EP0946904B1 - Regelung des entwicklungsprozesses eines elektrografischen druckers oder kopierers sowie eine entwicklungseinheit für eine solche regelung - Google Patents

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EP0946904B1
EP0946904B1 EP97952744A EP97952744A EP0946904B1 EP 0946904 B1 EP0946904 B1 EP 0946904B1 EP 97952744 A EP97952744 A EP 97952744A EP 97952744 A EP97952744 A EP 97952744A EP 0946904 B1 EP0946904 B1 EP 0946904B1
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EP
European Patent Office
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toner
mass
charge
layer
receiving surface
Prior art date
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EP97952744A
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English (en)
French (fr)
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EP0946904A1 (de
Inventor
Walter Kopp
Martin Schleusener
Reinhard Apel
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Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Original Assignee
Oce Printing Systems GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0946904A1 publication Critical patent/EP0946904A1/de
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/06—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing
    • G03G15/08—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer
    • G03G15/0806—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer on a donor element, e.g. belt, roller
    • G03G15/0808—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer on a donor element, e.g. belt, roller characterised by the developer supplying means, e.g. structure of developer supply roller
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/06—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing
    • G03G15/08—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer
    • G03G15/0806—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer on a donor element, e.g. belt, roller
    • G03G15/081—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer on a donor element, e.g. belt, roller characterised by the developer handling means after the supply and before the regulating, e.g. means for preventing developer blocking

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a electrographic printer or copier using a toner particle containing layer, short toner layer, on one Toner receiving surface deposited under the action of a force field becomes.
  • the toner particles are placed in a toner reservoir, in which there is a toner-air mixture located, electrically charged and then on the grounded or a potential-receiving toner receiving surface under the action of an electric force field as a toner layer deposited.
  • the deposited toner particles will by rotating a developer roller, the outer surface of which just forms the toner receiving surface at a developing nip between the developer roller and a toner image carrier passed by.
  • the toner image carrier carries a latent charge image, on the toner particle selectively at the development nip are applied, forming a toner image.
  • the toner image is then removed from the toner image carrier with or without use an intermediate image carrier applied to an end image carrier, e.g. on paper.
  • a developer unit with more than one toner receiving area is explained in European patent EP 0 494 454 B1.
  • the second toner receiving surface is the outer surface of a transfer roller, to which the toner particles directly from the Storage containers are applied. At a transmission gap between the transfer roller and the developer roller the toner particles are then only on the surface of the Developer roller deposited.
  • a disadvantage of the known method is that monitoring the development process and especially that of the developer unit dispensed amount of toner is not possible. Is the amount of toner per area on the toner receiving area or the charge of the toner particles when developing under or above a predetermined target value or target range, see above the error is only recognized on the finished print image. A response is therefore relatively late. The disturbances in the printed image fall particularly in the case of large printed image elements in the printed image.
  • a method and an apparatus are known from US Pat. No. 5,212,522 to regulate the mass-related toner charge g / m.
  • the gap width is changed using an additional adjusting mechanism.
  • the rotational speed is used as an auxiliary manipulated variable of the toner image carrier and the rotational speed of the Developer roller used.
  • toner concentration control device With a toner concentration control device according to DE 29 30 785 C2 is used to record the actual toner mass per unit area uses a photo sensor on the developer roller. Dependent The concentration is based on the output signal of the photo sensor of the toner slowly increased in a two-component developer.
  • the developer unit contains a toner receiving surface and an electrode. With the help of a Sensor unit, the toner mass per surface section detected. Depending on the output signal of the sensor unit then the strength of the charge field between the electrode and the toner receiving surface (developer roller) is set to the Regulate toner mass on a setpoint.
  • A, 04 238366 is a method for regulating the toner concentration explained in a two-component toner.
  • An optical one Sensor detects the toner concentration. Depending on the The sensor output signal then becomes a motor for feeding controlled by toner in a control loop so that a sets the predetermined toner concentration.
  • the control loop uses a sensor to determine the optical density a test mark that is outside the image area located. Parameters then become dependent on the output signal of the printing process regulated so that a predetermined optical density results.
  • Both dry toners and liquid toners are used as toners used.
  • the order of the Toners e.g. mechanical devices with electrical auxiliary potential used.
  • the toners used can still be used divide into single and multi-component toner.
  • electrographic printer in particular electrophotographic printers, ionographic printers and magnetographic ones Printer understood. Furthermore, it is known instead of using the developer rollers tapes on which the toner layer is deposited.
  • the invention is based on the knowledge that parameters, which the quality of the development process and thus also significantly determine the quality of the printed image, already at Develop and not only after the development process has been completed must be recorded in the event of deviations from this To be able to react quickly to the parameters of target values.
  • the average actual toner mass per surface section is recorded at at least one point in the layer. For each surface section, this means that a relatively uniform layer is assumed and the toner mass detected is related to a defined surface section of the toner layer, for example 1 cm 2 . The total area of the toner layer is also used as a reference. The average toner mass per surface section is also a measure of the thickness of the layer.
  • the force field between the corona device and the developer roller for separating the toner particles is changed in a control loop depending on the deviation of the actual toner mass per surface section from a predetermined average target toner mass per surface section.
  • the force field is changed so that fewer toner particles are deposited on the toner receiving surface. If the actual toner mass is smaller than the target toner mass, the force field is changed so that more toner particles are deposited on the toner receiving surface. If the actual toner mass per surface section and the target toner mass per surface section match, the force field is not changed.
  • the toner layer In the invention is also in at least one place the toner layer the average actual toner charge per surface section detected.
