EP0946905B1

EP0946905B1 - Developer unit for an electrographic printer or copier

Info

Publication number: EP0946905B1
Application number: EP97953643A
Authority: EP
Inventors: Volkhard Maess; Martin Schleusener; Reinhard Apel
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2002-02-20
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: WO1998027468A1; DE59706457D1; US6148160A; EP0946905A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Entwicklereinheit für einen elektrografischen Drucker oder Kopierer mit einer Toneraufnahmefläche zum Aufnehmen einer Tonerteilchen enthaltenden Schicht, kurz Tonerschicht.The invention relates to a developer unit for an electrographic Printer or copier with a toner receiving area for containing a toner particle Layer, short toner layer.

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.The construction of such a developer unit with a developer roller as a toner receiving surface is US 4,777,106 explained. With this developer unit, the Toner particles in a toner reservoir in which a toner-air mixture is located, electrically charged and then on the grounded or with a potential Toner receiving area under the action of an electrical Force field deposited as a toner layer. The secluded Toner particles are created by the rotation of a developer roller, whose outer surface just forms the toner receiving surface a development nip between the developer roller and passed a toner image carrier. The toner image carrier carries a latent charge pattern on the development gap selectively toner particles are applied, forming a toner image arises. The toner image is then removed from the toner image carrier with or without using an intermediate image carrier on one Final image carrier applied, e.g. on paper. Instead of the developer roller a developer tape is also used.

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. 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.

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.A disadvantage of the known developer units is that a Monitor the development process and especially that of amount of toner delivered to the developer unit is not possible is. Is the amount of toner per area on the toner receiving area or the amount of charge per area in the toner layer when developing below or above a specified target value, the error is only recognized on the finished print image. On The 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.

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.Both dry toners and liquid toners are used as toners used. The toner used can still be used Divide single and multi-component toners. electrographic Printers are especially electrophotographic, ionographic and magnetographic printers.

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.From the patents US 5,006,897 and US 4,026,643 Developer units known in which the properties of a a magnetic particle developer layer forming a magnetic brush with the help of a potential sensor and a capacitive Circuit or an optical sensor can be detected.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach aufgebaute Entwicklereinheit anzugeben, die ein Entwickeln mit hoher Qualität ermöglicht.It is an object of the invention to provide a developer unit of simple construction to specify a high quality developing allows.

Diese Aufgabe wird durch eine Entwicklereinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This task is performed by a developer unit with the features of claim 1 solved. Advantageous further training are specified in the dependent claims.

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. 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 in the developer unit and not only after it has been completed Development process must be recorded in case of deviations of these parameters of target values can react quickly.

Nur so lassen sich Druckbilder schlechter Qualität und der damit verbundene erhöhte Papier- und Energieverbrauch vermeiden. This is the only way to print images of poor quality and avoid the associated increased paper and energy consumption.

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 the developer unit according to the invention there is a capacitive one Sensor for detecting the capacitance between its measuring electrodes arranged. The above characteristics of Layer can be detected if at least one surface section the toner receiving surface forms the first measuring electrode, and the second measuring electrode opposite at a predetermined distance the first measuring electrode is arranged so that the Toner layer between the two measuring electrodes in the manner of a Dielectric runs. The thickness of the dielectric or Toner layer influenced according to the known laws for the Capacitor the capacitance. Capturing the properties. the Toner layer with the capacitive sensor has the advantage that the upper limit of the measuring range is not limited, since even with relative thick layers increase the layer thickness leads to a detectable change in capacity.

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.In the developer unit according to the invention near the toner receiving surface is also a potential sensor for detecting the electrical potential of at least one surface section of the Toner layer arranged so that the charge per surface section or the average toner charge per surface section of the toner receiving surface is detected. From this parameter there are already gross disruptions in the development process detect.

Sämtliche genannte Sensoren arbeiten berührungslos, so daß die Tonerschicht in ihrer Gleichmäßigkeit beim Erfassen ihrer Eigenschaften nicht beeinträchtigt wird.All of the sensors mentioned work without contact, so that the toner layer in its uniformity when detecting its Properties is not affected.

