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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Einfärben von latenten
Bildern eines Zwischenträgers mit Tonerteilchen, bei dem
aus einem Vorratsbehälter frische Tonerteilchen einer Tonerbox
zuführbar sind, aus der wiederum Tonerteilchen einer Entwicklereinheit
zuführbar sind. In dieser Entwicklereinheit werden die
Tonerteilchen fortlaufend umgewälzt, so dass sich die Tonerteilchen
triboelektrisch aufladen. Die triboelektrisch geladenen Tonerteilchen
sind einer Entwicklerwalze zuführbar, auf der sich eine gleichmäßige
Schicht aus Tonerteilchen ablagert. Die Entwicklerwalze ist einem
Zwischenträger mit einem latenten Bild gegenüberliegend
angeordnet, wobei in einem Entwicklerprozess dieses latente Bild
durch Übertragen der Tonerteilchen von der Entwicklerwalze
auf den Zwischenträger eingefärbt wird. Die auf der
Entwicklerwalze verbliebenen, nicht übertragenen Tonerteilchen
werden durch eine Reinigungseinheit abgelöst. Ferner betrifft
die Erfindung ein Verfahren zum Einfärben von latenten
Bildern eines Zwischenträgers mit Tonerteilchen.
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Bei
herkömmlichen Einrichtungen werden die von der Reinigungseinheit
abgelösten Tonerteilchen wieder vollständig der
Entwicklereinheit zugeführt, in dieser umgewälzt
und erneut triboelektrisch aufgeladen. Als Entwickler wird in einer
Entwicklereinheit entweder ein Ein-Komponenten-System verwendet,
das im Wesentlichen nur Tonerteilchen enthält und keine
magnetischen Trägerteilchen verwendet. Häufiger
jedoch wird ein Zwei-Komponenten-Gemisch eingesetzt, das magnetische
Trägerteilchen und Tonerteilchen umfasst. Die Tonerteilchen und
Trägerteilchen laden sich bei der Umwälzung aufgrund
der Reibung triboelektrisch auf, wobei die Tonerteilchen an den
größeren Trägerteilchen anhaften. Zum
Transport werden Magnetwalzen eingesetzt, die die Trägerteilchen
zusammen mit den daran anhaftenden Tonerteilchen vorwärts
bewegen. Bei der Umwälzung des Ein-Komponenten-Entwicklers bzw.
des Zwei-Komponenten-Gemischs kann ein gewisser Tonerverschleiß auftreten.
Aufgrund der mechanischen Kräfte und der Reibung kann sich
das Fließverhalten und das triboelektrische Verhalten verändern.
So kann es vorkommen, dass Tonerteilchen verklumpen oder zu spröde
werden.
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Der
Verbrauch an Tonerteilchen ist abhängig von der Einfärbung
des bedruckten Trägermaterials. Je größer
die Einfärbung ist, umso höher ist der Tonerverbrauch.
Bei geringer Einfärbung verbleiben für eine lange
Zeit die Tonerteilchen in der Entwicklereinheit und werden umgewälzt,
so dass ihr Verschleiß erhöht ist. Bei intensiver
Einfärbung und entsprechend hohem Tonerverbrauch ist die
Verweildauer von Tonerteilchen in der Entwicklereinheit gering und entsprechend
kleiner sind die Verschleißerscheinungen. Die Konzentration
an Tonerteilchen in der Entwicklereinheit muss innerhalb vorgegebener
Grenzen durch eine Steuerung oder Regelung eingehalten werden, um
eine ausreichende Druckqualität zu gewährleisten.
Bei stark schwankendem Einfärbungsgrad und damit stark
schwankendem Tonerverbrauch ist die Steuerung bzw. die Regelung
dieser Tonerkonzentration problematisch.
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Aus
der
DE 10 2004
005 964 A1 ist eine Steuerungseinrichtung und ein Verfahren
zum Steuern eines elektrografischen Druckers oder Kopierers bekannt,
bei dem der Tonerverbrauch überwacht wird. Bei Erreichen
eines Regenerationskriteriums werden Ladungsbilder auf einem Zwischenträger
eingefärbt und die Tonerteilchen von der Reinigungsvorrichtung
entfernt, ohne dass das Tonerbild auf einen Aufzeichnungsträger
umgedruckt wird. Auf diese Weise wird innerhalb einer kurzen Zeitspanne
des Druckbetriebs frischer Toner der Entwicklereinheit zugeführt
und gealterter Toner bzw. beschädigter Toner verbraucht.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung bzw. ein Verfahren anzugeben,
die bzw. das einfach aufgebaut ist, eine hohe Druckqualität
gewährleistet und eine Schädigung des Toners verringert.
