-
Diese
Erfindung bezieht sich auf die Erfassung des Tonerpegels bei einem
elektrophotographischen Bilderzeugungssystem. Insbesondere bezieht sich
diese Erfindung auf die Erfassung eines Toneraufbrauchs bei einem
elektrophotographischen Drucker.
-
Wenn
sich der Tonervorrat in einer elektrophotographischen (EP) Kassette
einem kompletten Verbrauch nähert,
weisen einige elektrophotographische Drucker die Fähigkeit
eines Anzeigens einer Toner-Niedrig-Nachricht auf der Anzeige des
Druckers auf. Eine Vielfalt von unterschiedlichen Techniken wird
verwendet, um den Aufbrauch von Toner zu erfassen. Zum Beispiel
stützt
sich ein Verfahren auf die Veränderung,
die in dem Durchschnittswert eines kapazitiv gekoppelten Stroms
resultiert, wenn der Tonervorrat niedrig ist. Ein anderes Verfahren
erfaßt das
Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Toner optisch. Typischerweise
machen die Erfassungsvorrichtungen, die verwendet werden, um einen
niedrigen Tonerpegel zu erfassen, dies nicht mit einer hohen Genauigkeit.
Ein Wechseln der EP-Kassette bei dem ersten Anzeichen eines Aufbrauchs
des Tonervorrats resultiert daher häufig in dem Verlust eines wesentlichen
Teils der nützlichen
Lebensdauer der EP-Kassette. Es ist oft der Fall, daß nach einer
Anzeige einer Nachricht auf dem Drucker, die angibt, daß der Toner
aufgebraucht wurde, Toner innerhalb der EP-Kassette verbleibt, der
ausreichend für
das Drucken von mehreren hundert Seiten ist.
-
Bei
elektrophotographischen Einfarbendruckern drucken viele Benutzer
bis nach der Zeit weiter, zu der der Drucker angibt, daß der Toner
aufgebraucht ist, und bis der Druck zu verblassen beginnt. Zu der
Zeit, zu der der Drucker angibt, daß der Toner aufgebraucht wurde,
kann bei vielen EP-Kassetten durch
ein Entfernen und Schütteln
der EP-Kassette eine zusätzliche
nützliche
Lebensdauer erhalten werden. Das Schütteln verschiebt Toner, der
sich in verschiedenen Ausnehmungen innerhalb der EP-Kassette abgesetzt
hat, und macht denselben verfügbar, um
zu dem Entwickler zu fließen.
Bei denjenigen EP-Kassetten, bei denen die Drucklebensdauer durch
ein Schütteln
erweitert werden kann, ist es möglich,
daß ein
Benutzer durch mehrere Zyklen einer Druckverblassung gefolgt durch
ein Schütteln
einer EP-Kassette geht, um den verwendbaren Toner innerhalb der
EP-Kassette zu verbrauchen. Der Entwurf einiger elektrophotographischer
Drucker (einschließlich
elektrophotographischer Farbdrucker) ist derart, daß Toner
sich nicht in Ausnehmungen innerhalb der EP-Kassette sammelt. Bei
diesen Druckern erweitert eine Entfernung und ein Schütteln der EP-Kassette
nach dem ersten Anzeichen, daß der Toner
aufgebraucht ist, die Drucklebensdauer der EP-Kassette nicht wesentlich
darüber
hinaus, was dieselbe ohne ein Schütteln betragen würde. Doch selbst
bei diesen Typen von EP-Kassetten liefert der Toner, der innerhalb
der EP-Kassette verbleibt, eine verwendbare Drucklebensdauer über die
Erfassung der Toner-Aufgebraucht-Bedingung
unter Verwendung der bekannten Tonererfassungsvorrichtungen hinaus.
-
Elektrophotographische
Einfarbendrucksysteme sind entworfen, um in gedruckten Bereichen
der Seite eine minimale optische Dichte beizubehalten. Ein Steuern
der Tonermenge, die auf diese Weise auf die Seite aufgebracht wird,
behält
minimale gedruckte Linienbreiten über eine breite Vielfalt von
Druckbedingungen bei. Ein Beibehalten von Linienbreiten über einem
Minimalwert ist ein wichtiger Aspekt einer Druckqualität. Wenn
der Toner in dem Reservoir innerhalb der EP-Kassette zu dem Punkt
aufgebraucht ist, an dem kein Toner verfügbar ist, um den Tonervorrat
an dem Entwickler innerhalb der EP-Kassette nachzufüllen, beginnt
die optische Dichte von gedruckten Bereichen auf der Seite sowie
die Breite von Linien sich zu verringern, so daß die Druckqualität nachteilig
beeinflußt
ist.
-
Bei
elektrophotographischen Farbdrucksystemen erfordert ein Reproduzieren
der Farben in gedruckten Bildern mit einer hohen Wiedergabetreue eine
eng bemessene Steuerung über
die Masse jeder der konstituierenden Farben, die auf die Seite aufgebracht
werden. Wenn jede der EP-Kassetten, die die farbigen Toner enthalten,
zu dem Ausmaß bezüglich Toner
aufgebraucht wird, daß kein
Toner verfügbar
ist, um den Tonervorrat an den jeweiligen Entwicklern nachzufüllen, wird
die Druckqualität
der gedruckten Farbbilder verschlechtert. Sowohl die gedruckte Linienbreite
als auch die Qualität
der Farbreproduktion werden durch den Toneraufbrauch beeinflußt.
