DE2254883A1

DE2254883A1 - Anordnung zur messung des tonerverbrauchs und zur automatischen zugabe von neuem toner in einem elektrophotographischen geraet

Info

Publication number: DE2254883A1
Application number: DE2254883A
Authority: DE
Inventors: James Lydell Bacon; Carl Allan Queener; Henry Wellington Simpson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-12-17
Filing date: 1972-11-09
Publication date: 1973-06-28
Also published as: CH539870A; NL7215310A; GB1372999A; ES409699A1; SE375634B; JPS4869528A; AU4874172A; AR205242A1; US3821938A; CA1010493A; FR2165442A5; IT967830B; BR7208877D0

Description

Böblingen, 6. November 19 72
hz/fr-aa-we

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Ämtl. Aktenzeichen. Neuanmeldung ο ο er / ο ο ο

LIϋ HOOO

Aktenzeichen der Anmelderin: LE 9 71 014

Anordnung zur Messung des Tonerverbrauchs und zur automatischen

Toner in einem elektrophotogr aphis chen Gerät

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung des Tonerverbrauches und zur automatischen Zugabe von neuem Toner anstelle
des verbrauchten in einem elektrophotographischen Gerät, insbesondere Kopiergerät, das eine Entwicklerstation für die Aufnahme eines Toner enthaltenden Mehrkomponen.ten-Entwicklers und für die Auftragung des Toners auf das latente elektrostatische Bild,
welches auf einer photoleitfähigen Schicht vorhanden ist, sowie einen Vorratsbehälter für Toner enthält.

In elektrophotographischen Geräten, insbesondere Kopiergeräten, wird für das Sichtbarmachen von latenten elektrostatischen Ladungsbildern auf der photoleitfähigen Schicht vielfach ein aus
Träger und Toner bestehender Entwickler verwendet. Von diesem
Entwickler wird der Toner auf das latente elektrostatische
Ladungsbild aufgebracht, so daß der Entwickler mit der Zeit
an Toner verarmt. Um gleichbleibende Qualität der Kopien zu
gewährleisten, muß im Entwickler die Tonerkonzentration festgestellt weraen und durch Ersetzen des verbrauchten Toners die
Tonerkonzentration immer auf der ausreichenden Höhe gehalten
weraen.

Zur ieststeilung aer Tonerkonzentration im Entwicklergemisch
eines Kopiergerätes sind verschiedene Methoden bekannt. So wird

309826/1026

beispielsweise bei einer Anordnung der eingangs genannten Art die Tonerkonzentration dadurch festgestellt, daß innerhalb der bntwicklerstation ein konstanter Strom von Entwicklermaterial über eine besondere Platte gelenkt wird, auf der eine Ladung induziert wird, die proportional der vorhandenen Tonermenge ist. Diese induzierte Ladung wird zur Aufladung eines Kondensators benutzt, der bei Erreichen eines vorherbestimmten Ladungswertes die Zuführung von frischem Toner aus dem Tonerbehälter in die Entwicklerstation veranlaßt (US-Patentschrift 3 376 853). Weiterhin ist es beispielsweise aus der US-Patentschrift 3 527 651 bekannt, die Widerstandscharakteristik des Entwicklergemisches zu messen und daraus auf die Tonerkonzentration zu schließen. Wenn dabei der gemessene Widerstandswert der Probe von einem vorgegebenen Standard differiert, wird dem Entwickler zusätzlicher Toner zugeführt, bis der richtige Widerstandswert wieder erreicht ist. Eine weitere, aus der US-Patentschrift 3 527 551 bekannte Methode besteht darin, daß man einen Teil des Entwicklermaterials über eine Spule rieseln läßt, die mit einem Schwingkreis verbunden ist, wodurch die Induktivität des Entwicklermaterials, das Stahlteilchen enthält, gemessen wird. Wenn die Induktivität des Materials einen bestimmten Pegel erreicht, wird zusätzlicher Toner hinzugefügt. Eine weitere bekannte Anordnung, die in der US-Patentschrift 3 094 049 beschrieben ist, beinhaltet das Vorspannen einer Probefläche auf einen bestimmten Spannungspegel und das anschließende Kontaktieren der Probe mit dem Entwicklermaterial. Der Anteil des Toners, der an dieser Probe dann haftet, wird optisch abgefühlt, um die Tonerkonzentration im Entwicklermaterial zu bestimmen.

Bei all diesen bekannten Methoden wird die Tonerkonzentration, d.h. das Verhältnis von Trägerpartikeln zu reinen Tonerpartikeln, im Entwicklergemisch festgestellt, und zwar dadurch, daß physikalische Parameter von Proben des Entwicklermaterials ermittelt werden. Toner wird dann automatisch hinzugefügt, wenn diese physikalischen Parameter von vorgegebenen Sollwerten abweichen, nachteilig ist bei diesen Anordnungen besonders, daß in der Lnt-

309876/ 1026

BAD

Wicklerstation jeweils Vorrichtungen vorhanden sein müssen, über die ein Teil des Entwicklermaterials geleitet werden muß, so daß der Aufbau der Entwicklerstation kompliziert ist. Außerdem bringt die Messung der Tonerkonzentration keine Aussage darüber, wieviel Toner tatsächlich bei dem jeweiligen Kopiervorgang effektiv verbraucht worden ist.

