EP0946905B1 - Entwicklereinheit für einen elektrografischen drucker oder kopierer - Google Patents

Entwicklereinheit für einen elektrografischen drucker oder kopierer Download PDF

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EP0946905B1
EP0946905B1 EP97953643A EP97953643A EP0946905B1 EP 0946905 B1 EP0946905 B1 EP 0946905B1 EP 97953643 A EP97953643 A EP 97953643A EP 97953643 A EP97953643 A EP 97953643A EP 0946905 B1 EP0946905 B1 EP 0946905B1
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EP
European Patent Office
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toner
sensor
output signal
developer unit
layer
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EP97953643A
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Volkhard Maess
Martin Schleusener
Reinhard Apel
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Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
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Oce Printing Systems GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP0946905A1 publication Critical patent/EP0946905A1/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
    • G03G15/0822—Arrangements for preparing, mixing, supplying or dispensing developer
    • G03G15/0848—Arrangements for testing or measuring developer properties or quality, e.g. charge, size, flowability
    • G03G15/0849—Detection or control means for the developer concentration
    • G03G15/0851—Detection or control means for the developer concentration the concentration being measured by electrical means
    • 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
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    • G03G15/0848—Arrangements for testing or measuring developer properties or quality, e.g. charge, size, flowability

Definitions

  • corona device in the toner-air mixture 18 22, to which a voltage of approximately -8 kV is applied, so that toner particles of the mixture 18 in the vicinity of the corona device 22 be negatively charged.
  • the corona device 22 extends across the entire developer unit 10 in a length approximately the extent of the photoconductor drum 12 corresponds to the direction of rotation 14.
  • a developer roller 24 is arranged, the Axis runs parallel to the corona device 22.
  • FIG. 5 shows a basic illustration of a regulation of the mass-related Toner charge.
  • Fig. 5 shows a second control loop, the charging of the toner particles with the aid of a layer 26 (cf. Fig. 1) acting corotron or scorotron on a predetermined Charge setpoint regulates.
  • the second control loop contains a controller 110 connected to the output line 82 is connected.
  • the control device 110 generates on a Line 112 a control voltage USTELL2 for driving a controlled power supply 114.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Or Security For Electrophotography (AREA)
  • Dry Development In Electrophotography (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Entwicklereinheit für einen elektrografischen Drucker oder Kopierer mit einer Toneraufnahmefläche zum Aufnehmen einer Tonerteilchen enthaltenden Schicht, kurz Tonerschicht.
Der Aufbau einer derartigen Entwicklereinheit mit einer Entwicklerwalze als Toneraufnahmefläche ist in dem US-Patent US 4,777,106 erläutert. 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 Kraftfeldes 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. Anstelle der Entwicklerwalze wird auch ein Entwickler-Band verwendet.
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 den bekannten Enwicklereinheiten 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 Ladungsmenge je Fläche in der Tonerschicht beim Entwicklen unter oder über einem vorgegebenen Sollwert, 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.
Als Toner werden sowohl trockene Toner als auch flüssige Toner verwendet. Die verwendeten Toner lassen sich weiterhin in Ein- und Mehrkomponententoner unterteilen. Elektrografische Drucker sind insbesondere elektrofotografische, ionografische und magnetografische Drucker.
Aus den Patentschriften US 5,006,897 bzw. US 4,026,643 sind Entwicklereinheiten bekannt, bei denen die Eigenschaften einer eine Magnetbürste bildenden Tonerteilchen-Entwickler-Schicht mit Hilfe eines Potentialsensors und eines kapazitiven Stromkreises bzw. eines optischen Sensors erfaßt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach aufgebaute Entwicklereinheit anzugeben, die ein Entwickeln mit hoher Qualität ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Entwicklereinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Kenngroßen, welche die Qualität des Entwicklungsprozesses und damit auch wesentlich die Qualität des Druckbildes bestimmen, schon in der Entwicklereinheit und nicht erst nach abgeschlossenem Entwicklungsvorgang erfaßt werden müssen, um bei Abweichungen dieser Kenngrößen von Sollwerten schnell reagieren zu konnen.
Nur so lassen sich Druckbilder schlechter Qualität und der damit verbundene erhöhte Papier- und Energieverbrauch vermeiden.