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.In the developer unit according to the invention, a Evaluation unit the output signal of the capacitive sensor and the output signal of the potential sensor to a signal linked, which is a measure of the average mass-related toner charge is, so that one of the most essential parameters of the development process and for further processing ready.

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. The evaluation units for the sensors mentioned can both implemented in terms of circuitry and software his. Simple evaluation units are used, the compare the sensor output signal with a specified setpoint and a signal if the sensor output signal is not permitted deliver that e.g. interrupts the printing process or is output perceptibly for an operator, e.g. as an optical or acoustic signal. As an evaluation unit control units are also used, which consist of the output signals Control variables for influencing the development process derived.

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.If, in a further development, the developer unit contains a radiation source for irradiating at least one surface section of the layer and a radiation sensor for detecting the amount of radiation remitted or transmitted by the surface section, the following characteristics of the development process can be determined, for example, via the optical properties of the toner layer: average thickness of the layer, toner mass per surface section or toner mass on the entire toner receiving surface. 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.

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.Is the toner receiving surface made of one for the radiation of the Radiation source not permeable material, so the Radiation sensor arranged so that remitted from the surface section or reflected radiation is detected. Is against the toner receiving surface from a for the radiation of the Radiation permeable material, so alternatively the toner receiving area between the radiation source and the radiation sensor be arranged so that the radiation sensor a transmitted amount of radiation is detected.

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.As radiation e.g. visible light, ultraviolet radiation or infrared radiation can be used. The wavelength the radiation is expediently applied to the absorption or remission properties of the toner layer adapted. The aim is to choose the wavelength so that it depends as large as possible from the thickness of the toner layer Signal difference at the output of the radiation sensor also at small changes in the layer thickness results.

Das Erfassen der Schichtdicke bzw. der daraus berechenbaren Größen mit dem Strahlungssensor liefert besonders bei geringen Schichtdicken eine hohe Meßgenauigkeit. The detection of the layer thickness or the one that can be calculated from it Sizes with the radiation sensor deliver especially at small Layer thicknesses a high measuring accuracy.

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.Sensors of one type are on different surface sections the layer used to statistical fluctuations of the compensate the recorded layer property. Sensors different Types are used in a training course to the disadvantages of one type of sensor with the advantages of compensate for other sensor types. The radiation sensor is used in a lower to middle range of the layer thickness. The capacitance is then in the middle to upper ranges Sensor used. With this combination the thickness of the toner layer over the entire thickness range measure with a high measuring accuracy.

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.Is the further processing of the detected layer thickness in a control device, so during the development process the layer thickness to a predetermined target value regulate. Compared to known methods, this measure a uniform thickness of the layer that too leads to a high quality print image. In another The control device is the charging of the toner particles regulated based on the output signal of the potential sensor. By simultaneously regulating the layer thickness and the Charging the toner particles can be mass-based Toner loading throughout the development process be kept approximately constant. This leads to a even accumulation of the toner particles on the latent charge pattern and ultimately again to a high quality print image.

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.A regulating device for regulating the charge is also used of the toner particles, which are the output signal of the Radiation sensor and / or the output signal of the capacitive Sensor and the output signal of the potential sensor processed. In contrast to the regulation of the parameters mentioned above the development process in separate control loops e.g. in the manner of a cascade regulation or a ratio regulation are coupled with each other - can be with one achieve control of the parameters using a single control device, which due to a uniform control strategy in the control device to optimally influence the Development process leads.

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.In a further embodiment of the invention, the Processing the sensor signals a device for storage the course of the respective sensor characteristic curve used the relationship between the parameter recorded and the Indicates sensor output signal. This characteristic curve is in one Measuring process determined by the sensor output signals for Layers are measured in which the respectively to be recorded Parameter has a known value. The characteristic is e.g. in a digital memory or in a functional network deposited. The digital memory is part of it a processor unit for controlling the developer unit or to control the entire printer. By including the Characteristic is achieved that non-linearities of the sensors have no influence on further processing. So you can the known measures of linear control technology be applied.

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. To impair the measuring accuracy of the sensors prevent deposits of toner particles or dust, e.g. the sensor is surrounded by an air flow that Deposits effectively prevented.

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.

Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings. In it show:

Fig. 1: 1 shows a basic illustration of a developer unit with an optical sensor for detecting the toner mass per surface section on the developer roller,
Fig. 2: an arrangement of a capacitive sensor for detecting the toner mass per surface section on the developer roller,
Fig. 3: an arrangement of a potential sensor for detecting the amount of charge,
Fig. 4: a regulation of the toner mass per surface section, and
Fig. 5: a regulation of the mass-related toner charge.

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.Fig. 1 shows schematically the structure of a developer unit 10, which is arranged close to a photoconductor drum 12, the photoconductor drum moving in the direction of an arrow 14 rotates. Located on the surface of the photoconductor drum 12 in the surface area facing the developer unit 10 a latent charge image, which is represented by a not shown Exposure unit was applied. In 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 shown in Fig. 1 for simplification not shown in the illustration.

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.The developer unit 10 contains a container 16 in which there is a toner-air mixture 18. In 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 an average Size of about 10 µm produced by a air-permeable plate 20 in the bottom of the container 16 air flows over a large area into the container 16.

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.There is a 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. Above the corona device 22, a developer roller 24 is arranged, the Axis runs parallel to the corona device 22. An electric one has conductive surface layer of the developer roller 24 a potential of about -0.6 kV, so that over the entire length the corona device 22 the negatively charged toner particles due to the effect of the electric field between the Corona device 22 and the developer roller 24 on the surface the developer roller 24 are deposited.

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.The surface of the developer roller 24 is in one defined distance to the corona device 22, so that on the Surface of the developer roller 24 a uniform layer of toner 26 arises. The developer roller 24 is replaced by a Drive device, not shown, in the direction of a Arrow 28 rotated about its axis. With the rotation the Toner layer 26 transported on the periphery of the developer roller 24, until it reaches a development gap 30 that through the surface of the photoconductor drum 12 and the surface the developer roller 24 is formed, both of which Surfaces e.g. move synchronously. Over the whole Has length in the direction of the axis of the developer roller 24 the development gap 30 has a constant width. The latent Charge image of the photoconductor drum 12 is in the development gap 30 developed in that in unloaded areas the surface of the photoconductor drum 12 toner particles Add toner layer 26 by the fact that the toner particles skip the development gap. On the developer roller 24 remaining toner particles are not replaced by one shown scraper from the surface layer of the developer roller 24 removed before new toner particles in the Area of the corona device 22 are applied.

Das auf die Fotoleitertrommel 12 aufgebrachte Tonerbild wird an einer nicht dargestellten Umdruckstation auf Papier übertragen und in einer Fixierstation fixiert.The toner image applied to the photoconductor drum 12 becomes transferred to paper at a transfer station, not shown and fixed in a fuser.

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.A light source 32 is arranged in a developer unit 10, the one surface portion of the toner layer 26 irradiated; see. Arrow 34. Depending on the thickness of the layer 26 is more or less incident light from the Layer 26 reflects. Part of the reflected light (see arrow 35) is detected by an optical sensor 36 e.g. a photo diode or a photo resistor. Two output lines 38 of the optical sensor 36 are with an evaluation unit 40 connected to a signal on a line 42 generated, the amount of which is proportional to the thickness of the toner layer 26 is. The further processing of the signal on the Line 42 is shown below with reference to FIGS. 4 and 5.

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.FIG. 2 shows the arrangement of a capacitive sensor 50 the developer roller 24. The capacitive sensor 50 becomes in addition to the optical sensor 36 (see FIG. 1) can be used to determine the thickness of the toner layer 26.

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.The capacitive sensor 50 includes an electrode 52 which is made of a shield 54 is surrounded. The counter electrode of the sensor 50 is through a surface portion 56 of the surface the developer roller 24 is formed, which the sensor 50 immediately opposite. Depending on the thickness of layer 26 the capacitance between the electrode 52 and changes the counter electrode 56. The electrodes 52 and 56 are connected to an evaluation unit 58, on the output line thereof 58 a signal is generated which is proportional to Thickness of layer 26 is. Processing the signal on the Output line 58 is also shown below with reference to FIGS. 4 and 5 explained.

