DE102008018227A1

DE102008018227A1 - Verfahren zur Einstellung der Einfärbung von auf einem Ladungsbildträger erzeugten Ladungsbilder mit Toner in der Entwicklerstation einer elektrofotografischen Druckeinrichtung

Info

Publication number: DE102008018227A1
Application number: DE200810018227
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Schwarz-Kock (Fh); Ralph Dr. Rer. Nat. Dorfner
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-04-11
Also published as: WO2009124981A1; DE102008018227B4

Abstract

Zur Steuerung der Tonerförderung (TF) in den Entwicklergemischvorrat zum Ersatz des durch die Einfärbung der Ladungsbilder verbrauchten Toners, wird der Tonerverbrauch (TVB) in Abhängigkeit der einzufärbenden Ladungsbilder ermittelt und davon abhängig eine Basisstellgröße (B_ST) für die Tonerförderung (TF) erzeugt. Die Basisstellgröße (B_ST) wird in Abhängigkeit einer Einfärbemarke auf dem Ladungsbildträger korrigiert. Zur Feinkorrektur der Einfärbung der Ladungsbilder auf dem Ladungsbildträger wird die Antragsspannung (Umv) an der Einfärbewalze in Abhängigkeit der Einfärbemarke eingestellt.

Description

Elektrografische Druck- oder Kopiereinrichtungen sind bekannt, siehe z. B. US 6,246,856 B1 . Bei einer solchen Druck- oder Kopiereinrichtung werden auf einem Ladungsbildträger, z. B. einem Fotoleiterband, durch einen Zeichengenerator Ladungsbilder der zu druckenden Bilder erzeugt. Anschließend wird der Ladungsbildträger an Entwicklerstationen, jeweils eine pro Farbe, vorbeibewegt. Diese transportieren Toner zum Ladungsbildträger. Entsprechend den Ladungsbildern auf dem Ladungsbildträger geht der Toner auf den Ladungsbildträger über und färbt diese ein. Die Tonerbilder werden im nächsten Schritt auf einen Bedruckstoff umgedruckt und auf diesem fixiert. Der genaue Ablauf des Druckverfahrens kann US 6,246,856 B1 entnommen werden, deren Inhalt hiermit in die Offenbarung aufgenommen wird.
Zur Entwicklung der Ladungsbilder kann eine Entwicklerstation verwendet werden, die z. B. entsprechend US 7,340,202 B2 aufgebaut ist. Aus einem Entwicklergemischvorrat aus Toner und Träger entnimmt eine Einfärbewalze Entwicklergemisch, bei dem der Toner triboelektrisch aufgeladen ist. Benachbart der Einfärbewalze ist eine Entwicklerwalze oder Applikatorwalze vorgesehen, die auf Grund eines zwischen der Entwicklerwalze und der Einfärbewalze bestehenden elektrischen Feldes Toner von der Einfärbewalze übernimmt und zum Ladungsbildträger transportiert. Dort geht in einem Entwicklerspalt Toner zur Einfärbung der Ladungsbilder auf den Ladungsbildträger über. Der auf der Entwicklerwalze nach der Entwicklung übrig gebliebene Toner wird dann durch eine Reinigungswalze von der Entwicklerwalze abgereinigt.
Bei der Entwicklung der Ladungsbilder auf dem Ladungsbildträger spielt der Zustand des Entwicklergemischs eine große Rolle, da der Druckprozess dadurch erheblich beeinflusst wird. Deshalb muss das Entwicklergemisch in seinem optimalen Arbeitsbereich gehalten werden. Während des Druckprozesses wird dem Entwicklergemisch Toner zur Entwicklung oder Einfärbung der Ladungsbilder auf dem Ladungsbildträger entsprechend der zu druckenden Druckbilder entnommen. Die aus dem Entwicklergemisch ausgetragene Tonermenge wird durch neuen Toner aus einem Tonerbehälter ersetzt. Auf den Toner werden durch die Behandlung im Entwicklergemisch elektrische Ladungen aufgetragen; der Toner wird triboelektrisch aktiviert. Diese Aktivierung ist Grundvoraussetzung für die anschließende Einfärbung der latenten Ladungsbilder (Entwicklung des Druckbildes). Die Güte der Aktivierung des Toners und der Grad der Abnutzung des Entwicklergemischs wird wesentlich durch die Konzentrationsverteilung von Toner und Träger im Entwicklergemisch beeinflusst. Das Entwicklergemisch sollte also vor allem durch Regelung der Tonerkonzentration in seinem optimalen Arbeitsbereich gehalten werden.
