DE10053585C2 - "Device for electrophotographic printing on substrates" - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrofotografischen Bedrucken von Substraten, insbesondere plattenförmigen Werkstücken, bei der ein entwickeltes Tonerbild von einem walzenförmigen Fotoleiter auf ein Substrat übertragbar ist.The invention relates to a device for electrophotographic printing on Substrates, especially plate-shaped workpieces, in which a developed Toner image can be transferred from a cylindrical photoconductor to a substrate.
Die DE 196 46 348 A1 zeigt eine derartige Vorrichtung, bei der der walzenför mige Fotoleiter ein starres Tragteil besitzt, auf das eine nachgiebige Beschich tung aufgebracht ist. Diese Beschichtung ist von einer fotoleitfähigen Schicht überzogen. Die flexible Beschichtung ist elektrisch leitend ausgebildet und hierzu mit einem antistatischen Material dotiert. DE 196 46 348 A1 shows such a device in which the roller-shaped mige photoconductor has a rigid supporting part, on which a flexible coating tion is applied. This coating is of a photoconductive layer overdrawn. The flexible coating is designed to be electrically conductive and doped with an antistatic material.
Der Grundaufbau des walzenförmigen Fotoleiters aus einem Grundkörper mit darauf aufgebrachter flexibler Beschichtung ist auch aus der US 3,994,726 bekannt. Die flexible Beschichtung ist unter Zwischenlage einer Leitschicht von einer fotoleitfähigen Schicht umgeben.The basic structure of the roller-shaped photoconductor with a base body flexible coating applied thereon is also known from US Pat. No. 3,994,726 known. The flexible coating is interposed by a conductive layer from surrounded by a photoconductive layer.
Diese bekannten Fotoleiter sind kompliziert im Aufbau und in der Herstellung, da sie mehrere Schichten aufweisen, die die Lebensdauer des Fotoleiters nachteilig beeinflussen.These known photoconductors are complicated in structure and manufacture because they have multiple layers that adversely affect the life of the photoconductor influence.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art den Fotoleiter so auszubilden, dass auf eine gesonderte leitfähige Beschichtung verzichtet werden kann, was zu einem über längere Zeit stabilen Aufbau führt und dass geringe Unebenheiten des Substrates ausgeglichen werden.It is an object of the invention in a device of the type mentioned form the photoconductor so that on a separate conductive coating can be dispensed with, which leads to a stable construction over a long period of time and that slight unevenness in the substrate is compensated for.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, das der Fotoleiter auf einem starren Tragteil eine flexible Beschichtung aufweist, dass über der flexi blen Beschichtung eine fotoleitfähige Schicht angeordnet ist, dass die flexible Beschichtung in ihrem radial außenliegenden Oberflächenbereich elektrisch leitend dotiert ist und dass die elektrische Leitfähigkeit dieses Oberflächen bereiches höher ist, als die des darunter liegenden Bereiches.This object is achieved according to the invention in that the photoconductor a rigid support part has a flexible coating that over the flexi blen coating a photoconductive layer is arranged that the flexible Coating electrically in its radially outer surface area is conductively doped and that the electrical conductivity of these surfaces area is higher than that of the area below.
Da die elektrische leitfähige Schicht einstückig in die flexible Beschichtung integriert ist, fällt sie als gesonderte Schicht im Aufbau des walzenförmigen Fotoleiters weg, was die Stabilität und damit die Lebensdauer des Fotoleiters erhöht. Because the electrically conductive layer is integral to the flexible coating integrated, it falls as a separate layer in the structure of the roller-shaped Photoconductor away, which is the stability and thus the life of the photoconductor elevated.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Tragteil aus einem rohrförmigen Körper mit ausreichender Stabilität, beispielsweise beste hend aus Gusseisen, Edelstahl, Aluminium, kohlenfaserverstärktem Kunststoff (CFK), glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder Keramikmaterial (z. B. Al2O3) gebildet ist. Das Tragteil weist dann eine ausreichende Stabilität auf.According to a further embodiment, it is provided that the supporting part consists of a tubular body with sufficient stability, for example consisting of cast iron, stainless steel, aluminum, carbon fiber reinforced plastic (CFRP), glass fiber reinforced plastic (GRP) or ceramic material (e.g. Al 2 O 3 ) is formed. The supporting part then has sufficient stability.