-
Ein
Bestimmen des tatsächlichen
Punkts, bei dem der verwendbare Toner aufgebraucht wurde, aus der
gedruckten Seite resultiert in einer verlorenen Zeit und verschwendeten
Druckmedien, da Druckaufträge
mit einer ungenügenden
Druckqualität erzeugt
werden. Dies kann insbesondere bei einem Farbdrucken wahr sein.
Es ist nicht ungewöhnlich, daß Benutzer
von Farbdruckern große
Druckaufträge aufgrund
der für
ein Drucken erforderlichen Zeit während der freien Stunden drucken.
Falls während
des Druckens eines großen
Druckauftrags die EP-Kassetten bezüglich Toner aufgebraucht würden, so
daß die
Druckqualität
verschlechtert wäre,
würde ein
wesentlicher Zeitverlust und eine Verschwendung von Druckmedien
resultieren. Ein genaueres Erfassen des Punkts, bei dem ein Toneraufbrauch
in einer unannehmbaren Druckqualität resultiert, ermöglicht es, daß der Benutzer
eine neue EP-Kassette installieren kann, mit der Gewißheit, daß die verwendbare
Lebensdauer der aktuell installierten EP-Kassette nicht verschwendet ist.
-
Die
US-A-4,903,051 beschreibt eine Bilderzeugungsvorrichtung, die eine
photoleitende Trommel, eine Entwicklungseinheit und einen Bildübertragungsabschnitt
umfaßt.
Die photoempfindliche Trommel des Druckers weist an einem Endabschnitt
derselben eine Tonerdichteerfassungssonde auf, d. h. an einer Position,
wo kein Bild gebildet wird. Dieser Abschnitt befindet sich in einem
Kontakt mit einer magnetischen Entwicklerbürste, so daß Toner an die äußere Oberfläche der
Sonde gehaftet wird, dessen Dichte dann erfaßt wird.
-
Die
EP 0 837 372 A2 ,
die ein Dokument des Stands der Technik gemäß Artikel 54 (3) EPC ist, beschreibt
ein Bilderzeugungsverfahren und eine Bilderzeugungsvorrichtung,
bei denen eine verbleibende Tonermenge bestimmt wird, um herauszufinden, ob
sich die Vorrichtung in einem Niedrig-Toner-Zustand oder einem Kein-Toner-Zustand
befindet. In einem ersten Schritt wird durch ein Berechnen einer durch
jedes Pixel verbrauchten Tonermenge anhand des Bilderzeugungssignals
eine durch die Entwicklungseinrichtung verbrauchte Tonermenge geschätzt. Dann
wird ein Tonertestbild erzeugt und die durch die Entwicklungseinrichtung
verbrauchte Tonermenge wird anhand einer optischen Dichte des Tonertestbilds
vor der Übertragung
auf das Aufzeichnungsmedium erfaßt.
-
Die
US-A-4,934,314 beschreibt eine Entwicklungsvorrichtung, die mit
einer Tonernachfüllanordnung
versehen ist. Die Entwicklungsvorrichtung ist für eine Verwendung in einem
elektrophotographischen System, das so angeordnet ist, daß eine Konzentration
des Entwicklungsmaterials ungeachtet der Größe des zum Aufzeichnen verwendeten
Blatts konstant beibehalten wird und dieselbe nicht durch die Dichten
der aufzuzeichnenden Bilder verändert wird,
während
Probleme der Vorrichtung, der Zustand von „Toner leer" und Probleme eines
Entwicklungsmaterial-Nachfüllgeräts, etc.
ohne den Bedarf nach einem Bereitstellen von Sensoren ausschließlich für diesen
Zweck erfaßt
werden können.
-
Es
ist die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe, ein
verbessertes Verfahren und ein elektrophotographisches Bilderzeugungssystem
zu schaffen, die eine genauere Erfassung an dem Punkt ermöglichen,
an dem ein Toneraufbrauch in einer unannehmbaren Druckqualität resultiert, so daß es einem
Benutzer ermöglicht
ist, eine neue EP-Kassette
mit einer Gewißheit
zu installieren, daß die
verwendbare Lebensdauer der aktuell installierten EP-Kassette nicht
verschwendet ist.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein
elektrophotographisches Bilderzeugungssystem gemäß Anspruch 6 gelöst.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Erfassen des Aufbrauchs von Toner gestattet eine genaue Erfassung
des Aufbrauchs von Toner. Das Verfahren ist in einem elektrophotographischen
Bilderzeugungssystem anwendbar, wie beispielsweise einem elektrophotographischen
Drucker, der einen optischen Dichtesensor zum Messen der optischen Dichte
von Toner, der auf einen Bereich eines Photoleiters entwickelt ist,
eine Leistungsversorgung, die einen ersten Ausgang aufweist, um
eine erste Spannung bereitzustellen, eine Ladevorrichtung, eine
Laser-Abtastvorrichtung und einen Entwickler zum Entwickeln des
Toners, der mit dem ersten Ausgang gekoppelt ist, umfaßt.
-
Das
Verfahren umfaßt
ein Entwickeln des Toners auf den Bereich des Photoleiters in einem
einer Mehrzahl von vordefinierten Mustern unter Verwendung des Entwicklers;
ein Messen der optischen Dichte des Toners, der auf den Bereich
des Photoleiters entwickelt ist, unter Verwendung des optischen Dichtesensors,
um eine optische Dichtemessung zu erzeugen; ein Durchführen einer
Mehrzahl des Entwicklungsschritts und des Meßschritts, um eine Mehrzahl
der optischen Dichtemessungen zu erzeugen, wobei zumindest ein Parameter
der einem von der Ladevorrichtung, der Laser-Abtastvorrichtung und dem Entwickler
des elektrophotographischen Bilderzeugungssystems zugeordnet ist,
während
einer Bildung der Mehrzahl von Mustern geändert wird; und ein Erfassen
des Aufbrauchs des Toners unter Verwendung der Mehrzahl der optischen
Dichtemessungen.
