DE69524295T2

DE69524295T2 - Intelligentes Drucksystem

Info

Publication number: DE69524295T2
Application number: DE69524295T
Authority: DE
Inventors: E. Earle Thompson
Original assignee: Agfa Gevaert NV; Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1995-06-19
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2015-06-20
Also published as: EP0785484B1; EP0791863A3; EP0785479B1; US5794095A; CN1128364A; DE69523467T2; TW401536B; EP0785484A2; DE69523467D1; EP0687962B1; US5673106A; EP0791863B1; EP0791863A2; DE69524295D1; KR960001921A; JPH0844124A; EP0785484A3; DE69523466T2; DE69523470D1; CN1084890C

Description

Hinterrund der Erfindung

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme, die eine zyklische Entfernung oder Ersetzung von Verbrauchselementen, üblicherweise durch ein Eingreifen des Bedieners, erfordern. Ein übliches Beispiel existiert in Druckermaschinen und insbesondere in elektrophotographischen Systemen, in denen alle Verbrauchsvorräte und kritischen Reproduktionselemente zyklisch ersetzt werden müssen, um die Druckqualität und -leistung sicherzustellen. Diese Erfindung bezieht sich auf ein Drucksystem, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein System des im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Typs ist aus US-A-4.266.294 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine elektrostatographische Kopier- oder Reproduktionsmaschine, die einen programmierbaren Controller enthält, der die verschiedenen Maschinenkomponenten auf integrierte Weise betätigt, um Kopien zu erzeugen. Selbstprüfungsroutinen prüfen vor dem Start der Maschine sowie zyklisch, während die Maschine Kopien bearbeitet, die Betriebsintegrität des Controllers.
Die Forderung der Ausgabe von Ausdrucken ist ein allgegenwärtiges Element der Informationsrevolution. Insbesondere ist die Elektrophotographie zu einem der am umfassendsten verwendeten Systeme geworden, wobei der auch als Elektrophotographie bekannte Trockentonerprozeß zu einem Standard für die Erzeugung von Kopien und Drucken von Dokumenten in einer Vielzahl von Umgebungen geworden ist. Die Grundlagen der Elektrophotographie sind dem Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt. Die Grundelemente eines elektrophotographischen Druckers oder Kopierers umfassen ein lichtempfindliches Medium, typischerweise einen organischen Lichtempfänger (OPC), der elektrostatisch auf eine vorgegebene Spannung und Polarität aufgeladen wird. Bei der Belichtung auf ein optisches Bild, das durch Reflexion oder durch ein Lichtmodulationssystem erzeugt wird, werden Teile der ursprünglich gleichförmigen elektrostatischen Ladung auf dem OPC dort, wo sie beleuchtet werden, gelöscht. Somit wird auf dem OPC ein elektrostatisches latentes Bild des ursprünglichen (oder des elektronischen) Dokuments erzeugt. In den meisten modernen Systemen wird dieses Bild durch eine Quelle von Entwicklermaterialien geleitet, die elektrostatisch geladene Tonerpartikel enthält, die an ferromagnetischen Trägerkügelchen gehalten werden. Die Träger werden dazu verwendet, durch die Wirkung von Magnetfeldern und rotierenden Magneten in Hohlzylindern, die typischerweise Entwicklerwalzen genannt werden, den Transport der Materialien in Kontakt mit dem obenerwähnten latenten Bild zu ermöglichen. Durch ein konstruiertes Wechselspiel der elektrostatischen Ladungen werden die Tonerpartikel mit einem typischen Durchmesser im Bereich von 10 Mikrometern von den Trägerkügelchen, Partikeln typischerweise mit einem Durchmesser von 50 Mikrometern, getrennt und an den richtigen Abschnitten des auf der OPC-Oberfläche liegenden latenten Bildes gehalten. Die mit den Entwicklungswalzen verknüpften magnetischen Kräfte tragen die leeren ferromagnetischen Träger zurück an die Stelle, wo sie zur Entwicklung nachfolgender Bilder erneut mit zusätzlichem Toner gemischt werden.
Wie wohlbekannt ist, sind die Tonermaterialien normalerweise Kunststoffe mit Fließfördermitteln, Ladungssteuermitteln und Farbpigmenten, die bei einer vorgegebenen Temperatur schmelzen. Daraufhin trägt die OPC-Oberfläche, nachdem sie die Nähe der Entwicklungswalzen verläßt, ein entwickeltes latentes Bild. Nachfolgend wird die Lichtempfängeroberfläche, die das entwickelte Bild trägt, mit einem Bildempfänger in Kontakt gebracht, der in den meisten üblichen Anwendungen der Elektrophotographie ein Blatt Papier ist, wobei er aber ein für den Aufbau mehrerer Pigmentbilder geeignetes Zwischenmaterial sein kann, wie es für den Farbdruck erforderlich ist. Zur Übertragung des Toners von dem OPC auf den Bildempfänger werden typischerweise elektrostatische Ladesysteme verwendet.
Ob das endgültige bildtragende Element schließlich Papier oder ein anderes Material ist, kann es nachfolgend durch mehrere Lichtempfänger, einen einzelnen Lichtempfänger oder ein bildtragendes Element zum Aufbau des vollen Farbbilds betätigt werden. Es verläßt den Druckprozeß durch eine als Fixierer bezeichnete Station, wo auf den Bildempfänger die richtige Wärme und/oder der richtige Druck angewendet und dadurch das Bild dauerhaft fixiert wird.
