DE3844236C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tonzufuhrvorrichtung mit einem Auto-Tonersensor zur Steuerung der Tonerdichte beim Entwicklungsvorgang eines von einer Druckvorlage erhaltenen latenten Bildes.

Es wird auf den Stand der Technik Bezug genommen. Im allgemeinen ist ein Auto-Tonersensor, der einen Sensor wie beispielsweise einen Sensor magnetischer Bauart verwendet, in einer Kopiermaschine vorgesehen, die ein Zweikomponenten-Entwickungsverfahren mittels Elektrophotographie verwendet, um die Dichte des Toners auf einem ordnungsgemäßen Pegel zu halten.

Ein derartiger Auto-Tonersensor ist in Fig. 2 dargestellt. Bei diesem Auto-Tonersensor wird eine Steuerspannung (Vcnt), die mittels einer Stromversorgungsspannung (Vcc), die durch einen Regelwiderstand (VR) unterteilt ist, erhalten wird, einer Steuerklemme eines Sensors (10) zugeführt, die die Empfindlichkeit der Tonerdichteerfassung beeinflußt. Abhängig von diesem Steuersignal (Vcnt) erfaßt der Sensor (10) eine Tonerdichte und erzeugt eine Sensorausgangsspannung (Vout), die eine der erfaßten Tonerdichte proportionale Gleichspannung ist.

Bei einem derartigen bekannten Auto-Tonersensor ist es erforderlich, zunächst den Regelwiderstand derart einzustellen, daß die Sensorausgangsspannung (Vout) für einen Toner einer Standarddichte einem vorbestimmten Normwert gleichkommt. Der Toner wird auf dem von der Druckvorlage erhaltenen latenten Bild mit einem ausreichenden Pegel nur absorbiert, nachdem die Sensorausgangsspannung (Vout) durch die einleitende Einstellung relativ zu dem Normwert eingestellt ist.

Nun kann die Sensorausgangsspannung (Vout) schwanken, bedingt durch eine Änderung in der Empfindlichkeit der Erfassung seitens des Sensors (10), durch einen Umgebungseinfluß der Kopiermaschine, wie beispielsweise Feuchtigkeit, und durch die Änderung der Tonerdichte. Infolgedessen muß beim bekannten Auto-Tonersensor die einleitende Einstellung der Sensorausgangsspannung (Vout) relativ zum Normwert vom Anwender von Hand durchgeführt werden.

Jedoch ist, bedingt durch die Feinheit der Tonerabsorption seitens der Trommel, eine hohe Genauigkeit für diese Einstellung erforderlich, und es hat sich gezeigt, daß dies eine für den Anwender ein äußerst mühevoll auszuführender Vorgang ist.

Aus der EP 01 12 450 B1 ist ein System zur Tonersteuerung in elektrophotographischen Kopierern bekannt. Dieses System verwendet zur Tonersteuerung ein Testbild, welches auf das Kopierfenster aufgebracht ist und zur Steuerung der Tonerdichte abgetastet wird. Die Steuerung der Tonerdichte geschieht dabei während des üblichen Kopierbetriebes. Die Tonerdichte wird dabei nicht direkt gemessen, sondern auf optischem Wege über den Umweg des Testbildes.

Aus der nachveröffentlichten DE 38 00 248 A1 ist eine Tonerdichte-Steuereinrichtung bekannt, die die Tonerdichte bzw. Ladung des Toners während des üblichen Kopierbetriebes auf einem konstanten Wert hält. Dazu wird einerseits die Tonerdichte selbst gemessen und zum anderen eine indirekte Messung über ein Testbild oder eine optische Abtastung vorgenommen. Die Erfassung der Tonerdichte erfolgt z. B. magnetisch. Die Merkmale der DE 38 00 248 A1 beziehen sich auf die Einstellung der korrekten Tonerdichte bzw. auf die Einstellung eines Schwellenwertes für die Tonerzufuhr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tonerzufuhrvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die einleitende Einstellung der Empfindlichkeit der Tonerdichteerfassung automatisch mittels einer einfachen Anordnung durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung durch eine Tonerzufuhrvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tonerzufuhrvorrichtung mit einem zugehörigen Auto-Tonersensor;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines bekannten Auto-Tonersensors;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Detektorkopfs eines Sensors des in Fig. 1 dargestellten Auto- Tonersensors;

Fig. 4(a) und (b) Kurven, die die Beziehung zwischen einer Sensorausgangsspannung, einer Steuerspannung, und einer eingestellten Spannung angeben, bei dem in Fig. 1 dargestellten Auto-Tonersensor verwendet werden soll; und

Fig. 5 eine Betriebsablaufdarstellung des in Fig. 1 dargestellten Auto-Tonersensors.

