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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Mehrfarbenbildes, bei
dem Farbauszugbilder in ersten, zweiten und gegebenenfalls weiteren Farben
erzeugt werden, wobei die Farbauszugbilder mit Hilfe von gefärbtem Tonerpulver
erzeugt werden, die Farbauszugbilder in aufeinanderfolgenden
Bildübertragungsschritten unter dem Einfluß von Druck auf einen mit einer Deckschicht
versehenen, elastisch verformbaren, haftenden Zwischenträger übertragen und
darauf gesammelt werden, um ein Mehrfarbenbild zu bilden, wonach das
Mehrfarben-Pulverbild erweicht und unter dem Einfluß von Druck auf einen
Empfangsträger übertragen wird, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Bildübertragungsschritten das Pulverbild, das aus ein oder mehreren
Farbauszugbildern besteht, auf dem Zwischenträger unter dem Einfluß von Wärme und/
oder Druck so verformt wird, daß das Pulverbild für Tonerpulver haftend wird,
so daß ein nachfolgendes Farbauszugbild nicht nur auf den Zwischenträger,
sondern auch auf das bereits vorhandene Pulverbild übertragen werden kann.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung, die zur Durchführung des
erfindungsgemäßen. Verfahrens geeignet ist, und auf ein Zwischenträgerband,
das in dieser für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeigneten Vorrichtung verwendbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, transparente
Schichten von Tonerpulver in verschiedenen Farben übereinander auf dem
Zwischenträger anzubringen und einen gewünschten Farbton durch subtraktive
Farbmischung zu erhalten.
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Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung ist bekannt aus
NL-A-92 00713.
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Diese Vorrichtung umfaßt vier oder mehr Bildaufzeichnungselemente, Mittel zur
Erzeugung von Farbauszugbildern, die aus gefärbtem Tonerpulver auf den
Bildaufzeichnungselementen bestehen, einen Zwischenträger mit einer
Oberflächenbeschichtung aus elastisch verformbaren Material zum Sammeln der
verschiedenen Farbauszugbilder darauf, um ein Mehrfarbenbild zu bilden, und Mittel
zur Druckausübung auf den Zwischenträger in einer Übertragungszone
zumindest in jedem Bildaufzeichnungselement, auf dem das zweite und jedes nachfolgende
Farbauszugbild gebildet wird.
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In der Praxis hat sich gezeigt, daß es bei dieser bekannten Vorrichtung nur
einen sehr kleinen Temperaturgradienten des Zwischenträgerbandes gibt,
innerhalb dessen die Vorrichtung zuverlässig arbeitet. Wenn die Temperatur des
Zwischenträgerbandes zu niedrig ist, wird das Tonerpulver nicht genügend
aufgeweicht, so daß ein nachfolgendes Pulverbild nicht ausreichend auf das
bestehende Pulverbild übertragen wird. Wenn die Temperatur des
Zwischenträgerbandes zu hoch ist, wird das Tonerband von einem ersten
Bildaufzeichnungselement auf einem nachfolgenden Bildträger abgelagert.
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Es wurde auch festgestellt, daß die Temperatur des Bildträgers während des
Betriebs der Vorrichtung allmählich ansteigt, so daß die Vorrichtung während
dieser Zeit nicht mehr zuverlässig arbeitet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die obigen Nachteile deutlich zu verringern. Zu
diesem Zweck umfaßt erfindungsgemäß der Zwischenträger eine
wärmeisolierende Schicht, für die das Produkt aus dem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten λ in
J/m·sK, der Dichte ρ in kg/m³ und der spezifischen Wärme Cp in J/kg·K einen
Wert von weniger als 2 · 10&sup5; und vorzugsweise weniger als 1,5 · 10&sup5; hat.