In den vergangenen Jahren wurden elektrographische Farbsysteme entwickelt, die in den meisten Beziehungen den herkömmlichen elektrophotographischen Einfarb-Druckprozeß mehrmals wiederholen, um ein Farbbild zu erzeugen. Auf ähnliche Weise wie in Standard-Farbdruckprozessen mit herkömmlichen Drucktechniken werden die Bilder entweder optisch oder elektronisch auf Farbauszüge zurückgeführt und jeder der Auszüge seinerseits als Druckbild wiedergegeben. Ob es sich um den Offset-Druck oder um einen elektrophotographischen Farbdrucker handelt, werden die richtigen Farbbilder während des Druckprozesses übereinandergelegt, um ein fertiges Bild zu erzeugen. Im Gegensatz zu den roten, grünen und blauen Farben, die sich in der Welt der Emissions-Soft-Anzeigesysteme wie etwa der CRTs bewährt haben, sind die beim Drucken verwendeten Farbtinten sogenannte subtraktive Primärfarben Magenta, Zyan, Gelb und typischerweise Schwarz. Im Unterschied zum Fall des Drucks, bei dem die Kombination der drei subtraktiven Primärfarben nominell Schwarz erzeugt, werden erstere als additive Systeme bezeichnet, bei denen die Kombination sämtlicher Farben Weiß erzeugt.
Auf dem Gebiet der Farbelektrophotographie ist wohlbekannt, daß das Farbbild durch Schichten erzeugt werden kann, die auf dem Lichtempfänger in aufeinanderfolgender Weise aufgebaut werden, daß die Farben auf einem Zwischenübertragungsmedium zwischen dem OPC und dem endgültigen Bildempfänger aufgebaut werden können und daß schließlich das Bild auf dem endgültigen Bildempfänger farbbildweise entweder von einem einzelnen Lichtempfänger, der aufeinanderfolgend mit dem Bildempfänger in Kontakt gelangt, oder von einer Reihe von Lichtempfängern, die nacheinander mit dem Bildempfänger in Kontakt gelangen, erzeugt werden kann. Unabhängig davon, wie das endgültige elektrophotographische Bild erreicht wird, wird es aus mehreren Schichten von Farbtonern zusammengesetzt, die die subtraktiven Primärfarben und Schwarz enthalten, welche während jedes Schritts des Prozesses in genauer Aufeinanderpassung übereinandergelegt werden, bis das fertige Bild am Schluß des Druckprozesses auf das bildtragende Element geschmolzen ist.
Konzeptionell ist die Farbelektrophotographie ähnlich zum herkömmlichen Offsetdruck, wobei der elektrophotographische Farbdrucker aber signifikante Vorteile in bezug auf die Erstellungszeit und die Wirtschaftlichkeit besitzt. In der kommerziellen Druckumgebung sind mehrere Zwischenschritte des Farbausdrucks und der Plattenherstellung erforderlich, wobei eine Kleinauflage von mehreren Hundert Drucken erforderlich ist, damit ein ausgebildeter Fachmann das Bild auf Produktionsstandards eichen, aufeinanderpassen und das Farbmanagement ausführen kann. In der Farbelektrophotographle kann ein Druck ohne die Zwischenschritte in sehr kurzer Zeitdauer und mit sehr niedrigen Kosten pro Kopie erhalten werden, wobei der Nutzer typischerweise aber keine genauen Einstellungen vornehmen und keine optimale Ausgabequalität erreichen kann.
Obgleich in der Farbelektrophotographie des Standes der Technik durch die Konstruktion außerordentlich genauer und verhältnismäßig teurer Druckersysteme akzeptable Farbbilder erhalten werden können, haben eine natürliche Alterung der mechanischen Komponenten, die die Lagegenauigkeit und andere Druckfaktoren erhalten, zusammen mit der Abnutzung und Verschlechterung der Verbrauchskomponenten wie etwa des OPCs, des Toners und des Entwicklers in elektrophotographischen Vollfarb-Systemen des Standes der Technik zu einem entscheidenden Wartungsproblem geführt. Die Komplexität und die hohen Wartungskosten dieser Maschinen sind einer der Hauptfaktoren, die die Kosten dieser Systeme in bezug auf die Kosten von Einfarbdruckern sehr hoch hielten und weniger attraktiv als den unzweckmäßigen, aber zweifellos hochwertigen herkömmlichen Offsetdruck und die photographischen Verfahren zur Reproduktion von Farbbildern machten.
Der beträchtliche Erfolg der Anfang der 80-er Jahre eingeführten Desktop- Einfarb-Laserdrucker kann einer Anzahl von Faktoren zugeschrieben werden. Einer der bedeutendsten ist die Entwicklung einer durch den Nutzer ersetzbaren Kartusche für die Verbrauchselemente, die typischerweise den OPC, den Toner und die Entwicklerbaueinheit enthält. Da die meisten dieser Systeme Einkomponententoner verwenden, ist die Hinzunahme von Ferritträgern bei der zusätzlichen Komplexität des richtigen Managements des Nachfüllens der Entwicklermischung für die typischen Desktopmaschinen kein Problem. Das bedeutende Merkmal der Kartusche besteht darin, daß mit einer begrenzten Lebensdauer von typischerweise wenigen tausend Seiten eine verhältnismäßig preiswerte und nicht unvorstellbar genau einzurichtende Kartusche in einem Format angewendet werden kann, das durch den ungeübten NutzerBetreiber leicht ausgetauscht werden kann.
Die Wirkung besteht darin, daß die sich verbrauchenden oder abnutzenden Komponenten des ansonsten im Hintergrund ablaufenden elektrophotographischen Druckprozesses zyklisch ersetzt werden, so daß man mit jeder Kartuschenersetzung tatsächlich eine quasi neue Druckmaschine erhält. Auf diese Weise hat die Druckqualität für die Einfarbsysteme neue Standards der Zweckmäßigkeit und Konstanz erreicht. Auf diese Weise wurde eine der störendsten Seiten des Bürolebens der 80er Jahre, die Notwendigkeit des Ersetzens von Verbrauchskomponenten in dem Kopierer, von einer unordentlichen und schwierigen Aufgabe auf einen einfachen, unkomplizierten und effizienten Austausch zurückgeführt. Die Stillstandszeit, die Notwendigkeit von Dienstleistungsanrufen, die dazugehörenden Dienstleistungs- und zyklischen Wartungskosten und die Unzweckmäßigkeit für den Nutzer wurden durch diesen Zugang drastisch geändert. Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, daß die ersetzbare Kartusche ein konstruiertes System zusammenpassender Komponenten von bekanntem Ursprung, bekannter Konsistenz und bekannten Leistungserwartungen enthält. Der Nutzer kann sich bequem auf die Tatsache verlassen, daß sich durch den einfachen Ersatz der Kartusche eine Leistung und Qualität wie beim Kauf ergibt. Ähnlich wurde wegen des gekapselten Wesens der Konstruktion und des Einschlusses der Gesamtheit der Verbrauchselemente auch die Entsorgung der gebrauchten Produkte zweckmäßig. Um eine Umgebung der ökologisch sicheren Nutzung und Entsorgung des nicht notwendig giftigen, aber sicherlich unzweckmäßigen und unordentlichen Rests der aufgebrauchten elektrophotographischen Kartusche zu fordern, haben umweltbewußte Hersteller und Marktmacher in den vergangenen Jahren eine Selbstrücksendeverpackung und/oder einen Kredit für verbrauchte Kartuschen geschaffen.
