Bereichen durchgeführt werden.
So kann zum Beispiel der Tonerdichten-Meßfühler 24
über dem magnetischen und rotierenden Zylinder 15 angeordnet und angebracht werden, oder aber über den
Schaber 20, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Wird in diesem Fall der Kreislauf der Entwicklersubstanz
durch Abschalten des Entwicklersystemes unterbrochen,
dann fällt die Entwicklersubstanz 13 in den Behälter 14, wohingegen der Toner als Resttoner 13a an der
rotierenden Buchse 15 oder am Schaber 20 haften bleibt. Die Dichte dieses Resttoners 13a wird von dem derart
angeordneten Meßfühler gemessen und erfaßt.
Wenn, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, zum Entwicklersystem
eine entwickelnde Magnetwalze 40 gehört, dann kann der Resttoner, der an der Oberfläche des
rotierenden Hohlzylinders 41 nach dem Weitergeben
der Entwicklersubstanz von der Walze 40 auf den rotierenden Hohlzylinder 15, von der Tonerdichten-Meßvorrichtung
24 immer erfaßt und gemessen werden, und zwar unabhängig davon, ob sich nun die Walze dreht
oder nicht dreht.
Es hat sich erwiesen, daß Resttoner 13a in einer zur
Tonerdichte proportionalen Menge an anderen rotierenden oder stationären Konstruktionselementen, die die
Entwicklersubstanz transportieren, führen oder rühren, haften bleibt. Aus diesem Grunde kann der Resttoner
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für das Erfassen und Bestimmen der Tonerdichte oder der Tonerkonzentration herangezogen werden. Das aber
bedeutet, daß der Tonerdichten-Meßfühler in jeder Position angeordnet werden kann, wo sich Resttoner
auf den Konstruktionselementen des Entwicklerkreislaufes
absetzen kann.
Das Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes
ist beschrieben und erläutert worden unter Zungrundelegung eines Falles, in dem die Erfindung einer
Magnetbürsten-Entwicklungsvorrichtung eines Kopiergerätes
angepaßt wird. Es sollte aber auch klar sein, daß das technische Konzept oder die technische Konzeption
dieser Erfindung auch anderen Ausführungen von Entwicklersystemen angepaßt werden kann, oder
auf Drucker und Faksimilevorrichtungen, die nach dem gleichen Prinzip arbeiten, wenn sie sich auch
gegenüber der Kopiermaschine unterscheiden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das zuvor beschriebene und erläuterte Ausführungsbeispiel.
Den Fachleuten der Branche sollte bekannt sein, daß die verschiedensten Änderungen und Modifikationen
vorgenommen werden können, ohne vom Geiste und Umfang der Erfindung abweichen zu müssen.
In Fig, 6 und in Fig. 7, die eine dritte und vierte Ausführung des ERfindungsgegenstandes wiedergeben,
sind die Bauelemente, die im Zusammenhang mit Fig. erläutert und beschrieben worden sind,auch mit den
gleichen Hinweiszahle η gekennzeichnet. Darüber hinaus wird eine detaillierte Beschreibung dieser Bauelemente
weggelassen.
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Die Erfindung hat somit ein Tonerdichten-Kontrollsystem
für ein Entwicklersystem zum Gegenstand, das den Entwicklungsvorgang dadurch bewerkstelligt, daß
die aus Toner und Trägerpartikeln bestehende Entwicklersubstanz im Kreislauf geführt wird, wobei die Menge
an Resttoner, die an der Oberfläche der Fördervorrichtung haften bleibt zur Erfassung eines Tonerdichtenwertes
oder eines Tonerkonzentrationswertes und für die Zuführung von frischen Toner in Übereinstimmung
mit dem Tonerdichtenwert zur Herbeiführung des Normalzustandes von einer Tonerdichten-Meßvorrichtung
gemessen wird.
Durch diese Erfindung werden die Einschränkungen, die früher im Hinblick auf die Verwendung, auf die Art
des verwendbaren Entwicklers und auf die Umgebungsbedingungen gegeben waren zu einem großen Teil abgestellt,
und dies ohne das Hinzufügen von Spezialvorrichtungen, beispielsweise einer Meßfühlersonde,
zum Funktionsmechanismus des Entwicklersystemes. Damit
kann nun die Tonerdichte oder Tonerkonzentration der Entwicklersubstanz zweckmäßig, wirksam und genau
erfaßt und gemessen werden. Hinzu kommt noch, daß das Tonerdichten-Kontrollsystem kompakt in der Ausführung
ist und zu niedrigen Gestehungskosten hergestellt werden kann. Dieses Kontrollsystem kann
mit ausgezeichneten Resultaten wirtschaftlich verwirklicht
werden.
030008/0705 " Ende '
Claims (4)
- PATtNIANWÄLf"E F.W. '-eMM^KICH ■ Gh. D MüL-fcR D. GROSSE · F. POLL.vlEicR 73- bh 23.7.1979Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha 8 72, Horikawacho, Sawai-ku/ Kawasaki-shi, Kanagawa-ken (Japan)Patentansprüche. Tonerkonzentrations-Kontrollsystern mit einer Vorrichtung für die Zuführung von Toner zu einer Entwicklervorrichtung zwecks Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes, mit einer aus Tonerpartikeln und Trägerpartikeln bestehenden Entwicklersubstanz und mit einer eine Förderfläche zum Fördern und Transportieren der Entwicklersubstanz durch eine Entwicklerstation aufweisenden Fördervorrichtung,gekennzeichnet durch eine Meßfühlervorrichtung (24) zum optischen Erfassen der Tonermenge, die sich von den Trägerpartikeln in der Entwicklersubstanz gelöst hat und sich an der Förderfläche festsetzt, wobei diese Meßfühlervorrichtung dann ein entsprechendes Signal erzeugt, und eine Vorrichtung (32), die die dem Entwicklersystem aufgrund des Signales zugeführte Tonermenge steuert und regelt.
- 2. System nach Anspruch 1,gekennzeichnet durch . einen aus unmagnetischem Material bestehenden rotierenden Hohlzylinder (15), in dem koaxial0 3 0 008 / 07 0 5PATENTANWÄLTE F.W. HfMMEhICH ■ Gfci U MÜLLER O. GROSSE · F. POLLMEIbH 73- bh 23.7.1979ein Konstruktionselement angeordnet ist, welches ein Magnetfeld erzeugt, und dessen Magnetfeldbereich sich gegenüber dem lichtempfindlichen Körper (11) erstreckt, wobei ein nichtmagnetisches Feld auf die Meßfühlervorrichtung (24) ausgerichtet ist.
- 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bereits angeführte Fördervorrichtung einen rotierenden Hohlzylinder (15) aufweist, der aus unmagnetischem Material hergestellt ist, sowie ein magnetfelderzeugendes Konstruktionselement (16) aufweist, das in dem rotierenden Hohlzylinder (15) diesem koaxial angeordnet ist, und daß eine Schabevorrichtung (2o) vorgesehen ist, die nahe dem rotierenden Hohlzylinder (15) angebracht ist und den von dem rotierenden Element (15) transportierten Entwickler von diesem abzuschaben vermag.
- 4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch seine Anordnung in einer elektrostatischen Kopiervorrichtung.030008/0705
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