  • the charge of the toner particles is then in a control loop the layer depending on the difference between the Actual toner charge per surface section and a specified one Target toner charge per area section changed. Through this The toner charge is measured as one for each surface section important characteristic of the development process recorded and on set the value of the specified target toner charge. While of the printing operation, the actual toner charge on the by the target toner charge predetermined value kept constant. The result is an improvement in the development process Print images.
  • the methods around rules of Toner mass per area and toner charge per Combined surface section are e.g. in the manner of a cascade regulation or a ratio regulation combined.
  • a regulation is also applied in which the Toner mass per surface section and the toner charge each Area section are set in relation so that as Control variable calculates the so-called mass-related toner charge becomes.
  • the mass-related toner charge deviates from a predetermined value the toner mass per surface section and / or the toner charge per surface section changes.
  • the mass-related toner charge is one of the most important parameters of the development process.
  • the mass-related toner charge constant throughout the development process kept, there is always an equal amount for development of toner particles available, their charge in a given Area.
  • the toner particles are thus stored during the entire development process to develop areas of the toner image carrier. The consequence is a high quality printed image.
  • the specification of the target toner mass per surface section and / or the target toner charge per area section the voltage in one Development gap considered. Used by an operator the tension in the development gap e.g. when setting of the contrast of the printed image are changed also automatically adjust target toner mass and target toner charge, to produce a high quality print image.
  • the invention relates to a developer unit for an electrographic printer or copier, which in particular for performing the methods explained above is used.
  • a developer unit for an electrographic printer or copier which in particular for performing the methods explained above is used.
  • Fig. 1 shows schematically the structure of a developer unit 10, which is arranged close to a photoconductor drum 12, the photoconductor drum 12 in the direction of an arrow 14 turns.
  • a latent charge image which is represented by a not shown Exposure device was applied.
  • the latent Charge image are the charges according to the image information of the distributed to print image.
  • the drive device for the photoconductor drum 12 has been simplified in FIG. 1 not shown in the illustration.
  • the developer unit 10 contains a container 16 in which there is a toner-air mixture 18.
  • the mixture 18 are Toner particles and air mixed in a ratio of 1:10, whereby the mixture 18 behaves like a liquid.
  • the Mixture 18 is made of solid toner particles with a average size of about 10 microns, whereby by an air permeable bottom plate 20 of the container 16 air flows over a large area into the container 16.
  • Two corona devices 22 are arranged in the toner-air mixture 18, each of which has a voltage of approximately -8 kV, so that toner particles of the mixture 18 in the environment the corona devices 22 are negatively charged.
  • the corona devices 22 run parallel to each other across the entire developer unit 10 in a length approximately the Expansion of the photoconductor drum 12 transverse to the direction of rotation 14 corresponds.
  • a developer roller is located above the corona means 22 24 arranged, the axis of which is parallel to the corona devices 22 runs.
  • the developer roller 24 has a potential of about -0.6 kV, so that over the entire length of the corona devices 22 due to the negatively charged toner particles the effect of the electric field between the corona devices 22 and the developer roller 24 on the surface the developer roller 24 are deposited.
  • the surface of the developer roller 24 is in one defined distance to the corona devices 22, so that on a uniform toner layer on the surface of the developer roller 24 26 is deposited.
  • the developer roller 24 will by a drive device, not shown, in the direction an arrow 28 rotated about its axis.
  • a drive device not shown, in the direction an arrow 28 rotated about its axis.
  • the toner layer 26 on the periphery of the developer roller 24 transported until it reaches a development nip 30, the through the surface of the photoconductor drum 12 and the Surface of the developer roller 24 is formed, with both surfaces in the area of the development gap 30 e.g. move synchronously.
  • the development nip has the axis of the developer roller 24 30 a constant width.
  • the latent charge pattern of the Photoconductor drum 12 is developed in the development gap by that in unloaded areas of the surface of the Accumulate photoconductor drum 12 toner particles of the toner layer 26. Toner particles remaining on the developer roller 24 are by a stripper, not shown, of the Surface layer of developer roller 24 removed before again new toner particles in the area of the corona devices 22 are applied.
  • the toner image applied to the photoconductor drum 12 becomes transferred to paper at a transfer station, not shown and fixed in a fuser.
  • the control device 50 is connected via a line 52 a target toner charge, which e.g. to a specific one Surface portion of the toner layer 26 relates. about a line 54 is the control device 50 a target toner mass for the surface portion of the toner layer 26 as a target value given.
  • the control device 50 continues to receive Via a line 56 signals from an optical sensor unit 58, which has a light transmitter, a light receiver and a Evaluation unit contains. The one emitted by the light transmitter Light is remitted from the toner layer 26 to the receiver.
  • the actual toner mass per surface section in the toner layer 26 determines. Via line 56 the instantaneous value of the actual toner mass to the control device 50, in the difference in a subtractor 60 from the target toner mass and actual toner mass is formed, wherein at the exit of the Subtractor 60 is a toner mass error signal.
  • sensor unit 58 can also be a capacitive sensor contain.
  • Developer roller 24 is also a potential sensor unit 62 arranged on the output side via a line 63 the control device 50 is connected.
  • the potential sensor unit 62 contains an electrode on which a potential influences that is due to the potential of the developer roller 24 and determined by the totality of the toner charge, which are in the field area of the electrode on the surface of the Developer roller 24 is located.
  • the sensor unit 62 contains furthermore an evaluation unit which was influenced by the Potential determines the actual toner charge.
  • a subtractor 64 which is contained in the control device 50 is the difference between the target toner charge and the actual toner charge educated. Is at the output of the subtractor 64 a toner charge error signal.
  • the two error signals of the subtractors 60 and 64 are fed to a controller 66 which e.g. contains two PI controllers, one of which is on an output line 68 of the control device 50 a control voltage depending on the toner mass error signal USTELL1 generates that on a controlled power supply 70 is present.