Im Vergleich zu dem herkömmlichen Bürokopierer mit Fachdienstleistungsanforderungen und der Flaschentonerzugabe sind die Kosten pro Kopie der durch die Einweg-Kartuschenverpackung geschaffenen Annehmlichkeit etwas gestiegen. Der Nutzen des Zweckmäßigkeitsfaktors und des Qualitäts- und Leistungsfaktors und die Verringerung der durch den Dienstleistungskontakt bereitgestellten vorbeugenden Wartung haben die geringfügige Erhöhung der Kosten pro Kopie mehr als ausgeglichen. Die Gesamtbetriebskosten dieser Systeme sind konkurrenzfähig, und das Konzept der durch den Nutzer ersetzbaren Kartusche wurde von der Industrie angenommen.
Offensichtlich ist es wünschenswert, den Nutzen der durch den Nutzer ersetzbaren Kartusche aus sich verbrauchenden und abnutzenden Komponenten auf den Bereich der Farb-EPs zu erweitern. Allerdings existieren wesentliche Hindernisse. Im Vergleich zu Farbsystemen stellen die Einfarb-Desktop-Laserdrucker eine in hohem Maße vereinfachte Version des EP-Prozesses dar. Die ersteren enthalten üblicherweise ein einfacheres Entwicklungssystem, das Einkomponententoner (MCT) ohne Trägerkügelchen nutzt, während Farbsysteme zum Erhalten der Farbqualität und der Bildleistung die zusätzliche Komplexität von Zweikomponententonern (DCTs) erfordern. Die Schwarzweißdrucker arbeiten üblicherweise in der Weise, daß sie nur Binärpunkte (schwarz oder weiß) erzeugen, wobei sie die OPC-Entladung im Grunde gut in die Sättigung treiben. Farbsysteme erfordern zum Erreichen eines guten Dichte- und Farbtonumfangs allgemein an jedem Pixel einen Graustufenspielraum und somit eine wesentlich schwierigere Prozeßsteueranforderung. Ein weiterer Hauptunterschied ist die Notwendigkeit des genauen Aufeinanderpassens der aufeinanderfolgenden Farbbilder auf der fertigen Seite, ein Aspekt, der bei Einfarbbildern nicht erforderlich ist. Um eine Farbverunreinigung zu vermeiden, müssen die jeweiligen Farbtoner-Zufuhrsysteme getrennt gehalten werden. Um eine genaue Farbwiedergabe und Konstanz von Druck zu Druck zu erhalten, muß eine Farbmanagementsoftware zum richtigen Management des Wechselspiels dieser und anderer Parameter integriert werden.
Ebenso wie die Notwendigkeit von vier aufeinanderfolgenden Farbbildimplementierungen zum Erreichen der Farbausgabe zu dem Prozeß Komplexität hinzufügt, fügt sie unvermeidbar Größe, Gewicht und Masse hinzu. Das Konzept einer einzelnen, durch den Nutzer entnehmbaren Kartusche mit all der wesentlichen Farbbild-Bildungshardware und den Verbrauchsmitteln wird fast unhandlich. Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren, das die Gliederung der verschiedenen Operationen und ihrer jeweiligen Elemente ermöglicht, während es die Qualitätssteuerung, die Kompatibilität und die Fähigkeit zur Einstellang des Gesamtabbildungsprozesses auf die besondere Art oder auf den besonderen Zustand sämtlicher als Gruppe genommener Einzelelemente aufrechterhält.
Offensichtlich besteht ein Bedarf an einem Systemkonzept zur Steuerung und zum Management der Einzelelemente des EP-Prozesses unabhängig von ihrer Zuteilung zum Erreichen einer guten Farbdruckleistung und -wirtschaftlichkeit über einen Bereich von Zuständen und Variablen. Vom Herstellungspunkt bis zum Punkt der endgültigen Entsorgung muß wesentlich mehr Verfolgungs- und Parameterdatenmanagement integriert werden, als es in momentanen Einfarb- oder Farbdruckersystemen existiert. Dies betrifft einen weiten Bereich von Technologien und Medien von der Elektrophotographie über Tintenstrahl-, Trocken- und Wachsübertragungssysteme, filmgestützte Systeme und Wärmemedien.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist möglich, ein Drucksystem in einem Druckprozeß aufzubauen, das sämtliche relevanten Eigenschaften des Systems überwacht und die dynamische Einstellung für die höchste Qualität ermöglicht. Die Überwachung verfolgt sämtliche Aspekte des Systems, die von Nutzungs- und Abnutzungsfaktoren beeinflußt werden, und ermöglicht, das System, jedesmal wenn es druckt, auf die neuen Eigenschaften einzustellen. Außerdem macht der Prozeß die Einstellungen für den Nutzer transparent, wobei er dem Nutzer lediglich meldet, wenn das System eine Bedienung erfordert, und wobei er es ermöglicht, die Systemwartung während des Sanierungsprozesses zu verfolgen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Drucksystem des im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Typs die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Merkmale.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer weiteren Vorteile wird nun Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung genommen, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnungen zu nehmen ist, und in der:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines intelligenten Drucksystems zeigt.
Fig. 2 einen Ablaufplan des Überwachungsprozesses zeigt.
Fig. 3 ein einzelnes elektrophotographisches OPC-Teilsystem zeigt.
Fig. 4 mehrere elektrophotographische OPC-Teilsysteme zeigt.
Fig. 5 einen Ablaufplan des Wartungsprozesses zeigt.