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Infolge dessen wird zwischen den Bildträgern und dem Zwischenträger eine
verhältnismäßig niedrige Kontakttemperatur erreicht, und dies ermöglicht es, daß
Tonerbilder durch Adhäsion auf einem relativ heißen Zwischenträger gesammelt
werden, ohne daß der Bildträger zu heiß wird, so daß Tonerpartikel daran
gehindert werden, fest am Bildträger anzuhaften. Der Wärmefluß auf die
Bildträger wird im Ergebnis ebenfalls reduziert, so daß sich eine Energieersparnis
ergibt. Die verminderte Wärmekapazität in bezug auf die Wärmekapazität der
Zwischenträgerbänder führt auch zu einem schnelleren Aufheizen des
Zwischenträgerbandes während des Aufwärmbetriebs. Folglich ist die Vorrichtung nach dem
Start schneller betriebsbereit.
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Vorzugsweise wird die wärmeisolierende Schicht direkt unterhalb der
Deckschicht angebracht, in der Form einer Zwischenschicht zwischen der
Deckschicht und der Grundschicht. Dies führt zu einem kleinem
Temperaturgradienten über die Zwischenschicht, so daß Betriebs/Bereitschafts-Unterschiede in
verringertem Ausmaß auftreten.
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Vorzugsweise werden in der isolierenden Schicht gasgefüllte Füllmaterialien
verwendet. Infolge dessen wird die Wärmeleitfähigkeit des Bandes auf etwa 0,1-
0,15 W/mK verringert. In einer Ausführungsform werden gasgefüllte Glasperlen
mit einer Grundierung versehen, so daß sich eine bessere Haftung zwischen
Glas und Gummi ergibt. Um den Wärmefluß auf den Bildträger weiter zu
reduzieren, wird in dem Bildübertragungsschritt zwischen dem Bildträger und dem
Zwischenträgerband eine sehr kurze Spaltzeit gewählt. Diese kurze Spaltzeit
kann erreicht werden mit Hilfe einer hohen Geschwindigkeit während der
Bildübertragung und, wie sich für den Fachmann versteht, durch korrekte Wahl der
Durchmesser des Bildträgers und des Zwischenträgerbandes in der
Bildübertragungszone.
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Die Erfindung wird nun im einzelnen erläutert unter Bezugnahme auf die
nachfolgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Druckvorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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Fig. 2 ein Diagramm, das die Schichtstruktur eines
Zwischenträgerbandes zeigt, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendbar ist.
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Die in Fig. 1 gezeigte Druckvorrichtung umfaßt einen zylindrischen
Zwischenträger 1, der durch (nicht gezeigte) Antriebsmittel in Richtung des Pfeils 3
antreibbar ist. Der Zwischenträger 1 hat eine Metallhülse, z. B. aus Aluminium,
und darauf eine äußere Beschichtung mit dem schematisch in Fig. 2 gezeigten
Aufbau, bei dem eine Unterlage 50 aus Silikongummi auf der Metallhülse 49
angeordnet ist. Eine wärmeisolierende Zwischenschicht 51, in die luftgefüllte
Glasperlen eingemischt sind, ist auf der Unterlage 50 angeordnet. Eine Deckschicht
52 ist auf der Zwischenschicht 51 angeordnet. Bilderzeugungsstationen 4, 5, 6
und 7 sind längs der Bahn des Zwischenträgers 1 angeordnet. Jede dieser
Bilderzeugungsstationen umfaßt ein zylindrisches Bildaufzeichnungselement 8, auf
dem ein Farbauszugbild gebildet wird. Die Bildaufzeichnungselemente 8 stehen
sämtlich in Druckberührung mit dem Zwischenträger 1. Jedes
Bildaufzeichnungselement 8 besteht aus einem Zylinder mit einen fotoleitenden Oberflächenschicht,
wobei die verschiedenen Bilderzeugungseinheiten auf dem Umfang
dieses Zylinders verteilt sind. Diese Bilderzeugungseiriheiten umfassen jeweils eine
Koronaeinrichtung 11 zum gleichförmigen Aufladen der fotoleitfähigen Schicht,
ein LED-Feld 12, mit dem eine bildmäßige Belichtung ausgeführt wird, eine
Magnetbürsteneinrichtung 13 zum Entwickeln des resultierenden latenten
Ladungsbildes zu einem Pulverbild und eine Reinigungseinrichtung 14 zum
Entfernen von restlichem Toner nach der Übertragung des Farbauszugbildes auf
den Zwischenträger 1.