-
Bei
einem ersten Ausführungsbeispiel
des Verfahrens zum Erfassen des Aufbrauchs des Toners ist die Mehrzahl
von vordefinierten Mustern durch ein sukzessives Einstellen der
Pulsbreite eines Laserstrahls gebildet, der verwendet wird, um den
Photoleiter einem einer Mehrzahl von vordefinierten Pulsbreitewerten
auszusetzen. Durch ein Vergleichen der Beziehung zwischen der Mehrzahl
von optischen Dichtemessungen und der entsprechenden Mehrzahl von
vordefinierten Pulsbreitewerten des Laserstrahls mit einer vorbestimmten
Beziehung zwischen der optischen Dichte und Pulsbreitewerten des
Laserstrahls wird der Aufbrauch von Toner erfaßt.
-
Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel
des Verfahrens zum Erfassen des Aufbrauchs des Toners wird die Mehrzahl
von vordefinierten Mustern durch ein sukzessives Einstellen der
Spannung, die durch die Leistungsversorgung zu dem Entwickler geliefert wird,
auf einen einer Mehrzahl von vordefinierten Spannungswerten gebildet.
Durch ein Verwenden der Mehrzahl von optischen Dichtemessungen und der
Mehrzahl von vordefinierten Spannungswerten wird ein erster Wert
der Spannung bestimmt, der notwendig ist, um den Bereich des Photoleiters
zu entwickeln, so daß die
optische Dichte im wesentlichen gleich einem vorbestimmten zweiten
Wert der optischen Dichte ist. Durch ein Vergleichen des ersten Werts
der Spannung mit einem dritten Wert der Spannung wird der Aufbrauch
von Toner angegeben.
-
Ein
eingehenderes Verständnis
der Erfindung kann aus der Betrachtung der folgenden detaillierten
Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen gewonnen
werden, in denen:
-
1 eine vereinfachte schematische
Ansicht eines elektrophotographischen Druckers ist, der die Elemente
eines Ausführungsbeispiels
des Toneraufbrauchserfassungssystems umfaßt.
-
2 eine typische Beziehung
zwischen der entwickelten optischen Dichte und dem Betrag der Gleichsignalversatzspannung
zeigt, die an den Entwickler angelegt ist.
-
3 eine typische Beziehung
zwischen der entwickelten optischen Dichte und der Laserpulsbreite-Inkrementzahl für einen
Nennwert einer Gleichsignalversatzspannung zeigt, die an den Entwickler
angelegt ist.
-
4 eine typische Beziehung
zwischen dem Betrag der Gleichsignalversatzspannung, die an den
Entwickler angelegt ist, und der Anzahl von gedruckten Seiten für den elektrophotographischen Drucker
von 1 zeigt.
-
5 die Schritte zeigt, die
zum Erfassen des Aufbrauchs von Toner durchgeführt werden, unter Verwendung
des ersten Ausführungsbeispiels des
Toneraufbrauchserfassungssystems.
-
6 die Schritte zeigt, die
zum Erfassen des Aufbrauchs von Toner durchgeführt werden, unter Verwendung
des zweiten Ausführungsbeispiels des
Toneraufbrauchserfassungssystems.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die spezifischen exemplarischen
hierin dargestellten Ausführungsbeispiele
begrenzt. Obwohl die Ausführungsbeispiele
des Toneraufbrauchserfassungssystems in dem Kontext eines elektrophotographischen Einfarbendruckers
erörtert
werden, erkennt ein Fachmann auf dem Gebiet durch ein Verstehen
dieser Beschreibung, daß das
Toneraufbraucherfassungssystem sowohl bei elektrophotographischen
Farb- als auch Einfarbenbilderzeugungssystemen eine Anwendbarkeit
aufweist. Obwohl die Ausführungsbeispiele
des Toneraufbrauchserfassungssystems in dem Kontext eines elektrophotographischen
Einfarbendruc kers erörtert
werden, der eine Photoleitertrommel verwendet, erkennt ein Fachmann
auf dem Gebiet ferner durch ein Verstehen dieser Beschreibung, daß ein anderer
Typ eines Photoleiters verwendet werden könnte, wie beispielsweise ein
Photoleiterriemen. Überall
in dieser Beschreibung bezieht sich der Ausdruck „Toneraufbrauch" auf die Bedingung,
bei der die Ausführungsbeispiele
des Toneraufbrauchserfassungssystems bestimmen, daß der relevante
Parameter, der überwacht
wird, eine vorbestimmte Schwelle übertreten hat.
-
Unter
Bezugnahme auf 1 ist
eine Querschnittsansicht eines elektrophotographischen Druckers 1 gezeigt,
der ein Ausführungsbeispiel
des Toneraufbrauchserfassungssystems enthält. Eine Ladungsrolle 2 wird
verwendet, um die Oberfläche
einer Photoleitertrommel 3 zu einer vorbestimmten Spannung
zu laden. Eine Laserdiode in einer Laserabtastvorrichtung 25 emittiert
einen Laserstrahl 4, der ein- und ausgepulst wird, wenn
derselbe durch die Laser-Abtastvorrichtung 25 über die
Oberfläche
der Photoleitertrommel 3 gewobbelt wird, um die Oberfläche der
Photoleitertrommel 3 selektiv zu entladen. Die Photoleitertrommel 3 dreht
sich in die Richtung im Uhrzeigersinn, wie es durch den Pfeil 5 gezeigt
ist. Ein Entwickler 6 wird verwendet, um das latente elektrostatische
Bild zu entwickeln, das sich auf der Oberfläche der Photoleitertrommel
befindet, nachdem die Oberflächenspannung
der Photoleitertrommel 3 selektiv entladen wurde. Toner 7,
der in dem Tonerbehälter 8 einer
elektrophotographischen Druckkassette 9 gespeichert ist,
bewegt sich von Positionen innerhalb des Tonerbehälters 8 zu
dem Entwickler 6. Der Magnet, der innerhalb des Entwicklers 6 positioniert
ist, zieht den Toner magnetisch zu der Oberfläche des Entwicklers 6 an.