Es wird auf die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Bezug genommen. In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Tonerzufuhrvorrichtung mit einem Auto-Tonersensor dargestellt. Dieser Auto-Tonersensor ist wie folgt aufgebaut. Ein Sensor (1) erfaßt eine Tonerdichte und erzeugt eine Sensorausgangsspannung (Vout), die die erfaßte Tonerdichte angibt.

Ein A/D-Umsetzer (2) wandelt die Sensorausgangsspannung (Vout) von analog nach digital um.

Eine Zentraleinheit (3) leitet eine nichtdargestellte eingestellte Spannung (Vad) von einer vorgeschriebenen Bezugsspannung (Vref) ab, die eine ordnungsgemäße Tonerdichte und die Sensorausgangsspannung (Vout) angibt, und erzeugt eine Steuerspannung (Vcnt), die eine erforderliche Einstellung anzeigt, die bei der Tonerdichteerfassung durch den Sensor (1) gemacht werden soll, sowie ein nichtdargestelltes Tonersteuersignal, das eine ordnungsgemäße Menge Toner anzeigt, die entsprechend der eingestellten Spannung (Vad) zugeführt werden soll.

Ein D/A-Umsetzer (4) wandelt das Steuersignal (Vcnt) von digital nach analog um.

Ein Tonerzufuhrsteuergerät (5) steuert die tatsächliche Zufuhr des Toners entsprechend dem Tonersteuersignal.

Ein Tonerbehälter (6) nimmt den Toner auf und gibt eine ordnungsgemäße Menge des Toners unter der Steuerung des Tonerzufuhrsteuergeräts (5) ab.

Fig. 3 zeigt den Detektorkopf des Sensors (1). Der Detektorkopf umfaßt zwei U-förmige Transformatoren (Ta) und (Tb), die so angeordnet sind, daß sie in entgegengesetzte Richtungen weisen. Der Transformator (Ta) wird als der erfassungsseitige Transformator und der Transformator (Tb) als der vergleichsseitige Transformator bezeichnet. Primärspulen (La 1) und (Lb 1) sind in Reihe an einen Oszillator (P) angeschlossen, der einen Wechselstrom liefert, so daß in den Sekundärspulen (La 2) und (Lb 2) eine elektromotorische Kraft entsteht. Da die Spulen (La 2) und (Lb 2) in umgekehrter Polarität verbunden sind, hat der Ausgang der Spule (Lb 2) eine Phasennacheilung von 180° relativ zum Oszillator (P) und der Spule (La 2). Der Ausgang des Detektorkopfes wird als Kombination der Ausgänge der Sekundärspulen (La 2) und (Lb 2) erhalten, und wird anschließend verstärkt und dabei wird ein Phasenunterschied gegenüber einer Normalphasenwellenform entsprechend einer 180° Phasennacheilung gegenüber jener des Oszillators als Sensorausgangsspannung (Vout) erzeugt.

Wird der Toner in einem Entwicklungsmaterial (D) verbraucht und sinkt die spezifische Tonerdichte ab, so werden der Kopplungsgrad des erfassungsseitigen Transformators (Ta), eine induzierte elektromotorische Kraft der Spule (La 2), und eine Komponente des Detektorkopfausgangs, die die gleiche Phase wie jene des Ausgangs des Oszillators (P) hat, alle erhöht. Infolgedessen wird der Phasenunterschied zwischen dem Detektorkopfausgang und der Normalphasenwellenform erhöht, und infolgedessen steigt die Sensorausgangsspannung (Vout) an.

Die Sensorausgangsspannung (Vout) kann eingestellt werden, indem der Kopplungsgrad des vergleichsseitigen Transformators (Tb) geändert wird, was durch die Steuerspannung (Vcnt) in Gang gesetzt wird.

Diese Steuerspannung (Vcnt) wird aus der eingestellten Spannung (Vad) an der Zentraleinheit (3) durch die Zuführung einer negativen Rückkopplung erhalten, wie sie beispielsweise bekanntermaßen mittels eines Differentialverstärkers erhalten werden kann.

Fig. 4 zeigt eine ideale Beziehung zwischen der Sensorausgangsspannung (Vout), der Steuerspannung (Vcnt) und der eingestellten Spannung (Vad). Diese dient als letztes Ziel, das durch die einleitende Einstellung erreicht werden soll.