Aus US 5,581,335 und US 2006/0269303 ist bekannt, die Tonerkonzentration durch eine sensorbasierte Messung einer Tonermarke auf dem Bedruckstoff zu ermitteln und diese in Abhängigkeit des Messergebnisses zu regeln. Da die sensorbasierte Messung auch durch andere Größen wie z. B. die triboelektrische Aufladung, Alterung des Entwicklergemischs beeinflusst wird, ist es bekannt, diese Regelung durch eine pixelbasierte Steuerung in Abhängigkeit des zu erzeugenden Druckbildes zu ersetzen.
Eine weitere Regelung der Tonerkonzentration kann aus US 5,386,276 entnommen werden. Dazu wird auf dem Ladungsbildträger eine Einfärbemarke aufgebracht, bei der die Tonermenge oder Dicke des Tonerteppichs durch einen Sensor vermessen wird und in Abhängigkeit des Messsignals die Tonerkonzentration im Entwicklergemisch eingestellt wird.
Das von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem das Entwicklergemisch in einem optimalen Arbeitsbereich gehalten werden kann.
Dieses Problem wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung besteht somit in einer neuen vernetzten Regelung, die die Tonerkonzentrationsregelung mit der Einfärberegelung verbindet.
Die Grundlast des Toneraustrags und damit des Tonerverbrauchs durch die Einfärbung der Ladungsbilder auf dem Ladungsbildträger kann mit Hilfe der aktuellen Druckbildauslastung erfasst werden und die Tonerförderung in das Entwicklergemisch in der Entwicklerstation entsprechend durch eine davon abhängige Basisstellgröße gesteuert werden. Die Druckbildauslastung kann an Hand der vom Zeichengenerator angesteuerten Pixeln des Ladungsbildes und damit des Druckbildes erfasst werden. Sie wird mit einem durchschnittlichen Tonerverbrauch pro Pixel und entsprechend der aktuell eingestellten Einfärbestufe gewichtet.
Diese Grundlast wird korrigiert, um einen optimalen Arbeitsbereich des Entwicklergemischs einzuhalten, anhand der Antragsspannung an der Einfärbewalze. Für jede Einfärbestufe der Ladungsbilder kann eine Sollspannung bzw. ein erlaubter Spannungsbereich vorgegeben werden. Abhängig von der tatsächlich eingestellten Antragsspannung wird die Tonerförderung und damit die Tonerkonzentration im Entwicklergemisch angepasst, wenn die Vermessung der Einfärbemarke ergeben hat, dass die Tonermenge auf der Einfärbemarke vom Sollwert abweicht.
Schließlich erfolgt eine Feinkorrektur dadurch, dass die Antragsspannung an der Entwicklerwalze nach Vermessung und in Abhängigkeit der Einfärbemarke eingestellt wird.
Die Einfärbung der Ladungsbilder wird somit in drei Schichten geregelt:

– die aktuelle Druckbildauslastung bestimmt die Basisstellgröße, also die Tonerförderung in das Entwicklergemisch;
– die Basisstellgröße wird korrigiert in Abhängigkeit der Einfärbemarke auf dem Ladungsbildträger;
– zur Feineinstellung (Feinkorrektur) der Einfärbung wird die Antragsspannung der Einfärbewalze in Abhängigkeit der Einfärbemarke auf dem Ladungsbildträger geregelt.