  • the controlled power supply 70 generates at its output a voltage U3 representing the potential on the corona devices 22 determined.
  • the voltage U3 is dependent on the Control voltage USTELL1 set.
  • a first control loop I thus contains the optical sensor unit 58, the control device 50, the power supply 70 and the corona devices 22.
  • control loop I regulates the toner mass per surface section of layer 26, by the too low toner mass per surface section Potential of the corona devices 22 is increased so that more toner particles on the surface of the developer roller 24 separate. Is the actual toner mass above the value by the target toner mass is specified, the potential of the Corona devices 22 reduced. The result is that less toner particles on the surface of the developer roller 24 deposit.
  • the control loop I the actual toner mass per surface section according to the given To keep the target toner mass constant for each surface section.
  • the second PI controller contained in controller 66 generates dependent from the toner charge error signal of subtractor 64 on one Line 72 a control voltage USTELL2, which is connected to a controlled Power supply 74 is applied. Depending on the value of the control voltage USTELL2 becomes a voltage at the output of the power supply 74 U1 generated, which affects the charge behavior of a corotron 76.
  • the second PI controller outputs the control voltage USTELL2 so that the error signal of the subtractor 64 is absolute is reduced and finally the numerical value "0" until disturbances lead to a new control process.
  • On second control loop II thus contains the potential sensor unit 62, the control device 50, the power supply 74 and the corotron 76.
  • the voltage Ul is increased, see above that the charge behavior of the corotron 76 also increases. If the actual toner charge per surface section exceeds Layer 26 the predetermined target value, the voltage U1 reduced in size, so that the corotron 76 has fewer charges can be applied to the toner layer 26. Through the control loop II succeeds in the actual toner charge per surface section according to the specified target toner charge per surface section to keep constant during the development process.
  • the control device 50 is given a mass-related target toner charge instead of the target toner charge per surface section and the target toner mass per surface section.
  • the predetermined mass-related target toner charge is compared with a mass-related actual toner charge, which is determined from the actual toner charge and the actual toner mass using the formula given above.
  • a predetermined control strategy of the control device 50 ultimately keeps the mass-related toner charge qT on the layer 26 constant during the development process.
  • FIG. 3 shows the developer unit 10, with a control device 50 'the mass-related toner charge of the toner on the Layer 26 regulates with the help of a scorotron 100.
  • the control device 50 ' is like the control device 50 (see FIG. 2) constructed, but contains a controller instead of the controller 66 66 '.
  • the scorotron 100 will replace the corotron 76 (see Fig. 2) used and additionally contains a control grid 102, to which a voltage U2 is present.
  • the voltage U2 is controlled by a controlled power supply 104 Input voltage USTELL3 generated.
  • On corona wires of the scorotron 100 lies like the corotron 76 (see FIG. 2) the voltage U1.
  • the voltage Ul is preferably one of DC voltage superimposed on an AC voltage.
  • the Control device 50 To regulate the toner charge per surface section, the Control device 50 'output a control voltage USTELL3, which are supplied with a line 106 to the input of the power supply 104 becomes.
  • the power supply 104 and the control grid 102 are Components of the above-mentioned control circuit II.
  • the control voltage USTELL3 is thus selected so that the actual toner charge per surface section on the by the target toner charge adjusts the specified value for each area section.
  • control device 50 ′′ when regulating the mass-related toner charge the potential of the surface of the developer roller 24 is taken into account.
  • the control device 50 ′′ is essentially like the control device 50 '(see FIG. 3). Instead of of controller 66 ', however, it contains a controller 66' 'which when regulating also the current potential of the developer roller 24 considered. This potential is e.g. from the contrast value derived by an operator of the printer entered Has.
  • the control device 50 ′′ is connected to a via a line 120 controlled power supply unit 122, being connected on line 120 a bias signal is transmitted.
  • a bias signal is transmitted.
  • a voltage U4 is generated in the power supply unit 122 via line 124 on the conductive surface of the developer roller 24 is created.
  • the selected value of the Potential on the developer roller 24 affects both the Control loop I as well as control loop II, since it has the value of Target toner charge and the target toner mass determined.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrografischen Druckers oder Kopierers, bei dem eine Tonerteilchen enthaltende Schicht, kurz Tonerschicht, auf einer Toneraufnahmefläche unter Wirkung eines Kraftfeldes abgeschieden wird.
Ein solches Verfahren wird in der Entwicklereinheit durchgeführt, die im US-Patent US 4,777,106 erläutert ist. Bei dieser Entwicklereinheit werden die Tonerteilchen in einem Tonervorratsbehälter, in welchem sich ein Toner-Luft-Gemisch befindet, elektrisch aufgeladen und anschließend auf der geerdeten oder mit einem Potential versehenen Toneraufnahmefläche unter Wirkung eines elektrischen Kraftfelds als Tonerschicht abgeschieden. Die abgeschiedenen Tonerteilchen werden durch die Drehung einer Entwicklerwalze, deren Mantelfläche gerade die Toneraufnahmefläche bildet, an einem Entwicklungs-Spalt zwischen der Entwicklerwalze und einem Tonerbildträger vorbeigeführt. Der Tonerbildträger trägt ein latentes Ladungsbild, auf das am Entwicklungs-Spalt selektiv Tonerteilchen aufgetragen werden, wobei ein Tonerbild entsteht. Das Tonerbild wird dann vom Tonerbildträger mit oder ohne Verwenden eines Zwischenbildträgers auf einen Endbildträger aufgetragen, z.B. auf Papier.
