EP0946906B1

EP0946906B1 - Verfahren zum betreiben eines elektrografischen druckers oder kopierers

Info

Publication number: EP0946906B1
Application number: EP97953644A
Authority: EP
Inventors: Walter Kopp; 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: DE59706459D1; US6253040B1; EP0946906A1; WO1998027469A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrografischen Druckers oder Kopierers, bei dem eine Tonerteilchen enthaltende Schicht, kurz Tonerschicht, auf einer Toneraufnahmefläche unter Wirkung eines Kraftfelds abgeschieden wird. Zumindest ein Teil der abgeschiedenen Tonerteilchen wird unter Wirkung eines zweiten Kraftfelds auf eine zweite Toneraufnahmefläche übertragen, auf der die übertragenen Tonerteilchen eine zweite Schicht bilden.

Ein solches Verfahren wird in der Entwicklereinheit durchgeführt, die im Europäischen Patent EP 0 494 454 B1 erläutert ist. Bei dieser Entwicklereinheit werden die Tonerteilchen in einem Tonervorratsbehälter, in welchem sich ein Toner-Luft-Gemisch befindet, elektrisch aufgeladen und anschließend auf der geerdeten oder mit einem Potential versehenen ersten Toneraufnahmefläche unter Wirkung des ersten elektrischen Kraftfelds als Tonerschicht abgeschieden. Die abgeschiedenen Tonerteilchen werden durch die Drehung einer Übertragungswalze, deren Mantelfläche gerade die erste Toneraufnahmefläche bildet, an einem Übertragungs-Spalt zwischen der Übertragungswalze und einer Entwicklerwalze vorbeigeführt.

Die zweite Toneraufnahmefläche wird durch die Mantelfläche der Entwicklerwalze gebildet. Am Übertragungs-Spalt werden die Tonerteilchen von der Übertragungswalze auf die Entwicklerwalze übertragen, wo sie die zweite Schicht bilden. Die Tonerteilchen der zweiten Schicht werden durch die Drehung der Entwicklerwalze 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.

Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, daß ein Überwachen des Entwicklungsprozesses und insbesondere der von der Entwicklereinheit abgegebenen Tonermenge nicht möglich ist. Liegt die Tonermenge je Fläche auf einer der beiden Toneraufnahmeflächen oder auch die Ladung der Tonerteilchen beim Entwickeln unter oder über einem vorgegebenen Sollwert bzw. Sollbereich, so wird der Fehler erst am fertigen Druckbild erkannt. Ein Reagieren erfolgt somit relativ spät. Die Störungen im Druckbild fallen insbesondere bei großflächig bedruckten Bildelementen im Druckbild auf.

Bei dem bekannten Verfahren ist es außerdem nicht möglich, die Tonermasse je Flächenabschnitt auf der Toneraufnahmefläche oder die Tonerladung je Flächenabschnitt exakt einzustellen, während des Druckbetriebs konstant zu halten und gegebenenfalls an bestimmte Druckaufträge anzupassen.

Als Toner werden sowohl trockene Toner als auch flüssige Toner verwendet. Bei flüssigen Tonern werden zum. Auftragen des Toners z.B. mechanische Vorrichtungen mit elektrischem Hilfspotential verwendet. Die verwendeten Toner lassen sich weiterhin in Ein- und Mehrkomponententoner unterteilen.

Unter einem elektrografischen Drucker werden insbesondere elektrofotografische Drucker, ionografische Drucker und magnetografische Drucker verstanden. Weiterhin ist es bekannt, anstelle der Entwicklerwalze bzw. der Übertragungswalze Bänder zu verwenden, auf denen die Tonerschichten abgelagert werden.

In der Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung JP-A-06067527 ist eine Entwicklereinheit erläutert, bei der mithilfe eines Kraftfeldes zwischen einer Übertragungswalze und einer Entwicklerwalze abhängig vom Sensorsignal eines Sensors die Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt auf der Entwicklerwalze geregelt wird.

In der US-Patentschrift US-A-5 339 140 wird eine Entwicklereinheit erläutert, bei der die Ladung einer Tonerteilchenschicht auf der Entwicklerwalze mithilfe einer Sensoreinheit erfaßt wird. Abhängig vom Ausgangssignal der Sensoreinheit wird in einem Regelkreis eine Aufladevorrichtung, die längs des Tonerwegs angeordnet ist, so gesteuert, daß die Ist-Tonerladung eine Soll-Tonerladung erreicht.

In der US-Patentschrift US-A-5 285 243 wird eine Entwicklereinheit erläutert, bei der die Entwicklungsrate mithilfe eines Sensors erfaßt wird, der die Tonermasse pro Flächeneinheit erfaßt. Abhängig von der erfaßten Entwicklungsrate wird das Aufladepotential, die Belichtung, das Biaspotential bzw. die Tonerkonzentration verändert.