Die Erfindung hat den besonderen Vorteil, dass die Tonerkonzentration in der Entwicklerstation durch die Tonerförderung in die Entwicklerstation geregelt wird, ein Vorgang, der verhältnismäßig langsam abläuft, jedoch eine schnelle Anpassung des Tonerantrags an die Ladungsbilder mit Hilfe der Einfärbemarke durch Änderung der Antragsspannung an der Einfärbewalze erfolgt.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Einstellung der Basisstellgröße kann Pixel gesteuert erfolgen (Pixel = picture element = Bildpunkt). Dazu wird die Anzahl der Pixel pro zu erzeugendem Ladungsbild (Druckbild) gezählt und aus dem Zählergebnis und dem Tonerverbrauch pro Pixel der Tonerverbrauch für die Entwicklung der Ladungsbilder zu Druckbildern als Basisstellgröße ermittelt. Der Tonerverbrauch pro Pixel kann durch die eingestellte Einfärbestufe noch gewichtet werden, da diese ebenfalls Einfluss auf den Tonerverbrauch hat.
Um die Basisstellgröße noch exakter an den Tonerverbrauch anzupassen, kann ein Korrekturfaktor mit Hilfe der Antragsspannung an der Einfärbewalze und der Messung einer auf dem Ladungsbildträger aufgebrachten Einfärbemarke gebildet werden. Der Korrekturfaktor kann aus dem Verhältnis der Tonermenge pro Einfärbemarke zur Antragsspannung bei der Erzeugung der Einfärbemarke gebildet werden; dieses Verhältnis wird mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und bei Abweichung die Tonerförderung in den Entwicklervorrat korrigiert. Der Sollwert kann in Abhängigkeit der Einfärbestufe gebildet werden.
Schließlich kann eine Feinkorrektur der Einfärbung der Ladungsbilder über die Steuerung der Antragsspannung an der Einfärbewalze in Abhängigkeit der Einfärbung der Einfärbemarke auf dem Ladungsbildträger erfolgen. Dadurch kann das Tonerangebot an den Ladungsbildträger schnell verändert werden.
Die Einhaltung des optimalen Arbeitsbereiches für das Entwicklergemisch erfolgt damit zum einen durch Auswertung des aktuellen Toneraustrags (Steuerung durch Pixelzähler) und zum anderen durch eine Regelung, die auf den Ergebnissen der Einfärberegelung beruht. Einfärberegelung und Tonerkonzentrationsregelung werden damit verkoppelt. Die sensorbasierte Messung der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch wird damit überflüssig. Sie könnte jedoch zur Plausibilisierung der Regelungsvorgänge herangezogen werden.
Die Einhaltung des optimalen Arbeitsbereiches des Entwicklergemischs entsprechend diesem Verfahren hat eine Reihe von Vorteilen:

