DE102006053843B4

DE102006053843B4 - Verfahren zum Regeln der optischen Dichte in einem elektrografischen Druckverfahren sowie Tonerschichtdicken-Meßsystem und elektrografisches Druck- oder Kopiergerät

Info

Publication number: DE102006053843B4
Application number: DE102006053843.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Jeschonek
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2026-11-15
Also published as: US7953332B2; DE102006053843A1; US20080112716A1

Abstract

Verfahren zum Regeln der optischen Dichte in einem elektrografischen Druckverfahren, wobei die Toner-Schichtdicke eines mit einer Entwicklerstation (14) entwickelten Tonerbilds mit einem kapazitiven Sensor (106) abgetastet wird und sein Toner-Schichtdickensignal zur Regelung der Einfärbung in der Entwicklerstation (14) verwendet wird, wobei (a) mit einem Feuchtigkeitssensor (107) die relative Luftfeuchtigkeit gemessen wird und als Feuchtigkeitswert ein Wert für die relative Luftfeuchtigkeit abgegeben wird, (b) mit einem Temperatursensor (108) die Temperatur gemessen wird und ein Temperaturwert ausgegeben wird, (c) aus dem Feuchtigkeitswert und dem Temperaturwert die absolute Luftfeuchtigkeit bestimmt wird, und (d) anhand der absoluten Luftfeuchtigkeit eine Kompensation von feuchtigkeitsabhängigen Abweichungen des Toner-Schichtdickensignals und/oder eine Regelung der Einfärbung in der Entwicklerstation (14) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der optischen Dichte in einem elektrografischen Druckverfahren sowie ein Tonerschichtdicken-Meßsystem und ein elektrografisches Druck- oder Kopiergerät.
In elektrografischen Druckverfahren, die beispielsweise elektrofotografische, magnetografische oder auch ionografische Druckverfahren umfassen, ist es erforderlich, zum Erreichen einer gewünschten optischen Dichte eine bestimmte Schichtdicke des im Entwicklungsprozess angelagerten Toners auf dem Aufzeichnungsträgermaterial zu bewirken.
Beim Drucken mit nur einer Farbe, insbesondere beim Druck mit schwarzem Toner, kann eine gewünschte optische Dichte relativ problemlos erreicht werden aufgrund des stark opaken Charakters von Schwarz. Beim Mehrfarbdruck jedoch ist es für eine korrekte Farbwiedergabe sehr wichtig, dass die einzelnen Farben exakt einer vorgegebenen optischen Dichte entsprechen.
Zur Messung und Regelung der optischen Dichte in einem elektrografischen Druckgerät können Dichte-Messsensoren vorgesehen sein. Aus der DE 101 51 702 A1 und aus der US 2003/0091355 A1 sind z. B. auf einem kapazitiven Prinzip basierende Messanordnungen bekannt, mit denen die Tonerschichtdicke elektrografisch entwickelter Tonerbilder beziehungsweise Tonerschichten zu diesem Zweck gemessen werden können.
Aus der WO 03/100530 A2 ist ein elektrografisches Druck- beziehungsweise Kopiergerät bekannt, bei dem eine Entwicklerstation über ein Unterdrucksystem mit fluidisiertem Toner versorgt wird.
Aus der US 6,463,226 B2 ist ein Druckgerät bekannt, bei dem ein Temperatur- und Feuchtigkeitssensor vorgesehen ist und bei dem Bildaufzeichnungsparameter korrigiert werden, wenn die gemessenen Werte außerhalb vorgegebener Werte liegen.
Die zuvor genannten Veröffentlichungen werden hiermit durch Bezugnahme in die vorliegenden Beschreibung aufgenommen.
Aus der US 6,353,716 B1 ist ein Regelungsverfahren für elektrofotografische Druckgeräte bekannt, bei dem eine Entwicklerstations-Regelung auf Basis der gemessenen Bild-Dichte sowie einer gemessenen Tonerkonzentration und einer gemessenen Luftfeuchtigkeit erfolgt. Das Messsignal für die Luftfeuchtigkeit wird dabei dazu verwendet um das mittels einer magnetischen Flussmessung gewonnene Tonerkonzentrationssignal von luftfeuchtigkeitsabhängigen Fehlern zu bereinigen.
Aus der US 5,305,057 A ist ein Regelungsverfahren für elektrofotografische Druckgeräte bekannt, bei dem die Ansteuerung elektrofotografischer Parameter der Entwicklerstation wie z. B. der Ladekorotrone auf Basis von gemessener Luftfeuchtigkeit und -temperatur erfolgt. Die Steuerung kann dabei aus den Eingangsgrößen der beiden Messwerte anhand von Tabellen eine Ausgangs-Steuergröße ermitteln.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zur genauen Messung der optischen Dichte eines elektrografisch entwickelten Bildes mit einem kapazitiven Sensor anzugeben, durch die eine zuverlässige Einfärbungs-Regelung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale der Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird die Tonerschichtdicke eines mit einer Entwicklerstation entwickelten Tonerbilds mit einem kapazitiven Sensor abgetastet. Zusätzlich wird mit einem Feuchtigkeitssensor die Luftfeuchtigkeit gemessen und das Luftfeuchtigkeitssignal zur Kompensation von feuchtigkeitsabhängigen Abweichungen des Toner-Schichtdicken Signals und/oder zur Regelung der Einfärbung in der Entwicklerstation verwendet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das Messsignal eines kapazitiven Toner-Schichtdickensensors nicht nur abhängig von der Tonerschichtdicke ist, sondern auch maßgeblich von der im Toner beziehungsweise an der Oberfläche der Schichtdicke angelagerten Menge an Wassermollekülen abhängt. Die Wassermoleküle haben eine wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante als der Toner und führen deshalb zu einem wesentlich veränderten Messsignal.
