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Die Erfindung betrifft eine Druckvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In Reproduziervorrichtungen nach dem Prinzip der Xerographie wird ein latentes
elektrostatisches Bild des zu kopierenden oder druckenden Gegenstandes auf einem
bewegbaren Aufzeichnungselement wie beispielsweise einem Fotorezeptor erzeugt, und
zwar durch die Aufnahme eines zu kopierenden Dokumentes oder aufgrund einer
Bildsignaleingabe. Vor der Aufnahme wird die Aufzeichnungselementoberfläche zuerst mit
einem gewünschten Potential aufgeladen. Nach der Aufzeichnung bzw. Belichtung
werden die elektrostatischen Latentbilder auf der Oberfläche des
Aufzeichnungselementes an einer Entwicklungsstation entwickelt, die in heute üblicher Praxis eine oder
mehrere Magnetbürsten aufweist, um einen Entwickler, gewöhnlich eine Mischung aus
Trägerpartikeln und Toner, in einen entwickelnden Bezug mit dem
Aufzeichnungselement und dem darauf befindlichen Bild zu bringen. Anschließend wird das entwickelte
Bild an einer Übergabestation auf ein Kopiersubstratmaterial, beispielsweise ein Blatt
Papier, übertragen. Nach dieser Übertragung wird der verbleibende Entwickler von
dem Aufzeichnungselement entfernt, während das entwickelte, zuvor auf das
Kopiersubstratmaterial übertragene Bild fixiert wird, um eine Permanentkopie oder dauerhafte
Reproduktion zu erzeugen.
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Im Verlauf des oben beschriebenen Entwickelns von Bildern wird der Toneranteil des
Entwicklers periodisch erschöpft, so daß zur Aufrechterhaltung des erforderlichen
Toneranteils von Zeit zu Zeit frischer Toner hinzugefügt werden muß. Da derartige
Vorrichtungen normalerweise Bildar verschiedener Größe bis zu einer Maximalgröße
verarbeiten, ist die Erschöpfung des Toners über die Breite des Entwickler-Sumpfes
nicht gleichmäßig.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits eine Vielzahl von Tonerauffrischsystemen
bekannt, beispielsweise ein Kanister oder Kartuschentyp, wie in der US-A-3,337,072 (Del
Vecchio et al.) beschrieben. In dem Stand der Technik nach Del Vecchio et al wird ein
Tonerzufuhrkanister verwendet, der aus relativ bewegbaren inneren und äußeren
konzentrischen Rohren besteht, die jeweils eine Tonerspendeöffnung aufweisen. Der
Vorrat von frischem Toner befindet sich in dem inneren Rohr, und bei Drehung des inneren
Rohres relativ zu dem äußeren Rohr werden die jeweiligen Tonerspendeöffnungen
zueinander ausgerichtet. Ein weiteres Tonerspendesystem ist aus der US-A-3,339,807
(Eichorn) bekannt. Dort wird ein einmal angebrachter Tonervorratskanister gedreht, um
die Tonerspendeöffnungen in Gegenüberstellung zu einer Reihe von Öffnungen in
einem stationären Gitter zu bringen. Vorher wird ein abziehbarer Streifen, der die
Öffnungen während des Transports abdichtet, entfernt.
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Aus der US-A-4,688,926 ist eine Tonerspendeanordnung bekannt, in der Toner mittels
einer Tonerausstoßstangen/nockenantriebsvorrichtung aus einer drehenden Kartusche
ausgestoßen wird.