– ein Tonerkonzentrationssensor ist überflüssig;
– es erfolgt eine automatische Kompensation von Prozesstoleranzen;
– Gemisch schädigende Betriebszustände (Über/Untertonerung) werden erkannt und vermieden;
– es wird eine konstante Tonermengenabgabe erreicht und dadurch weniger Entwicklergemischschädigung.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, wird die Erfindung weiter erläutert.
Es zeigen
1 eine bekannte Entwicklergemischstation mit Darstellung des Flusses des Entwicklergemischgemisches;
2 eine Prinzipdarstellung des Verfahrens zur Einhaltung des Arbeitsbereiches des Entwicklergemischs.
1 zeigt eine Entwicklerstation ES im Prinzip entsprechend US 7,340,202 B2 , US 7,340,202 B2 wird hiermit in die Offenbarung aufgenommen. Von einer Entwicklerstation ES sind zur Erläuterung der Erfindung eine Einfärbewalze 1, eine Entwicklerwalze 2 und eine Reinigungswalze 3 dargestellt. Die übrigen Komponenten einer Entwicklerstation ES, wie z. B. Tonervorratsbehälter, Entwicklergemischsumpf oder Gemischbagger sind bekannt und können z. B. US 7,340,202 B2 entnommen werden. Ein Entwicklergemisch GE aus Toner und magnetischem Träger wird aus dem Entwicklergemischsumpf von der Einfärbewalze 1 entnommen, an der Entwicklerwalze 2, z. B. einer Jumpwalze, vorbei transportiert, wobei Toner zur Entwicklerwalze 2 übergeht. Der Rest des Entwicklergemischs GE kann auf bekannte Weise zwischen der Entwicklerwalze 2 und der Reinigungswalze 3 hindurchgeführt werden, um die Abreinigung eines nach der Entwicklung von Ladungsbildern auf dem Ladungsbildträger (in 1 nicht dargestellt) übrig gebliebenen Resttoners auf die Reinigungswalze 3 zu unterstützen.
Dieser Verlauf des Entwicklergemischs GE wird durch elektrische Potentiale P unterstützt, die in 1 dargestellt sind. An der Einfärbewalze 1 liegt ein Potential P1, an der Entwicklergemischwalze 2 ein Potential P2 und an der Reinigungswalze 3 ein Potential P3 an. Unter der Voraussetzung, dass der Toner negativ aufgeladen ist, ist das Potential P1 negativer als das Potential 22. Das Potential P3 an der Reinigungswalze 3 ist positiver als Potential P2 an der Entwicklerwalze 2, um den Übergang des negativ geladenen Toners auf die Reinigungswalze 3 zu unterstützen.
Die einwandfreie Entwicklung von Ladungsbildern mit Toner zu Druckbildern erfordert, dass das Entwicklergemisch immer im optimalen Arbeitsbereich gehalten wird, so dass die Ladungsbilder entsprechend der z. B. vom Operator eingestellten Einfärbestufe optimal eingefärbt werden. Dieses Ziel wird nach der Erfindung entsprechend dem in 2 prinzipiell dargestellten Verfahren erreicht. In 2 ist das Zusammenwirken von drei Steuerungsvorgängen kombiniert worden, die aufeinander aufbauen und ineinander greifen:

a) die Tonerförderung in den Entwicklervorrat der Entwicklerstation ES erfolgt Pixel gesteuert, damit wird das Grundangebot der Tonermenge an den Entwicklervorrat festgelegt; erzeugt wird dazu eine Basisstellgröße;
b) das Tonerangebot wird in Abhängigkeit einer Einfärbemarke auf dem Ladungsbildträger korrigiert;
c) schließlich erfolgt noch eine Feinkorrektur der Tonerabgabe durch Anpassung der Antragsspannung an der Einfärbewalze 1.