Die Erfindung beruht weiterhin auf der Erkenntnis, dass für die Anlagerung von Wassermolekülen an den Toner in einem elektrografischen Druckverfahren beziehungsweise elektrografischen Druckgerät vorteilhaft untersucht wird, in welchen Bereichen, in denen Toner transportiert oder anderweitig mechanisch verarbeitet wird, insbesondere durchmischt wird, der Toner Wassermoleküle aufnehmen kann. Durch das Vorsehen eines Luftfeuchtigkeitssensor in einem solchen Bereich kann bestimmt werden, welche Wassermenge sich an den Toner anlagert und damit das später kapazitiv gemessene Toner-Schichtdickensignal beziehungsweise der entsprechende Wert analog oder digital korrigiert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn es einen oder mehrere Bereiche gibt, in denen der Toner besonders viel Wasser aufnehmen kann, z. B. in besonders feuchten oder besonders warmen Bereichen eines Drucksystems.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, die Feuchtigkeitsmessung zu einem Zeitpunkt des Druckverfahrens und/oder in einem Bereich des Druckgeräts durchzuführen, in dem der Toner besonders gut bzw. besonders viel Feuchtigkeit aufnimmt. Dabei hat sich herausgestellt, dass dieser Bereich nicht unbedingt identisch mit dem Bereich ist, in dem sich der Dichtesensor befindet, d. h. dass die Feuchtigkeitsmessung entgegen ersten Annahmen nicht im Bereich des Dichtesensors sinnvoll ist, sondern in einem davon entfernten, anderen Bereich des Druckgeräts. Insbesondere hat sich gezeigt, dass die Feuchtigkeitsmessung vorteilhaft in einem Bereich erfolgt, in dem Toner mit ihn umgebender Luft durchmischt wird, d. h. in einem Tonervorratsbereich, einem Tonertransportbereich oder einem Tonermischbereich.
Insbesondere hat sich gezeigt, dass in einem Drucksystem, bei dem Toner mit Luft fluidisiert wird und über ein Luftdrucksystem in eine Entwicklerstation transportiert wird, der Toner besonders viel Feuchtigkeit aufnimmt. Die Luftfeuchtigkeit wird dann vorzugsweise in einem für den Tonertransport maßgeblichen Bereich gemessen bzw. in einem Bereich, in dem die Luft einströmt beziehungsweise mit dem Toner vermischt wird; denn es wurde erkannt, dass die sich im Toner anlagernde Feuchtigkeit in einem derartigen System maßgeblich während der Fluidisierung im Toner anlagert.
Die Feuchtigkeits-Messung erfolgt insbesondere zu einem Zeitpunkt, bevor der Toner den Entwicklungsprozess durchläuft, während die kapazitive Tonerdichte-Messung erst nach dem Entwicklungsprozess erfolgt.
Die Erfindung ermöglicht es vorteilhaft, elektrografische Druck- beziehungsweise Kopiergeräte ohne Klimatisierung zu betreiben, insbesondere ohne Klimatisierung im Innenbereich und ohne Klimatisierung in dem den Drucker umgebenden Raum. Dies kann mit der Erfindung erreicht werden ohne einen Druckqualitätsverlust beziehungsweise ohne gravierende Schwankungen in der optischen Dichte des Druckbildes hinnehmen zu müssen. Ohne Klimatisierung können derartige Druckprozesse, insbesondere im Hochleistungsdruck, kostengünstiger durchgeführt werden.
Die Abtastung des Tonerbildes kann auf einem Zwischenbildträger wie einer Fotoleitertrommel, einem Fotoleiterband oder auf einem zwischen einem Fotoleiter und einem das Bild letztlich tragenden Aufzeichnungsträger angeordneten, das Tonerbild vorübergehend aufnehmenden Transferelement, insbesondere einem Transferband erfolgen. Insbesondere erfolgt die Abtastung des Tonerbildes bzw. der Tonerschicht vor einem das Tonerbild fixierenden Prozess, insbesondere vor einem Thermo-Druck-Fixierungsprozess, einem auf Blitzlicht basierendem Kaltfixierungsprozess oder einem anderen Fixierungsprozess. Das Tonerbild kann produktiv genutzte Bilder enthalten oder Testbilder, insbesondere Tonermarken, die speziell zur Regelung des Entwicklungsprozesses erzeugt werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die gemessene Luftfeuchtigkeit zur Kompensation von Klimaeinflüssen des kapazitiven Sensorssignals bereits in der Sensoranordnung verwendet. Alternativ oder zusätzlich kann das Luftfeuchtigkeitssignal zur Regelung der Einfärbung in einer Regelungseinheit der Entwicklerstation bzw. des Druckgeräts verwendet werden.