In der erfindungsgemäßen Entwicklereinheit ist ein kapazitiver Sensor zum Erfassen der Kapazität zwischen seinen Meßelektroden angeordnet. Die oben genannten Kenngrößen der Schicht können erfaßt werden, wenn zumindest ein Flächenabschnitt der Toneraufnahmefläche die erste Meßelektrode bildet, und die zweite Meßelektrode in vorgegebenem Abstand gegenüber der ersten Meßelektrode angeordnet ist, so daß die Tonerschicht zwischen den beiden Meßelektroden nach Art eines Dielektrikums verläuft. Die Dicke des Dielektrikums bzw. der Tonerschicht beeinflußt nach den bekannten Gesetzen für den Kondensator die Kapazität. Das Erfassen der Eigenschaften. der Tonerschicht mit dem kapazitiven Sensor hat den Vorteil, daß der Meßbereich nicht nach oben begrenzt ist, da auch bei relativ dicken Schichten eine Erhöhung der Schichtdicke noch zu einer erfaßbaren Änderung der Kapazität führt.
In der erfindungsgemäßen Entwicklereinheit nahe der Toneraufnahmefläche ist außerdem ein Potentialsensor zum Erfassen des elektrischen Potentials zumindest eines Flächenabschnitts der Tonerschicht angeordnet, so daß die Ladung je Flächenabschnitt bzw. die mittlere Tonerladung je Flächenabschnitt auf der Toneraufnahmefläche erfaßt wird. Aus dieser Kenngröße lassen sich bereits grobe Störungen des Entwicklungsprozesses erkennen.
Sämtliche genannte Sensoren arbeiten berührungslos, so daß die Tonerschicht in ihrer Gleichmäßigkeit beim Erfassen ihrer Eigenschaften nicht beeinträchtigt wird.
In der erfindungsgemäßen Entwicklereinheit werden durch eine Auswerteeinheit das Ausgangssignal des kapazitiven Sensors sowie das Ausgangssignal des Potentialsensors zu einem Signal verknüpft, das ein Maß für die mittlere massenbezogene Tonerladung ist, so daß sich eine der wesentlichsten Kenngrößen des Entwicklungsprozesses erfassen läßt und zur weiteren Bearbeitung bereitsteht.
Die Auswerteeinheiten für die genannten Sensoren können sowohl schaltungstechnisch als auch softwaretechnisch realisiert sein. Verwendet werden einfache Auswerteeinheiten, die das Sensorausgangssignal mit einem vorgegebenen Sollwert vergleichen und bei unzulässigem Sensorausgangssignal ein Signal abgeben, das z.B. zum Unterbrechen des Druckprozesses führt oder für eine Bedienperson wahrnehmbar ausgegeben wird, z.B. als optisches oder akustisches Signal. Als Auswerteeinheit werden auch Regeleinheiten eingesetzt, die aus den Ausgangssignalen Stellgrößen zur Beeinflussung des Entwicklungsprozesses ableiten.
Enthält die Entwicklereinheit bei einer Weiterbildung eine Strahlungsquelle zum Bestrahlen zumindest eines Flächenabschnitts der Schicht und einen Strahlungssensor zum Erfassen der vom Flächenabschnitt remittierten oder transmittierten Strahlungsmenge, so können über die optischen Eigenschaften der Tonerschicht z.B. folgende Kenngrößen des Entwicklungsprozesses bestimmt werden: mittlere Dicke der Schicht, Tonermasse je Flächenabschnitt oder Tonermasse auf der gesamten Toneraufnahmefläche. 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.
Ist die Toneraufnahmefläche aus einem für die Strahlung der Strahlungsquelle nicht durchlässigen Material, so wird der Strahlungssensor so angeordnet, daß vom Flächenabschnitt remittierte bzw. reflektierte Strahlung erfaßt wird. Ist dagegen die Toneraufnahmefläche aus einem für die Strahlung der Strahlungsquelle durchlässigen Material, so kann alternativ die Toneraufnahmefläche zwischen Strahlungsquelle und Strahlungssensor angeordnet werden, so daß vom Strahlungssensor eine transmittierte Strahlungsmenge erfaßt wird.