Ist die Steuerspannung (Vcnt) eine monoton ansteigende Funktion der Sensorausgangsspannung (Vout), wie in Fig. 4(a) dargestellt ist, so soll die eingestellte Spannung (Vad) derart sein, daß beim Anstieg der Sensorausgangsspannung (Vout) gegenüber der Bezugsspannung (Vref) sich die eingestellte Spannung (Vad) gemäß Fig. 4(b) erniedrigt. Ist dabei die Sensorausgangsspannung (Vout) größer als die Bezugsspannung (Vref), so kann die Sensorausgangsspannung (Vout) eingestellt werden, um sich der Bezugsspannung (Vref) anzunähern, indem die Steuerspannung (Vcnt) verringert wird, während, wenn die Sensorausgangsspannung (Vout) kleiner als die Bezugsspannung (Vref) ist, die Sensorausgangsspannung (Vout) eingestellt werden kann, um sich der Bezugsspannung (Vref) anzunähern, indem die Steuerspannung (Vcnt) erhöht wird.

Andererseits vergleicht die Zentraleinheit (3) die Sensorausgangsspannung (Vout) mit der Bezugsspannung (Vref), und das Ergebnis hiervon wird bei der Beurteilung der Änderung der Tonerdichte verwendet. Sind ferner die Sensorausgangsspannung (Vout) und die Bezugsspannung (Vref) gleich groß, so wird der Wert der eingestellten Spannung (Vad) zu diesem Zeitpunkt durch einen Speicher der Zentraleinheit (3) gespeichert. Der gespeicherte Wert der eingestellten Spannung (Vad) wird bei den Tonerdichtesteuervorgängen als Zielwert verwendet, demgegenüber die Menge des zuzuführenden Toners gesteuert wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird nunmehr der Vorgang der einleitenden Einstellung durch diesen Auto-Tonersensor erläutert.

Nachdem die Stromversorgung der Kopiermaschine eingeschaltet ist, wird die Kopiermaschine durch einen Anwender in der Stufe (101) in einen Einstellmodus gebracht, damit die einleitende Einstellung durchgeführt wird. Anschließend wird in der Stufe (102) der (nichtdargestellte) Tonermotor, der am Tonerbehälter (6) befestigt ist, eingeschaltet, um den Toner aus dem Tonerbehälter (6) freizugeben. Nach einer Pause von 2 min in der Stufe (103) wird die Tonerdichte in der Stufe (104) durch den Sensor (1) abgefühlt und die Sensorausgangsspannung (Vout) erzeugt, die anschließend in der Zentraleinheit (3) in der Stufe (105) mit der Bezugsspannung (Vref) verglichen wird. Sind die Sensorausgangsspannung (Vout) und die Bezugsspannung (Vref) gleich groß, so wird zu diesem Zeitpunkt die eingestellte Spannung (Vad) in der Zentraleinheit (3) durch den Speicher derselben gespeichert, und der Betrieb endet in der Stufe (115). Ansonsten wird die Steuerspannung (Vcnt) erneut in der Stufe (106) auf ihren einleitenden Wert (x) zurückgebracht, und anschließend wird nach 3 s Pause in der Stufe (107) die Tonerdichte in der Stufe (108) durch den Sensor (1) erneut abgefühlt, um die Sensorausgangsspannung (Vout) zu erzeugen, die dann erneut in der Zentraleinheit (3) in der Stufe (109) mit der Bezugsspannung (Vref) verglichen wird. Sind die Sensorausgangsspannung (Vout) und die Bezugsspannung (Vref) wie in der Stufe (105) gleich groß, so wird dabei die eingestellte Spannung (Vad) in der Zentraleinheit (3) zu diesem Zeitpunkt durch den Speicher der Zentraleinheit (3) gespeichert, und der Betrieb endet in der Stufe (115). Ansonsten wird die Steuerspannung (Vcnt) in den Stufen (110) und (111) auf den Wert x - (Vout - Vref) eingestellt, und anschließend nach 3 s Pause in der Stufe (112) wird die Tonerdichte erneut in der Stufe (113) durch den Sensor (1) abgefühlt, um die Sensorausgangsspannung (Vout) zu erzeugen, die dann in der Zentraleinheit (3) in der Stufe (114) erneut mit der Bezugsspannung (Vref) verglichen wird. Falls die Sensorausgangsspannung (Vout) und die Bezugsspannung (Vref) wie in der Stufe (105) gleich groß sind, so wird die eingestellte Spannung (Vad) in der Zentraleinheit (3) nunmehr durch den Speicher der Zentraleinheit (3) gespeichert, und der Betrieb endet in der Stufe (115). Ansonsten werden die Stufen (110) bis (114) wiederholt, bis die Sensorausgangsspannung (Vout) und die Bezugsspannung (Vref) gleich groß werden.