In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zusätzlich ein Temperatursensor vorgesehen, mit dem die Temperatur in demselben Bereich des Druckverfahrens gemessen wird wie die Feuchtigkeit und das Temperatursignal ebenfalls zur Regelung der Einfärbung in der Entwicklerstation verwendet wird. Temperaturmessung und/oder Luftfeuchtigkeitsmessung können an Stellen des Druckprozesses bzw. Druckgeräts erfolgen, die je nach Druckgerät maßgeblich sind für die Feuchtigkeitsaufnahme des Toners. Beispielsweise könnte dies der Bereich eines Tonertransports oder des Entwicklungsprozesses in der Entwicklerstation an sich oder auch eine Vorratskammer in der Entwicklerstation sein, in der der Toner für seine triboelektrische Aufladung durchmischt wird.
Temperatursensor und Feuchtigkeitssensor können als gemeinsamer, kombinierter Klimasensor ausgebildet sein. Als Feuchtigkeitssignal kann ein Signal für die relative Luftfeuchtigkeit abgegeben werden und aus diesem Signal sowie dem Temperatursignal die absolute Luftfeuchtigkeit am Messort bestimmt werden. Die nachfolgenden Korrekturen am Toner-Schichtdicken Signal und/oder an der Einfärberegelung können dann anhand der absoluten Luftfeuchtigkeit erfolgen.
Auf Basis des Feuchtigkeitssignals kann ein Korrekturwert für das Toner-Schichtdicken Signal gebildet werden und das korrigierte Toner-Schichtdicken Signal zur Regelung der Einfärbung verwendet werden. Der Korrekturwert K kann nach folgender Formel bestimmt werden: K = a × e^b×H + c, wobei a, b und c empirische, vom verwendeten Toner abhängige Werte sind, e die Eulersche Zahl und H die absolute Feuchtigkeit.
In einem weiteren, vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Feuchtigkeitssignal und/oder das Temperatursignal zur Ansteuerung oder Regelung weiterer Verfahrenskomponenten des Druckprozesses verwendet. Solche Komponenten können beispielsweise die Entwicklerstation sein beziehungsweise deren Korotronspannungen, Korotronströme, Konzentrationssensoren oder Konzentrationsregelungen oder auch die Fixierstation.
Temperaturmessung und Feuchtigkeitsmessung können mit an sich bekannten Verfahren und Sensoren erfolgen. Zur Verbesserung der Messwerte kann eine Mittelwertbildung vorgesehen werden.
Erfindungsgemäß sind auch ein entsprechendes Messsystem und ein entsprechendes Druck- oder Kopiergerät vorgesehen.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand von Zeichnungen beschrieben, woraus sich weitere vorteilhafte Wirkungen und Elemente für die Erfindung ergeben.
Es zeigen:
1 eine Tonerversorgungseinheit,
2 ein Druckgerät,
3 eine Messkurve für die relative Feuchtigkeitsaufnahme von Toner,
4 eine Messkurve für die Abweichung der optischen Dichte in einem Druckbild,
5 ein Prinzip für die Ermittlung eines absoluten Feuchtigkeitswertes,
6 einen Signalfluss für eine Klimakorrektur und
7 einen weiteren Signalfluss für eine Klimakorrektur.
In 1 ist ein Tonerfördersystem 10 eines Druckers oder Kopierers dargestellt. Das Tonerfördersystem 10 dient zum Zuführen von Tonermaterial 12 in eine Entwicklerstation 14. Das Tonermaterial 12 wird einer Entwicklerstation 14 eines nicht dargestellten Druckers oder Kopierers von einem Vorratsbehälter 16 zugeführt, in dem das Tonermaterial 12 enthalten ist. Eine Öffnung 18 dient zur Entnahme von Tonermaterial 12. Eine Verschlussvorrichtung 20 ist tonerdicht mit dem Tonerbehälter 16 derart verbunden, dass Tonermaterial 12 aus dem Vorratsbehälter 16 in die Verschlussvorrichtung 20 hineinrutscht.
Die Verschlussvorrichtung 20 enthält einen Trichter 22, in den das Tonermaterial 12 aus dem Vorratsbehälter 16 hineinrutscht. Der Trichter 22 hat einen Trichterauslass 24, der mit einem Rohrsystem 26 luft- und tonerdicht verbunden ist. Das Rohrsystem 26 verbindet den Trichterauslass 24 mit einem Zwischenspeicher 28, der in der Nähe der Entwicklerstation 14 angeordnet ist und in dem Tonermaterial 12 zum Weitertransport in die Entwicklerstation 14 zwischengespeichert wird. Der Zwischenspeicher 28 enthält einen Rührbügel 30, einen Füllstandssensor 32 und eine Dosiereinrichtung 34, die ein Schaufelrad enthält. Ein Tonerförderrohr 36 mit einer Tonerförderspirale 38 verbindet den Zwischenspeicher 28 mit der Entwicklerstation 14 und fördert je nach Bedarf Tonermaterial 12 vom Zwischenspeicher 28 zur Entwicklerstation 14. Mit Hilfe der Dosiereinrichtung 34 und/oder des Förderrohrs 36, die jeweils mit einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung verbunden sind, wird die in die Entwicklerstation 14 geförderte Menge Tonermaterial 12 eingestellt und dosiert.