Eine Entwicklereinheit mit mehr als einer Toneraufnahmefläche ist im europäischen Patent EP 0 494 454 B1 erläutert. Die zweite Toneraufnahmefläche ist die Mantelfläche einer Übertragungswalze, auf welche die Tonerteilchen direkt aus dem Vorratsbehälter aufgebracht werden. An einem Übertragungs-Spalt zwischen der Übertragungswalze und der Entwicklerwalze werden die Tonerteilchen dann erst auf die Oberfläche der Entwicklerwalze abgeschieden.
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, daß ein Überwachen des Entwicklungsprozesses und insbesondere der von der Entwicklereinheit abgegebenen Tonermenge nicht möglich ist. Liegt die Tonermenge je Fläche auf der Toneraufnahmefläche oder auch die Ladung der Tonerteilchen beim Entwickeln unter oder über einem vorgegebenen Sollwert bzw. Sollbereich, so wird der Fehler erst am fertigen Druckbild erkannt. Ein Reagieren erfolgt somit relativ spät. Die Störungen im Druckbild fallen insbesondere bei großflächig bedruckten Bildelementen im Druckbild auf.
Bei dem bekannten Verfahren ist es außerdem nicht möglich, die Tonermasse je Flächenabschnitt auf der Toneraufnahmefläche oder die Tonerladung je Flächenabschnitt exakt einzustellen, während des Druckbetriebs konstant zu halten und gegebenenfalls an bestimmte Druckaufträge anzupassen.
Aus dem US-Patent 5,212,522 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der massebezogenen Tonerladung g/m bekannt. Als Stellgröße wird die Breite eines Spalts zwischen Entwicklerwalze und einem Rakel zum Festlegen der Dicke der Tonerschicht auf der Entwicklerwalze verwendet. Die Spaltbreite wird mittels einer zusätzlichen Stellmechanik verändert. Als Hilfsstellgröße werden die Rotationsgeschwindigkeit des Tonerbildträgers und die Rotationsgeschwindigkeit der Entwicklerwalze verwendet.
Bei einer Tonerkonzentrations-Kontrollvorrichtung gemäß DE 29 30 785 C2 wird zum Erfassen der Ist-Tonermasse je Flächeneinheit auf der Entwicklerwalze ein Fotosensor verwendet. Abhängig vom Ausgangssignal des Fotosensors wird die Konzentration des Toners in einem Zweikomponentenentwickler langsam erhöht.
In der PCT-Patentanmeldung WO, A, 95 10801 wird eine Entwicklereinheit erläutert. Die Entwicklereinheit enthält eine Toneraufnahmefläche und eine Elektrode. Mit Hilfe einer Sensoreinheit, wird die Tonermasse je Flächenabschnitt erfaßt. Abhängig vom Ausgangssignal der Sensoreinheit wird dann die Stärke des Ladungsfeldes zwischen der Elektrode und der Toneraufnahmefläche (Entwicklerwalze) eingestellt, um die Tonermasse auf einem Sollwert zu regeln.
In der europäischen Patentanmeldung EP A 0 520 144 wird eine Entwicklereinheit erläutert, in welcher das Masseverhältnis zwischen Toner und Trägerteilchen mit Hilfe eines Sensors erfaßt werden. Abhängig vom erfaßten Masseverhältnis werden dann Druckprozeßparameter wie das Aufladepotential des Fotoleiters, das Biaspotential der Entwicklereinheit, die Belichtung oder die Tonerdichte in einem Steuervorgang so gesteuert, daß der Einfluß eines veränderten Masseverhältnisses auf die Qualität des Druckbildes ausgeglichen wird.
In der Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung JP, A, 04 238366 wird ein Verfahren zum Regeln der Tonerkonzentration in einem Zweikomponententoner erläutert. Ein optischer Sensor erfaßt die Tonerkonzentration. Abhängig vom Ausgangssignal des Sensors wird dann ein Motor zum Zuführen von Toner in einem Regelkreis so gesteuert, daß sich eine vorgegebene Tonerkonzentration einstellt. In einem zweiten Regelkreis wird mit Hilfe eines Sensors die optische Dichte einer Testmarke erfaßt, die sich außerhalb des Bildbereiches befindet. Abhängig vom Ausgangssignal werden dann Parameter des Druckprozesses so geregelt, daß sich eine vorgegebene optische Dichte ergibt.
Als Toner werden sowohl trockene Toner als auch flüssige Toner verwendet. Bei flüssigen Tonern werdden zum Auftrag des Toners z.B. mechanische Vorrichtungen mit elektrischem Hilfspotential verwendet. Die verwendeten Toner lassen sich weiterhin in Ein- und Mehrkomponententoner unterteilen.
Unter einem elektrografischen Drucker werden insbesondere elektrofotografische Drucker, ionografische Drucker und magnetografische Drucker verstanden. Weiterhin ist es bekannt, anstelle der Entwicklerwalzen Bänder zu verwenden, auf denen die Tonerschicht abgelagert wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zum Betreiben eines elektrografischen Druckers oder Kopierers anzugeben, das ein Entwickeln mit hoher Qualität ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Kenngrößen, welche die Qualität des Entwicklungsprozesses und damit auch wesentlich die Qualität des Druckbildes bestimmen, schon beim Entwickeln und nicht erst nach abgeschlossenem Entwicklungsvorgang erfaßt werden müssen, um bei Abweichungen dieser Kenngrößen von Sollwerten schnell reagieren zu können.