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Das LED-Feld 12, das z. B. von der im US-4 524 372 beschriebenen Art ist, ist
an eine elektronische Schaltung 15 angeschlossen, zum Erregen jeder LED in
dem Feld in Übereinstimmung mit einem Informationsmuster für das Drucken.
Die elektronische Schaltung 15 jeder Bilderzeugungsstation ist ihrerseits an
eine zentrale Steuereinheit 16 angeschlossen, die die Information für das
Drucken des Farbauszugbildes Zeile für Zeile an jede elektronische Schaltung 15
übermittelt. Die Magnetbürsteneinrichtung 13 umfaßt eine Magnetwalze 17, die
in geringem Abstand zum Umfang des Bildaufzeichnungselements 8 angeordnet
ist und aus einer drehbaren Hülse besteht, in der sich ein stationäres
Magnetsystem befindet. In der Nähe der Hülse jeder Magnetwalze 17 ist ein Reservoir 18
angeordnet, das mit elektrisch leitfähigem, magnetisch anziehbarem
Tonerpulver gefüllt ist. Jedes Reservoir 18 enthält ein Tonerpulver in einer bestimmten
Farbe. In dem hier gezeigten Fall sind die Tonerfarben nacheinander Magenta,
Cyan, Gelb und Schwarz, wobei die gefärbten Tonerpulver (mit Ausnahme von
Schwarz) praktisch transparent sind. Ein Abstreifer 19 ist an jedem Reservoir 18
angeordnet, um sicherzustellen, daß eine gleichmäßige Schicht aus Tonerpulver
auf die Hülse der Magnetwalze 17 aufgetragen wird. Außerdem sind längs der
Bahn des Zwischenträgers 1 eine Transporteinrichtung für einen Bogen eines
Bildempfangsmaterials, welche Transporteinrichtung aus zusammenwirkenden
Transportwalzen 21 und einer Führung 22 besteht, eine Andruckwalze 23, einer
Ausgabeeinrichtung für den Bogen des Bildempfangsmaterials, bestehend aus
einer Führung 24 und Transportwalzen 25, und eine Reinigungseinrichtung 30
angeordnet. Jedes Bildaufzeichnungselement 8 wird angetrieben durch ein
Zahnrad 26, das auf der Drehachse des Bildaufzeichnungselements 8 montiert
ist und mit einem Zahnrad 27 kämmt, das auf der Antriebswelle des
Zwischenträgers 1 befestigt ist. In der Zeichnung sind die Zahnräder 26 und 27 als
gestrichelte Kreise eingezeichnet, wobei diese Kreise die Kopfkreise der Zahnräder angeben.
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Ein Impulsübertrager 28 ist mit dem Zwischenträger 1 verbunden und liefert
Impulse, die sich auf den Drehwinkel des Zwischenträgers 1 beziehen. Der
Drehwinkel zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen entspricht einer Bewegung
der Oberfläche des Zwischenträgers 1 über die Breite einer Bildzeile. Das
Schreiben der aufeinanderfolgenden Bildzeilen auf den Bildaufzeichnungselementen 8
mit Hilfe der LED-Felder 12 kann somit durch die Steuereinheit 16 anhand der
Impulse gesteuert werden, die von dem Impulsübertrager 28 übermittelt und der
Steuereinheit 16 über die Leitung 29 zugeführt werden.