Wenn sich der Entwickler 6 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn
dreht, wird der Toner auf der Oberfläche des Entwicklers 6,
der gegenüber
den Bereichen auf der Oberfläche
der Photoleitertrommel 3 positioniert ist, die entladen sind, über den
Zwischenraum zwischen der Oberfläche
der Photoleitertrommel 3 und der Oberfläche des Entwicklers 6 bewegt,
um das latente elektrostatische Bild zu entwickeln.
-
Ein
Druckmedium 10 wird von einer Papierablage 11 durch
eine Aufnahmerolle 12 in den Papierweg des elektrophotographischen
Druckers 1 geladen. Das Druckmedium 10 bewegt
sich durch die Antriebsrollen 13, so daß die Ankunft der vorderen Kante
des Druckmediums 10 unter der Photoleitertrommel 3 mit
der Drehbewegung der Region auf der Oberfläche der Photoleitertrommel 3,
die ein latentes elektrostatisches Bild aufweist, entsprechend der vorderen
Kante des Druckmediums 10 synchronisiert ist. Wenn sich
die Photoleitertrommel 3 weiter in die Richtung im Uhrzeigersinn
dreht, gelangt die Oberfläche
der Photoleitertrommel 3, die in den entladenen Bereichen
Toner an derselben haftend aufweist, in Kontakt mit dem Druckmedium 10,
das durch eine Übertragungskorona 14 geladen
wurde, so daß dasselbe
die Tonerpartikel von der Oberfläche
der Photoleitertrommel 3 weg und auf die Oberfläche des Druckmediums 10 anzieht.
Die Übertragung
von Tonerpartikeln von der Oberfläche der Photoleitertrommel 3 zu
der Oberfläche
des Druckmediums 10 tritt nicht mit hundertprozentiger
Effizienz auf und daher verbleiben einige Tonerpartikel auf der
Oberfläche der
Photoleitertrommel 3. Wenn sich die Photoleitertrommel 3 weiter
dreht, werden Tonerpartikel, die an der Oberfläche derselben gehaftet bleiben,
durch eine Reinigungsklinge 15 entfernt und in einem Tonerabfallbehälter 16 deponiert.
-
Wenn
sich das Druckmedium 10 in dem Papierweg an der Photoleitertrommel 3 vorbeibewegt, liefert
ein Förderriemen 17 das
Druckmedium 10 zu der Fixiereranordnung 18. In
der Fixiereranordnung 18 wird eine Wärme angelegt, so daß die Tonerpartikel
mit dem Druckmedium 10 verbunden werden. Ausgaberollen 19 drücken das
Druckmedium 10 in die Ausgabeablage 20, nachdem
dasselbe aus der Fixiereranordnung 18 austritt. Weitere
Details zu einem elektrophotographischen Prozeß sind in dem Text „The Physics
and Technology of Xerographic Processes" von Edgar M. Williams, 1984, einer
Wiley- Interscience
Publication von John Wiley & Sons zu
finden, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
-
Eine
Hochspannungsleistungsversorgung 21 führt die Vorspannungsspannungen
und Vorspannungsströme
der Ladungsrolle 2, der Transferkorona 14 und
dem Entwickler 6 zu, die für eine Operation des elektrophotographischen
Prozesses notwendig sind. Die Ladungsrolle 2 ist mit einem
sinusförmigen Spannungssignalverlauf
getrieben, der einen negativen Gleichsignalversatz aufweist. Die
Amplitude und die Frequenz der Sinuskurve sind ausgewählt, so daß die Oberfläche der
Photoleitertrommel 3, auf der eine Ladung aufgebracht wird,
bei näherungsweise dem
Wert des Gleichsignalversatzes einheitlich geladen ist. Die Übertragungskorona 14 ist
während
der Übertragungsoperation
mit einer positiven Gleichsignalspannung getrieben. Der Entwickler 6 ist
mit einem Sinuswellenspannungssignalverlauf getrieben, der einen
variablen negativen Gleichsignalversatz aufweist.
-
Um
Bilder genau zu reproduzieren und die erwünschte optische Dichte auf
dem Druckmedium beizubehalten, setzt der elektrophotographische
Drucker 1 einen optischen Dichtesensor 21 ein.
Der elektrophotographische Drucker 1 unterzieht sich regelmäßig einem
Kalibrierungszyklus, bei dem eine Korrektur bezüglich der verschiedenen Faktoren
vorgenommen wird, die die optische Dichte des Toners beeinflussen,
der auf die Oberfläche
der Photoleitertrommel 3 entwickelt wird. Faktoren, die
die Menge eines auf die Oberfläche
der Photoleitertrommel 3 entwickelten Toners beeinflussen
(und dadurch die optische Dichte beeinflussen), umfassen derartige Dinge
wie sich ändernde
Umweltbedingungen, Abnutzungsmechanismen, die die Photoleitertrommel 3 beeinflussen,
und Änderungen
bei Ladecharakteristika des Toners. Zum Beispiel ändern sich über dem Feuchtigkeitsbetriebsbereich
des elektrophotographischen Druckers 1 sowohl das Ladung-Zu-Masse-Verhältnis von
Toner 7 als auch die Wirksamkeit der Ladungsrolle 2 bei
einem Laden der Photoleitertrommel 3. Über den Temperaturbetriebsbereich
variiert die Entladespannung der Photoleitertrommel 3. Wenn
die Photoleitertrommel 3 eine Abnutzung von einem Kontakt
mit Druckmedien 10 und von einer optischen Ermüdung erfährt, ändert sich
die Entladespannung der Photoleitertrommel 3. Typischerweise wird
der Kalibrierungszyklus nach dem Drucken einer festen Anzahl von
Seiten durchgeführt.