um gleichförmige Kopiervorgänge sicherzustellen, muß eine große Menge von Entwicklermaterial benutzt werden, woraus sich ein großer Zeitunterschied zwischen der Zuführung frischen Toners und der gleichmäßigen Verteilung dieses frischen Toners im Entwicklergemisch ergibt, bis die gewünschte Tonerkonzentration wieder erreicht ist. Entsprechend dieses Zeitunterschiedes ist es schwierig, die Menge des entnommenen Toners exakt zur korrigieren, weil die gemessene Probe nicht das Entwicklermaterial wiedergibt, das nach der gleichmaßigen Verteilung des frischen Toners erhalten wird. Dieses Problem ist besonders dann akut, wenn in aufeinanderfolgenden Kopiervorgängen dunkle und helle Kopien hergestellt werden, d.h. wenn auf der Vorlage sehr viel-Schwarz oder sehr wenig Schwarz enthalten ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, daß extrem empfindliche Meßgeräte benützt werden müssen, um auch geringfügige Veränderungen von, den vorgegebenen Sollwerten festzustellen. Dies liegt darin begründet, daß schon ein kleiner Wechsel in der Leitfähigkeit, der optischen Dichte, der Induktivität und dem Ladungspegel große Qualitätsunterschiede der hergestellten Kopien hervorruft. Dementsprechend sind sehr empfindliche Geräte für die Feststellung minimaler Abweichungen notwendig, um sicherzustellen, daß ■ gleichmäßige Kopienqualitäten erreicht werden.

Ls ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 772 826 ein weiteres Verfahren zur Regelung der Tonerzufuhr bei einem xerographisehen Gerät, insbesondere bei einem xerographischen Drucker bekannt, bei dem die Tonerzufuhr dadurch geregelt wird, daß die zu druckenden Zeichen über einem Zähler gezählt werden und, da sie jeweils eine vorherbestimmbare Menge von Toner beim Drucken verbrauchen werden,

le 971 014 ' 309826/1028

-A-

bis zu einem gewissen Wert aufsummiert v/erden. Ist dieser Wert dann erreicht, wird eine bestimmte Tonermenge, die der beim Drucken zu verbrauchenden entspricht, zugeführt wird. Diese Anordnung mißt also den zu verbrauchenden Toner und ist daher für Kopiergeräte, welche Kopien mit unterschiedlichen Schwärzungsgraden und Inhalten herzustellen haben, nicht anwendbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art, die Nachteile der bekannten Anordnungen zur Feststellung der Tonerkonzentration und zur Zuführung frischen Toners zu vermeiden. Insbesondere soll dabei erreicht werden, daß keine Anordnungen innerhalb der Entwicklerstation vorhanden sein müssen, um die Tonerkonzentration durch Untersuchung von Entwicklerproben auf deren verschiedene physikalische Eigenschaften hin zu untersuchen. Vielmehr soll eine Aussage darüber möglich sein, wieviel Toner tatsächlich durch Entwicklung elektrostatischer Bilder verbraucht worden ist und dementsprechend dem Entwicklergemisch wieder zugeführt werden muß. Diese Arbeitsweise soll auf kontinuierlicher Basis möglich sein und genau die zuzufügende Tonermenge angeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der während jedes Kopierzyklus verbrauchte Toner direkt gemessen wird und dementsprechend eine entsprechende Tonermenge dem Entwicklergemisch zugeführt werden kann. Die Messung des verbrauchten Toners erfolgt durch die Messung der Ladung, die dem Entwicklermaterial während jedes EntwicklungsVorganges durch das Entfernen von geladenem Toner entzogen wird. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Entwicklerstation gegenüber der photoleitfähigen Schicht elektrisch isoliert und über eine Leitung mit einer Spannungsquelle verbunden ist und der in dieser Leitung fließende Strom, welcher den Ausgleichsstrom für die von dem auf die photoleitfähige Schicht übertragenen Toner dem Entwickler entzogene elektrische Ladung darstellt, aufintegriert wird. Dieses Aufintegrieren dauert so lange an, bis ein gewisser Pegelwert erreicht ist, bei dessen Erreichen dann ein Signal erzeugt wird, welches

30 9 826/1026

LE 971 014

die selbsttätige Zuführung einer der abgezogenen Ladung entsprechenden Tonermenge aus dem Tonervorratsbehälter zum Entwickler veranlaßt.

tür einen spezifischen Toner und ein spezifisches Trägermaterial ist die durchschnittliche Tonergesamtladung (Coulomb/Gramm) in etwa konstant bei einer vorgegebenen Tonerkonzentration/ so daß das Gewicht des bei der Entwicklung entzogenen Toners proportional zu der entzogenen Ladung ist. Diese entzogene Ladung wird durch den Ausgleichsstrom festgestellt. Das Wiederauffüllen erfolgt zweckmäßiger- und vorteilhafterweise durch das Hinzufügen einer Tonermenge bestimmten Gewichts, und zwar jedesmal dann, wenn durch die Aufintegration des AusgleichsStroms ein bestimmter Ladungswert durch die Entwicklung dem Entwicklergemisch entzogen worden ist.