Als Strahlung kann z.B. sichtbares Licht, Ultraviolett-Strahlung oder Infrarot-Strahlung verwendet werden. Die Wellenlänge der Strahlung wird zweckmäßigerweise an die Absorptions- bzw. Remissionseigenschaften der Tonerschicht angepaßt. Ziel ist dabei, die Wellenlänge so auszuwählen, daß sich abhängig von der Dicke der Tonerschicht ein möglichst großer Signalunterschied am Ausgang des Strahlungssensors auch bei kleinen Änderungen der Schichtdicke ergibt.
Das Erfassen der Schichtdicke bzw. der daraus berechenbaren Größen mit dem Strahlungssensor liefert besonders bei geringen Schichtdicken eine hohe Meßgenauigkeit.
Sensoren eines Typs werden an verschiedenen Flächenabschnitten der Schicht eingesetzt, um statistische Schwankungen der erfaßten Schichteigenschaft auszugleichen. Sensoren unterschiedlichen Typs werden in einer Weiterbildung eingesetzt, um die Nachteile des einen Sensortyps mit den Vorteilen des anderen Sensortyps auszugleichen. Der Strahlungssensor wird in einem unteren bis mittleren Bereich der Schichtdicke verwendet. In mittleren bis oberen Bereichen wird dann der kapazititve Sensor verwendet. Durch diese Kombination läßt sich die Dicke der Tonerschicht über den gesamten Dickebereich mit einer hohen Meßgenauigkeit messen.
Erfolgt die weitere Bearbeitung der erfaßten Schichtdicke in einer Regeleinrichtung, so läßt sich während des Entwicklungsprozesses die Schichtdicke auf einen vorgegebenen Sollwert regeln. Gegenüber bekannten Verfahren ergibt sich durch diese Maßnahme eine gleichmäßige Dicke der Schicht, die zu einem Druckbild hoher Qualität führt. In einer weiteren Regeleinrichtung wird die Aufladung der Tonerteilchen ausgehend vom Ausgangssignal des Potentialsensors geregelt. Durch gleichzeitiges Regeln der Schichtdicke und der Aufladung der Tonerteilchen kann die massenbezogene Tonerladung während des gesamten Entwicklungsprozesses annähernd konstant gehalten werden. Dies führt zu einer gleichmäßigen Anlagerung der Tonerteilchen auf das latente Ladungsbild und letztlich wieder zu einem Druckbild hoher Qualität.
Verwendet wird auch eine Regeleinrichtung zum Regeln der Aufladung der Tonerteilchen, welche das Ausgangssignal des Strahlungssensors und/oder das Ausgangssignal des kapazitiven Sensors sowie das Ausgangssignal des Potentialsensors verarbeitet. Im Gegensatz zur oben erwähnten Regelung der Kenngrößen des Entwicklungsprozesses in getrennten Regelkreisen-die z.B. nach Art einer Kaskadenregelung oder einer Verhältnisregelung miteinander gekoppelt sind - läßt sich mit einer einzigen Regeleinrichtung eine Regelung der Kenngrößen erzielen, die aufgrund einer einheitlichen Regelstrategie in der Regeleinrichtung zu einer optimalen Beeinflussung des Entwicklungsprozesses führt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beim Verarbeiten der Sensorsignale eine Einrichtung zum Speichern des Verlaufs der jeweiligen Sensorkennlinie verwendet, welche die Beziehung zwischen der jeweils erfaßten Kenngröße und dem Sensorausgangssignal angibt. Diese Kennlinie wird in einem Einmeßvorgang ermittelt, indem die Sensorausgangssignale für Schichten gemessen werden, bei denen die jeweils zu erfassende Kenngröße einen bekannten Wert hat. Die Kennlinie wird z.B. in einem digitalen Speicher oder in einem Funktionsnetzwerk hinterlegt. Der digitale Speicher ist Bestandteil einer Prozessoreinheit zum Steuern der Entwicklereinheit oder zum Steuern des gesamten Druckers. Durch die Einbeziehung der Kennlinie wird erreicht, daß Nichtlinearitäten der Sensoren keinen Einfluß auf die weitere Verarbeitung haben. Somit können die bekannten Maßnahmen der linearen Regelungstechnik angewandt werden.