Fig. 6 eine Handeinheit zeigt, die die Kommunikation mit einem intelligenten Drucksystem ermöglicht.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Drucksystems 110. Das Gehäuse 112 enthält in dieser Ausführungsform geformten Kunststoff, der mit Ausnahme eines Zugangsfelds 114 einheitlich ist. Dieser Gehäusetyp ist im US-Patent Nr. 5.172.161, "Unibody Printing System and Process", offenbart. Der Kunststoff ist mit Hebeln, Fächern oder Schlitzen geformt und ermöglicht, die einzelnen Teilsysteme 120, 130, 140 und/oder die einzelnen Komponenten in den Teilsystemen bereits ausgerichtet und richtig sitzend einzusetzen.
Das Teilsystem 120 ist das Lichtabbildungs-Teilsystem. Es enthält wenigstens die Lichtquelle 118, einen Modulator 128, eine elektronische Steuerschaltungsanordnung 126, eine Stromversorgung, Netzschnittstellen, falls genutzt, und einen Zugang 116 zum Grundpapierweg. Der Port 122 ermöglicht, daß die hier als der Systemprozessor bezeichnete elektronische Steuerschaltungsanordnung zum Empfang von Bilddaten und zu deren Verarbeitung zu Befehlen für das Lichtabbildungs-Teilsystem eine Schnittstelle mit dem Computersystem besitzt. Die Lichtquelle kann eine von vielen Möglichkeiten sein. Beispiele hierfür sind eine Bogenlampe wie etwa eine Wolframquelle, eine Lichtemitterdiode (LED) oder ein Laser. Der Modulator könnte der momentan in Laserdruckern verwendete Polygon-Abtastspiegel oder ein räumlicher Lichtmodulator (SLM) wie etwa die digitale Mehrspiegelvorrichtung (DMD) sein. Ein Beispiel eines Lichtbeleuchtungssystems mit einem räumlichen Lichtmodulator findet sich im US-Patent Nr. 5.072.239, "Spatial Light Modulator Exposure Unit and Method of Operation".
Das Lichtabbildungs-Teilsystem bearbeitet die Druckinformationen zu einem schließlich auf dem Papier zu bildenden Bild. Die in solchen Systemen verwendeten räumlichen Lichtmodulatoren enthalten typischerweise Matrizen einzeln adressierbarer Elemente, die das Bild bilden. Das Bild wird durch den Durchlaß 116 in das elektrophotographische Teilsystem (EP-)Teilsystem 130 geleitet. Der nicht genutzte Teil des Lichts "bleibt zurück" oder wird in dem Gehäuse des Lichtabbildungs-Teilsystems absorbiert, um die Druckklarheit aufrechtzuerhalten. Eine weitere Verwendung dieses Lichts in Verbindung mit einer Photozelle als Möglichkeit zur Überwachung des räumlichen Lichtmodulators wird später ausführlich diskutiert. Ein solches Verfahren für das Management des ungenutzten Lichts ist im US-Patent Nr. 5.101.236, "Light Energy Control System and Method of Operation", gezeigt.
Neben dem Übertragungsanschluß 116 existiert ein weiterer Verbindungsanschluß. Über den Durchlaß 122 werden elektronische Verbindungen zwischen dem Lichtabbildungssystem 120 und dem EP-Teilsystem 130 aufrechterhalten. Das EP-Teilsystem 130 enthält wenigstens eine Lichtempfängerfläche wie etwa einen organischen Lichtempfänger (OPC), der momentan in vielen Drucksystemen in Gebrauch ist. Es enthält außerdem den oder die benötigten Tonerbehälter und einen Prozessor oder eine Steuerschaltungsanordnung, der bzw. die ermöglicht, daß das EP-Teilsystem als intelligente oder "kluge" Kartusche wirkt.
Das EP-Teilsystem enthält mindestens einen OPC 132, ein Lademittel 136, eine Schnittstelle 116 zwischen dem OPC und dem Lichtabbildungs-Teilsystem, ein Tonerübertragungsmittel 138, eine Schnittstelle 144 zwischen dem OPC und dem Drucksubstrat und einen Reiniger 134 zum Reinigen des OPCs. Das System ist hier mit einem OPC 132 gezeigt, der von einer Ladungswalze 136 die Ladung empfängt. Die geladene Oberfläche des OPCs wird unter der Schnittstelle 116 zwischen dem Lichtbeleuchtungs-Teilsystem durchgeleitet und empfängt ein latentes Bild, wobei sich die Ladung auf dem OPC, wenn er von Licht getroffen wird, ändert. Das latente Bild zieht daraufhin Toner an, der in diesem Beispiel über eine Magnetwalze 138 geleitet wird. An der zweiten Schnittstelle 144 wird das durch den Toner auf dem OPC gebildete Bild auf das Drucksubstrat übertragen. Nach der Übergabe des Toners an das Drucksubstrat wird der OPC üblicherweise durch eine Art Klinge 134 von ihm gereinigt, wobei der genutzte Toner in einen Behälter zurückgeht.
Nicht gezeigt ist eine Schmelzvorrichtung, die das Tonerbild auf das Papier schmilzt, um das Verschmieren zu verhindern. Dies erfolgt typischerweise mittels eines geheizten Walzensystems, wobei die Wärme die Tonerpartikel (typischerweise eine Art Kunststoffpartikel) dadurch, daß sie sie in das Papier schmilzt, versiegelt.
Das Teilsystem 140 ist das Drucksubstrat-Teilsystem. Die Drucksubstrate sind jene Fläche, auf die über den Toner das endgültige Bild von dem Lichtempfänger übertragen wird. Übliche Beispiele sind Papier, Photopapier für den Druck von Photobildern und Folien. Für mehrere Übertragungen in dem System kann ein Band oder, wie hier gezeigt ist, eine Auffangwalze 146 verwendet werden. Ein möglicher Weg einer Schnittstelle zwischen dem Substratteilsystem und dem EP- Teilsystem ist eine Öffnung oder ein Durchlaß wie der Durchlaß 144, bei dem das Substrat durch den Lichtempfänger geleitet wird, der den Toner auf das Substrat überträgt. Das Laden und der Transport des Substrats wird in dem Substratteilsystem behandelt. Das Schmelzen kann entweder in dem EP-Teilsystem oder in dem Substratteilsystem erfolgen. Es wird angemerkt, daß, obgleich diese drei Teilsysteme in getrennten Blöcken gezeigt sind, dies lediglich zur Erleichterung des Verständnisses der Funktionen des Systems dient und nicht bedeuten soll, daß nicht irgendeine oder sämtliche Komponenten zu einem System integriert werden können.