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Die obengenannten Spendeanordnungen nach dem Stand der Technik verwenden
üblicherweise einen zu einer Horizontalebene ausgerichteten Tonerspender. Eine weitere
Ausgestaltung, bei der die Spendekartusche geneigt oder um einen kleinen Winkel zu
der Horizontalen gekippt ist, ist aus der US-A-4,965,634 bekannt. Die dort offenbarte
Anordnung zeigt das Spenden von Toner aus einer Vielzahl von Mündungen, die
entlang des Endes der Kartusche, die sich entlang der Horizontalen erstreckt, ausgebildet
sind. US-A-4,611,730 von Ikesue offenbart überdies in Fig. 11 ein Tonerspendesystem
mit einer Tonerkartusche, die in einer Nicht-Horizontalen Ebene ausgerichtet ist, jedoch
mit einer anderen Tonerabgabeöffnungsanordnung. Die Vorteile des geneigten
Tonersystems gegenüber dem horizontalen System liegen darin, daß die Schwerkraft zur
Unterstützung des Tonerspendevorganges verwendet wird, woraus ein effizienteres
System resultiert. Diese Systeme sind jedoch bisweilen nicht in der Lage, eine optimale
Tonerkonzentration in der Tonerkartusche entlang kritischer Spendebereiche für
bestimmte Anwendungen bereitzustellen.
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Eine Druckvorrichtung mit einem Vorrat in der Form eines vertikalen Hohlzylinders ist
aus der US-A-3,180,313 bekannt. Dieser Vorratsbehälter ist jedoch nicht drehbar, kann
allerdings gegenüber einer Zumeßplatte gedreht werden, um die Tonerdosis, die einem
Tonersumpf zugeführt wird, einzustellen.
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Weitere Tonerauffrischvorrichtungen sind aus der JP-A-55-134875 und der JP-A-53-
90937 bekannt. Da diese beiden Vorrichtungen keine Mittel zum Schöpfen einer
vorbestimmten Menge von Toner aufweisen, ist es dort unmöglich, die Menge von Toner
während eines Tonerzufuhrbetriebes präzise einzustellen.
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Eine Druckvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist aus der US-A-
4,212,264 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Kartusche mit einer kleinen
Öffnung an ihrem axialen Ende und einer Schöpfkammer, die zwischen der Mitte und der
radialen Kante der Kappe ausgebildet ist. Mit jeder Drehung der Kartusche gelangen
Tonerpartikel in die Schöpfkammer durch eine Öffnung, die in Umfangsrichtung der
Kartusche weist, und werden durch die kleine Axialöffnung abgegeben. Folglich wird
mit jeder einzelnen Umdrehung der Kartusche Toner abgegeben.
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Wenn die aus der US-A-4,212,264 bekannte Kartusche kontinuierlich oder in
Abständen betrieben wird, muß die kleine Öffnung sehr klein ausgebildet werden, um eine
Verschwendung von Toner und eine Erschöpfung des Tonervorrats zu vermeiden.
Abgesehen von der Schwierigkeit der Steuerung der je Umdrehung zugeführten
Tonermenge durch eine solch kleine Öffnung besteht zudem die Gefahr, daß die kleine
Öffnung blockiert wird, wenn beispielsweise aus irgendwelchen Gründen der Toner
verklumpt, z. B. nach einer Weile der Nichtbenutzung der Vorrichtung.
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Daher beabsichtigt die vorliegende Erfindung eine Druckvorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die eine zuverlässige Steuerung der von der
drehenden Kartusche abgegebenen Tonermenge ermöglicht, selbst dann, wenn die
Vorrichtung für längere Zeit nicht benutzt worden ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Druckvorrichtung nach dem Patentanspruch 1 gelöst.
Durch das Vorsehen einer Vorrichtung zur selektiven Ermöglichung der Tonerabgabe
an der Kappe ist es möglich, Toner lediglich dann zuzuführen, wenn dieser benötigt
wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
ZEICHNUNG
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Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht in Schnittdarstellung einer
Reproduziervorrichtung mit einer Tonerspendekartusche nach der vorliegenden
Erfindung;
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Fig. 2 ist eine isometrische Teilseitenansicht, die den Entwicklungsabschnitt der
Vorrichtung zeigt;
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Fig. 3 ist eine Seitenansicht der Tonerspendekartusche nach Fig. 1, und
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Fig. 4 ist eine innenseitige Endansicht des Spendeendes der Kartusche nach
Fig. 1.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Reproduktionsvorrichtung 8 nach dem Prinzip der
Xerograhie gezeigt, in der eine Tonerzufuhrkartuschenanordnung nach der vorliegenden
Erfindung, die generell mit dem Bezugszeichen 65 versehen ist, aufgenommen ist. Die
Vorrichtung 8 hat einen geeigneten Rahmen 12, an dem die
Xerographie-Komponenten der Vorrichtung gelagert sind. Die Xerographie-Komponenten der Vorrichtungen
umfassen, kurz gesagt, und was dem einschlägigen Fachmann auch bekannt ist, ein
Aufzeichnungselement, das hier in Form eines drehbaren Fotorezeptors 14 gezeigt ist.