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Diese
Aufgabe wird für eine Einrichtung durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in
den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der
Erfindung wird zumindest ein Teil der von der Entwicklerwalze abgelösten
Tonerteilchen in die Tonerbox zurücktransportiert und dort
für die Entwicklereinheit bereitgestellt. Diese Tonerteilchen
werden also nicht sofort an die Entwicklereinheit zurückgegeben
und erneut umgewälzt. Vielmehr verweilen diese Tonerteilchen
in der Tonerbox und werden erst nach Ablauf einer Totzeit erneut
der Entwicklereinheit zugeführt. Demgemäß können
sich derartige Tonerteilchen regenerieren und haben einen geringeren
Verschleiß.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die fortlaufende
Umwälzung in der Entwicklereinheit wesentlich mit verantwortlich
dafür ist, dass Tonerteilchen altern und verschleißen.
Die von der Entwicklerwalze an den Zwischenträger nicht
abgegebenen Tonerteilchen werden teilweise oder vollständig
der Tonerbox zugeführt und vermischen sich dort mit frischen
Tonerteilchen, die über den Vorratsbehälter zugeführt
werden. In diesem Zustand in der Tonerbox sind die abgelösten
Tonerteilchen keiner so hohen mechanischen Belastung ausgesetzt,
wie in der Entwicklereinheit.
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Werden
sämtliche abgelösten Tonerteilchen zur Tonerbox
zurückgeführt, so ist der Durchsatz an Tonerteilchen
konstant, denn sämtliche auf die Entwicklerwalze aufgebrachten
Tonerteilchen werden der Entwicklereinheit entnommen, entweder durch Übertragen
auf den Zwischenträger oder durch Rückführung
an die Tonerbox. Wenn der Tonerverbrauch aus der Entwicklereinheit
eine konstante Größe ist, so kann die Steuerung
oder Regelung für eine konstante Tonerkonzentration einfacher
aufgebaut werden, als bei einem ständig wechselnden Einfärbegrad,
abhängig vom zu druckenden Druckbild. Demgemäß ist
eine solche Einrichtung in ihren Steuerkomponenten einfacher aufzubauen.
Wenn nur ein Teil der nicht übertragenen Tonerteilchen
zur Tonerbox zurückgeführt wird, so ist der gesamte
technische Vorteil in abgeschwächter Form dennoch vorhanden.
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In
der Tonerbox mischen sich frische Tonerteilchen mit abgelösten
Tonerteilchen. Über die Dauer des Druckbetriebs nimmt der
Anteil an gealterten Tonerteilchen zu. In der Tonerbox ist es relativ
einfach, diese Alterung des Tonermaterials zu kontrollieren oder
zu messen. Wenn ein bestimmter Grenzwert an gealtertem Tonermaterial
erreicht wird, so braucht nur der Inhalt der Tonerbox ausgetauscht
und gegen frischen Toner ersetzt zu werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn vor dem Zuführen der abgelösten Tonerteilchen
zu der Tonerbox die Tonerteilchen zunächst in einem Zwischenbehälter
zwischengelagert werden. Dies hat den Vorteil, dass gealterter Toner
nicht sofort mit frischem Toner in der Tonerbox vermischt wird,
sondern dies kann abhängig von dem Einfärbegrad
und dem Tonerverbrauch beim Druckbetrieb eingestellt werden. Wenn
beispielsweise für eine längere Zeit mit einem
geringen Einfärbegrad gedruckt wird, so ist es empfehlenswert,
nur eine kleine Menge abgelöster Tonerteilchen frischen
Tonerteilchen zuzumischen. In einem solchen Fall wird also aus dem
Zwischenbehälter nur eine kleine Menge an Tonerteilchen
oder es werden überhaupt keine Tonerteilchen der Tonerbox
zugeführt. Beim Betriebsfall, dass mit hohem Einfärbegrad
und damit hohem Tonerverbrauch gedruckt wird, kann aus dem Zwischenbehälter
eine größere Menge abgelöster Tonerteilchen
der Tonerbox zugeführt werden, wo sie mit frischen Tonerteilchen
vermischt werden.
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Die
Erfindung kann sowohl für Ein-Komponenten-Tonersysteme
als auch für Zwei-Komponenten-Gemische eingesetzt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Einfärben
von latenten Bildern eines Zwischenträgers mit Tonerteilchen
angegeben, bei der die beschriebene Einrichtung eingesetzt werden
kann. Die mit dem Verfahren erzielbaren technischen Vorteile stimmen
mit denen überein, die im Zusammenhang mit der Einrichtung
beschrieben sind.