Derselbe kann jedoch häufiger
oder weniger häufig
durchgeführt
werden, wie es Umstände
rechtfertigen. Zusätzlich
wird eine Kalibrierung bei einer Inbetriebnahme durchgeführt, um
die optische Dichte des entwickelten Toners auf den ursprünglich erwünschten
Wert einzustellen.
-
Der
Kalibrierungsprozeß betrifft
die Entwicklung von Bereichen einer variierenden optischen Dichte
auf der Photoleitertrommel 3 zu einer Messung durch den
optischen Dichtesensor 21. Mehrere Bereiche unterschiedlicher
optischer Dichte sind auf die Oberfläche der Photoleitertrommel 3 entwickelt. Der
Hochspannungsleistungsversorgung 22 wird durch eine Maschinensteuerung 23 befohlen,
dem Entwickler 6 mehrere vorbestimmte Werte einer Gleichsignalversatzspannung
zuzuführen.
Neben einer Steuerung der Operation der Hochspannungsleistungsversorgung 22 steuert
die Maschinensteuerung 23 die Operation der vorhergehend
erwähnten Komponenten
des elektrophotographischen Druckers 1, um ein gedrucktes
Bild zu erzeugen. Es ist zu erkennen, daß die Anzahl von verwendeten
vorbestimmten Werten der Gleichsignalversatzspannung abhängig von
den Spezifika des elektrophotographischen Systems variieren kann,
an dem die Kalibrierung durchgeführt
wird.
-
Bei
jedem der Gleichsignalversatzspannungswerte wird Toner auf die Photoleitertrommel 3 entwickelt.
Die optische Dichte jedes dieser auf die Photoleitertrommel 3 entwickelten
Bereiche wird durch den optischen Dichtesensor 21 gemessen.
Die Maschinensteuerung 23 zeichnet den Wert der gemessenen
optischen Dichte und den entsprechenden Wert der Gleichsignalversatzspannung
auf. Durch ein Interpolieren von den gesammelten Daten bestimmt
die Maschinensteuerung 23 die ordnungsgemäße Gleichsignalversatzspannung,
die erforderlich ist, um die optimale optische Dichte zu erzeugen, um
eine hohe Bildqualität
sicherzustellen. In 2 ist ein
Graph einer typischen erwarteten Beziehung zwischen der gemessenen
optischen Dichte an der Photoleitertrommel 3 und der angelegten
Entwickler-Gleichsignalversatzspannung gezeigt. Der Punkt optimaler
optischer Dichte 100 wird für den Entwickler 6 ausgewählt, so
daß die
durch die Hochspannungsleistungsversorgung 22 angelegte
Gleichsignalversatzspannung ausreichend ist, um die minimale spezifizierte
optische Dichte für
einen ausgefüllten gedruckten
Bereich über
einen breiten Bereich von Druckbedingungen einzuhalten. Die Gleichsignalversatzspannung
wird eingestellt, so daß die
optische Dichte von entwickelten Bereichen im wesentlichen gleich
der optischen Dichte bei dem Punkt optimaler optischer Dichte 100 ist.
Der Ausdruck „im
wesentlichen gleich" bezieht
sich auf eine Gleichheit innerhalb der Meßtoleranzen des optischen Dichtesensors 21 und
die Variation bei einer entwickelten optischen Dichte, die aus einer
Veränderlichkeit
bei dem elektrophotographischen Drucken des elektrophotographischen
Druckers 1 resultiert.
-
Es
ist zu erkennen, daß es
andere Parameter gibt, als die an den Entwickler 6 angelegte
Gleichsignalversatzspannung, die eingestellt werden können, um
die optische Dichte von Toner 7 zu steuern, der auf den
Photoleiter 3 entwickelt wird. Zum Beispiel kann durch
ein Variieren der Amplitude oder Frequenz der an den Entwickler 6 angelegten
Wechselsignalvorspannungsspannung durch die Hochspannungsleistungsversorgung 22 die
Masse von Toner 7 gesteuert werden, der auf die Photoleitertrommel 3 entwickelt
wird. Durch ein Überwachen
der Amplitude einer Wechselsignalvorspannungsspannung oder der Frequenz
der Wechselsignalvorspannungsspannung, die erforderlich ist, um
die optische Dichte im Wesentlichen gleich dem Wert bei dem Punkt
optimaler optischer Dichte 100 beizubehalten, könnte die
Toneraufbrauchsbedingung erfaßt
werden. Zusätzlich
kann durch ein Steuern der optischen Leistung eines Laserstrahls 4 die
Spannung an den freiliegenden Bereichen der Oberfläche der
Photoleitertrommel 3 eingestellt werden, um die Masse von Toner 7 zu
steuern, der durch den Entwickler 6 auf die Photoleitertrommel 3 entwickelt
wird. Durch ein Überwachen
der optischen Leistung des Laserstrahls 4, die erforderlich
ist, um die optische Dichte im wesentlichen gleich dem Wert bei
dem Punkt optimaler optischer Dichte 100 beizubehalten,
könnte
die Toneraufbrauchsbedingung erfaßt werden. Ferner könnte durch
ein Einstellen der Wechselsignal- und/oder Gleichsignalspannungen,
die an ein Ladebauglied angelegt werden, wie beispielsweise die
Ladungsrolle 2 oder eine Ladeklinge, die Spannung auf der Oberfläche der
Photoleitertrommel 3 variiert werden, um die Masse von
Toner 7 zu steuern, der auf der Photoleitertrommel 3 entwickelt
wird. Durch ein Überwachen
der Amplitude der Wechselsignalvorspannungsspannung oder des Betrags
der Gleichsignalsspannung, die erforderlich sind, um die optische Dichte
im wesentlichen gleich dem Wert bei dem Punkt optimaler optischer
Dichte 100 beizubehalten, könnte die Toneraufbrauchsbedingung
erfaßt
werden.