Deshalb wird bei der Erfindung an mindestens einer Stelle der Schicht die mittlere Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt erfaßt. Je Flächenabschnitt bedeutet dabei, daß von einer relativ gleichmäßigen Schicht ausgegangen wird und die erfaßte Tonermasse auf einen definierten Flächenabschnitt der Tonerschicht bezogen wird, von z.B. 1 cm2. Als Bezugsgröße wird auch die Gesamtfläche der Tonerschicht verwendet. Die mittlere Tonermasse je Flächenabschnitt ist auch ein Maß für die Dicke der Schicht. Bei der Erfindung wird in einem Regelkreis das Kraftfeld zwischen Koronaeinrichtung und Entwicklerwalze zum Abscheiden der Tonerteilchen abhängig von der Abweichung der Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt von einer vorgegebenen mittleren Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt geändert. Ist die Ist-Tonermasse höher als die Soll-Tonermasse, so wird das Kraftfeld so geändert, daß weniger Tonerteilchen auf der Toneraufnahmefläche abgeschieden werden. Ist die Ist-Tonermasse kleiner als die Soll-Tonermasse, so wird das Kraftfeld so geändert, daß mehr Tonerteilchen auf der Toneraufnahmefläche abgeschieden werden. Stimmen Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt und Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt überein, so wird das Kraftfeld nicht geändert. Durch diese Maßnahmen kann die Ist-Tonermasse exakt auf den Wert der Soll-Tonermasse eingestellt und während des Druckbetriebs konstant gehalten werden. Erforderlichenfalls kann während des Druckbetriebs auch die Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt verändert werden.
Bei der Erfindung wird außerdem an mindestens einer Stelle der Tonerschicht die mittlere Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt erfaßt. In Regelkreis wird dann die Ladung der Tonerteilchen der Schicht abhängig von der Abweichung zwischen der Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt und einer vorgegebenen Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt geändert. Durch diese Maßnahmen wird die Tonerladung je Flächenabschnitt als eine wichtige Kenngröße des Entwicklungsprozesses erfaßt und auf den Wert der vorgegebenen Soll-Tonerladung eingestellt. Während des Druckbetriebs wird die Ist-Tonerladung auf dem durch die Soll-Tonerladung vorgegebenen Wert konstant gehalten. Ergebnis ist eine Verbesserung der beim Entwickeln entstehenden Druckbilder.
Bei der Erfindung werden die Verfahren um Regeln der Tonermasse je Flächenabschnitt und der Tonerladung je Flächenabschnitt kombiniert. Die Regelverfahren werden z.B. nach Art einer Kaskadenregelung oder einer Verhältnisregelung kombiniert. Angewendet wird auch eine Regelung, bei der die Tonermasse je Flächenabschnitt und die Tonerladung je Flächenabschnitt ins Verhältnis gesetzt werden, so daß als Regelgröße die sogenannte massebezogene Tonerladung berechnet wird. Nach einer vorgegebenen Regelstrategie wird bei einer Abweichung der massebezogenen Tonerladung von einem vorgegebenen Wert die Tonermasse je Flächenabschnitt und/oder die Tonerladung je Flächenabschnitt verändert. Die massebezogene Tonerladung ist eine der wesentlichsten Kenngrößen des Entwicklungsprozesses. Wird die massebezogene Tonerladung während des gesamten Entwicklungsprozesses konstant gehalten, so steht zum Entwickeln immer eine gleiche Menge von Tonerteilchen zur Verfügung, deren Ladung in einem vorgegebenen Bereich liegt. Somit lagern sich die Tonerteilchen während des gesamten Entwicklungsvorgangs gleichmäßig an den zu entwickelnden Stellen des Tonerbildträgers an. Die Folge ist ein Druckbild hoher Qualität.
Wird die vorgegebene Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt so gewählt, daß sie betragsmäßig größer als die Tonerladung je Flächenabschnitt unmittelbar nach dem Aufbringen der Tonerteilchen auf die Toneraufnahmefläche ist, so lassen sich Ladungsverluste der Tonerteilchenladungen beim Transport auf der Toneraufnahmefläche ausgleichen, indem zusätzlich zur Regelung der Tonerladung die Tonerladung erhöht wird.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei der Vorgabe der Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt und/oder der Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt die Spannung in einem Entwicklungs-Spalt berücksichtigt. Wird durch eine Bedienperson die Spannung im Entwicklungs-Spalt z.B. beim Einstellen des Kontrastes des Druckbildes verändert, so sind auch Soll-Tonermasse und Soll-Tonerladung automatisch anzupassen, um ein Druckbild hoher Qualität zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt eine Entwicklereinheit für einen elektrografischen Drucker oder Kopierer, die insbesondere zum Durchführen der oben erläuterten Verfahren eingesetzt wird. Somit gelten die oben genannten technischen Wirkungen auch für die Entwicklereinheit nach der Erfindung und deren Ausführungsbeispiele.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1
eine Prinzipdarstellung einer Entwicklereinheit mit einer Entwicklerwalze,
Fig. 2
eine Entwicklereinheit mit einer Regeleinrichtung zum Regeln der massebezogenen Tonerladung,
Fig. 3
eine Entwicklereinheit mit einer Regeleinrichtung zum Regeln der massebezogenen Tonerladung mit Hilfe eines Skorotrons, und
Fig. 4
eine Entwicklereinheit mit einer Regeleinrichtung zum Regeln der massebezogenen Tonerladung unter Berücksichtigung der elektrischen Spannung in einem Entwicklungs-Spalt.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Entwicklereinheit 10, die nahe an einer Fotoleitertrommel 12 angeordnet ist, wobei sich die Fotoleitertrommel 12 in Richtung eines Pfeils 14 dreht. Auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 12 befindet sich im der Entwicklereinheit 10 zugewandten Oberflächenbereich ein latentes Ladungsbild, das durch eine nicht dargestellte Belichtungseinrichtung aufgebracht wurde. Im latenten Ladungsbild sind die Ladungen gemäß der Bildinformation des zu druckenden Bildes verteilt. Die Antriebsvorrichtung für die Fotoleitertrommel 12 wurde in der Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet.