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Zum
besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im
folgenden auf die in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele Bezug
genommen, die anhand spezifischer Terminologie beschrieben sind.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Schutzumfang der Erfindung
dadurch nicht eingeschränkt werden soll, da derartige Veränderungen
und weitere Modifizierungen an den gezeigten Vorrichtungen und/oder
den Verfahren sowie derartige weitere Anwendungen der Erfindung, wie
sie darin aufgezeigt sind, als übliches derzeitiges oder
künftiges Fachwissen eines zuständigen Fachmannes
angesehen werden.
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In
der Zeichnung zeigt
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1 den
Aufbau einer Einrichtung zum Einfärben von latenten Bildern
eines Zwischenträgers mit Tonerteilchen ohne Rückführung
von Tonerteilchen,
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2 ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Rückführung
von Tonerteilchen über einen Zwischenbehälter
zur Tonerbox,
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3 ein
Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktion der Einrichtung
nach 1,
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4 ein
Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktion mit Rückführung
von Tonerteilchen direkt zur Tonerbox, und
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5 ein
Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktion mit Rückführung
der Tonerteilchen über einen Zwischenbehälter.
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1 zeigt
eine Einrichtung zum Einfärben von latenten Bildern. Sie
umfasst allgemein eine Entwicklereinheit 10, an der im
oberen Bereich eine Tonerbox 12 angeordnet ist. Die Tonerbox 12 kann
mit dem Gehäuse der Entwicklereinheit 10 fest
verbunden sein. Innerhalb der Tonerbox 12 wird das Niveau an
Tonermaterial immer konstant gehalten. Fällt das Niveau
ab, so wird über ein Fördersystem aus einem Vorratsbehälter 14,
der mit frischen Tonerteilchen gefüllt ist, über
ein Fördersystem 16 frische Tonerteilchen in die
Tonerbox 12 nachgefördert.
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Die
Tonerteilchen in der Tonerbox 12 werden mit Hilfe einer
Förderspirale 13 gleichmäßig über
die Breite, d. h. senkrecht zur Papierebene, der Entwicklereinheit 10 verteilt.
Die Entwicklereinheit 10 arbeitet mit einem Zwei-Komponenten-Gemisch 19,
welches magnetische Trägerteilchen enthält, an
das sich die Tonerteilchen anlagern. Im unteren Bereich des Gehäuses 18 der
Entwicklereinheit 10 ist ein Mischbagger 20 angeordnet,
dessen Paddel das Zwei-Komponenten-Gemisch 19 aus magnetischen
Trägerteilchen und Tonerteilchen umwälzt. Durch
die ständige Bewegung werden die Trägerteilchen
und Tonerteilchen aneinander gerieben und so triboelektrisch aufgeladen.
Im Allgemeinen werden die Tonerteilchen negativ aufgeladen. Der
Mischbagger 20 schleudert das Zwei-Komponenten-Gemisch 19 gegen
die Oberfläche einer Magnetwalze 22, die in ihrem
Inneren als Stator Magnete hat. Das Magnetfeld dieser Magnete zieht
die magnetischen Trägerteilchen an, wodurch diese zusammen
mit den Tonerteilchen in Richtung einer Entwicklerwalze 24 transportiert
werden. Auf der Entwicklerwalze 24 lagert sich eine dünne,
homogene Schicht aus Tonerteilchen an. Eine Trägerfangwalze 26 entfernt
noch vorhandene magnetische Trägerteilchen.
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Ein
Fotoleiterband OPC (Organic Photo Conductor) enthält durch
einen Strukturierungs-Prozess ein latentes Ladungsbild. Dieses Fotoleiterband OPC
bildet einen Zwischenträger für das Druckbild. Eine
andere Ausführungsform verwendet als Zwischenträger
eine Fotoleitertrommel. Die Entwicklerwalze 24 ist gegenüberliegend
dem Fotoleiterband OPC angeordnet. Entsprechend der Ladungsbilder auf
dem Fotoleiterband springen (jump) Tonerteilchen über einen
Entwicklerspalt 28 von der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 auf
die Oberfläche des Fotoleiterbandes OPC, wodurch das latente
Ladungsbild in Bildabschnitten 29 mit Tonerteilchen eingefärbt
wird. Die Bewegung der Tonerteilchen wird erreicht durch eine entsprechende
Spannungsdifferenz zwischen dem Ladungsbild auf dem Fotoleiterband
OPC und der Entwicklerwalze 24. Die Einfärbung
des Ladungsbildes findet berührungslos statt.