Der Gesamtbetrieb von den Befehlen, die das Lichtabbildungs-Teilsystem aktivieren, bis daß das Substrat den Drucker verläßt, besitzt inhärent nichtlineare Eigenschaften. Die Entladungskurve und die Lichtempfindlichkeitseigenschafien der meisten Lichtempfänger sind wie die Eigenschaften der meisten Tonerverbundstoffe nichtlinear. Für einen hochwertigen Druck müssen sämtliche Komponenten überwacht werden, wobei ihr Status ständig aktualisiert werden muß, um eine maximale Leistung zu ermöglichen.
Ein Prozeß zum Erreichen dieser Ziele ist in dem Ablaufplan aus Fig. 2 gezeigt. Der Prozeß beginnt, wenn der Drucker in Schritt 210 eingeschaltet wird, wobei der Prozeß aber, wie später diskutiert wird, an irgendeinem vom Konstrukteur gewünschten Punkt neu starten kann. Nachdem der Drucker eingeschaltet ist, testet das System in Schritt 211 die Lichtquelle. Wie zuvor erwähnt wurde, ist eine Möglichkeit hierfür die Verwendung einer Photozelle oder einer Photozellenmatrix. Die Lichtquelle beleuchtet beispielsweise eine räumliche Lichtmodulatormatrix (SLM), auf der sämtliche Elemente AUS sind. Die Photozelle empfängt Licht von sämtlichen Elementen, mißt die Intensität und zeichnet durch Identifizieren der Diskrepanzen zwischen dem, was empfangen werden sollte, und dem, was empfangen wird (dem empfangenen Licht, wenn sie alle AUS oder schwarz sein sollen) auf, welche Elemente, wenn überhaupt, des Modulators nicht richtig arbeiten. Das EP-Teilsystem kann daraufhin eine Abbildung der defekten Elemente erzeugen.
Der Vorteil der Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators, der Zeilen einzeln adressierbarer Elemente enthält, besteht darin, daß für diese defekten Pixel eine Korrektur vorgenommen werden kann. Die Matrix wird lediglich durch Hinzufügen von Zeilen von Elementen um eine vorgegebene Anzahl von Zeilen in Prozeßrichtung erweitert. Wenn ein Pixel in einer Zeile defekt ist, kann ein betriebsbereites Pixel an der gleichen Spaltenstelle in einer dieser erweiterten Zeilen die für das defekte Pixel bestimmten Daten empfangen und die richtige Lichtmenge an den OPC übertragen.
In Schritt 212 mißt das System die Menge des beim Einschalten verbliebenen Toners und berechnet außerdem, wieviel verblieben sein sollte. Die Berechnung beruht auf der Anzahl der Pixel, die gebildet werden, welche Graustufen auch immer verwendet wurden. Wenn es eine Diskrepanz zwischen der tatsächlich gemessenen Menge und der berechneten Menge, d. h. zwischen dem, wieviel da ist, und dem, wieviel da sein sollte, gibt, meldet das System in Schritt 213 an den Nutzer. Falls es keine Diskrepanzen gibt, geht der Prozeß zu Schritt 214 über.
Das EP-Teilsystem empfängt die Daten von dem Licht- und dem Einschalt- Tonertest. Verschiedene Sensoren von Komponenten in dem System senden Informationen an den Prozessor des EP-Teilsystems. Einige Komponenten können aktiv sein und ihre eigenen Fähigkeiten zur Überwachung besitzen, während andere passiv sein können, wobei für sie die Parameter durch den Hauptprozessor berechnet oder abgetastet werden müssen. Beispiele einiger berücksichtigter Parameter sind die Feuchtigkeit, die Tonerdichte, der OPC-Durchmesser (etwas von ihm nutzt sich während der Reinigung ab), die Temperatur der Schmelzvorrichtung, die Lichtabgabe und Leistungsschwankungen. In Schritt 217 berechnet der Prozessor daraufhin je nach diesen Eigenschaften die in verschiedenen Intensitätspegeln erforderlichen Belichtungszeiten. Das EP-Teilsystem übermittelt die Informationen von den überwachten Prozessen an den Systemprozessor, bevor der Systemprozessor in Schritt 218 die Druckdaten empfängt.
In Schritt 219 berechnet der Systemprozessor nachfolgend den zum Bilden der gewünschten Druckbilder erforderlichen Toner, wobei er verifiziert, daß er genug besitzt. Wenn dies nicht der Fall ist, meldet er wie in Schritt 220 an den Nutzer. Die Nutzerantwort in Schritt 221 schreibt vor, wie das System, möglicherweise durch Weglassen von Graustufen oder dadurch, daß der Nutzer lediglich jene Pegel zuläßt, für die ausreichend Toner vorhanden ist, das Bild einstellen muß, um Toner zu sparen. Außerdem kann es die Verwendung einer gegebenen Farbe beschränken. Eine Zusatzfunktion, die stattfinden kann, ist die Überwachung der Substratzufuhr und die Meldung an den Nutzer, wenn es erschöpft ist.
In Schritt 222 wird die Seite tatsächlich gedruckt, während das EP-Teilsystem in Schritt 223 seine Informationen aktualisiert. Solche Aktualisierungen könnten die Anzahl der Umdrehungen des OPCs oder die Menge des verwendeten Toners umfassen. Daraufhin wiederholt sich der Prozeß an einer von vielen verschiedenen Stellen selbst. Einige der Parameter wie etwa die Menge des verbliebenen Toners müssen zur Verwendung in dem Einschalttest gespeichert werden. Diese werden in einer Form eines nichtflüchtigen Speichers gespeichert. Andere Parameter werden möglicherweise lediglich zur Laufzeit dieser Sitzung benötigt.
Je nach Anwendung des Systems kann es beispielsweise wünschenswert sein, nach jeder Seite die Lichtquelle zu testen. Der Prozeß könnte sich auch zwischen verschiedenen Schritten selbst wiederholen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Prozeß je nachdem, wie oft er gelaufen ist, an einen anderen Punkt zurückkehren zu lassen. Beispielsweise kann er für die ersten zehn Seiten zu Schritt 214 zurückkehren, während er daraufhin einmal zu Schritt 212 zurückkehrt. Jedes fünfte Mal kehrt er zu Schritt 211 zurück. Der in dem Ablaufplan gezeigte Gesamtprozeß erfolgt durch das EP-Teilsystem und den Systemprozessor.