Die Entwicklereinheit 10 enthält einen Behälter 16, in dem sich ein Toner-Luft-Gemisch 18 befindet. Im Gemisch 18 sind Tonerteilchen und Luft etwa im Verhältnis 1:10 gemischt, wodurch sich das Gemisch 18 wie eine Flüssigkeit verhält. Das Gemisch 18 wird dabei aus festen Tonerteilchen mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 10 µm erzeugt, wobei durch eine luftdurchlässige Bodenplatte 20 des Behälters 16 Luft großflächig in den Behälter 16 einströmt.
Im Toner-Luft-Gemisch 18 sind zwei Koronaeinrichtungen 22 angeordnet, an denen jeweils eine Spannung von etwa -8 kV anliegt, so daß Tonerteilchen des Gemischs 18 in der Umgebung der Koronaeinrichtungen 22 negativ aufgeladen werden. Die Koronaeinrichtungen 22 verlaufen parallel zueinander quer durch die gesamte Entwicklereinheit 10 in einer Länge, die etwa der Ausdehnung der Fotoleitertrommel 12 quer zur Drehrichtung 14 entspricht. Oberhalb der Koronaeinrichtungen 22 ist eine Entwicklerwalze 24 angeordnet, deren Achse parallel zu den Koronaeinrichtungen 22 verläuft. eine elektrisch leitende Oberflächenschicht der Entwicklerwalze 24 hat ein Potential von etwa -0,6 kV, so daß über die gesamte Länge der Koronaeinrichtungen 22 die negativ geladenen Tonerteilchen aufgrund der Wirkung des elektrischen Feldes zwischen den Koronaeinrichtungen 22 und der Entwicklerwalze 24 auf der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 abgelagert werden.
Die Oberfläche der Entwicklerwalze 24 befindet sich in einem definierten Abstand zu den Koronaeinrichtungen 22, so daß auf der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 eine gleichmäßige Tonerschicht 26 abgelagert wird. Die Entwicklerwalze 24 wird durch eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung in Richtung eines Pfeils 28 um ihre Achse gedreht. Bei der Drehung wird die Tonerschicht 26 auf dem Umfang der Entwicklerwalze 24 transportiert, bis sie einen Entwicklungsspalt 30 erreicht, der durch die Oberfläche der Fotoleitertrommel 12 und die Oberfläche der Entwicklerwalze 24 gebildet wird, wobei sich beide Oberflächen im Bereich des Entwicklungs-Spalts 30 z.B. synchron zueinander bewegen. Über die gesamte Länge in Richtung der Achse der Entwicklerwalze 24 hat der Entwicklungs-Spalt 30 eine konstante Breite. Das latente Ladungsbild der Fotoleitertrommel 12 wird im Entwicklungs-Spalt dadurch entwickelt, daß sich in entladenen Bereichen der Oberfläche der Fotoleitertrommel 12 Tonerteilchen der Tonerschicht 26 anlagern. Auf der Entwicklerwalze 24 verbleibende Tonerteilchen werden durch einen nicht dargestellten Abstreifer von der Oberflächenschicht der Entwicklerwalze 24 entfernt, bevor wieder neue Tonerteilchen im Bereich der Koronaeinrichtungen 22 aufgebracht werden.
Das auf die Fotoleitertrommel 12 aufgebrachte Tonerbild wird an einer nicht dargestellten Umdruckstation auf Papier übertragen und in einer Fixierstation fixiert.
Fig. 2 zeigt die Entwicklereinheit 10 mit einer Regeleinrichtung 50. Über eine Leitung 52 wird der Regeleinrichtung 50 eine Soll-Tonerladung vorgegeben, die sich z.B. auf einen bestimmten Flächenabschnitt der Tonerschicht 26 bezieht. Über eine Leitung 54 wird der Regeleinrichtung 50 eine Soll-Tonermasse für den Flächenabschnitt der Tonerschicht 26 als Zielwert vorgegeben. Die Regeleinrichtung 50 empfängt weiterhin über eine Leitung 56 Signale einer optischen Sensoreinheit 58, die einen Lichtsender, einen Lichtempfänger sowie eine Auswerteeinheit enthält. Das vom Lichtsender ausgestrahlte Licht wird von der Tonerschicht 26 zum Empfänger remittiert.
Anhand des von der Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt abhängigen Remissionsverhaltens der Tonerschicht 26 wird in der Sensoreinheit 58 die Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt in der Tonerschicht 26 bestimmt. Über die Leitung 56 gelangt der momentane Wert der Ist-Tonermasse zur Regeleinrichtung 50, in der in einem Subtrahierer 60 die Differenz aus Soll-Tonermasse und Ist-Tonermasse gebildet wird, wobei am Ausgang des Subtrahierers 60 ein Tonermasse-Fehlersignal anliegt. Alternativ kann die Sensoreinheit 58 auch einen kapazitiven Sensor enthalten.
Nahe der mit der Tonerschicht 26 bedeckten Oberfläche der Entwicklerwalze 24 ist außerdem eine Potential-Sensoreinheit 62 angeordnet, die ausgangsseitig über eine Leitung 63 mit der Regeleinrichtung 50 verbunden ist. Die Potential-Sensoreinheit 62 enthält eine Elektrode, an der ein Potential influenziert wird, das durch das Potential der Entwicklerwalze 24 und durch die Gesamtheit der Tonerladung bestimmt wird, die sich im Feldbereich der Elektrode auf der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 befindet. Die Sensoreinheit 62 enthält weiterhin eine Auswerteeinheit, die aus dem influenzierten Potential die Ist-Tonerladung bestimmt.