In der Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung JP-A-58121050 wird eine Entwicklereinheit mit einer Entwicklerwalze erläutert. Die Ladung der Tonerteilchen auf der Entwicklerwalze werden mithilfe eines Sensors erfaßt. In einem Regelkreis wird eine Ladungseinheit abhängig vom Ausgangssignal des Sensors so angesteuert, daß der Toner auf der Entwicklerwalze eine vorgegebene Ladung bzw. ein vorgegebenes Oberflächenpotential hat.

Es ist Aufgabe der Erfindung, zum Betreiben eines elektrografischen Druckers oder Kopierers ein einfaches Verfahren anzugeben, das ein Entwickeln mit hoher Qualität ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Kenngrößen, welche die Qualität des Entwicklungsprozesses und damit auch wesentlich die Qualität des Druckbildes bestimmen, schon beim Entwickeln und nicht erst nach abgeschlossenem Entwicklungsvorgang erfaßt werden müssen, um bei Abweichungen dieser Kenngrößen von Sollwerten schnell reagieren zu können.

Deshalb wird bei der Erfindung an mindestens einer Stelle der ersten Tonerschicht und/oder der zweiten Tonerschicht die mittlere Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt erfaßt. Je Flächenabschnitt bedeutet dabei, daß von einer relativ gleichmäßigen Schicht ausgegangen wird und die erfaßte Tonermasse auf einen definierten Flächenabschnitt der Tonerschicht bezogen wird, von z.B. 1 cm². Als Bezugsgröße wird auch die Gesamtfläche der jeweiligen Tonerschicht verwendet. Die mittlere Tonermasse je Flächenabschnitt ist auch ein Maß für die Dicke der betreffenden Tonerschicht.

Bei der Erfindung wird in einem ersten Regelkreis mindestens eines der Kraftfelder abhängig von der Abweichung der Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt von einer vorgegebenen mittleren Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt geändert. Ist die Ist-Tonermasse höher als die Soll-Tonermasse, so wird das Kraftfeld so geändert, daß weniger Tonerteilchen auf der Toneraufnahmefläche abgeschieden werden. Ist die Ist-Tonermasse kleiner als die Soll-Tonermasse, so wird das Kraftfeld so geändert, daß mehr Tonerteilchen auf der Toneraufnahmefläche abgeschieden werden. Stimmen Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt und Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt überein, so wird das Kraftfeld nicht geändert. Durch diese Maßnahmen kann die Ist-Tonermasse exakt auf den Wert der Soll-Tonermasse eingestellt und während des Druckbetriebs konstant gehalten werden. Erforderlichenfalls kann während des Druckbetriebs auch die Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt verändert werden.

Welches der beiden Kraftfelder geändert wird, hängt von den konkreten Parametern beim Drucken ab. Sind z.B. die Toneraufnahmeflächen aus einem elektrisch leitenden Material und werden die Kraftfelder aufgrund von Potentialunterschieden erzeugt, an denen beide Toneraufnahmeflächen oder zumindest eine der Toneraufnahmeflächen beteiligt ist, so kann das Potential der zweiten Toneraufnahmefläche nicht beliebig gewählt werden, wenn diese Toneraufnahmefläche auf der Entwicklerwalze angeordnet ist. Ein Ändern des Potentials der zweiten Toneraufnahmefläche würde sich auch auf die Spannung im Entwicklungs-Spalt auswirken. Es ist jedoch nicht immer möglich bzw. zweckmäßig, diese Spannung zu ändern. In diesem Fall wird nur das Potential der ersten Toneraufnahmefläche, d.h. der Übertragungswalze, beim Regeln geändert.

Bei der Erfindung wird außerdem an mindestens einer Stelle der ersten Tonerschicht und/oder der zweiten Tonerschicht die mittlere Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt erfaßt. In einem zweiten Regelkreis wird dann die Ladung der Tonerteilchen der betreffenden Schicht abhängig von der Abweichung zwischen der Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt und einer vorgegebenen Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt geändert. Durch diese Maßnahmen wird die Tonerladung je Flächenabschnitt als eine wichtige Kenngröße des Entwicklungsprozesses erfaßt und auf den Wert der vorgegebenen Soll-Tonerladung eingestellt. Während des Druckbetriebs wird die Ist-Tonerladung auf dem durch die Soll-Tonerladung vorgegebenen Wert konstant gehalten. Ergebnis ist eine Verbesserung der beim Entwickeln entstehenden Druckbilder.

Die Tonerladung je Flächenabschnitt kann auf beiden Tonerschichten erhöht werden, um Ladungsverluste während des Transports der Tonerteilchen auf diesen Schichten wieder auszugleichen. Ist der Bauraum in der Entwicklereinheit beschränkt, so wird nur die Tonerladung der ersten Tönerschicht oder die Tonerladung der zweiten Tonerschicht durch eine einzige Aufladevorrichtung geändert.