-
Typischerweise
definiert ein elektrophotographischer Drucker ein Pixelelement als
das kleinstmögliche
druckbare Element. Ein Pixel entspricht dem kleinstmöglichen
Bereich, der durch den Laserstrahl 4 auf der Oberfläche der
Photoleitertrommel 3 entladen werden kann. Der elektrophotographische Drucker 1 umfaßt die Fähigkeit,
die Pulsbreite des Laserstrahls 4 einzustellen, so daß Pixelbereiche
auf der Oberfläche
der Photoleitertrommel 3 entladen werden können. Diese
Fähigkeit
ermöglicht
es, daß der
elektrophotographische Drucker 1 Bilder mit außergewöhnlichen
Bildqualitätspegeln
drucken kann.
-
Der
elektrophotographische Drucker 1 ermöglicht eine Steuerung der Laserstrahl-Pulsbreite innerhalb
eines Pixels in 256 diskreten, gleichgroßen Inkrementen einer Pulsbreite.
Um die Empfindlichkeit der gemessenen optischen Dichte eines entwickelten Bereichs
auf der Photoleitertrommel 3 mit Bezug auf die Laserpulsbreite
optimal zu steuern, wird ein Linearisierungsprozeß verwendet.
In 3 ist ein Graph einer
darstellenden Beziehung zwischen der gemessenen optischen Dichte
auf der Oberfläche
der Photoleitertrommel 3 und der Laserpulsbreite-Inkrementzahl
für ein
gegebenes Halbtonmuster gezeigt. Wie aus dieser Beziehung zu ersehen
ist, verändert
sich für
manche Bereiche der Laserpulsbreite die optische Dichte viel schneller
als bei anderen Bereichen der Laserpulsbreite. Eine Linearisierung
dieser Beziehung würde
eine enger bemessene Steuerung der optischen Dichte über den
gesamten Bereich von möglichen
Teilpixel-Laserpulsbreiten
liefern.
-
Um
diesen Linearisierungsprozeß durchzuführen, steuern
die Maschinensteuerung 23 und ein Formatierer 24 den
elektrophotographischen Prozeß, um
entwickelte Bereiche auf der Oberfläche der Photoleitertrommel 3 über den
möglichen
Bereich von Teilpixel-Laserpulsbreiten zu erzeugen, wobei die Gleichsignalversatzspannung
von der Hochspannungsleistungsversorgung 22 auf den Wert
eingestellt ist, der dem Punkt optimaler optischer Dichte 100 entspricht.
Der optische Dichtesensor 21 mißt die optische Dichte der
entwickelten Bereiche für
jedes der Inkremente bei den Teilpixel-Laserpulsbreiten. Aus der Übertragungsfunktion
der optischen Dichte über
der Laserpulsbreite-Inkrementzahl, die resultiert, berechnen die
Maschinensteuerung 23 und der Formatierer 24 die
nötigen Änderungen
für jedes
der Inkremente einer Pulsbreite, so daß die Charakteristik 200 einer
nicht-linearen optischen Dichte über
einer Laserpulsbreite-Inkrementzahl
in eine Charakteristik 201 einer linearen optischen Dichte über einer
Laserpulsbreite-Inkrementzahl transformiert wird. Weil die Beziehung
abhängig
von dem speziellen Typ eines Halbtongebungsverfahrens variiert,
das ausgewählt
ist, um die entwickelten Bereiche zu erzeugen, muß dieser
Prozeß für jedes
der eingesetzten Halbtonverfahren wiederholt werden.
-
In 4 ist eine Kurve 300 gezeigt,
die den typischen Bereich einer Veränderung bei der an den Entwickler 6 angelegten
Gleichsignalversatzspannung zeigt, die über die Drucklebensdauer erwartet werden
könnte.
Die Einheiten der horizontalen Achse sind die Anzahl von gedruckten
Seiten. Die vertikale Achse stellt den Betrag der an den Entwickler 6 angelegten
Gleichsignalversatzspannung dar. Über die Drucklebensdauer des
Entwicklers 6 variiert der Betrag der Gleichsignalversatzspannung,
die notwendig ist, um die optische Dichte bei dem Punkt optimaler optischer
Dichte 100 nach jeder Kalibrierung einzustellen, als ein
Ergebnis von vorhergehend erwähnten
Faktoren. Jedoch ist die Variation bei der Gleichsignalversatzspannung
aufgrund dieser vorhergehend erwähnten
Faktoren (mit der Ausnahme des aus einem Drucken resultierenden
Aufbrauchs von Toner) begrenzt. Die Grenzen der Variation bei der Gleichsignalversatzspannung,
die erforderlich ist, um die optische Dichte während der Drucklebensdauer bei
dem Punkt optimaler optischer Dichte 100 beizubehalten,
können
empirisch bestimmt werden. In 4 ist
gezeigt, was eine typische untere Grenze 301 und eine obere
Grenze 302 der erwarteten Variation bei der Gleichsignalversatzspannung
sein könnte,
um die optische Dichte bei dem Punkt optimaler optischer Dichte 100 beizubehalten.