In der beispielhaft gezeigten Anordnung umfaßt der Fotorezeptor 14 eine Walze mit
einer fotoleitfähigen Oberfläche 16. Um den Umfang des Fotorezeptors 14 ist eine
Aufladestation (18) mit einem Ladungskorotron 19 zur Aufbringung einer
gleichmäßigen Ladung auf die fotoleitfähige Oberfläche 16 des Fotorezeptors angeordnet, sowie
eine Aufnahmestation 22, wo die zuvor aufgeladene fotoleitfähige Oberfläche 16 den
Bildstrahlen der zu kopierenden oder reproduzierenden Dokumentvorlage 9 ausgesetzt
wird, eine Entwicklungsstation 24, wo das elektrostatische Latentbild, das auf der
fotoleitfähigen Oberfläche 16 erzeugt wird, durch den Toner entwickelt wird, eine
Übertragungsablösestation 28 mit Übertragungskorotron 29 und Ablösekorotron 30 zur
Übertragung des entwickelten Bildes auf ein geeignetes Kopiersubstratmaterial, wie ein Blatt
Papier 32, das zeitlich gesteuert mit dem entwickelten Bild auf der fotoleitfähigen
Oberfläche 16 gefördert wird, und einer Reinigungsstation 34, mit einer Reinigungskante
und einem Entladungskorotron 36.
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Kopierblätter 32 werden zu der Übertragungsstation 28 angefördert durch ein
Förderrollenpaar 40, Blattführungen 42, 43, die zum Führen des Blattes durch eine etwa 180º-
Wendung vor der Übertragungsstation 28 dienen. Nach der Übertragung wird das Blatt
32 zu einer Wälzstation 48 gefördert, wo das übertragene Tonerbild durch eine
Schmelzrolle 49 fixiert wird. Die Schmelzrolle 49 wird durch eine geeignete
Heizvorrichtung, beispielsweise eine Leuchte 47, die im Inneren der Rolle 49 angeordnet ist,
beheizt. Nach der Fixierung wird das Kopierblatt 32 ausgegeben.
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Eine transparente Auflageplatte 50 stützt die Dokumentvorlage 9, während die
Dokumentvorlage über dem Aufzeichnungspunkt 52 mittels eines
Konstantgeschwindigkeittransports 54 vorbeigeführt wird. Der Aufzeichnungspunkt 52 ist in Wirklichkeit eine
Aufzeichnungslinie, die sich über die Breite der Aufzeichnungsplatte 50 erstreckt, und
zwar an einem gewünschten Punkt entlang der Aufzeichnungsplatte 50, wo die
Dokumentvorlage Zeile für Zeile gelesen wird, während die Dokumentvorlage entlang der
Auflageplatte 50 durch den Transport 54 gefördert wird. Der Transport 54 hat
Förderrollen 55, 56 zum Dokumenteinzug und zur Dokumentabgabe, jeweils an beiden Seiten
des Aufzeichnungspunktes 52 zur Bewegung der Dokumentvorlage 9 über die
Aufla
geplatte 50 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit. Die Aufnahmeleuchte 58 ist
vorgesehen, um einen streifenartigen Bereich der Auflageplatte 50 an dem
Aufzeichnungspunkt 52 zu beleuchten. Die Bildstrahlen von der eingelesenen Dokumentzeile
werden über ein Faser-Linsenfeld 60 zu der Aufnahmestation 22 übertragen zur
Belichtung der fotoleitfähigen Oberfläche 16 des bewegten Fotorezeptors 14.