Die Regelverfahren werden z.B. nach Art einer Kaskadenregelung oder einer Verhältnisregelung kombiniert. Angewendet wird auch eine Regelung, bei der die Tonermasse je Flächenabschnitt und die Tonerladung je Flächenabschnitt ins Verhältnis gesetzt werden, so daß als Regelgröße die sogenannte massebezogene Tonerladung berechnet wird. Nach einer vorgegebenen Regelstrategie wird bei einer Abweichung der massebezogenen Tonerladung von einem vorgegebenen Wert die Tonermasse je Flächenabschnitt und/oder die Tonerladung je Flächenabschnitt verändert. Die massebezogene Tonerladung ist eine der wesentlichsten Kenngrößen des Entwicklungsprozesses. Wird die massebezogene Tonerladung während des gesamten Entwicklungsprozesses konstant gehalten, so steht zum Entwickeln immer eine gleiche Menge von Tonerteilchen zur Verfügung, deren Ladung in einem vorgegebenen Bereich liegt. Somit lagern sich die Tonerteilchen während des gesamten Entwicklungsvorgangs gleichmäßig an den zu entwickelnden Stellen des Tonerbildträgers an. Die Folge ist ein Druckbild hoher Qualität.

Wird die vorgegebene Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt so gewählt, daß sie betragsmäßig größer als die Tonerladung je Flächenabschnitt unmittelbar nach dem Aufbringen der Tonerteilchen auf die Toneraufnahmefläche ist, so lassen sich Ladungsverluste der Tonerteilchenladungen beim Transport auf der Toneraufnahmefläche ausgleichen, indem zusätzlich zur Regelung der Tonerladung die Tonerladung auf jeden Fall erhöht wird.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei der Vorgabe der Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt und/oder der Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt die Spannung in einem Entwicklungs-Spalt berücksichtigt. Wird durch eine Bedienperson die Spannung im Entwicklungs-Spalt z.B. beim Einstellen des Kontrasts des Druckbildes verändert, so sind auch Soll-Tonermasse und Soll-Tonerladung automatisch anzupassen, um ein Druckbild hoher Qualität zu erzeugen.

Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt eine Entwicklereinheit für einen elektrografischen Drucker oder Kopierer, die insbesondere zum Durchführen der oben erläuterten Verfahren eingesetzt wird. Somit gelten die oben genannten technischen Wirkungen auch für die Entwicklereinheit nach der Erfindung und deren Ausführungsbeispiele.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1: eine Prinzipdarstellung einer Entwicklereinheit mit einer Entwicklerwalze und einer Übertragungswalze,
Fig. 2: eine Entwicklereinheit mit einer Regeleinrichtung zum Regeln der massebezogenen Tonerladung auf der Entwicklerwalze mit Hilfe eines Skorotrons,
Fig. 3: eine Entwicklereinheit mit einer Regeleinrichtung zum Regeln der massebezogenen Tonerladung auf der Übertragungswalze mit Hilfe eines Korotrons, und
Fig. 4: eine Entwicklereinheit mit einer Regeleinrichtung zum Regeln der massebezogenen Tonerladung unter Berücksichtigung der Potentiale auf der Entwicklerwalze und der Übertragungswalze.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Entwicklereinheit 10, an welcher ein Fotoleiterband 12 in Richtung eines Pfeils 14 vorbeigeführt wird. Auf dem Fotoleiterband 12 befindet sich im der Entwicklereinheit 10 zugewandten Oberflächenbereich ein latentes Ladungsbild, in welchem die Ladungen gemäß der Bildinformation des zu druckenden Bildes verteilt sind. Die Transportvorrichtung für das Fotoleiterband 12 wurde in Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung nicht mitgezeichnet.

Die Entwicklereinheit 10 enthält einen Behälter 16, in dem sich ein Toner-Luft-Gemisch 18 befindet. Im Gemisch 18 ist Toner und Luft etwa im Verhältnis 1:10 gemischt, wodurch sich das Gemisch 18 wie eine Flüssigkeit verhält. Eine Grenzfläche 20 zwischen dem Gemisch 18 und der in der Entwicklereinheit 10 enthaltenen Luft ist relativ glatt. Ein Ultraschallsensor 22 oberhalb der Oberfläche 20 erfaßt eine Füllstands-Höhe H des Gemischs 18.

Das Gemisch 18 wird aus festen Tonerteilchen mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 10 µm erzeugt, die durch eine Tonerdosiereinrichtung 24 dem Toner-Luft-Gemisch 18 in definierten Mengen zugeführt werden. Ein Tonerteilchenvorrat 26 befindet sich zwischen geneigten Seitenwänden 28 der Tonerdosiereinrichtung 24, so daß die Tonerteilchen einem Dosierrad 30 trichterförmig zugeführt werden. Das Dosierrad 30 hat entlang seines Umfangs Aussparungen, in die jeweils gleiche Mengen Tonerteilchen aufgenommen werden. Durch eine Drehbewegung des Dosierrades 30 werden Tonerteilchen aus dem Innern der Tonerdosiereinrichtung 24 dem Toner-Luft-Gemisch 18 zugeführt, sobald der Ultraschallsensor 22 ein Absinken der Grenzfläche 20 unter eine vorgegebenen Soll-Höhe registriert.