Fig. 3 zeigt ein einzelnes Farb-EP-Teilsystem des OPC 132, das ähnlich zu dem in Fig. 1 gezeigten EP-Teilsystem ist. Anstelle eines Tonerbehälters besitzt es vier 138a-138d für die drei subtraktiven Primärfarben (Magenta, Zyan und Gelb) und Schwarz. Das Bild wird durch aufeinanderfolgende Durchgänge des Substrats, einmal für jede Farbe, erzeugt. Die Qualität des verwendeten Toners und die Lagegenauigkeit des Substrats werden zu weiteren durch das System zu überwachenden Parametern.
Je nach dem verwendeten Toner kann es wünschenswert sein, den Toner zu rütteln, um reibungselektrische Kräfte zu erzeugen, wie es erforderlich sein kann, damit der elektrophotographische Prozeß eine gleichmäßige Übertragung auf den Lichtempfänger erreicht. Allerdings kann ein Verfahren zum Rütteln sowohl die erforderliche Bewegung als auch eine Möglichkeit zur Messung der Menge des verbliebenen Toners erreichen. Die Aktivierung einer Schwingspule schaffl die nötige Schwingung, damit die Tonerladungen weiter erzeugt werden. Daraufhin kann die elektromotorische Gegenkraft der Spule gemessen werden, um die Menge des verbliebenen Toners zu bestimmen.
Außerdem kann die Schwingung erforderlich sein, um die Zusammenballung zu verhindern oder den Toner zu mischen. Diese Schwingung muß ausgedämpft werden, so daß sie zu keiner Unschärfe bei der Übertragung führt. Wenn sich der Lichtempfänger dreht oder wenn er durch einen Riemen transportiert wird, muß - ein zusätzlicher mechanischer Ausgleich stattfinden. Die Anzahl der Umdrehungen oder der abgeschlossenen Kreisläufe trägt zur Berechnung der Abnutzung an dem Lichtempfänger bei und kann eine mechanische Einstellung erfordern. Daraufhin überträgt der Lichtempfänger den Toner auf das mit dem Richtungspfeil gezeigte Drucksubstrat. Für eine optimale Funktion des Systems ist die Regelung all dieser Schritte und des Lichts von dem anderen Teilsystem erwünscht.
In bezug auf die Lichtüberwachung ermöglicht der doppeltgerichtete Durchlaß 122 (aus Fig. 1) die Verbindung des Lichtabbildungs-Teilsystems und des EP- Teilsystems. Das Lichtabbildungs-Teilsystem weiß, wieviel Licht an das EP- Teilsystem übertragen worden ist. Das EP-Teilsystem kann überwachen, wieviel Licht empfangen wird, wobei es so zu programmieren ist, daß es vor jeglichen Diskrepanzen zwischen beiden, die eine fehlende Deckungsgleichheit oder ein gestörtes Teilsystem angeben, warnt. Außerdem kann das EP-Teilsystem das Lichtabbildungs-Teilsystem so leiten, daß es elektronisch auf sich ändernde Eigenschaften in anderen Komponenten wie etwa auf die Abnutzung des Lichtempfängers einstellt. Wegen des Abriebs verliert der Lichtempfänger schließlich etwas von seinem Durchmesser, was zu einem etwas verschobenen Bild führt. Das EP-Teilsystem kann das Lichtabbildungs-Teilsystem so leiten, daß es das Bild elektronisch auf seinen ursprünglichen Fleck einstellt.
Ein Verfahren zur Überwachung des Lichtabbildungs-Teilsystems besteht im Anordnen einer Photozelle oder einer Matrix von Photozellen oder einer Matrix ladungsgekoppelter Vorrichtungen (CCDs) in dem ungenutzten Lichtweg. Die Photozelle kann auch das ungenutzte Licht überwachen und den Status des räumlichen Lichtmodulators in Echtzeit überwachen. Diese Informationen ermöglichen, daß das System blockierte Elemente korrigiert und dadurch ein höherwertiges Druckbild erzeugt.
Wenn das System eine Matrix von Lichtemitterdioden (LEDs) verwendet, kann die Photozelle zum Überwachen der Graustufen verwendet werden. Die Verwendung einer LED-Matrix ermöglicht, daß das System durch Modulieren der Leistung der LED (voll 1/2, 1/4 usw.) gegenüber der durch den räumlichen Lichtmodulator erhaltenen Auflösung eine zusätzliche Auflösung besitzt. Wenn jede LED eingeschaltet wird, kann durch das System eine andere Graustufe erreicht werden. Die Photozelle kann mit verschiedenen Kombinationen von LEDs die Intensität jedes angeschlossenen Pegels überwachen. Das Dateisystem empfängt die für jeden Pegel erforderliche Zeitdauer und berücksichtigt diese Zeiten beim Einstellen der Belichtungen. Wie zuvor erwähnt wurde, kann das System außerdem den räumlichen Lichtmodulator auf blockierte oder nicht reagierende Pixel überwachen und dementsprechend einstellen.
Außer der Zeit für die Graustufen überwacht das EP-Teilsystem auch die Tonereigenschaften, die Eigenschaften und die Abnutzung des Lichtempfängers und die Tonernutzung. Die empfangenen Lichtinformationen, die ermöglichen, daß das EP-Teilsystem die Belichtungszeiten zum Erreichen der Graustufen einstellt, sind beim Umgang mit Farbsystemen besonders wichtig.
In dem Vier-OPC-EP-Teilsystem in Fig. 4 tritt eine andere Überwachungs- und Ausgleichsforderung auf In dieser Ausführungsform ist jede Walze ein Lichtempfänger 132a-132d mit seinem eigenen Tonerspender 138a-138d, seiner eigenen Korona 136a-136d und seiner eigenen Reinigungsklinge 134a-134d. Das EP-Teilsystem muß jede dieser getrennten Stationen überwachen und überall die Druckqualität aufrechterhalten.
Um die Arbeitsweise des Systems einzustellen, muß das EP-Teilsystem mit Software vorgeladen werden, die über die Fähigkeiten und Beschränkungen des speziellen Lichtempfängers, des Toners und der in dem Lichtabbildungssystem verwendeten Vorrichtungen verfügt. Außerdem müssen die Mengen des Toners und die Historie jeder Komponente geladen werden. Diese Software ermöglicht dem Nutzer, den Toner ersetzt zu bekommen und sein System wegen irgendwelcher Probleme oder Anomalien ohne irgendeine Bemühung seinerseits repariert zu bekommen.
Die Toner-Software läuft während des Betriebs und schreibt die momentanen Parameter, wie sie sich ändern, in einen nichtflüchtigen Speicher. Eine Diagnosefunktion sendet für den Ersatz von Toner, für den Ersatz von Komponenten oder für die Reparatur Warnungen oder Nachrichten an den Nutzer. Der nichtflüchtige Speicher erfordert eine Art Batteriesicherung, um die Informationen zu erhalten, wenn der Drucker ausgeschaltet ist. Der nichtflüchtige Speicher bietet zusätzliche Vorteile.