Durch die direkte Messung des verbrauchten Toners ist die erfindungsgemäße Anordnung nicht von dem Zeitverlust bei der Durchmischung des Entwicklergemisch mit neu hinzugefügtem Toner abhängig, so daß auf vorteilhafte Weise eine gute Konstanz der Kopienqualität erreicht werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den ünteransprüchen enthalten.

Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung sowie ihre Anwendung soll anhand der im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen im einzelnen. ■

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines elektrophotogra-

phischen Kopiergerätes mit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Feststellung des Tonerverbrauchs und zur Zuführung frischen Toners;

Fig. 2 ein Schaltbild eines Teils der in Fig". 1 darge-

L. 971 014 309826/1026

stellten Anordnung;

Fig. 3 schematisch eine Alternativlösung der erfin

dungsgemäßen Anordnung und

Fig. 4 schematisch eine weitere Alternativlösung der

erfindungsgeraäßen Anordnung.

Das in Fig. 1 aargestellte Kopiergerät enthält mehrere Bearbeitungsstationen, die um eine zylindrisch ausgebildete photoelektrisch leitende Schicht 11 angeordnet sind. Die photoempfindliche Schicht 11 wird durch eine Koronaladestation 13 aufgeladen, wenn die Schicht in Richtung des Pfeils 15 unter ihr wegläuft. Eine Vorlage 17, die kopiert werden soll, wird auf die photoelektrisch leitende Schicht 11 projiziert, wenn sie unter der Belichtungsstation hindurchläuft. Dadurch wird ein latentes
elektrostatisches Ladungsbild auf der Schicht 11 erzeugt. Die Schicht 11 passiert dann eine Entwicklungsstation 19, bei der ein Mehrkomponenten-Entwicklungsmaterial mit elektrostatisch
geladenem Toner der Schicht 11 zugeführt wird. Die geladenen
Tonerteilchen werden vorzugsweise auf das latente elektrostatische Ladungsbild auf der Schicht 11 angezogen und anschließend auf einen Kopienträger 21 übertragen. Im weiteren Verlauf des Arbeitsvorganges passiert die photoleitfähige Schicht 11 eine Reinigungsstation 25, durch die verbliebener Toner von der
Schicht entfernt wird.

Die Entwicklerstation 19 enthält einen Sumpfteil 31 mit einem Mehrkomponenten-Entwickler 33. Die prinzipiellen Komponenten
dieses Entwicklers sind elektroskopische Tonerpartikel und
Trägermaterial. Oberhalb der Entwicklerstation 19 ist ein Tonervorratsbehälter 35 angebracht, um Tonerpartikel 37 dem Mehrkomponenten-Entwickler 33 zuzuführen, das im Sumpfteil 31 der Entwicklerstation 19 enthalten ist. Im Sumpfteil 31 sind zwei Schneckenförderer 39 und 40 angeordnet, die im Gegenuhrzeigersinn gedreht werden und für die vollständige Vermischung des

le 971 014 309826/10?6

frisch zugeführten Toners mit dem Entwickler 33 sorgen.

Ein Becherwerk 41 läuft durch den Sumpfteil 31 der Entwicklerstation 19 durch und schöpft Entwicklermaterial 33, welches es einer Magnetbürsteneinheit 43 zuführt. Die Magnetbürsteneinheit 4 3 enthält einen leitenden und rotierenden Zylinder 45, in dem ein Magnet 47 angeordnet ist. Das Kernmaterial der Trägerpartikel besteht aus ferromagnetischem Material, wodurch die Trägerpartikel magnetisch an die Oberfläche des Zylinders 45 angezogen und durch die Magnetkräfte des Magneten 47 dort gehalten werden. Der Zylinder 45 rotiert in Richtung des Pfeiles 49 unter einem Abstreifer 51 hindurch, wodurch die Menge des Entwicklermaterials gesteuert wird, das auf der Fläche des Zylinders 45 vorhanden ist, wenn dieser in direkte Nachbarschaft mit der photoleitfähigen Scnicnt 11 gelangt. Der Magnet 47. erzeugt ein Magnetfeld, das bei der 9 Uhr-Position des Zylinders 45 in etwa senkrecht auf diesem Zylinder 45 steht, so daß die magnetischen Trägerpartikel des Entwicklermaterials 33 eine bürstenähnliche Anordnung bilden, die an dieser Stelle senkrecht von der Fläche des Zylinders 45 absteht.

Die kleinen Tonerteilchen des Entwicklermaterials 33 werden durch elektrostatische Kräfte auf den Oberflächen der relativ großen Trägerpartikel gehalten. Diese triboelektrischen Kräfte werden durch den Kontakt zwischen dem Toner und der Oberfläche der Trägerpartikel erzeugt, die eine triboelektrische Ladung des Toners und des Trägermaterials mit entgegengesetzter Polarität veranlaßt. In dem beschriebenen System sind die Tonerpartikel triboelektrisch positiv aufgeladen im Hinblick auf die triboelektrisch negativ geladenen Trägerpartikel. Die totale triboelektrische Ladung auf dem Trägermaterial ist gleich und entgegengesetzt der totalen triboelektrischen Ladung auf den Tonerpartikeln.