Die flexible Beschichtung kann aus unterschiedlichen Materialien, nämlich aus Kautschuk-, Silikon-, Neopren- oder Silikonschaum-, Urethan-, Acryl-, Vinyl-, oder EPDM-Material bestehen. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass eine gleichmäßige und nahezu vollständige Tonerübertragung auf das Substrat mög lich wird. Vor allem EPDM-Material ist sehr gut als Material für eine flexible Beschichtung geeignet. Die vorgenannten Kunststoff-Materialien haben hohe elastische Rückstellkräfte. Sie eignen sich insbesondere deswegen, weil sie über lange Zeit ermüdungsfrei arbeiten.The flexible coating can be made of different materials, namely Rubber, silicone, neoprene or silicone foam, urethane, acrylic, vinyl, or EPDM material. These are characterized by the fact that a even and almost complete toner transfer to the substrate possible becomes. Above all, EPDM material is very good as a material for a flexible Coating suitable. The aforementioned plastic materials have high elastic restoring forces. They are particularly useful because they are about work fatigue-free for a long time.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die flexible Beschichtung an ihrem Außenumfang zylindrisch ausgebildet ist, sich um den Außenmantel des Trag teils herum erstreckt und mit diesem verbunden ist.It is preferably provided that the flexible coating on its Outer circumference is cylindrical, around the outer jacket of the support partly extends around and is connected to it.
Die Aufbringung der flexiblen Beschichtung ist so vorgenommen, dass die flexible Beschichtung stoffschlüssig mit dem Tragteil verbunden, insbesondere aufvulkanisiert, ist.The flexible coating is applied in such a way that the flexible coating integrally connected to the supporting part, in particular vulcanized is.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Tragteil elektrisch leitend ist, dann kann die Ladung von der flexiblen Beschichtung in das Tragteil überführen. Hier kann sie dann mit üblichen Ladungsableitvorrichtungen abgeführt werden. It can also be provided that the support part is then electrically conductive can transfer the load from the flexible coating to the supporting part. Here it can then be removed using conventional charge deflection devices.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die fotoempfindliche Schicht von einer dielektrischen Ladungstransportschicht überdeckt ist. Diese dielektrische Ladungstransportschicht muss die Verformun gen der flexiblen Beschichtung ebenfalls durchführen können und darf beim Auftreffen des Fotoleiters nicht beschädigt werden. Diese Anforderungen erfüllen insbesondere folgende Materialien, die für die Isolatorschicht verwendet werden können: Polyacryl-, Icer-Plus-, Carborid-, Ormorere- oder PTFE-Material.A device according to the invention can be characterized in that the Photosensitive layer from a dielectric charge transport layer is covered. This dielectric charge transport layer must deform can also carry out the flexible coating at the Impact of the photoconductor will not be damaged. These requirements meet in particular the following materials used for the insulator layer can be: Polyacrylic, Icer-Plus, carboride, Ormorere or PTFE material.
Besonders hervorgehoben kann dabei das Material PTFE werden. Zur Erzielung gleichmäßiger Oberflächen wird dies im Sprühverfahren aufgetragen.The material PTFE can be particularly emphasized. To achieve of even surfaces, this is applied by spraying.
Die fotoempfindliche Schicht kann eine organische oder anorganische Halb leiterschicht oder eine dünne amorphe Silizium-Schicht, ggf. dotiert, sein oder aus Seien, Germanium, Kupfer-Indium-Diselenit (CIS) bestehen. Selen- und amorphe Siliziumbeschichtungen reagieren schon bei sehr geringen Lichtmen gen.The photosensitive layer can be an organic or inorganic half conductor layer or a thin amorphous silicon layer, optionally doped, or consist of Seien, Germanium, Kupfer-Indium-Diselenit (CIS). Selenium and Amorphous silicon coatings react even at very low light levels gene.