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Eine
Reinigungswalze 30 mit einem Magnetstator führt
an ihrer Oberfläche das Zwei-Komponenten-Gemisch 19 und
nimmt die auf das Fotoleiterband OPC nicht übertragenen
Tonerteilchen auf und bindet sie an die magnetischen Trägerteilchen,
wodurch die Entwicklerwalze 24 gereinigt wird. Das Zwei-Komponenten-Gemisch 19 wird
entlang der Gehäusewand nach unten transportiert und in
einer Quer- Mischschnecke 32 über die gesamte Breite
der Entwicklereinheit 10 verteilt, woraufhin es wieder dem
Mischbagger 20 zugeführt wird. Ungebundene Tonerteilchen
in Form von Tonerstaub wird an Abdichtungsstellen mit Hilfe einer
Tonerabsaugung 34 abgesaugt.
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2 zeigt
eine Weiterbildung der Anordnung nach 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Entnahmevorrichtung 35 zur Entnahme
von nicht übertragenen Tonerbildern. An der Entwicklerwalze 24 ist
vor der Reinigungseinheit 30 eine Rakelvorrichtung 36 angeordnet,
welche auf der Entwicklerwalze 24 verbliebene, nicht übertragene
Tonerteilchen ablöst. Beispielsweise werden von der Entnahmevorrichtung 35 ca.
40 bis 60%, vorzugsweise 45 bis 55%, der Tonerteilchen entnommen.
Eine Entnahme bis 100% der nicht übertragenen Tonerteilchen
ist ebenfalls möglich. Die Reinigungswalze 30 kann
dann entfallen. Die von der Entnahmevorrichtung 35 nicht
entnommenen, restlichen Tonerteilchen werden an der Reinigungseinheit 30 abgelöst.
Die an der Rakelvorrichtung 36 abgelösten Tonerteilchen
werden über eine Saugdüse 38 und eine
Absaugvorrichtung 42 über die Leitung 40 einem Zwischenbehälter 44 zugeführt.
Dieser Zwischenbehälter 44 ist über eine
weitere Leitung 46 und ein Dosierventil 48 mit
der Tonerbox 12 verbunden. Die von der Düse 38 aufgenommenen
Tonerteilchen werden im Zwischenbehälter 44 zwischengelagert
und bei Bedarf über das Dosierventil 48 in die
Tonerbox 12 gefördert, wo sie sich mit frischen
Tonerteilchen aus dem Vorratsbehälter 14 vermischen.
Die Tonerteilchen in der Tonerbox 12 können optional
ebenfalls fortlaufend durchmischt werden, jedoch erfolgt die tatsächliche
triboelektrische Aufladung erst innerhalb der Entwicklereinheit 10.
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Anstelle
der Rakelvorrichtung 36 kann auch eine andere Ablösevorrichtung,
beispielsweise eine Reinigungsbürste oder ein Air-Blade
verwendet werden. Die abgelösten Tonerteilchen können
auch direkt der Tonerbox 12 zugeführt werden,
so dass der Zwischenbehälter 44 entfällt.
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3 gibt
eine Übersicht in Form eines Blockschaltbildes über
den Funktionsablauf bei einer herkömmlichen Einrichtung
zum Einfärben von latenten Bildern ohne Rückführung
von Tonerteilchen zur Tonerbox. Gemäß dem Block
B12 dient eine Tonerflasche (Vorratsbehälter 14)
mit frischen Tonerteilchen der Haupttonerversorgung für
einen Drucker. Die Tonerteilchen gelangen zu der Tonerbox 12 (Block
B14), in welchem das Tonermaterial auf einem konstanten Pegel gehalten
wird. Wird ein bestimmtes Tonerteilchen-Trägerteilchen-Verhältnis
(= Toner-Entwickler-Verhältnis) unterschritten, so wird
frischer Toner dem vorhandenen Zwei-Komponenten-Gemisch zugefügt,
so dass die vorhandene Tonerkonzentration wieder ansteigt (Block
B16). Gemäß dem Block B18 wird das Zwei-Komponenten-Gemisch
gut durchgemischt und elektrostatisch aufgeladen. Danach wird auf
die Magnetwalze 22 ein Gemischteppich aus Trägerteilchen
und Tonerteilchen aufgetragen (Block B20). Mit Hilfe der Magnetwalze 22 wird
auf der Entwicklerwalze 24 eine dünne homogene
Schicht aus Tonerteilchen erzeugt. Die Entwicklerwalze 24 bietet
dem Fotoleiterband OPC eine gleichmäßige Schicht
an Tonerteilchen an (Block B22). Entsprechend der bildmäßigen
Verteilung des Ladungsbildes auf dem Fotoleiterband OPC springen
Tonerteilchen von der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 auf
das Fotoleiterband OPC und färben dieses bildweise ein
(Block B24).