Um eine Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit der Sensoren durch Ablagerungen von Tonerteilchen oder Staub zu verhindern, wird z.B. der Sensor durch einen Luftstrom umgeben, der Ablagerungen wirksam verhindert.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1
eine Prinzipdarstellung einer Entwicklereinheit mit einem optischen Sensor zum Erfassen der Tonermasse je Flächenabschnitt auf der Entwicklerwalze,
Fig. 2
eine Anordnung eines kapazitiven Sensors zum Erfassen der Tonermasse je Flächenabschnitt an der Entwicklerwalze,
Fig. 3
eine Anordnung eines Potentialsensors zum Erfassen der Ladungsmenge,
Fig. 4
eine Regelung der Tonermasse je Flächenabschnitt, und
Fig. 5
eine Regelung der massebezogenen Tonerladung.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Entwicklereinheit 10, die nahe an einer Fotoleitertrommel 12 angeordnet ist, wobei sich die Fotoleitertrommel 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 Belichtungseinheit aufgebracht wurde. Im latenten Ladungsbild sind die Ladungen gemäß der Bildinformation des zu druckenden Bildes verteilt. Die Antriebsvorrichtung für die Fotoleitertrommel 12 wurde in 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 aus festen Tonerteilchen mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 10 um erzeugt, indem durch eine luftdurchlässige Platte 20 im Boden des Behälters 16 Luft großflächig in den Behälter 16 einströmt.
Im Toner-Luft-Gemisch 18 befindet sich eine Koronaeinrichtung 22, an der eine Spannung von etwa -8 kV anliegt, so daß Tonerteilchen des Gemischs 18 in der Umgebung der Koronaeinrichtung 22 negativ aufgeladen werden. Die Koronaeinrichtung 22 verläuft quer durch die gesamte Entwicklereinheit 10 in einer Länge, die etwa der Ausdehnung der Fotoleitertrommel 12 quer zur Drehrichtung 14 entspricht. Oberhalb der Koronaeinrichtung 22 ist eine Entwicklerwalze 24 angeordnet, deren Achse parallel zur Koronaeinrichtung 22 verläuft. Eine elektrisch leitende Oberflächenschicht der Entwicklerwalze 24 hat ein Potential von etwa -0,6 kV, so daß über die gesamte Länge der Koronaeinrichtung 22 die negativ geladenen Tonerteilchen aufgrund der Wirkung des elektrischen Feldes zwischen der Koronaeinrichtung 22 und der Entwicklerwalze 24 auf der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 abgelagert werden.
Die Oberfläche der Entwicklerwalze 24 befindet sich in einem definierten Abstand zur Koronaeinrichtung 22, so daß auf der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 eine gleichmäßige Tonerschicht 26 entsteht. 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 Entwicklungs-Spalt 30 erreicht, der durch die Oberfläche der Fotoleitertrommel 12 und die Oberfläche der Entwicklerwalze 24 gebildet wird, wobei sich beide Oberflächen z.B. synchron zueinander bewegen. Über die gesamten 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 30 dadurch entwickelt, daß sich in entladenen Bereichen der Oberfläche der Fotoleitertrommel 12 Tonerteilchen der Tonerschicht 26 anlagern und zwar dadurch, daß die Tonerteilchen den Entwicklungs-Spalt überspringen. 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 Koronaeinrichtung 22 aufgebracht werden.
Das auf die Fotoleitertrommel 12 aufgebrachte Tonerbild wird an einer nicht dargestellten Umdruckstation auf Papier übertragen und in einer Fixierstation fixiert.
In einer Entwicklereinheit 10 ist eine Lichtquelle 32 angeordnet, die einen Oberflächenabschnitt der Tonerschicht 26 bestrahlt; vgl. Pfeil 34. Abhängig von der Dicke der Schicht 26 wird mehr oder weniger eingestrahltes Licht von der Schicht 26 reflektiert. Ein Teil des reflektierten Lichtes (vgl. Pfeil 35) wird durch einen optischen Sensor 36 erfaßt, z.B. eine Fotodiode oder ein Fotowiderstand. Zwei Ausgangsleitungen 38 des optischen Sensors 36 sind mit einer Auswerteeinheit 40 verbunden, die auf einer Leitung 42 ein Signal erzeugt, dessen Betrag proportional zur Dicke der Tonerschicht 26 ist. Die weitere Bearbeitung des Signals auf der Leitung 42 wird unten anhand der Fig. 4 und 5 dargestellt.