Es hat sich gezeigt, dass die flexible Beschichtung dann eine hohe Transferrate bei gleichzeitig guten Toleranzausgleichseigenschaften unterstützt, wenn sie eine Shorehärte A im Bereich von 25 bis 60 aufweist. Die Schichtdicke der flexiblen Beschichtung sollte insbesondere bei der Bedruckung von Glaswerk stoffen größer als 5 mm sein. It has been shown that the flexible coating then has a high transfer rate with good tolerance compensation properties at the same time, if they has a Shore hardness A in the range from 25 to 60. The layer thickness of the Flexible coating should be especially useful when printing on glassworks fabrics larger than 5 mm.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to one in the drawing Embodiment explained in more detail. Show it:
Fig. 1 in Seitendarstellung und im Schnitt eine Vorrichtung zum elek trofotografischen Bedrucken von Substraten und Fig. 1 in side view and in section a device for electrophotographic printing on substrates and
Fig. 2 in schematischer Darstellung und im Vertikalschnitt einen Foto leiter der Vorrichtung gemäß der Fig. 1. Fig. 2 according to a schematic representation, in vertical section and a photoconductor of the apparatus in FIG. 1.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der plattenförmige Substrate 31 be druckt werden können. Die Substrate 31 sind unter Zwischenlage einer Isolier schicht 17 auf eine Transportvorrichtung 30 aufgelegt. Die Transportvorrich tung 30 kann beispielsweise ein linear verschiebbarer Tisch oder ein Förder band sein. Dem Substrat 31 ist eine Ladecorona 16 zugeordnet. Diese Lade corona 16 bringt in die Oberfläche des Substrates 31 eine positive Ladung ein.In Fig. 1, a device is shown, can be printed with the plate-shaped substrates 31 be. The substrates 31 are interposed with an insulating layer 17 on a transport device 30 . The Transportvorrich device 30 may for example be a linearly movable table or a conveyor belt. A charging corona 16 is assigned to the substrate 31 . This charging corona 16 introduces a positive charge into the surface of the substrate 31 .
Die Isolierschicht 17 besteht beispielsweise aus einer Mylar-Folie oder einem ähnlichen Material mit sehr guten elektrisch isolierenden Eigenschaften und gleichzeitiger mechanischer Widerstandsfähigkeit.The insulating layer 17 consists, for example, of a Mylar film or a similar material with very good electrical insulating properties and at the same time mechanical resistance.
Oberhalb des Substrates ist ein elektrofotografisches System angeordnet. Die ses weist eine Entwicklereinheit 10 auf, die in bekannter Weise aufgebaut ist. In der Entwicklereinheit 10 ist ein Toner bevorratet. Die Entwicklereinheit 10 besitzt eine Entwicklertrommel 15, über die der Toner einem Fotoleiter 20 zugeleitet wird. Der Aufbau des Fotoleiters 20 lässt sich näher der Fig. 2 ent nehmen. An electrophotographic system is arranged above the substrate. This has a developer unit 10 , which is constructed in a known manner. A toner is stored in the developer unit 10 . The developer unit 10 has a developer drum 15 , via which the toner is fed to a photoconductor 20 . The structure of the photoconductor 20 can be seen from FIG. 2 ent.
Wie diese Darstellung veranschaulicht, ist der Fotoleiter 20 walzenförmig aus gebildet und weist ein innenliegendes Tragteil 21 auf. Das Tragteil 21 ist als Rohr ausgebildet und besteht aus Aluminium. Gegebenenfalls kann der Kern auch noch aus Glas- oder Kohlefaser-verstärktem Kunststoff bzw. aus Keramik bestehen. Auf das Tragteil 21 ist eine flexible Beschichtung 22 aufgebracht. Die flexible Beschichtung 22 besteht vorliegend aus einem leitfähigem EPDM-Mate rial. Die Schichtdicke sollte mindestens 5 mm betragen, vorliegend wurde eine Schichtdicke von 20 mm gewählt. Die Härte der flexiblen Beschichtung 22 liegt im Bereich zwischen 25 und 60 Shorehärte A.As this illustration illustrates, the photoconductor 20 is formed in the form of a roller and has an inner supporting part 21 . The support member 21 is designed as a tube and is made of aluminum. If necessary, the core can also consist of glass or carbon fiber reinforced plastic or ceramic. A flexible coating 22 is applied to the supporting part 21 . The flexible coating 22 in the present case consists of a conductive EPDM material. The layer thickness should be at least 5 mm, in the present case a layer thickness of 20 mm was chosen. The hardness of the flexible coating 22 is in the range between 25 and 60 Shore hardness A.