a) Pixel gesteuerte Tonerförderung (TF(pix)) in den Entwicklervorrat der Entwicklerstation ES
Durch eine Pixel gesteuerte Tonerförderung (TF(pix)) wird die Tonermenge, die durch die Entwicklung der Ladungsbilder zum Druckbild verbraucht wird, als Grundlast der Tonerförderung TF in die Entwicklerstation ES nachgefördert. Steigt oder sinkt der Verbrauch wird entsprechend mehr oder weniger Toner pro Zeit in das Entwicklergemisch nachgefördert. Dies ist in 2 als Grundangebot ”Tonermen ge” (G_TM) bezeichnet. In 2 ist über einen fiktiven Zeitverlauf der Zusammenhang zwischen Pixelzähler, der die Anzahl der Pixel pro Druckbild zählt, und Tonerförderung TF aufgezeigt. Der Pixelzähler ist dabei der Steuereingang und die Tonerförderung TF die Stellgröße. In 2 Zeile Z2 ist über der Zeit t im oberen Bereich Z2.1 der Tonerverbrauch TVB pro Pixel (TVB(pix)) aufgetragen und im unteren Bereich Z2.2 die Tonerförderung TF pro Pixel (TF(pix)). Steigt der Tonerverbrauch TVB pro Pixel z. B. in Abhängigkeit der eingestellten Einfärbestufe, dann steigt entsprechend auch die Tonerförderung TF und umgekehrt. Wenn der Tonerverbrauch TVB pro Pixel bekannt ist, kann aus dem Zählergebnis des Pixelzählers die Basisstellgröße B_ST für die Tonerförderung TF in den Entwicklervorrat errechnet werden.
b) Korrektur der Tonerförderung TF nach a)
Aus den Zeilen Z1 und Zeile Z3, die die Zeile Z2 umgeben, ist prinzipiell entnehmbar, wie eine Korrektur K_TM des Grundangebots G_TM an Tonermenge erfolgt. Dazu wird die Tonermenge TM_opc für die eingestellte Einfärbestufe über eine Einfärbemarke auf dem Ladungsbildträger ermittelt. Diese kann sich von der eingestellten Tonermenge unterscheiden, die in Zeile Z1 als Soll bezeichnet ist. Das sich ergebende ”delta” zwischen dem eingestellten Sollwert und dem Messwert wird zur Korrektur der Basisstellgröße B_ST verwendet. Dazu wird ein Verhältnis V_i der Tonermenge TM_opc zur Antragsspannung U_MV der Einfärbewalze 1 gebildet. Je nach gewählter Einfärbung gibt es hierfür einen vorher zu bestimmenden Sollwert S_V_i. Stimmt das Verhältnis V_i zum Zeitpunkt i nicht mit dem Sollwert S V überein, wird eine Korrektur der Tonerförderung TF vorgenommen. Das heißt, die Tonerförderung TF, die bisher nur über die Pixelmenge das Grundangebot G_TM gesteuert hat, erfährt nun eine Anpassung nach unter oder oben. Dies kann entweder eine Anpassung aufgrund anderer Verluste sein, z. B. durch Ausstauben verursacht, oder aufgrund geänderter Gemischeigen schaften mit einer Tonerkonzentrationsänderung einhergehen.
In 2 ist gezeigt, wie über die gemessene Tonermenge TM_OPC, Zeile 1, und über die Abhängigkeit der Tonermenge TM_OPC von der Antragsspannung U_MV (dargestellt im Diagramm D1) die Korrekturgröße dTF(Vi) zum Grundangebot, der Basisstellgröße B ST, erzeugt wird.
Das Diagramm D1 zeigt für V_i = TM(U_mv) den anzusteuernden Sollwert. Da die Tonermenge TM_opc als Messwert vorliegt, die Antragsspannung U_mv bekannt ist, kann an Hand des Diagramms D1 ermittelt werden, ob die Tonerförderung TF, also die Basisstellgröße B_ST korrigiert werden sollte. Davon abhängig wird ein Korrekturwert der Tonerförderung dTF(V_i) (positiv oder negativ) zu TF(pix) hinzugefügt oder abgezogen. Das Diagramm D1 kann softwaremäßig in der Druckersteuerung realisiert sein.
c) Feinkorrektur
Hier wird die Tonerabgabe zum Ladungsbildträger zur Einfärbung der Ladungsbilder beeinflusst. Aufgrund der Tonermengenmessung TM_opc (Zeile 1) über die Einfärbemarke wird der Tonerauftrag auf die Entwicklerwalze 2 und damit das Tonerangebot zum Ladungsbildträger hin verändert. Dies geschieht durch Anpassung der Antragsspannung U_mv an der Einfärbewalze 1 (Zeile Z4). Hierdurch kann schnell auf Änderungen im Einfärbevermögen reagiert werden. Aus 2 ergibt sich dazu, dass die Abweichung von PM_OPC vom Sollwert als dTM_opc bestimmt wird und aus dem Diagramm D2 die Änderung der Antragspannung dU_mv für die Einfärbewalze 1 bestimmt wird, die zur Feinkorrektur verwendet wird.
Im Diagramm D2 ist die Abhängigkeit von dTM von dU_mv dargestellt. Wenn der Messwert TM_opc, vom Sollwert um dTM_opc abweicht, kann D2 entnommen werden, dass die Antragsspannung U_mv der Einfärbewalze 1 um dU_mv zu ändern ist, damit das Tonerangebot an den Ladungsbildträger für die angestrebte Einfärbung der Ladungsbilder erreicht werden kann.
Das Diagramm D2 kann ebenfalls softwaremäßig in der Druckersteuerung realisiert werden.