Figur 2 zeigt die Anordnung eines kapazitiven Sensors 50 an der Entwicklerwalze 24. Der kapazitive Sensor 50 wird zusätzlich zum optischen Sensor 36 (vgl. Fig. 1) zum Bestimmen der Dicke der Tonerschicht 26 verwendet werden.
Der kapazitive Sensor 50 enthält eine Elektrode 52, die von einer Abschirmung 54 umgeben ist. Die Gegenelektrode des Sensors 50 wird durch einen Flächenabschnitt 56 der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 gebildet, welcher dem Sensor 50 unmittelbar gegenüberliegt. Abhängig von der Dicke der Schicht 26 verändert sich die Kapazität zwischen der Elektrode 52 und der Gegenelektrode 56. Die Elektroden 52 und 56 sind mit einer Auswerteeinheit 58 verbunden, an deren Ausgangsleitung 58 ein Signal erzeugt wird, das proportional zur Dicke der Schicht 26 ist. Die Bearbeitung des Signals auf der Ausgangsleitung 58 wird ebenfalls unten anhand der Fig. 4 und 5 erläutert.
Fig. 3 zeigt die Anordnung eines Potentialsensors 70 in der Entwicklereinheit 10. Der Potentialsensor 70 wird in Kombination mit dem optischen Sensor 36 (vergl. Fig. 1) und dem kapazitiven Sensor 50 (vergl. Fig. 2) in der Entwicklereinheit 10 angeordnet.
Der Potentialsensor 70 enthält eine Elektrode 72 und eine Abschirmung 74 zum Abschirmen von elektrischen Fremdfeldern. Die Elektrode 72 ist über eine Leitung 76 mit einer Auswerteeinheit 78 verbunden. Auch die Abschirmung 74 ist über eine Leitung 80 mit der Auswerteeinheit 78 verbunden. An der Elektrode 72 wird ein Potential influenziert, das durch das Potential der Entwicklerwalze 24 und durch die Gesamtheit der Tonerladung bestimmt wird, die sich im Feldbereich der Elektrode 72 auf der Oberfläche der Entwicklerwalze 24 befindet. Die Auswerteeinheit 78 erfaßt dieses Potential, das mit Hilfe einer Kennkurve in ein Signal auf einer Ausgangsleitung 82 umgewandelt wird. Der Potentialsensor 70 wird durch einen Luftstrom von einem nicht dargestellten Gebläse umströmt, so daß eine Ablagerung aus Staub und Tonerteilchen am Potentialsensor 70 nicht entsteht und die Meßgenauigkeit des Potentialsensors 70 unverändert gut bleibt. Die weitere Verarbeitung des Stellsignals wird unten anhand der Fig. 4 und 5 erläutert.
Fig. 4 zeigt die Prinzipdarstellung einer Regelung der Tonerschichtdicke. Die Leitung 42 am Ausgang der Auswerteeinheit 40 des optischen Sensors 36 (vergl. Fig. 1) ist eingangsseitig mit einer Regeleinrichtung 100 verbunden. Vor Beginn des Entwicklungsprozesses wird der Regeleinrichtung 100 ein Sollwert DSOLL für die Dicke der Tonerschicht vorgegeben. Die Regeleinrichtung vergleicht den Sollwert DSOLL mit dem auf der Leitung 42 signalisierten Istwert DIST der Dicke der Tonerschicht. Dabei wird ein Fehlersignal erzeugt.
Die Regeleinrichtung 100 erzeugt abhängig vom Fehlersignal eine Stellspannung USTELL, die einem steuerbaren Netzteil 102 über eine Leitung 104 zugeführt wird. Das Netzteil 102 erzeugt eine Spannung UK für die Koronaeinrichtung 22 (vergl. Fig. 1) abhängig von der Größe der Stellspannung USTELL. Die Stellspannung USTELL wird durch die Regeleinrichtung 100 so vorgegeben, daß sich das Fehlersignal verkleinert und schließlich den numerischen Wert "0" annimmt. In diesem.Fall stimmt die Ist-Dicke der Tonerschicht mit der Soll-Dicke überein. Zu erneuten Regelvorgängen kommt es, wenn Störgrößen die Dicke der Tonerschicht verändern. In der Regeleinrichtung 100 wird im Beispiel der Fig. 4 ein PI-Regler eingesetzt.