Die flexible Beschichtung 22 legt sich ringförmig um das Tragteil 21 und ist mit diesem stoffschlüssig verbunden. Der Außenumfang der flexiblen Beschichtung 22 ist von einem Schichtaufbau 23 umgeben. Der Schichtaufbau 23 ist dabei in der Wirkung dreilagig. In die flexible Beschichtung 22 ist zunächst eine elek trisch leitende Schicht aus Graphit oder Aluminium eindotiert. Die Dotierung der flexiblen Beschichtung 22 mit elektrischen, an deren Oberfläche leitfähigen Substanzen beschränkt sich auf die Außenbereiche der Beschichtung 22.The flexible coating 22 lies in a ring around the supporting part 21 and is integrally connected to it. The outer circumference of the flexible coating 22 is surrounded by a layer structure 23 . The layer structure 23 has three layers in effect. In the flexible coating 22 , an electrically conductive layer of graphite or aluminum is first doped. The doping of the flexible coating 22 with electrical substances whose surface is conductive is limited to the outer regions of the coating 22 .
Damit kommen der flexiblen Zwischenschicht zwei Aufgaben zu:
Zum einen muss sie eine elektrisch leitende Verbindung zur flexiblen Beschich
tung 22 herstellen. Zum anderen muss sie einen Toleranzausgleich durchführen
können.
The flexible intermediate layer has two tasks:
First, it must establish an electrically conductive connection to the flexible coating device 22 . On the other hand, it must be able to compensate for tolerances.
Über die flexible Zwischenschicht ist eine fotoempfindliche Schicht, beispiels weise eine OPC-Beschichtung (OPC = Organic photo conductor) gegeben. Diese wiederum ist von einer Isolatorschicht umhüllt. Die Isolierschicht besteht vorzugsweise aus einem PTFE-Material. Dieses wird zur Erreichung einer gleich mäßigen Schichtdicke im Sprühverfahren aufgebracht.Over the flexible intermediate layer is a photosensitive layer, for example as an OPC coating (OPC = Organic photo conductor) given. This in turn is encased in an insulator layer. The insulating layer is there preferably made of a PTFE material. This will be equal to achieving one moderate layer thickness applied by spraying.
Die einzelnen Schichten des Fotoleiters 20 sind elektrisch leitend ausgebildet. Wie Fig. 1 erkennen lässt, kann über eine Belichtungsvorrichtung 11 die foto empfindliche Schicht des Schichtaufbaues 23 belichtet werden. Es entsteht dann in bekannter Weise ein latentes elektrostatisches Ladungsbild. Infolge dieses Ladungsbildes können über elektrostatische Vorgänge Tonerteilchen von der Entwicklertrommel 15 auf die äußere Leiterschicht des Fotoleiters 20 auf gebracht werden.The individual layers of the photoconductor 20 are designed to be electrically conductive. As can be seen in FIG. 1, the photosensitive layer of the layer structure 23 can be exposed via an exposure device 11 . A latent electrostatic charge image is then formed in a known manner. As a result of this charge pattern, toner particles can be brought from the developer drum 15 onto the outer conductor layer of the photoconductor 20 via electrostatic processes.