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Die
Reinigungswalze 30 reinigt zurückgebliebenen Toner
auf der Entwicklerwalze 24 und führt die Tonerteilchen
wieder dem Zwei-Komponenten-Gemisch 19 zu (Block B26).
Die Reinigungswalze 30 arbeitet ebenfalls mit einem Gemischteppich aus
Trägerteilchen und Tonerteilchen und wirkt mit der Magnetwalze 22 zusammen.
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4 zeigt
die Weiterentwicklung der Darstellung nach 3 (gleiche
Teile sind gleich bezeichnet), wobei ein Block B28 zwischen dem
Block B22 und B14 geschaltet ist. Eine Entnahmevorrichtung 35 entnimmt
vollständig oder teilweise die auf der Entwicklerwalze 24 nach
Tonerübertragung auf das Fotoleiterband OPC noch vorhandenen
Tonerteilchen. Diese Tonerteilchen werden in die Tonerbox 12 gefördert.
Dort vermischen sich diese entnommenen Tonerteilchen mit frischen
Tonerteilchen, die aus dem Vorratsbehälter 14 (Block
B14) herkommen. Das Tonergemisch wird dann gemäß Block
B16 dem Zwei-Komponenten-Gemisch 19 zugeführt.
Bei dieser Ausführungsform ist also eine direkte Rückführung
von Tonerteilchen zur Tonerbox 12 vorgesehen.
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5 zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die von der Entnahmevorrichtung
entnommenen Tonerteilchen zunächst einem Zwischenbehälter 44 zugeführt
werden. Dort werden die Tonerteilchen gesammelt und vollständig
oder teilweise in vorbestimmten Mengen der Tonerbox 12 zugeführt.
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Die
beim Druckbetrieb gelegentlich erforderliche Regeneration des Toners
ist bei der vorliegenden Erfindung relativ einfach durchzuführen.
Der in der Tonerbox 12 oder im Zwischenbehälter
vorhandene Toner, umfassend frische und abgelöste Tonerteilchen,
wird dann abgefördert, beispielsweise in eine Auffangbox
(nicht dargestellt), in die auch die von den Absaugvorrichtungen 34 abgesaugten
Tonerteilchen gelangen. Eine entsprechende Menge an frischen Tonerteilchen
wird dann in die Tonerbox 12 gefördert. Es ist
somit nicht mehr erforderlich, Tonermaterial aus der Entwicklungseinheit 10 durch
Drucken von Vollbildern zu entnehmen. Auf diese Weise wird ein Druckbetrieb-Ausfall
vermieden. Da gemäß der Erfindung ein vorbestimmter,
relativ konstanter Anteil an Tonermaterial aus der Entwicklungseinheit 10 hinaus
befördert wird, muss folglich auch ein immer gleich großer
Anteil an Tonermaterial zugefördert werden. Dieser Gleichgewichtszustand
ermöglicht es, die Tonerkonzentrationsregelung für
den Drucker einfacher zu gestalten, wobei diese stabiler und unabhängig
von einer Einfärbung des Trägermaterials ist.
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Obgleich
in den Zeichnungen und in der vorhergehenden Beschreibung bevorzugte
Ausführungsbeispiele aufgezeigt und detailliert beschrieben sind,
sollte dies als rein beispielhaft und die Erfindung nicht einschränkend
angesehen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass nur die bevorzugten
Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben sind und sämtliche
Veränderungen und Modifizierungen, die derzeit und künftig
im Schutzumfang der Erfindung liegen, geschützt werden
sollen.
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- 10
- Entwicklereinheit
- 12
- Tonerbox
- 13
- Förderspirale
- 14
- Vorratsbehälter
- 16
- Fördersystem
- 18
- Gehäuse
- 19
- Zwei-Komponenten-Gemisch
- 20
- Mischbagger
- 22
- Magnetwalze
- 24
- Entwicklerwalze
- 26
- Trägerfangwalze
- OPC
- Fotoleiterband
- 28
- Entwicklerspalt
- 30
- Reinigungswalze
- 32
- Quer-Mischschnecke
- 34
- Tonerabsaugung
- 35
- Entnahmevorrichtung
- 36
- Rakelvorrichtung
- 38
- Absaugdüse
- 40
- Leitung
- 42
- Absaugvorrichtung
- 44
- Zwischenbehälter
- 48
- Dosierventil
- B12–B30
- Funktionsblöcke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004005964
A1 [0004]