Im Bodenbereich der Entwicklereinheit 10 ist eine luftdurchlässige Platte 32 aus einem porösen Polyethylen-Werkstoff angeordnet, durch die Luft großflächig aus einer unter der Platte 32 liegenden Kammer 34 in das Toner-Luft-Gemisch 18 einströmt. Der Kammer 34 wird durch einen Luftzufuhr-Anschluß 36 ständig Luft zugeführt.

In der Entwicklereinheit 10 befinden sich zwei Korona-Drähte 38 und 40, die eine Spannung von etwa -8 kV haben und die Tonerteilchen des Gemischs 18 in ihrer Umgebung negativ aufladen. Die Korona-Drähte 38 und 40 verlaufen quer durch die gesamte Entwicklereinheit in einer Länge, die der Ausdehnung des Fotoleiterbandes 12 quer zu dessen Transportrichtung 14 etwa entspricht. Oberhalb der Korona-Drähte 38 und 40 und oberhalb der Grenzfläche 20 ist eine Übertragungswalze 42 angeordnet, deren Achse 44 parallel zu den Korona-Drähten 38 und 40 verläuft. Eine leitende Oberflächenschicht 46 hat etwa ein Potential von -0,9 kV, so daß über die gesamte Länge der Korona-Drähte 38 und 40 die erzeugten negativen Tonerteilchen aufgrund der Wirkung des elektrischen Feldes zwischen den Korona-Drähten 38, 40 und der Übertragungswalze 42 auf der Oberflächenschicht 46 abgelagert werden. Bei einer Drehung der Übertragungswalze 42 in Richtung eines Pfeils 48 werden die abgelagerten Tonerteilchen in Richtung einer Öffnung 50 der Entwicklereinheit 10 zur Abgabe von Tonerteilchen transportiert. Der Transportweg der geladenen Tonerteilchen verläuft für den in der Fig. 1 dargestellten Schnitt durch die Entwicklereinheit 10 entlang des Außenradius der Übertragungswalze 42 von einem Punkt A bis zu einem Punkt B.

Im Punkt B werden die Tonerteilchen unter Wirkung eines weiteren elektrischen Feldes auf eine leitende Oberflächenschicht 52 einer Entwicklerwalze 54 übertragen, welche sich in Richtung eines Pfeils 56 dreht. Das weitere elektrische Feld liegt zwischen der Oberflächenschicht 46 und der auf ein Potential von etwa -0,5 kV aufgeladenen Oberflächenschicht 52 Die Achse 58 der Entwicklerwalze 54 ist im wesentlichen parallel zur Achse 44 angeordnet. Für den in Fig. 1 dargestellten Schnitt werden die Tonerteilchen nach der Übertragung im Punkt B durch die Entwicklerwalze 54 entlang des Außenradius der Entwicklerwalze 54 zu einem Punkt C in der Öffnung 50 transportiert.

Vereinzelte Tonerteilchen, die nicht von der Übertragungswalze 42 zur Entwicklerwalze 54 übertragen wurden, werden mit Hilfe eines Abstreifers 60 von der Oberflächenschicht 46 entfernt, bevor der jeweilige Bereich der Oberflächenschicht 46 wieder mit neuen geladenen Tonerteilchen bedeckt wird. Der Abstreifer 60 verläuft über die gesamte Länge der Übertragungswalze 42 und wird von einem Abstreifer-Halter 62 gehalten.

Im Bereich der Öffnung 50 wird das latente Ladungsbild des Fotoleiterbands 12 dadurch entwickelt, daß sich in aufgeladenen Bereichen des Fotoleiterbands 12 Tonerteilchen von der Oberflächenschicht 52 anlagern. Auf der Entwicklerwalze 54 verbleibende Tonerteilchen werden durch einen weiteren Abstreifer 64 von der Oberflächenschicht 52 entfernt, bevor wieder neue Tonerteilchen von der Übertragungswalze 42 aufgebracht werden. Der Abstreifer 64 verläuft über die gesamte Länge der Entwicklerwalze 54 und wird von einem weiteren Abstreifer-Halter 66 gehalten, der gleichzeitig auch Leitvorrichtung für die sich von der Entwicklerwalze 54 lösenden Tonerteilchen ist. Die durch die Abstreifer 60 und 64 entfernten Tonerteilchen fallen zurück in das Gemisch 18.

Durch eine Toner-Zufuhreinrichtung 68 wird der Entwicklereinheit Toner zugeführt, welcher die beim Entwickeln verbrauchten Tonerteilchen ersetzt.