Nach dieser einleitenden Einstellung wird die Kopiermaschine selbsttätig in den Kopiermodus geschaltet, und die Zentraleinheit (3) steuert das Tonerzufuhrsteuergerät (5) derart, daß, wenn der Wert der Bezugsspannung (Vref) größer als jener der Sensorausgangsspannung (Vout) wird, die Zufuhr von Toner beginnt, und ansonsten die Tonerzufuhr angehalten wird. Das Tonerzufuhrsteuergerät (5) steuert den (nichtdargestellten) Tonermotor, der am Tonerbehälter (6) befestigt ist, in Einklang mit einem von der Zentraleinheit (3) kommenden Tonersteuersignal, um in der Tat die Tonerzufuhr zu starten oder anzuhalten.

Infolgedessen kann bei dieser Ausführungsform des Auto- Tonersensors die Tonerdichte immer automatisch auf einem ordnungsgemäßen Pegel gehalten werden, ohne daß der Anwender eine mühevolle einleitende Einstellung vornehmen muß, da die einleitende Einstellung des Sensors ebenfalls selbsttätig erfolgt.

Es wird darauf hingewiesen, daß, obgleich der Sensor (1) in der vorausgehend erläuterten Ausführungsform ein magnetisch wirkender Sensor war, der durch einen optisch wirkenden Sensor ohne Änderung der Wirksamkeit der Erfindung ersetzt werden kann. In ähnlicher Weise kann, obwohl der Speicher zur Speicherung der eingestellten Spannung (Vad) in der vorausgehend erläuterten Ausführungsform innerhalb der Zentraleinheit (3) untergebracht war, zu diesem Zweck ein externer Speicher verwendet werden.

Darüber hinaus sind viele Modifikationen und Änderungen dieser Ausführungsform unter Beibehaltung der neuen und vorteilhaften Merkmale der Erfindung möglich. Entsprechend werden alle derartigen Modifikationen und Änderungen im Rahmen der anliegenden Ansprüche von der Erfindung mitumfaßt.

Claims (4)

1. Tonerzufuhrvorrichtung mit

• a) einer Sensoranordnung (1) zur Erfassung einer Tonerdichte und zur Erzeugung eines Sensorausgangssignals (Vout), das die erfaßte Tonerdichte angibt, wobei die Empfindlichkeit der Sensoranordnung (1) durch ein dieser zugeführtes Steuersignal (Vcnt) während eines einleitenden Einstellvorganges eingestellt wird,
• b) einer Differenzbildungsvorrichtung (3), die während des Einstellvorgangs die Differenz aus der Größe des Sensorausgangssignals (Vout) und einem vorgegebenen Bezugswert (Vref) bildet, um einen von der Differenz abhängigen Spannungswert (Vad) zu erzeugen, der in einem iterativen Detektions- und Rechenprozeß solange die Größe des Steuersignals (Vcnt) bestimmt, bis die Größe des Sensorausgangssignals (Vout) gleich groß ist wie jede des Bezugswerts (Vref),
• c) einer Speicheranordnung zur Speicherung des Spannungswertes (Vad), falls das Sensorausgangssignal (Vout) gleich groß ist wie der Bezugswert (Vref), und
• d) einer Vorrichtung (5), die während eines nach dem einleitenden Einstellvorgang ablaufenden Kopiervorgangs die Tonerzufuhr in Abhängigkeit von dem abgespeicherten Spannungswert (Vad) und dem Ergebnis eines Vergleichs des Sensorausgangssignals (Vout) mit dem Bezugswert (Vref) steuert.

2. Tonerzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des iterativen Detektions- und Rechenprozesses das Steursignal (Vcnt) erneut auf einen bestimmten Wert eingestellt wird, nachdem der Vergleich durch die Differenzbildungsvorrichtung (3) ausgeführt ist, und daß der Vergleich durch die Differenzbildungsvorrichtung (3) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne nach einer vorausgehenden erneuten Einstellung des Steuersignals (Vcnt) erfolgt.

3. Tonerzufuhrvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch:
eine Vorrichtung zum Umrühren des Toners während des Ablaufs der vorgegebenen Zeitspanne.

4. Tonerzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorausgangssignal (Vout) und das Steuersignal (Vcnt) als Spannungen vorliegen.