Der Zylinder 45 ist mit einer Spannungsquelle 53 verbunden, wodurch er auf ein festes Potential vorgespannt wird. Wenn die magnetisch geformten Borsten des Trägermaterials mit den triüo-

309 826/1026

JüL· 971 014

elektrisch daran anhaftenden Tonerpartikeln an der photoleitfähigen Schicht 11 vorbeilaufen und mit ihr in Kontakt kommen, werden die triboelektrisch geladenen Tonerpartikel auf das elektrostatische latente Bild auf der Schicht 11 angezogen und dort festgehalten. Das Potential des Zylinders 45 richtet das elektrische Feld, in dem sich die geladenen Tonerteile bewegen, richtig aus, um ein gleichförmig entwickeltes Bild auf der Schicht 11 zu erzeugen. Die Schicht 11 mit den Tonerpartikeln dreht sich weiter und verläßt danach die Entwicklungsstation 19.

Die Partikel des Trägermaterials haften an der Fläche des Zylinders 45 weiterhin an, bis sie ungefähr die 6 Uhr-Position des Zylinders erreichen. Das Magnetfeld des Magneten 47 ist so geformt, daß bei dieser 6 Uhr-Position des sich drehenden Zylinders 45 kein Magnetfeld mehr vorhanden ist. Auf diese Weise werden die Trägerpartikel und solche Tonerpartikel, die nicht auf die photoleitfähige Schicht übertragen worden sind, von dem Zylinder 45 freigegeben und gelangen in den Sumpfteil 31 der Entwicklerstation 19. Die auf diese Weise zurückkehrende Trägerpartikel enthalten eine negative Ladung, die gleich und entgegengesetzt der Ladung der Tonerpartikel ist, die elektrostatisch auf die photoleitfähige Schicht 11 übertragen worden sind.

Um qualitativ hochstehende Kopien auf dem Kopiermaterial 21 herzustellen, ist es notwendig, daß die geeignete Tonergesamtladung im Entwicklermaterial aufrechterhalten wird, weil diese Ladung eine ganz wesentliche Rolle für die Dichte und die Qualität des entwickelten Bildes spielt. Durch Veränderung dieser Ladung, beispielsweise dadurch, daß zuviel Toner vorhanden ist, wird die Tonergesamtladung zu niedrig, was in dichten, unscharfen und überentwickelten Bildern auf der Schicht 11 und damit auf der Kopie 21 seinen Wiederschlag findet. Wenn zu zuwenig.Toner im Entwickler vorhanden ist, wird die Tonergesamtladung zu hoch und blasse, unterentwickelte Bilder sind die Folge. Um die Tonergesamtladung im Entwicklermaterial 33 automatisch zu steuern und auf einem gewünschten Pegel zu halten, wird die Menge des

le 971 014 3098 26/1076

während des Reproduktionsvorganges verbrauchten Toners bestimmt und eine diesem verbrauchten Toner entsprechende Menge von dem Tonervorratsbehälter 35 zur Auffrischung des Entwicklermaterials 33 zugeführt. Die Menge des verbrauchten Toners wird erfindungsgemäß durch das Messen der Ladung bestimmt, die während der Entwicklung von dem Entwicklermaterial entfernt worden ist.

Die Entwicklungsstation 19 ist dazu elektrisch von der photoleitfähigen Schicht 11 und zweckmäßigerweise auch von den übrigen Teilen des Kopiergerätes isoliert und über eine Leitung 57 mit einer Spannungsquelle 55, beispielsweise Erde verbunden. Wenn Ladung vom Entwicklermaterial 33 durch das Entfernen der triboelektrisch geladenen Tonerpartikel entfernt wird, kehrt eine gleiche Ladung zum Entwicklermaterial durch die Entwicklerstation 19 und die Leitung 57 zurück. Der Strom i,, der Ausgleichsstrom, in der Leitung 57 ist deshalb ein Maßstab für die Ladung, die dem Entwicklermaterial entzogen worden ist. Dieser Strom i_fl wird durch einen Operationsverstärker 59 integriert, um die gesamte Ladung zu erhalten, die bei der Entwicklung des elektrostatischen Bildes auf der Schicht 11 entzogen worden ist. Deshalb ist die Ladung Q repräsentativ für die gesamte mit dem Toner

^z . t
entfernte Ladung, wobei Q. = /i^dt ist.

F.ür eine besondere Toner art und ein besonderes Trägermaterial ist bei konstanter Mischzeit die durchschnittliche Tonerladung (Coulomb/Gramm) bei einer gegebenen Tonerkonzentration eine Konstante. Wenn die Tonerkonzentration ansteigt, nimmt die durchschnittliche Tonergesamtladung ab und wenn die Tonerkonzentration abnimmt, nimmt die durchschnittliche Tonergesamtladung zu. Wenn die Größe q/w die durchschnittliche Tonerladung bei der gewünschten Tonerkonzentration darstellt, dann ergibt sich das Gewicht des bei der Entwicklung entfernten Toners zu:

t
W = ü,/(q/w) = (w/q) / i.dt (Gramm). Dies ist dann das Gewicht

^c 0

des Toners, der nachgefüllt werden muß, wenn eine bestimmte Ladungsmenge Q während der Entwicklung vom Entwicklermaterial

e 971 014 309826/1026

entfernt worden ist. Die Wiederauffüllung wird durch Hinzufügung eines bestimmten Gewichtes W jedesmal dann vorgenommen, wenn eine bestimmt Ladung Q als vom Entwicklermaterial 33 entfernt festgestellt worden ist.