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Wenn die Druckvorrichtung in Betrieb ist, werden der Zwischenträger 1, die
Bildaufzeichnungselemente 8 und die Magnetwalzen 17 in den durch die Pfeile
3, 31 und 32 angegebenen Richtungen angetrieben. Unter diesen Bedingungen
wird die fotoleitende Schicht eines Bildaufzeichnungselements 8, nachdem sie
durch die Koronaeinrichtung 11 mit einer gleichförmigen elektrostatischen
Ladung versehen worden ist, durch das LED-Feld 12 bildmäßig belichtet, wonach
das latente Ladungsbild durch die Magnetbürsteneinrichtung 13 entwickelt
wird, um ein Farbauszugbild aus gefärbtem Tonerpulver zu bilden. Durch
selektives Erregen der. LEDs in dem Feld in Übereinstimmung mit einem. Bildmuster
wird auf dem Bildaufzeichnungelement 8 ein Bild-Punktmuster aus gefärbtem
Tonerpulver erzeugt.
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Die Information bezüglich der Bildzeilen der verschiedenen Farbauszugbilder,
die geschrieben werden sollen, wird von der Steuereinheit 16 seriell, Zeile für
Zeile, in ein Schieberegister der elektronischen Schaltungen 15 übertragen.
Beim anschließenden Eintreffen des nächsten Impulses vom Impulsübertrager
28 wird die im Schieberegister der ersten Bilderzeugungsstation 4 gespeicherte.
Information an ein Ausgaberegister übergeben, und spezifische LEDs werden
über Treiber in Übereinstimmung mit der zu schreibenden Bildzeile erregt. In
der Zwischenzeit wird das Schieberegister mit der Information für die
nachfolgende Bildzeile gefüllt. Diese Bildzeile wird bei Empfang des nächsten Impulses
vom Impulsübertrager 28 geschrieben. Die Bilderzeugungseinrichtung der
zweiten Bilderzeugungsstation 5 wird ebenfalls bei Empfang eines bestimmten
Impulses vom Impulsübertrager 28 aktiviert, und, eine Anzahl von Impulsen
später, diejenige der nächsten Bilderzeugungsstation 6 und schließlich diejenige der
Bilderzeugungsstation 7. Die Anzahl von Impulsen, nach der die. Bilderzeugungseinrichtungen
der zweiten und der nachfolgenden
Bilderzeugungsstationen aktiviert werden, ist bestimmt durch den Abstand zwischen den
Bilderzeugungsstationen längs des Umfangs des Zwischenträgers 1.
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Die genaue Anzahl von Impulsen wird in einem Steuerprogramm bestimmt, das
in einem Speicher der Steuereinheit 16 gespeichert ist. Die auf den
Bildaufzeichnungselementen 8 erzeugten Farbauszugbilder werden in verschiedenen
Druckkontaktzonen auf den Zwischenträger 1 übertragen. Das vorhandene Pulverbild,
das aus ein oder gegebenenfalls zwei Farbauszugbildern besteht, wird zwischen
den Bilderzeugungsstationen 4 und 5 und ebenso zwischen den
Bilderzeugungsstationen 5 und 6 mit Hilfe einer Wärmequelle 40, z. B. Strahlung oder Blitzlicht
von einem Halogenstrahler, erhitzt. Diese Wärmezufuhr bewirkt, daß das
Pulverbild auf dem Zwischenträger 1 so erweicht wird, daß ein nach nachfolgendes
Farbauszugbild ebenfalls auf dem vorhandenen Pulverbild abgeschieden werden
kann. Auf diese Weise ist es möglich, transparente Schichten übereinander
anzubringen und so durch subtraktive Farbmischung eine bestimmte Mischfarbe
zu erhalten. Das Mehrfarbenbild auf dem Zwischenträger 1 wird dann in an sich
bekannter Weise erhitzt, so daß das Pulverbild weich wird. Das erweichte
Pulverbild wird dann in der Druckzone zwischen dem Zwischenträger 1 und der An'
druckwalze 23 auf ein Bildempfangsmaterial, z. B. einen Bogen Papier,
übertragen, wobei das Bildempfangsmateral zur rechten Zeit über die
Transporteinrichtung 21, 22 zugeführt wird. Das Emfangsmaterial mit dem gedruckten Bild wird
über die Führung 24 ausgegeben. Der Zwischenträger 1 läuft dann an der
Reinigungseinrichtung 30 vorbei.