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In dem oberen Teil der Anordnung 65 ist eine Tonerspendekartusche unter einem
kleinen Winkel zu der Horizontalen drehbar montiert, um Tonerpartikel durch die
Abgabemündung 67 nach unten in einen Sumpfbereich 68 abzugeben, in dem eine
Doppelschneckenmischanordnung 70 angeordnet ist, die ein Paar drehbar angebrachter
Schnecken 72, 74, die durch eine Prallplatte 76 getrennt sind, aufweist. Die Kartusche
66 wird durch einen Antriebsmotor 75 kontinuierlich gedreht. Fortfahrend mit der
Beschreibung der Entwicklungsstation 24 ist dort eine Entwicklerrolle 80 als magnetische
Bürste in vorgegebener Zusammenwirkung mit der fotoleitfähigen Oberfläche 16 des
Fotorezeptors 14 in einem Entwicklergehäuse 65 angeordnet, wobei die Länge der
Entwicklungsrolle 80 gleich oder etwas größer ist als die Breite der fotoleitfähigen
Oberfläche 16, wobei die Achse der Rolle 80 parallel zu der Achse des Fotorezeptors
14 verläuft. Die Entwicklerrolle 80 hat eine Vielzahl von stationären
Magnetanordnungen 81, die in einem drehbaren Zylinder oder einer Hülse 82, der bzw. die an
gegenüberliegenden Seiten des Entwicklergehäuses 65 drehbar gelagert sind. Die
Magnetanordnungen 81 sind so angeordnet, daß bei Drehen der Hülse 82 Entwickler gegen
die Außenfläche der Hülse angezogen wird, um einen bürstenartigen Bezug 83 zu
bilden. Die Drehung der Hülse 82 trägt eine Entwicklerbürste 83 in entwickelnden Bezug
mit der fotoleitfähigen Oberfläche 16 des Fotorezeptors 14 zur Entwicklung des darin
befindlichen elektrostatischen Latentbildes.
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Eine geeignete Steuervorrichtung 89 ist zur Betätigung der verschiedenen
Komponenten der Vorrichtung 8 in vorgegebener zeitlicher Beziehung zueinander zur Erzeugung
von Kopien vorgesehen. Im Betrieb wird die Vorrichtung 8 durch einen geeigneten
Startsteuerknopf betätigt. Die zu kopierende Dokumentvorlage wird dann in den Eingriff
des Dokumenttransportrollenpaares 55 eingeführt, das die Dokumentvorlage über die
Auflageplatte fördert. Wenn die führende Kante der Dokumentvorlage einen Detektor
(nicht gezeigt) erreicht, startet die Steuervorrichtung 89 in Abhängigkeit des Signals
des Detektors ein Förderrollenpaar 40, um das Kopierblatt 32 in zeitlich abgestimmter
Art und Weise mit der Dokumentvorlage 9 zu fördern, wenn die Dokumentvorlage über
die Auflageplatte 50 und den Aufzeichnungspunkt 52 mittels des Dokumenttransport 54
gefördert wird. Das Dokumentbild, das auf der fotoleitfähigen Oberfläche 16 des
Fotorezeptors entwickelt wird, wird auf das Kopierblatt 32 übertragen, wenn das Kopierblatt
durch die Übertragungsstation 28 läuft. Nach der Übertragung läuft das Kopierblatt 32
an der Schmelzstation 48 vorbei, wo das Bild fixiert wird. Während Tonerbilder erzeugt
werden, und der Toner erschöpft wird, wird frischer Toner durch die Öffnung 67 in einer
im folgenden im Detail beschriebenen Weise gespendet. Die Schnecke 74 mischt
kontinuierlich frischen Toner mit den entkleideten Trägerpartikeln und bereits vorhandenem
Toner. Die Mischung gelangt in die Schnecke 72 und die Schnecke 72, die in
Uhrzeigerrichtung dreht, bildet einen Sumpfbereich 68, der sich entlang der Länge der
Schnecke und der Entwicklungsrolle 80 erstreckt. Die Tonermischung wird dann in
Drehrichtung und in Axialrichtung durch die Schnecke 72 ganz in der Nähe der Rolle 80
zirkuliert. Wenn die Rolle oder genauer die Hülse 82 dreht, wird die Tonermischung auf
der äußeren Fläche der Hülse 82 verteilt, um eine Tonerbürste 83 zu bilden, die dann
in den Entwicklungsbereich gedreht wird, um das entwickelte Bild zu bilden.