Der Ausgleichsstrom i_, der von der Spannungsquelle 55 durch den Operationsverstärker 59 fließt, bewirkt die Aufladung eines Kondensators 61. Sobald die Ladung einen vorherbestimmten Pegel erreicht, der mit der Ladung Q, gleich ist, spricht ein Pegeldetektor 6 3 an und veranlaßt über einen Taktgeber 65, daß ein Motor 6 7 für eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird. Die Drehung des Motors 6 7 bewirkt die entsprechende Drehung eines Meßgebers 69 , der eine bestimmte Menge von Toner 37 durch eine öffnung 71 abgibt, jedesmal dann wenn ein Zahn 37 an der Öffnung 71 vorbeiläuft. Auf diese Weise wird aus dem Tonervorratsbehalter 35 ein bestimmtes Volumen von Toner bei jeder Drehung des Meßgebers 69 eibgegeben und da das Tonergewicht pro Volumeneinheit gleich ist, wird somit eine feste Gewichtsmenge von Toner bei jeder Drehung des Meßgebers 69 aus dem Vorratsbehälter 35 abgegeben.

Durch Hinzufügung einer festen Gewichtsmenge von Toner jedesmal dann, wenn eine feste Ladung als vom Entwicklerraaterial entnommen festgestellt worden ist, wird die Dichte des auf das Kopiermaterial 21 übertragenen Bildes in etwa konstant gehalten. Dabei variiert die Tonerkonzentration etwas, um die Veränderungen in der Mischzeit auszugleichen, die wegen hohem Tonerverbrauch bei dichten Vorlagen und niedrigem Tonerverbrauch bei hellen Vorlagen auftreten. Dies ist deshalb der Fall, weil das erfindungsgemäße System durch Angleichung der Tonerkonzentration an einen optimalen Wert arbeitet, um die Tonergesamtladung konstant zu halten. Diese ist ein Parameter, der den Tonerverbrauch und damit die Kopiendichte bestimmt. Es hat sich herausgestellt, daß beispielsweise eine Änderung der Tonerkonzentration zwischen 0,7 und 1 Gewichtsprozent des Toners gegenüber beschichteten Stahlträgern eine konstante Tonergesamtladung verursacht, wenn die entwickelte Kopiervorlage zwischen sehr

3098 26/1026

LE 971 014

hell und sehr dunkel verändert wurde. Dies hat seine Ursache in der Variation der Mischzeit des Toners, was an sehr hellen und sehr dichten Kopien erkannt werden kann. Das heißt, daß bei Abnahme der Tonergesamtladung mehr Toner verbraucht wird, bevor der bestimmte Ladungspegel Q erreicht wird. Die Auffüllrate des Toners ist auf W Gramm fest fixiert. Die Tonerkonzentration in der Entwicklerstation 19 wird deshalb reduziert, weil die vom Tonervorratsbehälter 35 in das System eingeführte Tonermenge niedriger ist als die durch Entwicklung verbrauchte Tonermenge. Wenn die Tonerkonzentration reduziert wird, steigt die durchschnittliche Gesamtladung des Toners an, womit der Tonerverbrauch und damit die Dichte des entwickelten Bildes reduziert wird. Genau die entgegengesetzten Verhältnisse treten auf, wenn die Tonergesamtladung über die durchschnittliche Gesamtladung, die aufrechterhalten werden soll, ansteigt, entsprechend der gegenüber der gewünschten niedrigen Tonerkonzentration. D.h. wenn die durchschnittliche Gesamtladung ansteigt, wird weniger Toner mit einer höheren Ladung durch die Entwicklung verbraucht, als durch die Zuführung von frischem Toner vom Tonervorrat sbehälter 37 zugeführt wird, wenn die betreffende Ladung Q erreicht ist. Der zusätzliche Toner verursacht die Absenkung der durchschnittlichen Gesamtladung, wodurch die Verbrauchsrate

angehoben wird und damit die Dichte des entwickelten Bildes. Aufgrund dieser Vorgänge wird durch Hinzufügung einer bestimmten Gewichtsmenge W von Toner jedesmal dann, wenn eine bestimmte Ladung Q. als der Entwicklerstation 19 entzogen festgestellt wurde, wird die optimale Dichte des entwickelten Bildes aufrechterhalten.

Der Pegeldetektor 6 3 betätigt bei der Feststellung der festen Ladung Q zum einen, wie bereits beschrieben, die Tonerzuführung und zum andern ein Relais 75, um dadurch einen Entladungspfad für den Kondensator 61 aufzubauen. Der Kondensator 61 wird dadurch vollständig entladen und in seine Ausgangsbedingung zurückversetzt, damit eine erneute Messung der Ansprechladung Q erfolgen kann.