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Eine Wärmequelle 40 ist nur zwischen den Bilderzeugungsstationen 4 und 5
und 5 und 6 erforderlich, da nur die Farbauszugbilder in den Farben Magenta,
Cyan und Gelb, die in den jeweiligen Stationen 4, 5 und 6 erzeugt werden, eine
Rolle bei der Erzeugung der Mischfarben spielen. Das Farbauszugbild in der
Farbe Schwarz, das in der Bilderzeugungsstation 7 erzeugt wird, ist dabei nicht
beteiligt, so daß es nicht erforderlich ist, das schwarze Farbauszugbild auf
vorher erzeugte Farbauszugbilder aufzutragen. Die geforderte Leistung der
Wärmequelle 40 ist durch ein Anzahl von Faktoren bestimmt, z. B.
Prozeßgeschwindigkeit und Temperatureinstellung der Bilderzeugungseinrichtung, verwendetes
Tonermaterial, Wärmeübertragungsleistung der Wärmequelle, Abstand zwischen
der Wärmequelle und der nächsten Bilderzeugungsstation usw. In Abhängigkeit
von der gewählten Konfiguration und den gewählten Materialien kann der Fachmann
experimentell die richtige Leistung bestimmen, um eine solche
Aufweichung des Pulverbildes zu erreichen, daß ein nachfolgendes Pulverbild durch
Adhäsionskräfte darauf übertragen wird. Eine Kombination von Konfiguration
und Materialien, die ausgezeichnete Ergebnisse liefert, wird nachstehend
anhand eines Beispiels beschrieben.
Beispiel
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In einer Druckvorrichtung, wie sie in der Zeichnung illustriert ist, wird ein
zylindrischer Zwischenträger 1 mit einem Durchmesser von 180 mm mit einer
Umfangsgeschwindigkeit von 6 m/min angetrieben. Der Zwischenträger 1 mit
dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau hat eine Aluminiumhülse 49 mit einer äußeren
Beschichtung aus Silikongummi. Die äußere Beschichtung besteht aus einer
1,8 mm dicken Unterlage 50 aus Silikongummi mit einer Shore-A-Härte von 51º,
und darüber einer 400 um dicken Schicht 51 aus wärmeisolierenden
Silikongummimaterialien, in die etwa 20 Vol.% gasgefüllte Glasperlen eingemischt sind,
wobei der Durchmesser der Glasperlen etwa 20 um beträgt, und darüber einer
etwa 50 um dicken Deckschicht 52 aus Silikongummi mit einer Shore-A-Härte
von 47º. Die Bildaufzeichnungselemente 8 werden in den
Bilderzeugungsstationen 4, 5, 6 und 7 mit einer Linienpressung von 400 N/m gegen den
Zwischenträger 1 angedrückt. Ein Halogenstrahler 40 ist zwischen den
Bilderzeugungsstationen 4 und 5 und 5 und 6 in einem Abstand von etwa 50 mm (gemessen
längs des Umfangs des Zwischenträgers 1) zu der Kontaktzone zwischen dem
Zwischenträger 1 und dem in Drehrichtung nächsten Bildaufzeichnungselement
8 angeordnet. Die gefärbten Tonerpulver werden hergestellt durch Schmelzen
eines thermoplastischen Harzes in der Form eines Polyesterharzes des Typs ICI
Atlac und homogenes Verteilen von magnetisch anziehbarem Material in der
Form von Carbonyl-Eisen mit einer Partikelgröße von 1-3 um in der Schmelze,
zusammen mit feinen festen Partikeln aus Kohle und Farbstoffpartikeln.
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Die Schmelze wird dann gekühlt, um einen Festkörper zu bilden, und
bearbeitet, um Tonerpartikel mit einer Partikelgröße zwischen 5 und 40 um zu bilden.
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Der Zwischenträger 1 wurde mit Hilfe einer internen Heizeinrichtung (nicht im
einzelnen gezeigt) und einem zusammenwirkenden Temperatursteuersystem auf
90ºC (an der äußeren Umfangsfläche des Zwischenträgers 1) eingestellt.