In einem Subtrahierer 64, der in der Regeleinrichtung 50 enthalten ist, wird die Differenz aus Soll-Tonerladung und Ist-Tonerladung gebildet. Am Ausgang des Subtrahierers 64 liegt ein Tonerladungs-Fehlersignal an.
Die beiden Fehlersignale der Subtrahierer 60 und 64 werden einem Regler 66 zugeführt, der z.B. zwei PI-Regler enthält, von denen der eine auf einer Ausgangsleitung 68 der Regeleinrichtung 50 abhängig vom Tonermasse-Fehlersignal eine Stellspannung USTELL1 erzeugt, die an einem gesteuerten Netzteil 70 anliegt. Das gesteuerte Netzteil 70 erzeugt an seinem Ausgang eine Spannung U3, die das Potential auf den Koronaeinrichtungen 22 bestimmt. Die Spannung U3 wird abhängig von der Stellspannung USTELL1 eingestellt.
Durch den ersten PI-Regler wird die Spannung USTELL1 so vorgegeben, daß das Fehlersignal des Subtrahierers 60 betragsmäßig verringert wird und letztlich den numerischen Wert "0" hat. Ein erster Regelkreis I enthält somit die optische Sensoreinheit 58, die Regeleinrichtung 50, das Netzteil 70 und die Koronaeinrichtungen 22. Mit Hilfe des Regelkreises I wird die Tonermasse je Flächenabschnitt der Schicht 26 geregelt, indem bei zu geringer Tonermasse je Flächenabschnitt das Potential der Koronaeinrichtungen 22 erhöht wird, so daß sich mehr Tonerteilchen auf der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 abscheiden. Liegt die Ist-Tonermasse über dem Wert, der durch die Soll-Tonermasse vorgegeben ist, so wird das Potential der Koronaeinrichtungen 22 verringert. Die Folge ist, daß sich weniger Tonerteilchen auf der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 ablagern. Letztlich gelingt es mit Hilfe des Regelkreises I, die Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt gemäß der vorgegebenen Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt konstant zu halten.
Der zweite im Regler 66 enthaltene PI-Regler erzeugt abhängig vom Tonerladungs-Fehlersignal des Subtrahierers 64 auf einer Leitung 72 eine Stellspannung USTELL2, die an ein gesteuertes Netzteil 74 angelegt wird. Abhängig vom Wert der Stellspannung USTELL2 wird am Ausgang des Netzteils 74 eine Spannung U1 erzeugt, die das Ladungsverhalten eines Korotrons 76 beeinflußt. Der zweite PI-Regler gibt die Stellspannung USTELL2 so vor, daß das Fehlersignal des Subtrahierers 64 betragsmäßig verkleinert wird und schließlich den numerischen Wert "0" hat, bis Störgrößen zu einem neuen Regelvorgang führen. Ein zweiter Regelkreis II enthält somit die Potential-Sensoreinheit 62, die Regeleinrichtung 50, das Netzteil 74 und das Korotron 76. Sinkt die Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt auf der Tonerschicht 26 ab, so wird die Spannung Ul erhöht, so daß sich auch das Ladungsverhalten des Korotrons 76 erhöht. Überschreitet die Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt der Schicht 26 den vorgegebenen Sollwert, so wird die Spannung U1 verkleinert, so daß durch das Korotron 76 weniger Ladungen auf die Tonerschicht 26 aufgebracht werden. Durch den Regelkreis II gelingt es, die Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt gemäß der vorgegebenen Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt während des Entwicklungsprozesses konstant zu halten.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Regeleinrichtung 50 anstelle der Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt und der Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt eine massebezogene Soll-Tonerladung vorgegeben. Die massebezogene Tonerladung qT berechnet sich nach folgender Formel: qT = QTMT , wobei QT die Tonerladung je Flächenabschnitt und MT die Tonermasse je Flächenabschnitt ist. Die vorgegebene massebezogene Soll-Tonerladung wird mit einer massebezogenen Ist-Tonerladung verglichen, die mit der oben angegebenen Formel aus Ist-Tonerladung und Ist-Tonermasse bestimmt wird. Durch eine vorgegebene Regelstrategie der Regeleinrichtung 50 wird letztlich die massebezogene Tonerladung qT auf der Schicht 26 während des Entwicklungsprozesses konstant gehalten.
Fig. 3 zeigt die Entwicklereinheit 10, wobei eine Regeleinrichtung 50' die massebezogene Tonerladung des Toners auf der Schicht 26 mit Hilfe eines Skorotrons 100 regelt. Die Regeleinrichtung 50' ist wie die Regeleinrichtung 50 (vgl. Fig. 2) aufgebaut, enthält jedoch anstelle des Reglers 66 einen Regler 66'. Das Skorotron 100 wird anstelle des Korotrons 76 (vergl. Fig. 2) verwendet und enthält zusätzlich ein Steuergitter 102, an dem eine Spannung U2 anliegt. Die Spannung U2 wird durch ein gesteuertes Netzteil 104 abhängig von einer Eingangsspannung USTELL3 erzeugt. An Koronadrähten des Skorotrons 100 liegt wie auch beim Korotron 76 (vergl. Fig. 2) die Spannung U1 an. Die Spannung Ul ist vorzugsweise eine von einer Wechselspannung überlagerte Gleichspannung.
Zum Regeln der Tonerladung je Flächenabschnitt wird durch die Regeleinrichtung 50' eine Stellspannung USTELL3 ausgegeben, die mit einer Leitung 106 dem Eingang des Netzteils 104 zugeführt wird. Das Netzteil 104 und das Steuergitter 102 sind Bestandteile des oben erwähnten Regelkreises II. Die Stellspannung USTELL3 wird somit so gewählt, daß sich die Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt auf den durch die Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt vorgegebenen Wert einregelt.