Die Regeleinrichtung 100 ist außerdem mit der Ausgangsleitung 58 verbunden, so daß wahlweise das Signal auf der Ausgangsleitung 42 oder auf der Ausgangsleitung 48 zum Regeln der Schichtdicke verwendet wird. Bei Schichtdicken unter einem vorgegebenen Wert werden die Signale des optischen Sensors 36 (vergl. Fig. 1) ausgewertet. Oberhalb der durch den Wert vorgegebenen Schichtdicke werden die Signale des kapazitiven Sensors 50 auf der Ausgangsleitung 58 ausgewertet.
Fig. 5 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Regelung der massebezogenen Tonerladung. Zusätzlich zu dem anhand der Fig. 4 beschriebenen Regelkreis mit der Regeleinrichtung 100 ist in Fig. 5 ein zweiter Regelkreis dargestellt, der die Aufladung der Tonerteilchen mit Hilfe eines auf die Schicht 26 (vergl. Fig. 1) einwirkenden Korotrons oder Skorotrons auf einen vorgegebenen Ladungs-Sollwert regelt. Der zweite Regelkreis enthält eine Regeleinrichtung 110, die mit der Ausgangsleitung 82 verbunden ist. Die Regeleinrichtung 110 erzeugt auf einer Leitung 112 eine Stellspannung USTELL2 zum Ansteuern eines gesteuerten Netzteils 114. Die Stellspannung USTELL2 wird durch die Regeleinrichtung 110 so vorgegeben, daß ein Fehlersignal zwischen einem vorgegebenen Sollwert für die Ladung auf einem Flächenabschnitt der Tonerschicht und dem vom Potential-Sensor 70 erfaßten Ist-Wert verkleinert wird, bis es den numerischen Wert "0" erreicht. Das gesteuerte Netzteil 114 erzeugt eine Spannung U, die über eine Leitung 116 an das Korotron angelegt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Regeleinheiten 100 und 110 zu einer Regeleinheit 120 zusammengefaßt, die einen Mikroprozessor und einen Arbeitsspeicher enthält, in dem ein Regelprogramm abgespeichert ist. Abhängig von den Signalen auf den Leitungen 42, 58 und 82 wird das Netzteil 102 über eine Leitung 104' und das Netzteil 114 über eine Leitung 112' so angesteuert, daß die massenbezogene Tonerladung qT am Entwicklungs-Spalt 30 (vergl. z.B. Fig. 1) einen konstanten vorgegebenen Wert hat. Die massenbezogene Tonerladung qT berechnet sich nach folgender Formel: qT = QTMT , wobei QT die durch den Potentialsensor 70 gemaß Fig. 3 erfaßte Tonerladung je Flächenabschnitt und MT die Tonermasse je Flächenabschnitt, kurz die Flächenmasse, ist. Als Bezugsflächenelement für die Tonerladung und die Tonermasse wird ein Flächenabschnitt der Tonerschicht mit einer vorgegebenen Größe verwendet.