ES: Entwicklergemischstation
P: elektrisches Potential
E: elektrisches Feld
GE: Entwicklergemisch
G_TM: Grundangebot an Tonermenge
K_TM: Korrekturwert der Tonermenge
E_TA: Feinkorrektur der Tonerabgabe
TM: Tonermenge
OPC: Ladungsbildträger
TVB: Tonerverbrauch
TF: Tonerförderung
U_mv: elektrische Spannung an der Einfärbewalze
D: Diagramm
Z: Zeile
1: Einfärbewalze
2: Entwicklerwalze
3: Reinigungswalze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6246856 B1 [0001, 0001]
- US 7340202 B2 [0002, 0024, 0024, 0024]
- US 5581335 [0004]
- US 2006/0269303 [0004]
- US 5386276 [0005]

Claims

Verfahren zur Einstellung der Einfärbung von auf einem Ladungsbildträger erzeugten Ladungsbildern mit Toner in der Entwicklergemischstation einer elektrofotografischen Druckeinrichtung, bei der ein Entwicklergemisch aus Toner und Träger aus einem Gemischvorrat entnommen wird und einer Entwicklergemischwalze zugeführt wird, durch die die Einfärbung der Ladungsbilder erfolgt, a) bei dem zur Steuerung der Tonerförderung (TF) in den Entwicklergemischvorrat zum Ersatz des durch die Einfärbung der Ladungsbilder verbrauchten Toners, – der Tonerverbrauch (TVB) in Abhängigkeit der einzufärbenden Ladungsbilder ermittelt wird und davon abhängig eine Basisstellgröße (B_ST) für die Tonerförderung (TF) erzeugt wird, – die Basisstellgröße (B_ST) korrigiert wird in Abhängigkeit einer Einfärbemarke auf dem Ladungsbildträger, b) bei dem zur Feinkorrektur der Einfärbung der Ladungsbilder auf dem Ladungsbildträger eine Tonerantragsspannung (U_mv) an der Einfärbewalze (1) in Abhängigkeit der Einfärbemarke eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Einstellung der Basisstellgröße (B_ST) Pixel gesteuert erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Anzahl der Pixel pro Ladungsbild gezählt wird und aus dem Zählergebnis und dem Tonerverbrauch (TVB) pro Pixel die Basisstellgröße (B_ST) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Tonerverbrauch (TVB) pro Pixel durch die eingestellte Einfärbestufe gewichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei dem zur Korrektur der Basisstellgröße (B_ST) ein Korrekturfaktor (K_ST) aus dem Verhältnis (v) Tonermenge (TM_opc) pro Einfärbemarke zur Antragsspannung (U_mv) an der Einfärbewalze (1) gebildet wird, dieses Verhältnis mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird und bei Abweichung die Basisstellgröße (B_ST) für die Tonerförderung (TF) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Sollwert in Abhängigkeit der Einfärbestufe gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Feinkorrektur der Einfärbung durch Steuerung der Antragsspannung (U_mv) der Einfärbewalze (1) in Abhängigkeit der Einfärbung der Einfärbemarke auf dem Ladungsbildträger erfolgt.