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.Fig. 3 shows the arrangement of a potential sensor 70 in the Developer unit 10. The potential sensor 70 is used in combination with the optical sensor 36 (see FIG. 1) and the capacitive sensor 50 (see FIG. Fig. 2) arranged in the developer unit 10.

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.The potential sensor 70 contains one electrode 72 and one Shield 74 for shielding external electrical fields. The electrode 72 is connected to an evaluation unit via a line 76 78 connected. The shield 74 is also a Line 80 connected to the evaluation unit 78. On the electrode 72 a potential is influenced by the potential the developer roller 24 and through the entirety of the Toner charge is determined, which is in the field area of the electrode 72 is located on the surface of the developer roller 24. The evaluation unit 78 detects this potential with the help a characteristic curve into a signal on an output line 82 is converted. The potential sensor 70 is a Airflow flows around a fan, not shown, so that a deposit of dust and toner particles on the potential sensor 70 does not arise and the measuring accuracy of the potential sensor 70 remains good. The further processing of the control signal is explained below with reference to FIGS. 4 and 5.

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.4 shows the basic illustration of a regulation of the toner layer thickness. Line 42 at the output of the evaluation unit 40 of the optical sensor 36 (see FIG. 1) is on the input side connected to a control device 100. Before the start of the Development process, the control device 100 becomes a setpoint DSOLL is specified for the thickness of the toner layer. The Control device compares the setpoint DSOLL with that on Line 42 signaled actual value DIST of the thickness of the toner layer. An error signal is generated.

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.The control device 100 generates depending on the error signal a control voltage USTELL, which is a controllable power supply 102 is supplied via a line 104. The power supply 102 generates a voltage UK for the corona device 22 (cf. Fig. 1) depending on the size of the control voltage USTELL. The Control voltage USTELL is so by the control device 100 given that the error signal is reduced and finally takes the numerical value "0". In this case is the actual thickness of the toner layer with the target thickness match. New control processes occur when disturbances occur change the thickness of the toner layer. In the control device 100, a PI controller is used in the example of FIG. 4.

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.The control device 100 is also connected to the output line 58, so that either the signal on the output line 42 or on the output line 48 for regulating the layer thickness is used. For layer thicknesses below a given one The signals of the optical sensor 36 become value (see Fig. 1) evaluated. Above that specified by the value Layer thickness are the signals of the capacitive Sensor 50 evaluated on the output line 58.

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.5 shows a basic illustration of a regulation of the mass-related Toner charge. In addition to that with reference to FIG. 4 described control loop with the control device 100 is in 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. The control voltage USTELL2 is predetermined by the control device 110 so that an error signal between a predetermined target value for the load on a surface section of the toner layer and that of the potential sensor 70 recorded actual value is reduced until it reaches the numerical value "0". The controlled power supply 114 generates a voltage U, which is connected via a line 116 to the Corotron is created.

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. In a further exemplary embodiment, the control units 100 and 110 are combined to form a control unit 120 which contains a microprocessor and a working memory in which a control program is stored. Depending on the signals on lines 42, 58 and 82, the power supply 102 is controlled via a line 104 'and the power supply 114 via a line 112' in such a way that the mass-related toner charge qT at the development gap 30 (see, for example, FIG. 1 ) has a constant predetermined value. The mass-related toner charge qT is calculated using the following formula: qT = QT MT . where QT is the toner charge per surface section detected by the potential sensor 70 according to FIG. 3 and MT is the toner mass per surface section, in short the surface mass. A surface section of the toner layer with a predetermined size is used as a reference surface element for the toner charge and the toner mass.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Entwicklereinheitdeveloper unit
1212: FotoleitertrommelPhotoconductor drum
1414: Richtungspfeilarrow
1616: Behältercontainer
1818: Toner-Luft-GemischToner-air mixture
2020: luftdurchlässige Plattebreathable plate
2222: Koronaeinrichtungcorona device
2424: Entwicklerwalzedeveloper roller
2626: Tonerschichttoner layer
2828: Drehrichtungdirection of rotation
3030: Entwicklungs-SpaltDeveloping gap
3232: Lichtquellelight source
3434: Pfeilarrow
3636: optischer Sensoroptical sensor
3838: Ausgangsleitungoutput line
4040: Auswerteeinheitevaluation
4242: Leitungmanagement
5050: kapazitiver Sensorcapacitive sensor
5252: Elektrodeelectrode
5454: Abschirmungshielding
5656: Gegenelektrodecounter electrode
5858: Ausgangsleitungoutput line
7070: Potentialsensorpotential sensor
7272: Elektrodeelectrode
7474: Abschirmungshielding
7676: Leitungmanagement
7878: Auswerteeinheitevaluation
8080: Leitungmanagement
8282: Ausgangsleitungoutput line
100100: Regeleinrichtungcontrol device
102102: gesteuertes Netzteilcontrolled power supply
104104: Leitungmanagement
110110: Regeleinrichtungcontrol device
112112: Leitungmanagement
114114: geregeltes Netzteil regulated power supply
116116: Leitungmanagement
120120: Regeleinrichtungcontrol device
DSOLLdsoll: Sollwert der DickeTarget value of the thickness
DISTDIST: Istwert der DickeActual value of the thickness
USTELLUSTELL: Stellspannungsetting voltage
UKUK: Koronaspannungcorona voltage
USTELL2USTELL2: Stellspannungsetting voltage
UU: Spannungtension
qTqT: mittlere Tonerteilchenladungmedium toner particle charge
QTQT: Flächenladungsurface charge
MTMT: Flächenmassebasis weight