Der Rührbügel 30 durchmischt das Tonermaterial 12 im Zwischenspeicher 28 zur Erhaltung der triboelektrischen Aufladung des Tonergemisches. Der Zwischenspeicher 28 ist luftdicht, wobei der luftdicht abgeschlossene Raum des Zwischenspeichers 28 über ein Rohrsystem 40, das ein Regelventil 42 enthält, mit einer zentralen Unterdruckleitung 44 verbunden ist. Durch ein Unterdruckgebläse 46 wird ein Unterdruck in der zentralen Unterdruckleitung 44 erzeugt. Das Rohrsystem 40 ist mit einem oberen Abschnitt des Zwischenspeichers 28 verbunden. Unterhalb der Verbindungsstelle 48 ist zum abgeschlossenen Raum hin ein Filter 50 angeordnet. Unterhalb dieses Filters 50 ist der Zwischenspeicher 28 mit dem Rohrsystem 26 verbunden. Das Regelventil 42 regelt den Unterdruck im Rohrsystem 40 sowie im damit verbundenen Zwischenspeicher 28 und im Rohrsystem 26. Dieser Unterdruck sorgt dafür, dass Tonermaterial 12 vom Trichterauslass 24 der Verschlussvorrichtung 20 in den Raum des Zwischenspeichers 28 über das Rohrsystem 26 transportiert wird.
Die Menge des geförderten Tonermaterials 12 ist mit Hilfe des Regelventils 42 analog in vielen Positionen einstellbar. Das Regelventil 42 kann jedoch bei anderen Ausführungsbeispielen auch im Zweipunktbetrieb betrieben werden, wobei die geförderte Menge Tonermaterial 12 dann vom dem Unterdruck im Rohrsystem 44 und der Öffnungszeit des Regelventils 42 abhängt. Trichter 22 hat poröse, luftdurchlässige Trichterwände. Durch den Unterdruck am Trichterauslass 24 wird durch die Trichterwände Luft aus der Verschlussvorrichtung 20 in den Trichter 22 hineingesaugt. Im Trichter 22 wird dadurch ein Toner-Luft-Gemisch erzeugt, welches flüssigkeitsähnliche, sogenannte fluide Eigenschaften hat. Über eine Öffnung 52 in der Verschlussvorrichtung 20 wird dieser Luft zugeführt, die wie beschrieben mit Hilfe des Unterdrucks in den Trichter 20 gezogen wird. Über ein nicht dargestelltes Ventil kann die durch die Öffnung 52 zugeführte Luft gesteuert werden. Der Trichterauslass 24 ist ferner mit einem Rohrsystem 54 mit einem Regelventil 56 verbunden, über das dem Rohrsystem 26 Umgebungsluft zuführbar ist. In dem Regelventil 56 ist weiterhin ein Rückschlagventil (nicht dargestellt) enthalten, das ein Austreten von Tonermaterial auch bei ungünstigen Druckverhältnissen in den Rohrsystemen 44, 26, 54 verhindert. Über das Regelventil 56 ist die Menge an Tonermaterial 12 regulierbar, die aus dem Behälter 16 in den Zwischenspeicher 28 gefördert wird.
Die Regelventile 42 und 56 sind elektrisch angetriebene Ventile. Mit Hilfe des Regelventils 42 können die Unterdruckverhältnisse im Zwischenspeicher 28 und im Rohrsystem 26 exakt eingestellt werden. Entsprechend dem Signal des Füllstandssensors 32 wird der Tonertransport vom Vorratsbehälter 16 in den Zwischenspeicher 28 geregelt. Als Stellglieder der Regelung dienen, wie bereits erwähnt, das Regelventil 42 und das Regelventil 56. Durch diese Regelventile 42, 56 wird die zum Tonertransport benötigte Saugluft eingestellt. Das aus dem Trichterauslass 24 austretende Tonermaterial 12 wird durch den Luftstrom im Rohrsystem 26, 54 mitgerissen und zum Zwischenspeicher 28 transportiert. Der Filter 50 im Zwischenspeicher 28 verhindert den Weitertransport des Tonermaterials 12 in das Rohrsystem 40.
Nach dem Schließen des Ventils 42 wird die Reinluftseite des Filters 50 auf Umgebungsdruck belüftet. Dadurch ist im Zwischenspeicher 28 zumindest kurzzeitig ein Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck im Rohrsystem 40. Beim folgenden Druckausgleich zwischen dem Rohrsystem 40 und dem Zwischenspeicher strömt Luft aus dem Rohrsystem 40 durch den Filter 50 in den Zwischenspeicher 28. Der Luftstrom bei diesem Druckausgleich ist zum Luftstrom beim Ansaugen des Tonermaterials entgegengesetzt gerichtet. Am Filter 50 festgesetztes Tonermaterial 12 wird durch den Luftstrom beim Druckausgleich vom Filter 50 gelöst und fällt in den Zwischenspeicher 28. Ein eventuell mögliches Austreten von Tonermaterial 12 über das Rohrsystem 54 wird durch das Rückschlagventil 56 verhindert. Wie bereits erwähnt, wird das Tonermaterial 12 vom Zwischenspeicher 28 mit Hilfe eines Förderrohrs 36 in die Entwicklerstation 14 transportiert. Das Förderrohr 36 ragt mit einem Ende in die Entwicklerstation 14 und hat an diesem Ende an einer Unterseite 57 breite Öffnungen, durch die das Tonermaterial 12 aus dem Förderrohr 36 in die Entwicklerstation 14 fällt.