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Fig. 2 zeigt eine Teilseitenansicht des Spendeendes der Tonerkartusche zur
Veranschaulichung einer Endkappenanordnung 90, die an einem Ende der Kartusche
angebracht ist. Fig. 3 zeigt eine Innenansicht der Endkappe 90. Die Fig. 4a, 4b zeigen
Toner kurz vor dem Verlassen der Endkappe (4A) und während des Spendens (4B).
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Wie die Fig. 1 bis 4 zeigen, ist die Endkappenanordnung 90 ein im wesentlichen
kreisförmiges, tassenartiges Element mit einer Endseite 92, an der ein Tonerschöpfelement
94 angebracht ist. Die äußere Lippe 95 der Anordnung ist an der Endfläche der
Kartusche 66 befestigt. Die Endkappenanordnung 90 bildet daher effektiv eine Verlängerung
der Kartusche. Das Schöpfelement 94 weist einen zentralen Hohlraum 96 auf, der sich
in Längsrichtung durch dieses erstreckt. Ein Ende des Durchgangs 96 endet in einer
Tonereingangsöffnung 98, die, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, derart ausgebildet ist, um
während einer Drehung Toner aus der Kartusche zu schöpfen. Das andere Ende des
Durchgangs 96 endet in einer Tonerabgabeöffnung 100. Wie gezeigt werden wird, wird
Toner unter bestimmten Bedingungen aus dieser Öffnung 100 in den Tonersumpf
gespendet.
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Fortfahrend mit der Beschreibung der Endkappenanordnung 90 ist ein Zahnrad 102 an
einer drehbaren Welle 104 angebracht. Das Zahnrad 102 weist vier Zähne 102a, 102b,
102c, 102d, mit gleicher Länge auf. Die Welle 104 erstreckt sich durch die
Breitenrichtung der Anordnung 90 und ist durch die Schraube 106 in der in Fig. 2 gezeigten
horizontalen Ausrichtung gehalten. Die Welle 104 hat eine Öffnung 108, die sich durch
diese erstreckt. Die Öffnung 108 befindet sich in einem Nicht-Spendebetrieb außer
Ausrichtung mit der Abgabeöffnung 100, wodurch der Toner in dem zentralen Hohlraum 96
des Schöpfelementes 94 eingesperrt bleibt. Wenn die Öffnung 108 unter den im
folgenden beschriebenen Bedingungen in Ausrichtung mit der Abgabeöffnung 100
gebracht wird, tritt ein Tonerspenden in den Sumpfbereich 68 auf.
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Aus den Fig. 3 und 4 wird die Zusammenwirkung des Zahnrades 102 mit den
Fortschaltstiften 110, 112 erkennbar. Ein erster Fortschaltstift 110 ist an einem festen Ort
an dem Rahmen 114 angebracht. Der Stift 112 ist mit einem Solenoid 116 verbunden,
das ebenfalls an dem Rahmen 114 befestigt ist. Das Solenoid 116 ist elektrisch mit der
Steuervorrichtung 89 verbunden. Die Zusammenwirkung des Zahnrades 102 mit den
Stiften 110, 112 ist am besten anhand der Beschreibung eines Betriebszyklus
erkennbar. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Kartusche unter einem kleinen Winkel (4º hat sich als
besonders günstig erwiesen) gegenüber der Horizontalen geneigt. Der Toner innerhalb
der Kartusche sammelt sich daher in dem Ende, das sich unterhalb der
Horizontalachse befindet, und insbesondere im Tassenabschnitt der Endkappenanordnung 90. Die
Kartusche 66 ist drehbar in geeigneten Lagern an gegenüberliegenden Seiten eines
Entwicklergehäuses gelagert. Die Kartusche kann entweder kontinuierlich oder in
Abständen gedreht werden. Während des Drehens wird Toner mittels des
Schöpfelementes 94 durch die Tonereingangsöffnung 98 während des abwärts gerichteten Bogens
der Drehung geschöpft. Der geschöpfte Toner fällt durch den zentralen Durchgang 96
und sammelt sich an dem Boden desselben, bis ein Tonerspenden veranlaßt wird.