Wenn der Toner in dem Tonerbehälter 8 aufgebraucht
wird, erhöht
sich der Betrag der Gleichsignalversatzspannung, die erforderlich
ist, um die resultierende Veränderung
bei der optischen Dichte der während
des Kalibrierungsprozesses entwickelten Bereiche zu kompensieren.
Bei einem gewissen Seitenzählwert
erreicht die Gleichsignalversatzspannung, die erforderlich ist,
um die reduzierte optische Dichte der während der Kalibrierung entwickelten
Bereiche zu kompensieren, die obere Grenze 302. Zu dieser
Zeit kann die Maschinensteuerung 23 dem Formatierer 24 signalisieren,
der wiederum dem Benutzer signalisiert, daß der verwendbare Toner verbraucht
wurde. Auf diese Weise wird der Wert der Gleichsignalversatzspannung,
die erforderlich ist, um die optische Dichte bei dem Punkt optimaler
optischer Dichte 100 beizubehalten, verwendet, um zu bestimmen,
wann der Toner aufgebraucht ist. Über diesen Toneraufbrauchspegel
hinaus genügt
die Qualität
der gedruckten Bilder, die durch den elektrophotographischen Drucker 1 erzeugt
werden, nicht notwendigerweise Druckqualitätsspezifikationen.
-
Der
Betrag der an den Entwickler 6 angelegten Gleichsignalversatzspannung
kann nicht unbegrenzt erhöht
werden. Bei einem gewissen Wert tritt ein elektrischer Durchbruch über den
Entwicklerzwischenraum auf. Der Wert einer Gleichsignalversatzspannung,
bei dem ein Durchbruch auftritt, variiert abhängig von zum Beispiel einer
Variation bei der Breite des Entwicklerzwischenraums und einer Feuchtigkeit.
Um die Tonerverwendung zu maximieren, ist es bevorzugt, die obere
Grenze 302 der erlaubten Variation bei dem Betrag der Gleichsignalversatzspannung
einzustellen, so daß dieselbe
nahe dem, aber weniger als der minimale erwartete Wert der Entwicklerzwischenraum-Durchbruchspannung ist.
Die Differenz, die zwischen dem minimalen erwarteten Wert der Entwicklerzwischenraum-Durchbruchsspannung
und der oberen Grenze 302 existieren sollte, hängt von
der Gewißheit
ab, mit der die Veränderlichkeit
bei der minimalen Durchbruchspannung bekannt ist und wie eng bemessen
die Gleichsignalversatzspannung gesteuert werden kann.
-
Ein
alternativer Ansatz zu einem Erfassen des Toneraufbrauchspegels,
bei dem gedruckte Bilder Bildqualitätsspezifikationen eventuell
nicht einhalten, macht Gebrauch von einer Charakteristik 200 einer
Verschiebung bei der nicht linearen optischen Dichte über einer
Laserpulsbreite-Inkrementzahl, wenn
Toner verbraucht wird. Wenn die Gleichsignalversatzspannung eingestellt
ist, um Veränderungen bei
einer reduzierten optischen Dichte zu kompensieren, verschiebt sich
die Charakteristik 200 einer optischen Dichte über einer
Laserpulsbreite-Inkrementzahl nach rechts, wie es in 3 gezeigt ist, um die Charakteristik 202 einer
verschobenen optischen Dichte über
einer Laserpulsbreite-Inkrementzahl. Durch
ein empirisches Charakterisieren der Verschiebungsgröße, die
relativ zu der Erhöhung
auftritt, die bei der Gleichsignalversatzspannung erforderlich ist,
um die Reduzierung bei einer optischen Dichte zu kompensieren, könnte eine
Begrenzung für
die maximale erlaubte Verschiebung bei der Charakteristik 200 einer
optischen Dichte über
einer Laserpulsbreite-Inkrementzahl eingerichtet werden. Diese Begrenzung
würde erreicht,
wenn der Wert der Gleichsignalversatzspannung an der oberen Grenze 302 erreicht ist.
Wie es der Fall ist, wenn die Gleichsignalversatzspannung verwendet
wird, um einen kompletten Verbrauch des verwendbaren Toners zu bestimmen, kann
die spezifizierte Bildqualität über diesen
Punkt hinaus eventuell nicht erreicht werden.
-
Es
existieren mehrere andere Geräte
und Verfahren, um eine Tonerverwendung zu schätzen. Gegenwärtig verwenden
einige elektrophotographische Druckerentwürfe eine Antenne (in 1 nicht vorhanden), die
in dem Tonerreservoir positioniert ist, um das Vorhandensein von
Toner zwischen der Antenne und dem Entwickler kapazitiv zu erfassen. Wenn
Toner als ein Dielektrikum bei der Kapazität dient, die die Antenne und
den Entwickler koppelt, ist die Kapazität dieser Anordnung gegenüber dem
Fall erhöht,
in dem Luft als das Dielektrikum dient. Der von der Gleichsignalspannung,
die dem Entwickler zugeführt
wird, in die Antenne gekoppelte kapazitive Strom wird durch die
Maschinensteuerung überwacht.