Die im Förderrohr 36 enthaltene Förderspirale 38 hat eine Steigung, so dass sie Tonermaterial 12 im Förderrohr 36 ähnlich wie in einem Schneckenförderrohr vom Zwischenspeicher 28 zur Entwicklerstation 14 hin transportiert. Die Förderspirale 38 ist, wie bereits erwähnt, mit Hilfe einer Antriebseinheit angetrieben. Die Dosiereinrichtung 34 enthält eine schaufelradähnliche Walze, die zwischen dem Zwischenspeicher 28 und dem Förderrohr angeordnet ist. Eine solche Dosiereinrichtung 34 wird auch als Zellradschleuse bezeichnet. Die schaufelradähnliche Walze dichtet den Zwischenspeicher 28 zum Förderrohr 36 hin nahezu luftdicht ab, so dass Luft beim Erzeugen eines Unterdrucks mit Hilfe des Unterdruckgebläses 46 aus dem Rohrsystem 26 gesaugt wird. Die schaufelradähnliche Walze ist vorzugsweise synchron mit der Förderspirale 38 angetrieben, wobei bei einer Drehung der schaufelradähnlichen Walze, die auch als Zellrad bezeichnet wird, Tonermaterial aus dem Zwischenspeicher 28 in die Schaufelkammern bzw. Zellen hineinfällt und durch die Drehung nach unten zum Förderrohr 36 transportiert wird.
Das Förderrohr 36 hat unterhalb der Dosiereinrichtung 34 oben eine Öffnung zur Dosiereinrichtung 34 hin, so dass das Tonermaterial 12 aus den Zellen nach unten in das Förderrohr 36 hineinfällt. Der Rührbügel 30 im Inneren des Zwischenspeichers 28 ist mit Hilfe einer nicht dargestellten Antriebseinheit angetrieben und verhindert durch eine Rotation eine Höhlenbildung bzw. Wechtenbildung im Tonermaterial 12 des Zwischenspeichers 28.
2 zeigt ein Druckgerät 100, dem von einer Papierrolle 101 eine zu bedruckende Papierbahn 102 zugeführt wird. Das Druckgerät 100 umfasst vier Druckstationen mit entsprechenden Fotoleitertrommeln 104a, 104b, 104c und 104d für die Farben Cyan (C), Gelb (Y), Magenta (M) und Schwarz (K). Jede der Farbstationen enthält ein ähnliches Tonerversorgungssystem wie es zu 1 beschrieben wurde. Die entsprechenden Bezugszeichen sind auch in 2 angegeben. Die Entwicklerstation 14 entwickelt ein erstes Bild durch das eine Tonerschicht 105 auf der Papierbahn 102 gebildet wird. Der Tonerschichtdicken-Sensor 106 tastet diese Tonerschicht 105 ab und meldet das Signal als Tonerdichte-Signal an die Entwicklungs-Steuerung 109. Gleichzeitig empfängt die Steuerung 109 Signale des Feuchtigkeitssensors 107 und des Temperatursensors 108, die beide im Ansaugbereich des Regelventils 56 angeordnet sind, mit dem gemäß diesem Ausführungsbeispiel die gesamte Luft angesaugt wird, die zur Fluidisierung des Toners im Rohrsystem 54 benötigt wird. Beide Sensoren 107, 108 können mit Staubschutzkappen versehen sein um vor Tonerstaub geschützt zu sein.
Feuchtigkeitssensor 107 und Temperatursensor 108 können insbesondere als kombiniertes Klimamessgerät in einem gemeinsamen Gehäuse ausgebildet sein und ihre Messwerte z. B. auch digital und/oder über eine gemeinsame Datenverbindung übertragen werden. Die Entwicklungssteuerung 109 verarbeitet die Signale der Sensoren 106, 107 und 108 und bildet daraus ein kompensiertes Toner-Schichtdicken Signal, das für die Stellgrößen zur Einfärbung in der Entwicklerstation 14 verwendet wird. Das kompensierte Signal kann rechnerisch oder mittels Look-Up-Tabellen (LUT) ermittelt werden. Die Stellgrößen für die Entwicklerstation können dabei auch direkt aus entsprechenden Signalwerten der Sensoren und anderer Entwicklungsparameter anhand kombinierter Formeln und/oder Look-Up-Tabellen erfolgen.
Alternativ zur Bildung eines kompensierten Signals in der Sensor-Steuerung kann das kompensierte Signal auch in einer Sensor-Schaltung 110 gebildet werden, die zwischen dem Sensor 106 und der Entwicklungs-Steuerung 109 geschaltet ist und als zusätzliche Eingangsdaten die Daten beziehungsweise Signale des Feuchtigkeitssensors 107 und des Temperatursensors 108 empfängt und verarbeitet.