Der Hauptvorteil ist der, daß der Nutzer, wenn ihn der Drucker beispielsweise informiert, daß er mehr Toner benötigt, ihn zu einem Verteilungszentrum bringt, wo Überwachungseinheiten eine Schnittstelle mit dem nichtflüchtigen Speicher bilden. Der Verteiler kann daraufhin sehen, was ersetzt werden muß oder wo das Problem liegt, und ihn entweder an das Reparaturzentrum senden oder ihn möglicherweise sogar dort füllen. Inzwischen erhält der Nutzer einen neuen oder sanierten Drucker, jeweils mit seiner eigenen für ihn eindeutigen Software, als Ersatz. Um irgendeine Verwechselung oder die Möglichkeit eines Fehlers zu vermeiden, werden die Software und die Betriebsparameter, wenn das EP-Teilsystem geöffnet wird, gelöscht. Dies vermeidet irgendeinen möglichen Erhalt alter Systemparameter und ein nachfolgend mögliches Drucken mit niedrigerer Qualität. Daraufhin kann das System saniert, neu programmiert und neu verteilt werden. Das Verfahren zur Sanierung ist in Fig. 5 gezeigt.
Der Wartungsprozeß beginnt, wenn der Nutzer, möglicherweise, nachdem der Drucker an ihn gemeldet hat, den Drucker oder eine Komponente zum Händler bringt. In Schritt 510 mißt der Händler daraufhin die Nutzung des Systems. In Schritt 511 werden diese Informationen zur Aktualisierung des Nutzerprofils verwendet. Außerdem empfängt der Händler in Schritt 511 für eine höhere Kompatibilität der Ersatzteile Informationen über den Markennamen des Computers oder des Systems, aus dem er gekommen ist. In Schritt 512 prüft der Händler auf irgendwelche Fehlerzustände in der Software des Druckers.
Daraufhin schreiben die Fehlerzustände die Aktionen der Händler vor. Wenn der Händler die Fähigkeit besitzt, repariert oder ersetzt er in Schritt 513 die Komponente, die den Fehler verursacht hat. Daraufhin werden irgendwelche Teile, die ersetzt werden und irreparabel sind, falls möglich, wiederverwertet. Wenn der Händler den Fehler nicht beheben kann, erhält der Nutzer einen Ersatz, während das beschädigte Teil an den Verteiler gesendet wird. Unter der Annahme, daß der Händler die Situation beheben konnte, wird das System in Schritt 514 mit dem Durchschnittsgebrauch neu geeicht, wobei die Betriebsparameter aktualisiert werden, so daß sie an die neuen Informationen angepaßt sind. Zu diesem Zeitpunkt wird die Komponente oder das System an den Nutzer zurückgegeben.
Falls der Händler das Problem in Schritt 513 nicht behandeln kann, sendet er ihn in Schritt 515 zur Reparatur auf der Gerätepark-Ebene an den Verteiler. Der Verteiler fragt das System ab und untersucht es, um das Problem zu bestimmen und die beste Lösung zu identifizieren. In Schritt 516 ersetzt oder repariert der Verteiler nur das erforderliche Minimum. Dadurch wird die Systemkompatibilität so hoch wie möglich gehalten. In Schritt 517 werden die Eigenschaften des Systems aktualisiert. Schließlich wird die in dem System liegende Software aktualisiert und geladen, um die neuen Komponenten zu zeigen. Außerdem werden in dieser Phase auch irgendwelche notwendigen Historien geladen. Wie zuvor erwähnt worden ist, sind einige Komponenten aktive Komponenten, die ihre eigenen Historien überwachen und speichern können. Die Historien der passiven Komponenten müssen in das System eingegeben werden, so daß das System die Verwendung und die Betriebseigenschaften dieser Komponenten überwachen kann.
Die Verbindung zwischen dem EP-Teilsystem und dem Systemprozessor und dem Verteiler kann auf viele Weise erreicht werden. Eine besonders zweckmäßige Art erfolgt mittels einer Handeinheit. Diese Einheit kann mittels eines in Fig. 6 gezeigten Verbindungskabels 610 an das Druckersystem angeschlossen werden. Die Handeinheit 620 könnte außerdem Mittel zur drahtlosen Verbindung wie etwa durch optische oder andere Mittel besitzen. Ein Transponder kann in das EP- Teilsystem eingesetzt oder an es angefügt sein und zur Verbindung zwischen dem Teilsystem und dem Verteiler verwendet werden. Die alten Informationen von dem vorausgehenden System oder von den vorausgehenden Komponenten des EP-Teilsystems werden gelöscht und die Parameter seines neuen Teilsystems oder seiner neuen Komponenten eingegeben. Für Verfolgungsinformationen oder Umweltschutzkontrollen können einige systemeigene Informationen erwünscht sein.
Ein zusätzlicher Vorteil des nichtflüchtigen Speichers ist die Fähigkeit zum Verfolgen irgendwelcher EP-Teilsysteme, die falsch entsorgt werden. Toner besitzt typischerweise chemische Eigenschaften, die hochgiftig und/oder umweltschädigend sein können. Ihre falsche Entsorgung kann zur Schädigung der Umwelt führen. In dem nichtflüchtigen Speicher oder Transponder kann ein Anfangsblock gespeichert sein, der den Hersteller und/oder den Verteiler dieses Teilsystems identifiziert und somit eine zukünftige Beschädigung der Umwelt verhindert, und der die Namen einer für die Bereinigung verantwortlichen Gesellschaft liefern kann.
Das obige System ermöglicht einen hochwertigen Druck mit Komponenten, die für den tatsächlichen gegenüber dem berechneten Zweck ihrer Brauchbarkeit verwendet werden. Der erweiterte Gebrauch und die Leichtigkeit der Sanierung ermöglichen einen preiswerteren hochwertigen Druck mit minimalem Aufwand von Seiten des Nutzers.
Obgleich bisher besondere Ausführungsformen eines Drucksystems mit einem intelligenten EP-Teilsystem beschrieben worden sind, sollen diese spezifischen Bezugnahmen mit Ausnahme der Darstellung in den folgenden Ansprüchen nicht als Beschränkungen an den Umfang der Erfindungen gelten.