Bezugszeichenliste
10
Entwicklereinheit
12
Fotoleitertrommel
14
Richtungspfeil
16
Behälter
18
Toner-Luft-Gemisch
20
luftdurchlässige Platte
22
Koronaeinrichtung
24
Entwicklerwalze
26
Tonerschicht
28
Drehrichtung
30
Entwicklungs-Spalt
32
Lichtquelle
34
Pfeil
36
optischer Sensor
38
Ausgangsleitung
40
Auswerteeinheit
42
Leitung
50
kapazitiver Sensor
52
Elektrode
54
Abschirmung
56
Gegenelektrode
58
Ausgangsleitung
70
Potentialsensor
72
Elektrode
74
Abschirmung
76
Leitung
78
Auswerteeinheit
80
Leitung
82
Ausgangsleitung
100
Regeleinrichtung
102
gesteuertes Netzteil
104
Leitung
110
Regeleinrichtung
112
Leitung
114
geregeltes Netzteil
116
Leitung
120
Regeleinrichtung
DSOLL
Sollwert der Dicke
DIST
Istwert der Dicke
USTELL
Stellspannung
UK
Koronaspannung
USTELL2
Stellspannung
U
Spannung
qT
mittlere Tonerteilchenladung
QT
Flächenladung
MT
Flächenmasse

Claims (10)

  1. Entwicklereinheit (10) für einen elektrografischen Drukker oder Kopierer,
    mit einer Toneraufnahmefläche (24) zum Aufnehmen einer gleichmäßigen Tonerschicht (26) aus Tonerteilchen, die zum Einfärben von latenten Ladungsbildern auf einem Fotoleiter (12) zu einem Entwicklungs-Spalt (30) transportiert werden und sich auf den Ladungsbildern anlagern,
    einem kapazitiven Sensor (36, 50) zum Erfassen der Tonermasse (MT) auf der Toneraufnahmefläche (24),
    wobei der kapazitive Sensor (50) die Dicke der Tonerschicht (26) abhängig von der Kapazität zwischen seinen Meßelektroden (52, 56) erfaßt,
    zumindest ein Flächenabschnitt der Toneraufnahmefläche (24) die erste Meßelektrode (56) bildet,
    und wobei die zweite Meßelektrode (52) in vorgegebenem Abstand gegenüber der ersten Meßelektrode (56) angeordnet ist,
    einem Potentialsensor (70) zum Erfassen des elektrischen Potentials (QT) uber der Tonerschicht (26) auf der Toneraufnahmefläche (24) und
    einer Auswerteeinheit (120), die aus der festgestellten Tonermasse (MT) und dem Potential (QT) die massenbezogene Tonerladung (qT) errechnet.
  2. Entwicklereinheit nach Anspruch 1 mit einem zusätzlichen optischen Sensor zum Erfassen der Tonermasse, enthaltend:
    eine Strahlungsquelle (32) zum Bestrahlen mindestens eines Flächenabschnitts der Tomerschicht (26),
    einen Strahlungssensor (36) zum Erfassen der vom Flächenabschnitt remittierten oder transmittierten Strahlungsmenge,
    und eine Auswerteeinheit (40) zum Auswerten des Ausgangssignals des Strahlungssensors (36).
  3. Entwicklereinheit (10) nach Anspruch 2, mit einer Auswerteeinheit (100), die abhängig von der Dicke der Tomerschicht (26) entweder das Ausgangssignal des Strahlungssensors (36) oder das Ausgangssignal des kapazitiven Sensors (50) auswertet, wobei vorzugsweise das Ausgangssignal des Strahlungssensors (36) in einem unteren Bereich der Schichtdicke ausgewertet wird.
  4. Entwicklereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tonerteilchen den Entwicklungs-Spalt (30) überspringen.
  5. Entwicklereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer ersten Regeleinrichtung (100) zum Regeln der mittleren Tonermasse je Flächenabschnitt, wobei die erste Regeleinrichtung (100) das Ausgangssignal des kapazitiven Sensors (50) und gegebenenfalls zusätzlich des Strahlungssensor (36)
    und/oder mit einer zweiten Regeleinrichtung (110) zum Regeln der mittleren Tonerladung je Flächenabschnitt, wobei die zweite Regeleinrichtung (110) das Ausgangssignal des Potentialsensors (70) verarbeitet.
  6. Entwicklereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Regeleinrichtung (120) zum Regeln der Aufladung der Tonerteilchen, wobei die Regeleinrichtung (120) das Ausgangssignal des kapazitiven Sensors (50) : und gegebenenfalls zusätzlich das Ausgangssignal des Strahlungssensors (36) sowie das Ausgangssignal des Potentialsensors (70) verarbeitet.
  7. Entwicklereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einer Einrichtung zum Speichern des Verlaufs einer Kennlinie, welche die Beziehung zwischen einer den Entwicklungsprozeß beeinflussenden Kenngröße und einem der Sensorausgangssignale angibt.
  8. Entwicklereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Einrichtung zum Verhindern von Ablagerungen auf einem der Sensoren, wobei die Einrichtung vorzugsweise einen Luftstrom am Sensor (36, 50, 70) erzeugt.
  9. Entwicklereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher die Tonerteilchen einem Toner-Luft-Gemisch (18) entnommen werden, das sich wie eine Flüssigkeit verhält.
  10. Vorrichtung zum Drucken oder Kopieren, mit einer Entwicklereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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