3 zeigt Messwerte und einen typischen Verlauf der relativen Feuchteaufnahme von verschiedenen Tonern über die absolute Feuchte der den Toner umgebenden Luft. Die als Karo dargestellten Messwerte sind Messwerte zu einem schwarzen Toner, die als Quadrate dargestellten Messwerte sind Messwerte zu einem gelben Toner und die als Dreieck dargestellten Messwerte sind Messwerte zu einem blauen Toner. Allen Messwerten gemeinsam ist ein asymptotischer Verlauf, der in 3 symbolisch mit dem Verlauf 114 dargestellt ist. Durch die entsprechende Feuchteaufnahme der Tonerpartikel ändert sich auch die Dielektrizitätskonstante des Toners. Dies bewirkt, dass bei einer Messung der Tonerschichtdicke mit einem kapazitiven Sensor die Sensorsignale je nach Feuchtegehalt des Toners unterschiedlich sind. Aufgrund der Tatsache, dass die relative Dielektrizitätskonstante von Toner im Bereich von ungefähr 2,5 liegt und die von Wasser im Bereich von ungefähr 80, dass heißt mehr als 30fach höher, können sich bereits geringe Unterschiede in angelagerten Wassergehalt des Toners sehr stark auf die Messsignale des kapazitiven Messsensors auswirken. Der asymptotische Verlauf ist durch eine logarithmische Funktion darstellbar, wobei die relative Feuchteaufnahme des Toners mit zunehmender absoluter Feuchte in Sättigung geht.
Der Wassergehalt im Toner ist abhängig vom absoluten Wassergehalt der Luft. Deshalb ist es vorteilhaft, zur Korrektur der Sensorsignale des kapazitiven Sensors nicht nur die relative Luftfeuchte zu erfassen und zur Korrektur verwenden, sondern auch die Lufttemperatur. Aus diesen beiden Werten kann dann die absolute Luftfeuchte ermittelt werden und die Kompensation der Tonerschichtdicken-Signale des kapazitiven Sensors mit hoher Genauigkeit erfolgen.
Als kapazitive Sensoren können insbesondere Sensoren verwendet werden wie sie in der eingangs genannten DE 101 51 702 A1 bzw. US 2003/0091355 A1 beschrieben sind. Diese Veröffentlichungen werden zu diesem Zweck an der dieser Stelle der vorliegenden Beschreibung nochmals explizit durch Bezugnahme aufgenommen.
In 4 ist der Zusammenhang dargestellt, der sich in einem Druckgerät ergibt für den Verlauf der Abweichung eines kapazitiven Messsignals für die Tonerschichtdicke beziehungsweise die entsprechende optische Dichte in Abhängigkeit von der absoluten Feuchte der Luft von der der Toner im Wesentlichen die Feuchte aufnimmt. An den jeweiligen Messpunkten 115, 116, 117 und 118 sind die jeweiligen gemessenen Temperaturen und relativen Luftfeuchtigkeiten angegeben, zum Beispiel am Messpunkt die Temperatur 22,5 Celsius und die relative Luftfeuchte 40%. Auf der Abszisse sind die entsprechenden absoluten Feuchten angegeben. Beispielsweise liegt sie am Messpunkt 117 bei ca. 7,8 Gramm pro Kubikmeter. Auf der Ordinate sind die jeweiligen Abweichungen von der tatsächlichen optischen Dichte (OD) angegeben, wobei sie am Messpunkt 117 Null beträgt, am Messpunkt 115 +0,4 und am Messpunkt 118 –0,1.
5 zeigt ein Verfahren zur Auswertung der von dem Temperatursensor und dem Feuchtesensor gewonnenen Werte. Die in einem Schritt S1 gemessenen Temperaturwerte werden in einem Schritt S3 einer Mittelwertbildung (Median-Filterung) unterzogen und entsprechend die im Schritt S2 gemessenen Werte für die relative Luftfeuchtigkeit einer Mittelwert-Bildung S4 unterzogen. Die gemittelten Werte werden dann im Schritt S5 verwendet um die absolute Luftfeuchtigkeit zu berechnen. Dabei werden weitere, vorgegebene Formeln und Konstanten verwendet, die in der Steuerung als Datensätze beziehungsweise Umrechnungsparameter 119 gespeichert sind. Der Einfluss der Feuchteaufnahme des Toners und die Änderung der resultierenden Dielektrizitätszahl und daraus folgend die Korrektur der gemessenen Tonermasse beziehungsweise Tonerschichtdicke des kapazitiven Tonermarkensensors für die Einfärberegelung werden in der Sensor-Schaltung 110 und/oder in der Entwicklungs-Steuerung 109 oder in einer weiteren, im Druckgerät 100 übergeordneten Steuerungseinheit berechnet und/oder hinterlegt. Während des Druckbetriebes werden die Sensorwerte entsprechend einer Korrekturvorschrift angepasst und/oder die Einfärbung entsprechend der gemessenen Temperatur und Feuchte auf einen anderen Ziel-Wert hingeregelt. Zusätzlich oder alternativ können auch andere einfärbungsrelevante Parameter wie zum Beispiel eine Tonerkonzentration in der Entwicklerstation gegenüber einem Standard-Wert verändert werden.