Fig. 2 zeigt die Entwicklereinheit 10, wobei jedoch ein latentes Ladungsbild auf einer Fotoleitertrommel 12' entwickelt wird, die anstelle des Fotoleiterbandes 12 (vgl. Fig. 1) an der Entwicklereinheit 10 angeordnet ist. Die Fotoleitertrommel 12 dreht sich in Richtung eines Pfeils 14'. An der Entwicklereinheit 10 ist eine Regeleinrichtung 100 angeordnet, der über eine Leitung 102 eine Soll-Tonerladung vorgegeben wird, die sich z.B. auf einen bestimmten Flächenabschnitt einer Tonerschicht 104 auf der Entwicklerwalze 54 bezieht. Über eine Leitung 106 wird der Regeleinrichtung 50 außerdem eine Soll-Tonermasse für den Flächenabschnitt der Tonerschicht 104 vorgegeben. Die Regeleinrichtung 50 empfängt weiterhin über eine Leitung 108 Signale einer optischen Sensoreinheit 110. Die optische Sensoreinheit 110 enthält einen Lichtsender, einen Lichtempfänger sowie eine Auswerteeinheit. Das vom Lichtsender ausgestrahlte Licht wird von der Tonerschicht 104 zum Lichtempfänger remittiert.

Anhand des von der Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt abhängigen Remissionsverhaltens der Tonerschicht 104 wird in der Sensoreinheit 110 die Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt in der Tonerschicht 104 bestimmt. Über die Leitung 108 gelangt der momentane Wert der Ist-Tonermasse zur Regeleinrichtung 100, in der in einem Subtrahierer 112 die Differenz aus Soll-Tonermasse und Ist-Tonermasse gebildet wird, wobei am Ausgang des Subtrahierers 112 ein Tonermasse-Fehlersignal anliegt. Alternativ kann die Sensoreinheit 110 auch einen kapazitiven Sensor enthalten, mit dessen Hilfe die Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt bestimmt wird, indem die Änderung der dielektrischen Eigenschaften der Tonerschicht 104 bei einer Änderung der Tonermasse je Flächenabschnitt erfaßt werden.

Nahe der mit der Tonerschicht 104 bedeckten Oberfläche 52 der Entwicklerwalze 54 ist außerdem eine Potential-Sensoreinheit 114 angeordnet, die ausgangsseitig über eine Leitung 116 mit der Regeleinrichtung 100 verbunden ist. Die Potential-Sensoreinheit 114 enthält eine Elektrode, an der ein Potential influenziert wird, das durch das Potential der Entwicklerwalze 54 und durch die Gesamtheit der Tonerladung bestimmt wird, die sich im Feldbereich der Elektrode auf der Oberfläche der Entwicklerwalze 54 befindet. Die Potential-Sensoreinheit 114 enthält weiterhin eine Auswerteeinheit, die aus dem influenzierten Potential die Ist-Tonerladung ermittelt.

In einem Subtrahierer 118, der in der Regeleinrichtung 50 enthalten ist, wird die Differenz aus Soll-Tonerladung und Ist-Tonerladung gebildet. Am Ausgang des Subtrahierers 118 liegt ein Tonerladungs-Fehlersignal an.

Die beiden Fehlersignale der Subtrahierer 112 und 118 werden einem Regler 120 zugeführt, der z.B. zwei PI-Regler enthält, von denen der eine auf einer Ausgangsleitung 122 der Regeleinrichtung 100 abhängig vom Tonermasse-Fehlersignal eine Stellspannung USTELL1 erzeugt, die an einem gesteuerten Netzteil 124 anliegt. Das gesteuerte Netzteil 124 erzeugt an seinem Ausgang eine Spannung U3, die das Potential auf den Korona-Drähten 38 und 40 bestimmt. Die Spannung U3 wird dabei abhängig von der Stellspannung USTELL1 eingestellt.

Durch den ersten PI-Regler wird die Spannung USTELL1 so vorgegeben, daß das Fehlersignal des Subtrahierers 112 betragsmäßig verringert wird und letztlich den numerischen Wert "0" hat. Ein erster Regelkreis I enthält somit die optische Sensoreinheit 110, die Regeleinrichtung 100, das Netzteil 124 und die Korona-Drähte 38 und 40. Mit Hilfe des Regelkreises I wird die Tonermasse je Flächenabschnitt der Tonerschicht 104 geregelt, indem bei zu geringer Tonermasse je Flächenabschnitt das Potential der Korona-Drähte 38 und 40 erhöht wird, so daß sich mehr Tonerteilchen auf der Oberfläche 46 der Übertragungswalze 42 abscheiden. Da diese Tonerteilchen im Bereich eines Übertragungs-Spalts 125 von der Übertragungswalze 42 auf die Entwicklerwalze 54 übertragen werden, erhöht sich letztlich auch die Tonermasse je Flächenabschnitt der Tonerschicht 104. Liegt die Ist-Tonermasse über dem Wert, der durch die Soll-Tonermasse vorgegeben ist, so wird das Potential der Korona-Drähte 38 und 40 verringert. Die Folge ist, daß sich weniger Tonerteilchen auf der Oberfläche 46 der Übertragungswalze 42 ablagern. Entsprechend weniger Tonerteilchen werden dann am Übertragungs-Spalt 125 auf die Entwicklerwalze 54 übertragen. Letztlich gelingt es mit Hilfe des Regelkreises I, die Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt auf der Oberfläche 52 der Entwicklerwalze 54 gemäß der vorgegebenen Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt konstant zu halten.