LE 971 014

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nunmehr ein Schaltkreis beschrieben, der Teil des Tonerverbrauchsmeß- und Zuführsystems ist, das in Fig. 1 dargestellt wurde. Wenn der Ausgleichsstrom i von der als Spannungsquelle 55 dienenden Erdverbindung durch die Leitung 57 und den Operationsverstärker 59 fließt, wird eine Spannung am Kondensator 61 aufgebaut. Wenn diese Spannung die Spannung am Anschluß 101 des Pegeldetektors 63, die durch das Einstellen eines variablen Spannungsteiles 103 festgelegt ist, überschreitet, dann wird ein Transistor 105 leitend und ein Transistor 107 sperrt. Dadurch wird der Basis eines Transistors 109 ein positiv werdendes Signal zugeführt, das seinerseits ein negatives Signal am Kollektor 111 des Transistors 109 verursacht. Dieses negative Signal wird einer monostabilen Kippstufe 113 zugeführt, die einen positiven Impuls am Kollektor 115 eines Transistors 117 abgibt. Dieser Impuls wird sowohl der Taktgeberschaltung als auch einem Rücksetzkreis zugeführt.

Der dem Taktgeber zugeführte Impuls wird der Basis eines Transistors 119 zugeführt, die ihrerseits einen Transistor 121 mit einem positiven Signal an der Basis beaufschlagt, wodurch dieser Transistor leitend wird und eine Verbindung mit einem Eraanschluß 122 herstellt. Dadurch fließt dann Strom durch eine Relaisspule 12 3 von einem +12 Volt-Anschluß 124, wodurch Arbeitskontakte und 127 umgeschaltet werden. Auch dann, wenn der Transistor wieder sperrt, wird der Stromfluß durch die Spulenwicklung 12 3 aufrechterhalten, und zwar durch die Verbindung des Arbeitskontaktes 12 7 und einen Schalter 129 zu einem Erdanschluß 131. Der Motor 6 7 wird durch den Arbeitskontakt 125 eingeschaltet. Zusätzlich wird ein Taktgebermotor 133 durch dieselbe Verbindung angeschaltet. Wenn der Taktgebermotor 133 sich um einen festen Betrag dreht, öffnet eine nicht näher dargestellte Nocke, die auf der Welle dieses Motors angebracht ist, den Schalter 129, wobei die Erdverbindung mit dem Anschluß 133 aufgehoben wird, uaaurcn fließt kein Strom mehr durch die Relaisspule 12 3 und die Arueitskontakte 125 und 127 kehren in ihre normale Lage zurück, wie sie in der Fig. 2 dargestellt ist. Zu diesem Zeit-

3098?R/in?.ß

LE 971 014

punkt sind dann der Motor 6 7 und der Taktgebermotor 133 nicht mehr unter Strom. Der der Basis des Transistors 119 zugeführte Impuls verursacht also die Anschaltung des Motors 6 7 für einen festen Zeitraum. Der Schalter 129 wird bei Beginn des Motorzykluses für den Taktgebermotor 133 zurückgesetzt.

Wie bereits erwähnt, wird der Ausgangsimpuls des Pegeldetektors 63 auch einer Rücksetzsschaltung zugeführt. Dazu wird dieser Impuls der Basis eines Transistors 135 zugeführt, dessen Kollektor dadurch negativ wird, wodurch ein Strom durch eine Spulenwicklung 137 fließt. Der Strom durch die Spulenwicklung 137 veranlaßt die Umschaltung des Relais 137, womit ein Entladeweg für den Kondensator 61 über einen Widerstand 139 aufgebaut wird. Dadurch wird der Kondensator 61 auf die Spannung 0 zurückgesetzt und er kann daraufhin wiederum dazu benutzt werden, um die Ladungsersetzung durch den Ausgleichs strom i-, durch die Leitung 57 zu messen.

Die Spannung am Kondensator 61 läßt dann den Pegeldetektor 6 3 ansprechen, wenn,diese Spannung die Spannung am Anschluß 101 übersteigt, die durch den einstellbaren Spannungsteiler 103 vorgegeben ist. Da der Motor 6 7 immer für die gleiche Zeitperiode eingeschaltet wird, egal wie der Spannungsteiler 103 eingestellt ist, wird für jede Ladung Q , die durch das Einstellen des Spannungsteilers 103 vorgegeben wird, eine feste Gewichtsmenge von Toner zugeführt. Auf diese Weise wird durch das Einstellen des Spannungsteiles 103 die durchschnittliche Gesamtladung des Toners in dem Mehrkomponenten-Entwicklungsmaterial 33 der Fig. 1 gesteuert und dementsprechend die endgültige Bilddichte. Zusätzlich sei bemerkt, daß der Kondensator 61 und der Operationsverstärker 59 zweckmäßigerweise so ausgewählt werden, daß sie einen sehr niedrigen Verlust haben. Ls wurde herausgefunden, daß der Ladungspegel über 8 Stunden lang aufrechterhalten werden kann, ohne daft ein wesentlicher Fehler auftritt, wenn der kombinierte Leckwiderstana dieser beiden Einiieiten in der Größenordnung von 10 0hm liegt. . -

309826/10 2 6

In Fig. 3 ist schematisch eine andere Ausführungsform der Tonerverbrauchsmeß- und Zuführanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführung wird ein Gleichstrommotor 151 zum Antrieb des Meßgebers 69 benutzt. Weiterhin ist eine Spannungsquelle 153 sowohl mit dem Zylinder 45 der Magnetbürstenanordnung als auch mit dem Gehäuse der Entwicklerstation 19 verbunden. Wie bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung fließt der Strom i, durch die Leitung 5 7 von der Erdverbindung 55 durch einen Operationsverstärker 15 5. Der Operationsverstärker 155 kann von derselben Art wie der Operationsverstärker 55 in Fig. 1 sein. Die Spannung V„ am Ausgang 157 des Operationsverstärkers ist gleich dem Ausgangsstrom i-. multipliziert mit dem Wert R eines Widerstandes 159. Diese Spannung V_Q wird dem Gleichstrommotor 151 zugeführt.