Wenn Luft Toner als das Dielektrikum ersetzt, wird der Abfall bei
einem kapazitiven Strom durch die Maschinensteuerung erfaßt und die
Toner-Niedrig-Bedingung wird dem Benutzer angezeigt. Wobei jedoch
allgemein verwendbarer Toner nach einer Erfassung der Toner-Niedrig-Bedingung
innerhalb des Tonerreservoirs verbleibt, gibt dieses Gerät nicht
genau an, wann der verwendbare Toner verbraucht wurde.
-
Das
exemplarische elektrophotographische Drucksystem 1 könnte ein
optisches Erfassungsverfahren verwenden, um die Toner-Niedrig-Bedingung in
dem Tonerbehälter 8 zu
erfassen. Ein optisches Erfassungsverfahren würde eine optische Quel le verwenden,
die ausgerichtet ist, um einen optischen Detektor zu beleuchten,
wenn der Toner aufgebraucht wird. Die Position der optischen Quelle
und des optischen Detektors innerhalb des Tonerbehälters 8 bestimmt,
wie genau dieses Gerät
einen Verbrauch des verwendbaren Toners erfaßt. Wie bei dem Gerät, das eine
Antenne verwendet, um die Toner-Niedrig-Bedingung
zu erfassen, verbleibt allgemein verwendbarer Toner, nachdem die
Toner-Niedrig-Bedingung durch den optischen Detektor erfaßt wird.
-
Jedes
dieser Toner-Niedrig-Erfassungsschemata könnte in Verbindung mit dem
Toneraufbrauchserfassungssystem verwendet werden, um optimal zu
bestimmen, wann der verwendbare Toner verbraucht wurde. Wenn die
Toner-Niedrig-Bedingung entweder durch ein optisches oder ein Antennenverfahren
erfaßt
wird, könnte
die Maschinensteuerung 23 die Frequenz erhöhen, mit
der die Kalibrierung vorgenommen wird, um die Gleichsignalversatzspannung
zu bestimmen, die erforderlich ist, um die optische Dichte bei dem
Wert optimaler optischer Dichte 100 einzustellen. Wenn
die obere Grenze 302 an der Gleichsignalversatzspannung
erreicht ist, könnte
die Maschinensteuerung 23 entweder den Benutzer an einem
weiteren Drucken hindern oder den Benutzer informieren, daß die Druckqualität bei einem
weiteren Drucken nicht garantiert wäre. In 5 ist ein Flußdiagramm eines ersten Verfahrens
zum Erfassen der Bedingung eines Toneraufbrauchs in dem Tonerbehälter 8 unter
Verwendung des offenbarten Ausführungsbeispiels
des Toneraufbrauchserfassungssystems gezeigt. Zuerst führt ein
elektrophotographischer Drucker 1 eine Kalibrierung 400 durch, um
den Wert der Gleichsignalversatzspannung zu bestimmen, die erforderlich
ist, um die optische Dichte bei dem Punkt optimaler optischer Dichte 100 einzustellen.
Als nächstes
vergleicht 401 die Maschinensteuerung 24 den Wert
der Gleichsignalversatzspannung, der bei der Kalibrierung 400 bestimmt wird,
mit der oberen Grenze 302 des Betrags der Gleichsignalversatzspannung.
Falls der Betrag der Gleichsignalversatzspannung geringer als die
obere Grenze 302 des Betrags der Gleichsignal versatzspannung
ist, dann erlaubt 402 die Maschinensteuerung 23,
daß ein
Drucken weitergeht, ohne eine jegliche Handlung zu unternehmen.
Falls der Betrag der Gleichsignalversatzspannung gleich oder größer als die
obere Grenze 302 des Betrags der Gleichsignalversatzspannung
ist, dann informiert 403 die Maschinensteuerung 23 den
Benutzer, daß der
Toner aufgebraucht ist oder das kein weiteres Drucken erlaubt ist, bis
die elektrophotographische Druckkassette 9 ersetzt ist.
-
In 6 ist ein Flußdiagramm
eines zweiten Verfahrens zum Erfassen der Bedingung eines Toneraufbrauchs
in dem Tonerbehälter 8 unter
Verwendung des offenbarten Ausführungsbeispiels
des Toneraufbrauchserfassungssystems gezeigt. Zuerst führt das
elektrophotographische Drucksystem 1 eine Kalibrierung 500 durch,
um den Wert der Gleichsignalversatzspannung zu bestimmen, der erforderlich
ist, um die optische Dichte bei dem Punkt optimaler optischer Dichte 100 einzustellen.
Als nächstes variieren
der Formatierer 24 und die Maschinensteuerung 23 die
Laserpulsbreite für
ein gegebenes Halbtonmuster, um die Charakteristik 202 einer
verschobenen optischen Dichte über
einer Laserpulsbreite-Inkrementzahl
zu erzeugen 501. Dann vergleicht 502 der Formatierer 24 die
Charakteristik 202 einer verschobenen optischen Dichte über einer
Laserpulsbreite-Inkrementzahl mit der empirisch abgeleiteten Begrenzung.
Falls die Charakteristik 202 einer verschobenen optischen
Dichte über
einer Laserpulsbreite-Inkrementzahl die Begrenzung nicht erreicht
hat, dann erlaubt 503 die Maschinensteuerung 23,
daß ein
Drucken weitergeht, ohne eine jegliche Handlung zu unternehmen.
Falls die Charakteristik 202 einer verschobenen optischen
Dichte über
einer Laserpulsbreite-Inkrementzahl die Begrenzung erreicht oder überschritten
hat, dann informiert 504 die Maschinensteuerung 23 den
Benutzer, daß der
Toner aufgebraucht ist oder das kein weiteres Drucken erlaubt ist,
bis die elektrophotographische Druckkassette 9 ersetzt
ist.