Der zweite im Regler 120 enthaltene PI-Regler erzeugt abhängig vom Tonerladungs-Fehlersignal des Subtrahierers 118 auf einer Leitung 126 eine Stellspannung USTELL2 und auf einer Leitung 128 eine Stellspannung USTELL3, wobei im wesentlichen die Stellspannung USTELL3 beim Regeln geändert wird. Die Stellspannung USTELL2 liegt an einem gesteuerten Netzteil 130 an, welches abhängig vom Wert der Stellspannung USTELL2 am Ausgang eine Spannung U1 erzeugt, die das Ladungsverhalten eines Skorotrons 132 beeinflußt. Die Stellspannung USTELL3 liegt am Eingang eines gesteuerten Netzteils 134 an, das an seinem Ausgang abhängig vom Wert der Stellspannung USTELL3 eine Spannung U2 erzeugt, die an einem Steuergitter 136 des Skorotrons 132 anliegt. Über das Steuergitter 136 läßt sich das Ladungsverhalten des Skorotrons 132 besser steuern als über die Spannung U1.

Der zweite PI-Regler gibt deshalb im wesentlichen die Stellspannung USTELL3 so vor, daß das Fehlersignal des Subtrahierers 118 betragsmäßig verkleinert wird und schließlich den numerischen Wert "0" hat, bis Störgrößen zu einem neuen Regelvorgang führen. Ein zweiter Regelkreis II enthält somit die Potential-Sensoreinheit 114, die Regeleinrichtung 100, das Netzteil 130 bzw. 134 und das Skorotron 132. Sinkt die Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt auf der Tonerschicht 104 ab, so wird die Spannung U2 so eingestellt, daß sich das Ladungsverhalten des Skorotrons 132 erhöht. Überschreitet die Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt der Tonerschicht 104 den vorgegebenen Sollwert, so wird die Spannung U2 so geändert, daß durch das Skorotron 132 weniger Ladungen auf die Tonerschicht 104 aufgebracht werden. Durch den Regelkreis II gelingt es, die Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt gemäß der vorgegebenen Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt während des Entwicklungsprozesses konstant zu halten.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Regeleinrichtung 100 anstelle der Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt und der Soll-Tonermasse je Flächenabschnitt eine massebezogene Soll-Tonerladung vorgegeben. Die massebezogene Tonerladung qT berechnet sich nach folgender Formel: qT = QTMT , wobei QT die Tonerladung je Flächenabschnitt und MT die Tonermasse je Flächenabschnitt ist. Die vorgegebene massebezogene Soll-Tonerladung wird mit einer massebezogenen Ist-Tonerladung verglichen, die mit der oben angegebenen Formel aus Ist-Tonerladung und Ist-Tonermasse bestimmt wird. Durch eine vorgegebene Regelstrategie der Regeleinrichtung 100 wird letztlich die massebezogene Tonerladung qT auf der Tonerschicht 104 während des Entwicklungsprozesses konstant gehalten.

Fig. 3 zeigt die Entwicklereinheit 10 mit einer Regeleinrichtung 100' zum Regeln der massebezogenen Tonerladung qT auf der Übertragungswalze 42 mit Hilfe eines Korotrons 150. Die Regeleinrichtung 100' ist wie die Regeleinrichtung 100 (vergl. Fig. 2) aufgebaut, enthält jedoch anstelle des Reglers 120 einen Regler 120', der nur die beiden Ausgangsleitungen 122 und 126 hat. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Korotron 150, das wesentlich einfacher aufgebaut ist, als das Skorotron 132 (vergl. Fig. 2), kein Steuergitter hat, so daß die durch das Netzteil 134 erzeugte Spannung U2 entfällt.

Im Gegensatz zur Fig. 2 sind die optische Sensoreinheit 110, die Potential-Sensoreinheit 114 und das Korotron 150 nunmehr nahe der Übertragungswalze 42 angeordnet, so daß Kenngrößen einer Tonerschicht 152 auf der Oberfläche 46 der Übertragungswalze 48 erfaßt bzw. beeinflußt werden.

Das Regeln der Tonermasse je Flächenabschnitt im Regelkreis I erfolgt wie oben anhand der Fig. 2 erläutert. Zum Regeln der Tonerladung je Flächenabschnitt wird durch die Regeleinrichtung 100' nur die Stellspannung USTELL2 vorgegeben. Die Stellspannung USTELL2 wird so gewählt, daß sich die Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt der Tonerschicht 152 auf den durch die Soll-Tonerladung je Flächenabschnitt vorgegebenen Wert einregelt.