Fig. 4 zeigt die Entwicklereinheit 10 und eine Regeleinrichtung 50'', die bei der Regelung der massebezogenen Tonerladung das Potential der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 berücksichtigt. Die Regeleinrichtung 50'' ist im wesentlichen wie die Regeleinrichtung 50' (vgl. Fig. 3) aufgebaut. Anstelle des Reglers 66' enthält sie jedoch einen Regler 66'', der beim Regeln auch das momentane Potential der Entwicklerwalze 24 berücksichtigt. Dieses Potential wird z.B. aus dem Kontrastwert abgeleitet, den eine Bedienperson des Druckers eingegeben hat.
Die Regeleinrichtung 50'' ist über eine Leitung 120 mit einem gesteuerten Netzteil 122 verbunden, wobei auf der Leitung 120 ein Bias-Signal übermittelt wird. Abhängig vom Wert des Bias-Signals wird im Netzteil 122 eine Spannung U4 erzeugt, die über eine Leitung 124 an der leitenden Oberfläche der Entwicklerwalze 24 angelegt wird. Der jeweils gewählte Wert des Potentials auf der Entwicklerwalze 24 beeinflußt sowohl den Regelkreis I als auch den Regelkreis II, da er den Wert der Soll-Tonerladung und der Soll-Tonermasse bestimmt.
Bezugszeichenliste
10
Entwicklereinheit
12
Fotoleitertrommel
14
Pfeil
16
Behälter
18
Toner-Luft-Gemisch
20
Bodenplatte
22
Koronaeinrichtung
24
Entwicklerwalze
26
Tonerschicht
28
Pfeil
30
Entwicklungs-Spalt
50,50',50''
Regeleinrichtung
52 bis 56
Leitung
58
optische Sensoreinheit
60
Subtrahierer
62
Potential-Sensoreinheit
63
Leitung
64
Subtrahierer
66, 66', 66''
Regler
68
Ausgangsleitung
70
gesteuertes Netzteil
72
Leitung
74
gesteuertes Netzteil
76
Korotron
100
Skorotron
102
Steuergitter
104
gesteuertes Netzteil
106
Leitung
120
Leitung
122
gesteuertes Netzteil
124
Leitung
USTELL1
Stellspannung
USTELL2
Stellspannung
USTELL3
Stellspannung
I, II
Regelkreis
qT
massebezogene Tonerladung
QT
Tonerladung je Flächenabschnitt
MT
Tonermasse je Flächenabschnitt
U1 bis U4 Spannung

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betreiben eines elektrografischen Druckers oder Kopierers,
    bei dem eine Tonerteilchen enthaltende Schicht (26) auf einer Toneraufnahmefläche (24) unter Wirkung eines Kraftfeldes abgeschieden wird,
    an mindestens einer Stelle der Schicht (26) die Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt erfaßt wird,
    in einem ersten Regelkreis (58, 50, 70, 22) das Kraftfeld abhängig von der Abweichung der Ist-Tonermasse von einer vorgegebenen Soll-Tonermasse geändert wird,
    und bei dem an mindestens einer Stelle der Schicht (26) die Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt erfaßt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten Regelkreis (62, 50, 74, 76) die Ladung der Tonerteilchen der Schicht abhängig von der Abweichung der Ist-Tonerladung von einer vorgegebenen Soll-Tonerladung mit Hilfe einer Aufladevorrichtung, geändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Tonerladung über dem Wert der Tonerladung der Schicht unmittelbar nach dem Aufbringen der Tonerteilchen liegt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vorgabe der Soll-Tonermasse und/oder der Soll-Tonerladung die Spannung in einem Entwicklungs-Spalt (30) berücksichtigt wird, in welchem die Tonerteilchen von der Toneraufnahmefläche (24) auf einen Tonerbildträger (12) übertragen werden.
  4. Entwicklereinheit (10) für einen elektrografischen Drukker oder Kopierer,
    mit einer Toneraufnahmefläche (24) zum Aufnehmen einer Tonerteilchen enthaltenden Schicht (26),
    einer Felderzeugungseinrichtung (22, 70) zum Erzeugen eines Kraftfelds, mit welchem die Tonerteilchen auf der Toneraufnahmefläche (24) abgeschieden werden,
    mindestens einer Sensoreinheit (58) zum Erfassen der Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt der Schicht (26),
    einer ersten Regeleinrichtung (58, 50, 70, 22), die abhängig von der Abweichung der Ist-Tonermasse von einer vorgegebenen Soll-Tonermasse die Stärke des Kraftfelds ändert,
    und mit mindestens einer Sensoreinheit (62) zum Erfassen der Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt der Schicht (26), gekennzeichnet durch mindestens eine nahe der Toneraufnahmefläche (24) angeordneten Aufladevorrichtung (76) zum Aufladen der Tonerteilchen auf der Toneraufnahmefläche (24),
    und durch eine zweite Regeleinrichtung (62, 50, 74, 76), die abhängig von der Abweichung der Ist-Tonerladung von einer vorgegebenen Soll-Tonerladung das Ladungsverhalten der Aufladevorrichtung (76) ändert.
  5. Entwicklereinheit (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladevorrichtung ein Korotron (76) oder ein Skorotron (100) ist, das vorzugsweise mit einer von einer Wechselspannung überlagerten Gleichspannung betrieben wird.
  6. Entwicklereinheit (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Toneraufnahmefläche (24) elektrisch leitend ist und ein Bias-Potential hat, welches bei der Vorgabe der Soll-Tonermasse und/oder der Soll-Tonerladung berücksichtigt wird.
  7. Vorrichtung zum Drucken oder Kopieren, mit einer Entwicklereinheit (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6.
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