Wie Fig. 1 erkennen lässt, setzt der Fotoleiter 20 entlang einer linien- oder streifenförmigen Kontaktzone auf der Oberfläche des Substrates 31 auf. Die Transportvorrichtung 30 wird synchron mit dem Antrieb des Fotoleiters 20 ge steuert. Dabei dreht sich der Fotoleiter 20 um seine Mittellängsachse im Uhr zeigersinn. Bei der Rotation des Fotoleiters 20 wird der auf der Fotoleiter-Au ßenfläche befindliche Toner auf die Oberfläche des Substrates 31 übertragen. Die Übertragungsvorgänge werden dabei von der Ladecorona 16 unterstützt, die eine Ladung in das Substrat 31 einbringt. Diese Ladung des Substrates 31 ist dabei entgegengesetzt der Ladung, die in der fotoempfindlichen Schicht vor herrscht. As can be seen in FIG. 1, the photoconductor 20 rests on the surface of the substrate 31 along a line or strip-shaped contact zone. The transport device 30 is controlled synchronously with the drive of the photoconductor 20 . The photoconductor 20 rotates clockwise around its central longitudinal axis. During the rotation of the photoconductor 20 , the toner located on the outer surface of the photoconductor is transferred to the surface of the substrate 31 . The transfer processes are supported by the charging corona 16 , which introduces a charge into the substrate 31 . This charge of the substrate 31 is opposite to the charge that prevails in the photosensitive layer.
Wenn nun in der Oberfläche des Substrates 31 Oberflächenunebenheiten vorlie gen, so vermag die flexible Beschichtung 22 des Fotoleiters 20 diese auszu gleichen. Dabei können insbesondere punktuelle Unebenheiten in der Oberfläche ausgeglichen werden. Darüber hinaus können auch bis zu einem gewissen Grad flächige Unebenheiten ausgeglichen werden. Diese entstehen dann, wenn die fehlerhafte Oberflächenstruktur des Substrates 31 gegenüber der Mittellängs achse des Fotoleiters 20 geneigt ist.If there are surface unevenness in the surface of the substrate 31 , the flexible coating 22 of the photoconductor 20 can compensate for this. In particular punctual unevenness in the surface can be compensated for. In addition, flat bumps can be compensated to a certain extent. These arise when the defective surface structure of the substrate 31 is inclined with respect to the central longitudinal axis of the photoconductor 20 .
Im Anschluss an die Kontaktzone des Fotoleiters 20 mit dem Substrat 31 wird der Fotoleiter 20 an seiner Außenseite mittels einer Reinigungseinheit 14 von verbleibenden Tonerresten befreit. Ein anschließendes Löschlicht 13 entlädt die fotoempfindliche Schicht. Die fotoempfindliche Schicht wird dann mittels einer Ladecorona wieder auf eine einheitliche Ladungsstruktur gebracht, so dass sie von der Belichtungsvorrichtung 11 erneut mit einem elektrostatischen Ladungs bild versehen werden kann.Following the contact zone of the photoconductor 20 with the substrate 31 , the outside of the photoconductor 20 is freed of remaining toner residues by means of a cleaning unit 14 . A subsequent extinguishing light 13 discharges the photosensitive layer. The photosensitive layer is then brought back to a uniform charge structure by means of a charging corona so that it can be provided with an electrostatic charge image again by the exposure device 11 .