6 zeigt ein Prinzip, mit dem ein angepasster beziehungsweise korrigierter Tonermarken-Messwert gebildet und vorteilhaft verwendet werden kann. Eine Steuerungskomponente 124 verwendet dabei einerseits den Tonermarken-Messwert 120 und andererseits den im Schritt S5 berechneten Wert 121 für die absolute Feuchte. Anhand von Korrekturwerten 122 wird daraus im Schritt S6 der Tonermarken-Messwert angepasst beziehungsweise hinsichtlich der aufgenommenen Feuchte des Toners kompensiert und der kompensierte Messwert 123 in die nachfolgende Einfärberegelung eingespeist.
Der Schritt S6 kann rechnerisch oder durch entsprechende Look-Up-Tabellen folgende Anpassungs- beziehungsweise Kompensationsfunktion für den Korrekturwert K implementieren: K = a × e^b×H + c, wobei a, b, c empirische, vom verwendeten Toner abhängige Werte sind, e die Eulersche Zahl und H die absolute Feuchtigkeit.
Für einen schwarzen Test-Toner haben sich z. B. folgende Werte als geeignet erwiesen: a = –213, b = –0,24 und c = 32.
Die Parameter sind für andere Toner leicht aus den in 3 und 4 dargestellten Zusammenhängen jeweils empirisch ermittelbar. Um die Feuchte-Kompensation in der Messanordnung bzw. der Steuerung im Druckgerät entsprechend leicht an verschiedenste Toner anpassen zu können sind die entsprechenden Parameter veränderbar im Druckgerät, insbesondere in der betreffenden Entwicklerstation hinterlegt und die jeweilige Berechungseinheit in der Auswerteeinheit bzw. Steuerung entsprechend parametrisierbar ausgestaltet.
In 7 ist ein Ausführungsbeispiel zur Messwert-Kompensation dargestellt, das zusätzlich oder alternativ zu der in 6 dargestellten Ausführungsform angewandt werden kann. Gleiche Zeichnungselemente sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen dargestellt. Der Tonermarken-Messwert 120 wird in diesem Ausführungsbeispiel unverändert der Einfärberegelung 123 zugeführt. Der Eingangswert 121 der absoluten Feuchte wird dagegen in einem Schritt S7 verwendet um einen neuen Sollwert der Einfärberegelung 123 zu berechnen, mit dem die Einfärbung geregelt wird. Als derartiger Sollwert kann insbesondere auch der Sollwert für die Tonerkonzentration in einer Tonerkonzentrationsregelung der Entwicklerstation vorgesehen sein. Damit kann insbesondere direkt in die Einfärberegelung eingegriffen werden.
Die Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei ist klar, dass der Fachmann naheliegende Weiterentwicklungen und Abwandlungen angeben kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, in ein- und demselben Druckprozess oder Druckgerät in verschiedenen Bereichen Feuchtigkeitssensoren vorzusehen und die im Toner enthaltene Gesamtwassermenge aus den Messwerten der verschiedenen Sensoren empirisch oder rechnerisch zu ermitteln.
Bezugszeichenliste

10: Tonerfördersystem
12: Tonermaterial
14: Entwicklerstation
16: Transportbehälter
18: Öffnung
20: Verschlussvorrichtung
22: Trichter
24: Trichterauslass
26: Rohrsystem
28: Zwischenspeicher
30: Rührbügel
32: Füllstandssensor
34: Dosiereinrichtung
36: Tonerförderrohr
38: Förderspirale
40: Rohrsystem
42: Magnetventil
44: Unterdruckleitung
46: Unterdruckgebläse
48: Verbindungsstelle
50: Filter
52: Öffnung
54: Rohrsystem
56: Regulierventil
60: Transpondereinheit
62: Transponderbaugruppe
64: Tonerkonzentrationssensor
66: Füllstandssensor
100: Druckgerät
101: Papierrolle
102: Papierbahn
103: Fixierstation
104a: Fotoleiter
104b: Fotoleiter
104c: Fotoleiter
104d: Fotoleiter
105: Tonerschicht
106: Tonerschichtdicken-Sensor
107: Feuchtigkeitssensor
108: Temperatursensor
109: Entwicklungs-Steuerung
110: Sensor-Schaltung
111: Messwerte zu schwarz
112: Messwerte zu gelb
113: Messwerte zu blau
114: Asymptotischer Verlauf
115: erster Messwert
116: zweiter Messwert
117: dritter Messwert
118: vierter Messwert
119: Umrechnungsparameter
120: Tonermarken-Messwert
121: Wert der absoluten Feuchte
122: Korrekturwert
123: Eingangswert Einfärberegelung
124: Steuerungskomponente
S1: Messung Temperatur
S2: Messung rel. Feuchte
S3: Mittelwertbildung
S4: Mittelwertbildung
S5: Berechnung abs. Feuchte
S6: Anpassung TM-Messwert
S7: Anpassung Soll-Einfärbung

Claims