Claims

1. Drucksystem mit:

a) einem Lichtabbildungs-Teilsystem (120);

b) einem elektrophotographischen (EP) Teilsystem (130), enthaltend:

I) wenigstens einen Lichtempfänger (132) zum Empfangen von Licht von dem Lichtabbildungs-Teilsystem (120);

II) wenigstens einen Tonerspender (138) zum Abgeben von Toner zu dem Lichtempfänger (132);

III) eine Schnittstelle (116) mit dem Lichtabbildungs-Teilsystem (120), die das Licht durchlaufen kann;

IV) einen Übertragungsdurchlaß (144) zum Übertragen des Toners auf Drucksubstrate;

c) einem Substratbehandlungs-Teilsystem (140), in dem der wenigstens eine Lichtempfänger (132) Toner von einem Drucksubstrat über den Übertragungsdurchlaß (144) überträgt; und

d) einem Prozessor (126) zum Einstellen der Arbeitsweise des Systems (110) entsprechend Daten, die von dem EP-Teilsystem (130) empfangen werden;

dadurch gekennzeichnet, daß der Tonerspender (138) die Fähigkeit zur Überwachung enthält; und daß

das Einstellen durch den Prozessor (126) kontinuierlich durchgeführt wird und das Steuern der Anzahl und der Auswahl von einem Benutzer zur Verfügung stehenden Graustufen und Farben sowie das Melden von Systemstörungen an den Benutzer enthält.

2. System nach Anspruch 1, bei dem wenigstens eine Komponente des EP- Teilsystems aktive Überwachungsfähigkeiten hat, die in Verbindung mit dem Prozessorstehen.

3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Prozessor die Betriebsparameter wenigstens einer Komponente des EP-Teilsystems berechnen muß.