Fig. 4 zeigt die Entwicklereinheit 10 mit einer Regeleinrichtung zum Regeln der massebezogenen Tonerladung qT unter Berücksichtigung der elektrischen Potentiale auf der Entwicklerwalze 54 und der Übertragungswalze 42. Das Regeln erfolgt durch eine Regeleinrichtung 100'', die im wesentlichen wie die Regeleinrichtung 100 (vergl. Fig. 2) aufgebaut ist. Anstelle des Reglers 120 enthält die Regeleinrichtung 100'' jedoch einen Regler 120'', der beim Regeln auch das momentane Potential der Entwicklerwalze 54 und der Übertragungswalze 42 berücksichtigt. Diese Potentiale ergeben sich z.B. aus dem Kontrastwert, den eine Bedienperson des Druckers gewählt hat.

Die Regelung des Entwicklungsprozesses erfolgt im wesentlichen wie oben anhand der Fig. 2 erläutert. Zusätzlich ist die Regeleinrichtung 100'' über eine Leitung 170 mit einem gesteuerten Netzteil 172 und über eine Leitung 174 mit einem gesteuerten Netzteil 176 verbunden. Auf der Leitung 170 wird ein Bias-Signal BIAS1 übermittelt. Abhängig vom Wert des Bias-Signals BIAS1 wird im Netzteil 122 eine Spannung U4 erzeugt, die an die leitende Oberfläche 52 der Entwicklerwalze 54 angelegt wird. Der jeweils gewählte Wert des Potentials auf der Entwicklerwalze 24 beeinflußt sowohl den Regelkreis I als auch den Regelkreis II, da er den Wert der Soll-Tonerladung und der Soll-Tonermasse mitbestimmt.

Auf der Leitung 174 wird ein weiteres Bias-Signal BIAS2 übermittelt, das bestimmt, welche Spannung U5 am Ausgang des Netzteils 176 erzeugt wird. Die Spannung U5 bestimmt das Potential auf der Oberfläche 46 der Übertragungswalze 42. Auch das Potential auf der Übertragungswalze 42 beeinflußt beide Regelkreise I und II.

Die Differenz der Spannungen U5 und U3 bestimmt die auf der Übertragungswalze 42 abgeschiedene Tonermasse je Flächenabschnitt und in gewissem Maße auch die Tonerladung je Flächenabschnitt. Die Differenz der Spannungen U4 und U5 bestimmt die von der Übertragungswalze 42 auf die Entwicklerwalze 54 übertragene Tonermasse je Flächenabschnitt. Die Differenz zwischen der Spannung U4 und dem Potential auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 12' bestimmt die von der Entwicklerwalze 54 auf die Fotoleitertrommel 12' übertragene Tonermasse pro Flächenabschnitt auf Bereichen, in denen Tonerteilchen beim Entwickeln abgelagert werden. Aufgrund der bildmäßigen Ladungsverteilung auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 12' wird für jeden Bildpunkt des latenten Ladungsbildes die Einfärbung mit Tonerteilchen von der jeweiligen Potentialdifferenz zwischen der Spannung U4 und dem örtlichen Fotoleiterpotential bestimmt.

Bezugszeichenliste

10: Entwicklereinheit
12: Fotoleiterband
12': Fotoleitertrommel
14, 14': Pfeil
16: Behälter
18: Toner-Luft-Gemisch
20: Grenzfläche
22: Ultraschallsensor
H: Höhe
24: Tonerdosiereinrichtung
26: Tonerteilchenvorrat
28: geneigte Seitenwände.
30: Dosierrad
32: luftdurchlässige Platte
34: Kammer
36: Luftzufuhr-Anschluß
38, 40: Korona-Draht
42: Übertragungswalze
44: Achse
46: Oberflächenschicht (leitend)
48: Pfeil
50: Öffnung
A, B, C: Punkt
52: Oberflächenschicht (leitend)
54: Entwicklerwalze
56: Pfeil
58: Achse
60, 64: Abstreifer
62, 66: Abstreifer-Halter
68: Tonerzufuhreinrichtung
100, 100', 100": Regeleinrichtung
102: Leitung
104: Tonerschicht
106, 108: Leitung
110: optische Sensoreinheit
112: Subtrahierer
114: Potential-Sensoreinheit
116: Leitung
118: Subtrahierer
120, 120', 120'': Regler
122: Ausgangsleitung
124: gesteuertes Netzteil
125: Übertragungs-Spalt
126, 128: Leitung
130: qesteuertes Netzteil
132: Skorotron
134: gesteuertes Netzteil
136: Steuergitter
150: Korotron
152: Tonerschicht
170, 174: Leitung
172, 176: gesteuertes Netzteil
USTELL1: Stellspannung
USTELL2: Stellspannung
USTELL3: Stellspannung
I, II: Regelkreis
qT: massebezogene Tonerladung
QT: Tonerladung je Flächenabschnitt
MT: Tonermasse je Flächenabschnitt
U1 bis U5: Spannung
BIAS1, BIAS2: Bias-Signal