Die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 151 ist direkt proportional der zugeführten Eingangsspannung V_n. Da der Drehwinkel Θ, um dem sich der Gleichstrommotor 151 in einer bestimmten Zeitperiode dreht, proportional zu seiner Geschwindigkeit ist und diese wiederum proportional der zugeführten Spannung V , ist der Drehwinkel θ deshalb proportional zum Integral des Ausgleichsstroms i., der durch die Leitung 57 fließt. Die Drehung des Gleichstrommotors 151 bewirkt eine entsprechende Drehung des Meßgebers 69, der eine mit Ausnehmung versehene Trommel sein kann, die periodisch frischen Toner dem Entwicklermaterial zuführt, das im Sumpfteil 31 der Entwicklerstation 19 vorhanden ist. Der gesamte Drehwinkel θ des Meßgebers 19 ist dabei proportional zum Integral des Ausgleichsstroms i . Dieser Meßgeber 69 stellt somit einen mechanischen Speicher dar, der die schrittweise entfernte Tonermenge der vorhergehenden Kopiervorgänge speichert, auch zwar dann, wenn die Zeit zwischen verschiedenen Kopiervorgängen groß ist. D.h. mit anderen Worten, wenn wenig Toner durch die Entwicklung bei einem ersten Kopievorgang entfernt worden ist, wird der Gleichstrommotor 151 nur wenig gedreht und damit genausowenig der Meßgeber 69, wobei dieser kleine Winkel unter Umständen nicht ausreichend für die

309826/ 1026

LL· 971 014

Zuführung zusätlichen Toners sein kann. Auch dann,.wenn der nächste Kopiervorgang Tage später stattfindet, ist die Tatsache, daß einiger Toner aus dem Entwicklergemisch entfernt x^orden ist_ff durch die Stellung des Meßgebers 69 im Hinblick auf die Öffnung 71 des Tonervorratsbehälters 35 festgehalten. Der Gleichstrommotor 151 dient demnach als Integrator für den Strom i, in der Leitung 57.

Es sei bemerkt, daß eine Reinigungsstation 25 vorgesehen sein kann, die überschüssigen Toner von der photoempfindlichen Schicht 11 nach dem Durchlauf durch eine übertragungsstation 160 entfernt und die Wiedereinführung dieses entfernten Toners zurück in die Entwicklungsstation 19 vorgenommen wird. D.h. also, wenn der Toner von der Schicht 11 durch eine Bürste 161 entfernt ist, fällt er in einen Sumpfteil 162 der Reinigungsstation 25. Eine Pumpe 16 3 bringt den entfernten Toner vom Sumpfteil 162 über eine Leitung zurück zur Entwicklerstation 19, wo er mit dem Entwicklermaterial 33 gemischt wird. Der Toner, der auf diese Weise wieder in die Entwicklungsstation 19 zurückgeführt wird, enthält eine Ladung, die ungefähr gleich der durchschnittlichen Tonergesamtladung ist, jedoch vermindert um die Verluste und/oder die Gewinne, die durch elektrostatische Reibung mit der Reinigungsstation 25 erhalten wurden. Diese Tonerladung tendiert zur Neutralisierung der Ladung entgegengesetzter Polarität, die den Trägerpartikeln anhaftet, die vom Zylinder 45 zum Entwicklermaterial zurückkehren, wobei auf diese "Weise der Wert des Ausgleichsstromes i, und der Spannung V_Q reduziert wird. Die Reduzierung der Spannung

V beinhaltet, daß weniger Toner aus dem Tonervorratsbehälter 35 zugeführt wird. Wenn mehr entfernter Toner der Entwicklungsstation 19 zugeführt wird als während eines gegebenen Kopiervorgangs verbraucht wurde, dann kehrt sich die Polarität der Spannung

V um, wobei dadurch der Meßgeber 69 in umgekehrter Richtung verdreht wird. Dadurch wird die Menge des von dem Tonervorratsbehälters 35 zugeführten Toners vermindert, bzw. es wird erst später neuer Toner zugeführt.

309826/1026

Λ, 971 014

In Fig. 4 ist eine zweite Alternative der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Diese Anordnung ist im Grunde ähnlich der in Fig. 1 dargestellten, ausgenommen jedoch den Abfühlschaltkreis für die Messung des Ausgleichsstroms i,, der in der Leitung 57 fließt, und der Verwendung eines Kaskadenentwicklungssystems anstelle des Magnetbürstenentwicklungssystems. Der vom Erdanschluß 55 durch die Leitung 57 zur Entwicklerstation 19 fließende Ausgleichsstrom i, lädt einen Kondensator 171 direkt auf. Wenn diese Ladung einen vorher bestimmten Pegel erreicht, was durch den Pegeldetektor 6 3 festgestellt wird, wird der Taktgeber 65 betätigt, der die Anschaltung des Motors 6 7 für eine gewisse Zeitperiode veranlaßt. Die Anschaltung des Motors 6 7 für eine gewisse Zeitperiode bewirkt die Zuführung einer festen Tonermenge vom Tonervorratsbehälter 35 in den Sumpfteil 31 der Entwicklerstation 19 und zwar in derselben Art wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Weiterhin gibt der Pegeldetektor 6 3 einen Impuls an das Relais 75 ab, wodurch der Kondensator 171 entladen und in seine Ausgangsbedingung zurückgesetzt wird.

