EP0946905B1 - Developer unit for an electrographic printer or copier - Google Patents
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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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- G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
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- G03G15/0848—Arrangements for testing or measuring developer properties or quality, e.g. charge, size, flowability
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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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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.
- 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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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:
- 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 (10)
- 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), andan 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, comprisinga 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.
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