Im Folgenden werden einige Beispiele angeführt, die bevorzugte Anwendungen
der vorstehend beschriebenen Vorrichtung näher erläutern:
In the following, some examples are given which explain preferred applications of the device described above:
-
1. Bedruckung von plattenförmigem Glas-, Glaskeramik- oder Keramik-Werk
stoff mit keramischen Tonern zu Dekorationszwecken:
Der Toner wird nach dem Bedrucken in der Regel vorfixiert und anschlie ßend bei Temperaturen zwischen 500 und 1000°C eingebrannt. Anwen dungsbeispiele sind: dekorierte Glaskeramik-Kochflächen, dekorierte Glaskeramik-Kaminsichtscheiben, dekorierte Glasprodukte, wie Herdvor satzscheiben, Bedienpanels, Duschkabinengläser, Glasschilder, Glastüren, Glasfliesen, Möbelgläser etc., dekorierte Keramik-Artikel wie Fliesen.1. Printing of plate-shaped glass, glass ceramic or ceramic material with ceramic toners for decoration purposes:
The toner is usually pre-fixed after printing and then baked at temperatures between 500 and 1000 ° C. Examples of applications are: decorated glass ceramic cooktops, decorated glass ceramic fireplace viewing panels, decorated glass products such as cooker plates, control panels, shower cubicle glasses, glass signs, glass doors, glass tiles, furniture glasses etc., decorated ceramic items such as tiles. - 2. Bedruckung von plattenförmigen Kunststoff-Werkstoffen oder Glas- bzw. Glaskeramik-Werkstoffen mit thermoplastischen und/oder duroplastischen Tonern zu Dekorationszwecken. Der Toner wird nach dem Bedrucken in der Regel vorfixiert und anschließend bei Temperaturen von 120 bis 200°C, vorzugsweise bei 150 bis 180°C eingebrannt. Anwendungs beispiele sind: dekorierte Kunststoff-Oberflächen aus Thermoplast oder duroplastischem Material, wie beispielsweise Kunststoffoberflächen im Möbel- oder Hausgerätebereich, Tischplatten, Fassadenplatten, oder Glas-Werkstoffe, wie beispielsweise Schilder.2. Printing of plate-shaped plastic materials or glass or Glass ceramic materials with thermoplastic and / or thermosetting Decorative toners. The toner will be printed in usually pre-fixed and then at temperatures from 120 to 200 ° C, preferably baked at 150 to 180 ° C. application Examples are: decorated plastic surfaces made of thermoplastic or thermosetting material, such as plastic surfaces in Furniture or household appliance area, table tops, facade panels, or Glass materials, such as signs.
- 3. Bedrucken von Glas-, Glaskeramik- oder Kunststoffoberflächen zur geziel ten Modifikation der Oberflächeneigenschaften, beispielsweise zur Be druckung von elektrischen leitfähigen Schichten oder dergleichen. Mit dieser Anordnung können insbesondere plattenförmige Werkstoffe mit leichten Unebenheiten, insbesondere Glas- oder Glaskeramik-Substrate, effektiv bedruckt werden. Durch Anpassung der Shore-Härtung der flexiblen Beschichtung können auch leicht strukturierte Oberflächen, z. B. genoppte Oberflächen oder Platinen mit bereits vorhandenen Leiterbah nen, sicher bedruckt werden. Ohne Beschränkung lassen sich damit auch Papier, Pappe, Kunststofffolien, Metallfolien etc. bedrucken.3. Printing on glass, glass ceramic or plastic surfaces for targeted th modification of the surface properties, for example for loading printing of electrically conductive layers or the like. With This arrangement can be used in particular with plate-shaped materials slight bumps, especially glass or glass ceramic substrates, printed effectively. By adjusting the shore hardening of the flexible coating can also use slightly structured surfaces, e.g. B. nubbed surfaces or circuit boards with existing conductor tracks printed securely. It can also be used without restriction Print on paper, cardboard, plastic foils, metal foils etc.
Claims (11)
der Fotoleiter (20) auf einem starren Tragteil (21) eine flexible Beschich tung (22) aufweist,
über der flexiblen Beschichtung (22) eine fotoleitfähige Schicht angeord net ist und
die flexible Beschichtung (22) in ihrem radial außenliegenden Oberflä chenbereich elektrisch leitend dotiert ist, und wobei die elektrische Leit fähigkeit dieses Oberflächenbereichs höher ist, als die des darunter lie genden Bereiches.1. Device for electrophotographic printing on substrates ( 31 ), in particular plate-shaped workpieces, in which a developed toner image can be transferred from a roller-shaped photoconductor ( 20 ) to a substrate, wherein
the photoconductor ( 20 ) has a flexible coating ( 22 ) on a rigid supporting part ( 21 ),
A photoconductive layer is arranged over the flexible coating ( 22 ) and
the flexible coating ( 22 ) is electrically conductively doped in its radially outer surface area, and the electrical conductivity of this surface area is higher than that of the area lying thereunder.
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