Da jedesmal, wenn eine vorherbestimmte Ladung von dem Entwicklermaterial bei der Entwicklung des latenten Bildes auf der Schicht 11 entfernt wurde, eine feste Tonermenge hinzugefügt wird, strebt die durchschnittliche Tonergesamtladung schnell auf einen vorgegebenen Pegelwert zu, der vom Gewichts-Ladungsverhältnis abhängt, welches seinerseits durch den Bedienenden einstellbar ist. Wenn einmal die gewünschte durchschnittliche Gesamtladung erreicht ist, bleibt die Dichte des entwickelten Bildes auf der photoleitfähigen Schicht 11 konstant. Da die Tonermenge, die auf das elektrostatische latente Bild übertragen wird, durch den Ladungspegel des Toners gesteuert wird, der seinerseits teilweise von der Tonerkonzentration abhängt, ist mit der erfindungsgemäßen Anordnung, die einen konstanten Tonerladungspegel aufrechterhält, eine weit größere Gleichförmigkeit der Kopiendichte zu erreichen, als mit den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, die physikalische Parameter des Entwicklungsmaterials bestimmen, um ein bestimmtes Verhältnis von Träger- zu Tonerpartikeln aufrecht-

L_{E 971} 014 309825/1076

—. "j *7 —

zuerhalten. Da weiterhin die Tonermenge, die während der Entwicklung von der Entwicklungsstation 19 abgegeben wird, auf andauernder Basis gemessen und durch die Zuführung frischen Toners korrigiert wird, treten keine Zeitverluste auf, die durch das Mischen von frischem Toner mit Entwi.cklermaterial für die Erreichung einer richtig gemischten Probe bedingt sind. Dementsprechend wird in vorteilhafter Weise mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht, daß die Kopiendichte in sehr engen Grenzen aufrechterhalten werden kann.

3 0 9 8 2 8/1

LL 971 Ü14

Claims

üJLiLiLs ρ R ti c η ε

Anordnung zur Messung des Tonerverbrauches und zur automatischen Zugabe von neuem Toner anstelle des verbrauchten in einem elektrophotographischen Gerät, insbesondere Kopiergerät, das eine Entwicklerstation für die Aufnahme eines Toner enthaltenden Mehrkomponenten-Entwicklers und für die Auftragung des Toners auf das latente elektrostatische Bild, welches auf einer photoleitfähigen Schicht vorhanden ist, sowie einen Vorratsbehälter für Toner enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklerstation (19) gegenüber der photoleitfähigen Schicht (11) elektrisch isoliert und über eine Leitung (57) mit einer Spannungsquelle (55) verbunden ist, daß der in dieser Leitung (57) fließende Strom (i ,), welcher den Ausgleichsstrom für die von dem auf die photoleitfähige Schicht (11) übertragenen Toner dem Lntwickler (33) entzogene elektrische Ladung darstellt, aufintegriert wird, und zwar so lange, bis ein gewisser Pegelwert erreicht ist, bei dessen Erreichen dann ein Signal erzeugt wird, welches die selbsttätige Zuführung einer der abgezogenen Ladung entsprechenden Tonermenge aus dem Tonervorratsbehälter (35) zum Entwickler (33) veranlaßt,
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsstrom (ij in der Leitung (57) , gegebenenfalls über einen Operationsverstärker (59) geführt, einen Kondensator (61, 171) auflädt, und daß bei Erreichen des bestimmten Pegels ein Pegeldetektor (63) ein Signal abgibt, wodurch zum einen über einen Taktgeber (65) ein Wechselstrommotor (67) um einen bestimmten Winkelbetrag gedreht wird, wodurch eine bestimmte Tonermenge mittels eines Zuteilers (69) aus dem Vorratsbehälter (35) der Entwicklerstation (19) zugeführt wird, undzum anderen der Kondensator (61, 171) für einen neuen Aufladungszyklus mittels eines Relais (75) entladen wird (Fig. 1, 4).
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

309826/ 1026

LE 971 014

ORJGiNAL INSPECTED ■

der Ansprechpegel des Pegeldetektors (63) mittels eines Spannungsteilers (103) einstellbar ist (Fig. 2).
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanischer Integrator (151, 69) vorgesehen ist, der entsprechend dem durch den Ausgleichsstrom (i ) gemessenen Tonerverbrauch verstellt wird.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanischer Integrator ein Gleichstrommotor (151) verwendet und mittels einer den Ausgleichstrom (L) entsprechenden Spannung (V_Q) beaufschlagt wird und durch seine Position mechanisch die verbrauchte Tonermenge angibt und daß bei Erreichen einer vorgegebenen Position dem Entwickler (33) neuer Toner (37) über die Tonerzuführvorrichtung (69) in abgemessener Menge zugeführt wird (Fig. 3).

3098 26/1026

ORjQJNAL i

so .

Leerseite