Claims

Verfahren zum Betreiben eines elektrografischen Druckers oder Kopierers,

bei dem eine Tonerteilchen enthaltende erste Schicht (152) auf einer ersten Toneraufnahmefläche (46) unter Wirkung eines Kraftfelds abgeschieden wird, wobei die Tonerteilchen einem Tonervorrat (16) entnommen werden,

zumindest ein Teil der abgeschiedenen Tonerteilchen von der ersten Toneraufnahmefläche (46) unter Wirkung eines zweiten Kraftfelds auf eine zweite Toneraufnahmefläche (52) übertragen wird, auf der die übertragenen Tonerteilchen eine zweite Schicht bilden,

an mindestens einer Stelle der ersten Schicht (152) und/oder der zweiten Schicht (104) die Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt erfaßt wird,

und bei dem in einem ersten Regelkreis (110, 100, 124, 38) mindestens eines der Kraftfelder abhängig von der Abweichung der Ist-Tonermasse von einer vorgegebenen Soll-Tonermasse geändert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Stelle der ersten Schicht (152) und/oder der zweiten Schicht (104) die Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt erfaßt wird,

und daß in einem zweiten Regelkreis (114, 100,130, 132) die Ladung der Tonerteilchen mindestens einer der beiden Schichten (152, 104) abhängig von der Abweichung der Ist-Tonerladung von einer vorgegebenen Soll-Tonerladung geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Tonerladung über dem Wert der Tonerladung der ersten Schicht (152) und/oder der zweiten Schicht (104) unmittelbar nach dem Aufbringen bzw. dem Übertragen der Tonerteilchen liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vorgabe der Soll-Tonermasse und/oder der Soll-Tonerladung die Spannung in einem Entwicklungs-Spalt berücksichtigt wird, in welchem die Tonerteilchen der zweiten Toneraufnahmefläche (52) auf einen Tonerbildträger (12, 12') übertragen werden,
und/oder daß bei der Vorgabe der Soll-Tonermasse und/oder der Soll-Tonerladung die Spannung in einem Übertragungs-Spalt (125) berücksichtigt wird, in welchem die Tonerteilchen von der ersten Toneraufnahmefläche (46) zur zweiten Toneraufnahmefläche (52) übertragen werden.
Entwicklereinheit (10) für einen elektrografischen Drucker oder Kopierer,

mit einer ersten Toneraufnahmefläche (46) zum Aufnehmen einer Tonerteilchen enthaltenden ersten Schicht (152),

einer zweiten Toneraufnahmefläche (52) zum Aufnehmen einer Tonerteilchen enthaltenden zweiten Schicht (104),

einer ersten Felderzeugungseinrichtung (124, 38, 40) zum Erzeugen eines ersten Kraftfelds, mit welchem Tonerteilchen aus einem Vorratsbehälter (16) auf die erste Toneraufnahmefläche (46) abgeschieden werden,

einer zweiten Felderzeugungseinrichtung (172) zum Erzeugen eines zweiten Kraftfelds, mit welchem zumindest ein Teil der abgeschiedenen Tonerteilchen von der ersten Toneraufnahmefläche (46) zur zweiten Toneraufnahmefläche (52) übertragen werden,

mindestens einer Sensoreinheit (110) zum Erfassen der Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt der ersten Schicht (152) und/oder der zweiten Schicht (104),

und mit einer ersten Regeleinrichtung (100), die abhängig von der Abweichung der Ist-Tonermasse je Flächenabschnitt der Schicht (152; 104) von einer vorgegebenen Soll-Tonermasse die Stärke mindestens eines der Kraftfelder ändert,

gekennzeichnet durch mindestens eine nahe der ersten Toneraufnahmefläche (16) und/oder der zweiten Toneraufnahmefläche (52) angeordneten Aufladevorrichtung (132, 150) zum Aufladen der Tonerteilchen auf der jeweiligen Toneraufnahmefläche (46, 52),

mindestens einer Sensoreinheit (114) zum Erfassen der Ist-Tonerladung je Flächenabschnitt der ersten Schicht (152) und/oder der zweiten Schicht (104),

und durch eine zweite Regeleinrichtung (100), die abhängig von der Abweichung der Ist-Tonerladung von einer vorgegebenen Soll-Tonerladung das Ladungsverhalten der Aufladevorrichtung (132, 150) ändert.
Entwicklereinheit (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladevorrichtung ein Korotron (150) oder ein Skorotron (152) ist, das vorzugsweise mit einer von einer Wechselspannung überlagerten Gleichspannung betrieben wird.
Entwicklereinheit (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Toneraufnahmeflächen (46, 52) elektrisch leitend ist und ein Bias-Potential (U4, U5) hat, welches bei der Vorgabe der Soll-Tonermasse und/oder der Soll-Tonerladung berücksichtigt wird.
Vorrichtung zum Drucken oder Kopieren, mit einer Entwicklereinheit (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6.