Verfahren zum Regeln der optischen Dichte in einem elektrografischen Druckverfahren, wobei die Toner-Schichtdicke eines mit einer Entwicklerstation (14) entwickelten Tonerbilds mit einem kapazitiven Sensor (106) abgetastet wird und sein Toner-Schichtdickensignal zur Regelung der Einfärbung in der Entwicklerstation (14) verwendet wird, wobei (a) mit einem Feuchtigkeitssensor (107) die relative Luftfeuchtigkeit gemessen wird und als Feuchtigkeitswert ein Wert für die relative Luftfeuchtigkeit abgegeben wird, (b) mit einem Temperatursensor (108) die Temperatur gemessen wird und ein Temperaturwert ausgegeben wird, (c) aus dem Feuchtigkeitswert und dem Temperaturwert die absolute Luftfeuchtigkeit bestimmt wird, und (d) anhand der absoluten Luftfeuchtigkeit eine Kompensation von feuchtigkeitsabhängigen Abweichungen des Toner-Schichtdickensignals und/oder eine Regelung der Einfärbung in der Entwicklerstation (14) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Luftfeuchtigkeitswert zur Regelung der Einfärbung in einer Einfärberegelungseinheit (109) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feuchtigkeitsmessung in einem Bereich vor dem Entwicklungsprozess erfolgt und die Toner-Schichtdickenmessung in einem Bereich nach dem Entwicklungsprozess.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Feuchtigkeitsmessung in einem für den Tonertransport und/oder eine Tonerdurchmischung maßgeblichen Bereich erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mit dem Temperatursensor (108) die Temperatur in dem für den Tonertransport maßgeblichen Bereich des Druckverfahrens gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Temperatursensor (108) und der Feuchtigkeitssensor (107) als gemeinsamer kombinierter Klimasensor ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entwicklerstation (14) über ein Luftdrucksystem (26, 40, 44, 46, 54, 56), mit fluidisiertem Toner (12) versorgt wird, das ein Lufteinlassventil (56) zum Fluidisieren des Toners (12) mit Luft umfasst und wobei der Luftfeuchtigkeitssensor (107) und/oder der Temperatursensor (108) im Bereich des Lufteinlassventils (56) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unter Verwendung des Feuchtigkeitswerts ein Korrekturwert für das Toner-Schichtdickensignal gebildet wird und das korrigierte Toner-Schichtdickensignal zur Regelung der Einfärbung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Korrekturwert K entsprechend der Formel K = a × e^b×H + c bestimmt wird, wobei a, b, c empirische, vom verwendeten Toner abhängige Werte sind und H die absolute Feuchtigkeit.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Feuchtigkeitssignal und/oder der Temperaturwert zur Ansteuerung oder Regelung weiterer Verfahrenskomponenten des Druckprozesses verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei als weitere Verfahrenskomponenten Corotronspannungen und/oder -ströme und/oder Tonerkonzentrationssensoren und/oder -regelungen der Entwicklerstation (14) verwendet werden.
Meßsystem für ein elektrofotografisches Druck- oder Kopiergerät (100), umfassend (a) einen kapazitiven Sensor (106) zum Abtasten der Toner-Schichtdicke eines mit einer Entwicklerstation (14) entwickelten Tonerbilds, der ein Toner-Schichtdickensignal abgibt, (b) einen Feuchtigkeitssensor (107) zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit, der einen Feuchtigkeitswert abgibt, (c) einen Temperatursensor (108) zur Messung der Temperatur, der einen Temperaturwert abgibt, (d) eine Steuerungskomponente (124), die mittels dem Feuchtigkeitswert und dem Temperaturwert anhand der absoluten Luftfeuchtigkeit eine Kompensation von feuchtigkeitsabhängigen Abweichungen des Toner-Schichtdickensignals und/oder eine Regelung der Einfärbung in der Entwicklerstation (14) durchführt.
Meßsystem nach Anspruch 12, wobei der Feuchtigkeitssensor (107) in einem für den Tonertransport und/oder eine Tonerdurchmischung maßgeblichen Bereich des Druck- oder Kopiergeräts (100) angeordnet ist.
Meßsystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Temperatursensor (108) in einem für den Tonertransport maßgeblichen Bereich des Druck- oder Kopiergeräts (100) angeordnet ist.
Meßsystem nach Anspruch 14, wobei der Temperatursensor (108) und der Feuchtigkeitssensor (107) als gemeinsamer kombinierter Klimasensor ausgebildet sind.
Meßsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, das aus dem Feuchtigkeitswert für die relative Luftfeuchtigkeit sowie aus dem Temperaturwert die absolute Luftfeuchtigkeit bestimmt.
Meßsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, das unter Verwendung des Feuchtigkeitswerts einen Korrekturwert für das Toner-Schichtdickensignal bildet.
Druck- oder Kopiergerät (100) umfassend ein Meßsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 17.
Druck- oder Kopiergerät nach Anspruch 18, umfassend ein Luftdrucksystem (26, 40, 44, 46, 54, 56) zur Versorgung der Entwicklerstation (14) mit fluidisiertem Toner, wobei das Luftdrucksystem (26, 40, 44, 46, 54, 56) ein Lufteinlassventil (56) zum Fluidisieren des Toners (12) mit Luft umfasst und wobei der Feuchtigkeitssensor (107) und/oder der Temperatursensor (108) im Bereich des Lufteinlassventils (56) angeordnet ist.