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Es wurde festgestellt, daß jeder Halogenstrahler 40 mit einer Leistung von 280
Watt versorgt werden mußte, um eine solche Erweichung des aus einem oder
mehreren Farbauszugbildern bestehenden Pulverbildes auf dem Zwischenträger
1 zu erreichen, daß das nächste Farbauszugbild ebenfalls so vollständig wie
möglich auf das bestehende Pulverbild übertragen wurde.
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Als eine Alternative zu der Wärmequelle 40 zur Erzielung der geforderten
Verwandlung des Pulverbildes ist es jedoch möglich, eine Andruckeinrichtung zu
verwenden, z. B. in der Form einer Andruckwalze 41. Die Verformung des
Pulverbildes kann auch mit einer Kombination aus einer Wärmequelle 40 und einer
Andruckwalze 41 oder z. B. durch Blitzbelichtung mit einer Halogenlampe
erreicht werden.
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Dies gibt dem Fachmann die Gelegenheit, die erforderliche Deformation des
Pulvers bei hohen Prozeßgeschwindigkeiten der Bilderzeugungsvorrichtung zu
realisieren, ohne daß übermäßige Drücke oder Wärmeleistungen eingesetzt werden
müssen.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens sind Abwandlungen möglich. Je nach den
Anforderungen, die die Bilderzeugungsvorrichtung im Hinblick auf den Farbbereich -
einen vollständigen Bereich oder einen begrenzten Bereich - erfüllen soll, ist es
möglich, andere Farben von Tonerpulvern in den verschiedenen
Bilderzeugungsstationen zu benutzen, oder es ist auch möglich, eine Kombination aus
einzelnen Farbauszugbildern, die mit transparenten Tonerpulvern gebildet wurden,
und einzelnen Farbauszugbildern, die mit Opaken (nicht transparenten)
Tonerpulvern gebildet wurden, zu verwenden.
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Die oben dargestellte Ausführungsform der Bilderzeugungsstationen kann auch
durch ein oder mehrere andere Bilderzeugungsvorrichtungen ersetzt werden, die
aus dem Stand der Technik bekannt sind, z. B. auf der Grundlage eines
magnetographisehen, elektrographischen oder elektrofotografischen Prozesses, bei dem
ein latentes magnetisches oder elektrostatisches Punktmuster auf einem
Bildaufzeichnungsmedium gebildet wird und dieses Bild mit gefärbten Tonerpulver
entwickelt wird oder bei dem (gefärbtes) und gegebenenfalls leitfähiges
Tonerpulver durch selektive Erregung von Bilderzeugungselektroden in Übereinstimmung
mit einem Bildpunktmuster von einer Töner-Zufuhreinrichtung, die mit einem
Dielektrikum in Berührung steht oder in geringem Abstand dazu liegt, auf das
Dielektrikum angezogen wird.
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Der Zwischenträger kann auch die Form eines endlosen Bandes haben. Zum
Beispiel wird eine 1,5 mm dicke Schicht aus peroxidgehärtetem Silikongummi
oder EPDM-Gummi auf ein Band aus Polyester-Gewebe, z. B. NomexTM
aufgetragen. Eine etwa 400 um dicke Schicht aus wärmeisolierendem Gummi wird
auf diese Schicht aufgetragen. Für die wärmeisolierende Schicht können
irgendwelche für diesen Zweck geeignete Materialien ausgewählt werden, z. B.
Schaumgummi und Kunststoff, gasgefüllte Kunststoffperlen und Glasperlen mit
einem Durchmesser von etwa 20 um in einem Gummi wie etwa Silikongummi,
EPDM-Gummi. Ein besserer Halt an dem Gummi wird erreicht durch
Grundieren der Glasperlen, wobei die Steifheit des Schichtpaketes selbst unter Last
erhalten bleibt. Ein Deckschicht aus Silikongummi, das z. B. als eine
Zwischenschicht üblich ist, wird auf der Zwischenschicht angebracht.