Während des Nichtspendebetriebs befindet sich die Öffnung 108 der Zahnradwelle 104
in Nicht-Ausrichtung mit der Abgabeöffnung 100 des Schöpfelementes 94. Folglich
kann kein Toner durch die Abgabemündung 67 austreten. Die Zähne 102a bis 102d
sind so ausgerichtet, daß diese an dem feststehenden Stift 110 vorbeilaufen, wobei
sich der Solenoidstift 112 in der zurückgezogenen Position befindet. Zu einem
bestimmten Zeitpunkt während des Betriebes wird ein Tonerzufuhrsignal an die
Steuervorrichtung 98 gesendet, wobei jede der üblichen Verfahren zur Feststellung der
Tonererschöpfung aus dem Stand der Technik zur Erzeugung dieses Signals verwendet
werden können. Ein Beispiel hierfür ist eine Fotosensoranordnung im Tonersumpf zur
Erfassung von Veränderungen in der Entwicklerdichte. Nach Erhalt des
Tonerzufuhrsignals sendet die Steuervorrichtung 89 ein Signal zu dem Solenoid 116 zur Anregung
des Solenoids zur Bewegung des Stiftes 112, um eine kleine Länge nach innen in
Richtung der Endkappenanordnung und in den Weg der drehenden Zähne des
Zahnrads 102. Fig. 3 zeigt die Stellung des Zahnrads, wenn ein Zahn 102a (oder jeder
andere der Zähne, der sich in dieser Stellung befindet) sich dem Stift 112 nähert. Der Zahn
steigt über den Stift unter Drehung der Welle 104 und unter einem horizontalen
Ausrichten der Öffnung 100 des Schöpfelementes mit der Öffnung 108 der Welle 104. Die
Bewegung der Welle erzeugt den zuvor genannten Zustand, in welchem in dem
zentralen Hohlraum 96 des Schöpfelementes 94 befindlicher Toner freigegeben wird, um
durch die Wirkung der Schwerkraft durch die Tonerspendemündung 67 der Kartusche
66 zu fallen. Der Spendevorgang wird solange fortgesetzt, bis der Zahn 102b gegen
den festen Stift 110 anschlägt. Dieser Vorgang stellt den Nicht-Ausrichtungszustand
wieder her, der vor der Anregung des Solenoidstifts 112 bestand, d. h. den Zustand, in
dem die Öffnungen 100 und 108 sich in Nicht-Ausrichtung befanden. Das Solenoid 116
kann entweder im angeregten Zustand bleiben in Abhängigkeit einer kontinuierlichen
Anzeige des Bedarfs einer Tonerauffrischung oder kann deaktiviert werden unter
Zurückziehung des Stiftes 112. Mit fortschreitender Drehung nimmt das Schöpfelement
während seines nächsten Verlaufs zusätzlichen Toner auf und ein weiterer
Spendezyklus kann durchgeführt werden, wenn das Zahnrad eine volle Umdrehung zurück zur
Annäherung mit dem Stift 112 durchführt, wenn sich der Stift 112 weiterhin in der
aktivierten Stellung befindet.
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Hieraus ist ersichtlich, daß ein effizienter Tonerspendebetrieb ermöglicht wird, der ein
an die Betriebsbedingungen angepaßtes bedarfsweises, konzentriertes Spenden von
Toner ermöglicht. Einige Systeme können derart betrieben werden, daß die
Tonerkartusche nur periodisch anstatt kontinuierlich gedreht wird, und unter Berücksichtigung
von Fig. 4 ist ersichtlich, daß das Spendeintervall einfach durch eine Veränderung der
relativen Lage der Stifte 110 und 112 ausgedehnt oder verringert werden kann.
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Die Erfindung wurde mit Bezug auf die offenbarte Struktur beschrieben. Es ist jedoch
nur für den Fachmann erkennbar, daß zahlreiche Veränderungen und Modifikationen
möglich sind, und es ist beabsichtigt, all diese Veränderungen und Modifikationen zu
schützen, die in den Umfang der Ansprüche fallen.