Claims

Developer unit (10) for an electrographic printer or copier,

comprising a toner acceptance surface (24) for the acceptance of a uniform toner layer (26) of toner particles which, for inking latent charge images on a photoconductor (12), are transported to a development gap (30) and deposit on the charge images,

a capacitative sensor (36, 50) for the acquisition of the toner mass (MT) on the toner acceptance surface (24),

the capacitative sensor (50) acquiring the thickness of the toner layer (26) dependent on the capacitance between its measuring electrodes (52, 56),

at least one surface section of the toner acceptance surface (24) forming the first measuring electrode (56),

and the second measuring electrode (52) being arranged at a predetermined distance opposite the first measuring electrode (56),

a potential sensor (70) for acquiring the electrical potential (QT) over the toner layer (26) on the toner acceptance surface (24), and

an evaluation unit (120) which calculates the mass-referred toner charge (qT) from the identified toner mass (MT) and the potential (QT).
Developer unit (10) according to claim 1, having an additional optical sensor for acquiring the toner mass, comprising

a radiation source (32) for the irradiation of at least one surface section of the toner layer (26),

a radiation sensor (36) for acquiring the amount of radiation remitted or transmitted from the surface section,

and an evaluation unit (40) for evaluating the output signal of the radiation sensor (36).
Developer unit (10) according to claim 2, comprising an evaluation unit (100) which, dependent on the thickness of the toner layer (26), evaluates either the output signal of the radiation sensor (36) or the output signal of the capacitative sensor (50), the output signal of the radiation sensor (36) being preferably evaluated in a lower range of the layer thickness.
Developer unit (10) according to one of the preceding claims, wherein the toner particles jump over the development gap (30).
Developer unit (10) according to one of the preceding claims, comprising a first control means (100) for controlling the average toner mass per surface section, the first control means (100) processing the output signal of the capacitative sensor (50) and, if necessary, in addition the output signal of the radiation sensor (36),
and/or comprising a second control means (110) for controlling the average toner charge per surface section, the second control means (110) processing the output signal of the potential sensor (70).
Developer unit (10) according to one of the preceding claims, comprising a control means (120) for controlling the charging of the toner particles, the control means (120) processing the output signal of the capacitative sensor (50) and, if necessary, in addition the output signal of the radiation sensor (36) as well as the output signal of the potential sensor (70).
Developer unit (10) according to one of the preceding claims, comprising at least one means for storing the curve of a characteristic which indicates the relationship between a characteristic quantity influencing the developing process and one of the sensor output signals.
Developer unit (10) according to one of the preceding claims, comprising a means for preventing deposits on one of the sensors, the means preferably generating an air stream at the sensor (36, 50, 70).
Developer unit (10) according to one of the preceding claims, wherein the toner particles are taken from a toner-air mixture (18) which behaves like a liquid.
Apparatus for printing or copying, comprising a developer unit according to one of the preceding claims.