DE2930785A1 - Tonerkonzentration-kontrollsystem - Google Patents

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Tonerkonzentration-Kontrollsystem

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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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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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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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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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 B_Q 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.

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Claims (4)

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   Tokyo 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. 2. System nach Anspruch 1,

   gekennzeichnet durch . einen aus unmagnetischem Material bestehenden rotierenden Hohlzylinder (15), in dem koaxial

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   ein 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. 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. 4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch seine Anordnung in einer elektrostatischen Kopiervorrichtung.

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