DE10064570A1 - Bestrahlungseinrichtung für eine Fixiervorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungseinrichtung für eine Fixiervorrichtung zum Fixieren von Tonermaterial auf einer Bedruckstoffoberfläche für eine elektrofotografische Druckmaschine sowie ein Verfahren zum Bestrahlen und zum Fixieren von Tonermaterial an einer Bedruckstoffoberfläche. DOLLAR A Bei Anwendung von Bestrahlung an einer Bedruckstoffoberfläche besteht unter anderem das Problem geringer Bestrahlungshomogenität, d. h. die Bedruckstoffoberfläche wird ungleichmäßig bestrahlt. Hierdurch treten Energieverluste auf. Anteile des Tonermaterials werden teilweise mehr als zur Fixierung notwendig bestrahlt, während andere Anteile des Tonermaterials noch nicht fixiert sind. Weiterhin kann sich durch die erhöhte Energieeinwirkung auf Anteile des Bedruckstoffs die Struktur und Farbe der stärker bestrahlten Bedruckstoffoberfläche verändern, bis hin zur Bedruckstoffwellung, Abheben der Bedruckstoffoberfläche vom Bedruckstoff bzw. Abweichungen vom gewünschten Farbanteil und Fleckenbildung des Bedruckstoffs. Bei gewöhnlichen Bestrahlungseinrichtungen besteht ferner eine Abhängigkeit der Bestrahlung von der verwendeten Druckfarbe, dies bedeutet, verschiedene Druckfarben weisen unterschiedliche Absorptionskurven und folglich unterschiedliche Fixiereigenschaften auf. DOLLAR A Erfindungsgemäß erfolgt die Bestrahlung zum Fixieren von Tonermaterial im Wesentlichen indirekt, das heißt, das von der Bestrahlungseinrichtung emittierte Licht wird mindestens einmal reflektiert, wodurch eine hohe ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungseinrichtung für eine Fixiervorrichtung zum Fixieren von Tonermaterial auf einer Bedruckstoffoberfläche für eine elektrofotografische Druckmaschine nach Anspruch 1 und Anspruch 9 sowie ein Verfahren zum Bestrahlen und zum Fixieren von Tonermaterial an einer Bedruckstoffoberfläche nach Anspruch 25. Beim elektrostatischen Druck wird ein latentes Bild an der Oberfläche eines mit einem Fotoleitermaterial beschichteten Zylinders (Fotoleitertrommel) erzeugt. An den elektrostatisch aufgeladenen Bereichen der Fotoleitertrommel, welche das latente Bild darstellen, haftet mittels einer Entwicklungsstation aufgebrachtes Tonermaterial an. Das entwickelte latente Bild wird in einem weiteren Schritt auf eine an der Fotoleitertrommel entlang geführten Bedruckstoffoberfläche übertragen. Eine andere Variante überträgt das entwickelte latente Bild erst an einen Zwischenträger und von diesem auf die Bedruckstoffoberfläche. Hierdurch wird das entwickelte latente Bild auf der Bedruckstoffoberfläche sichtbar gemacht und abgebildet.

Problematisch sind unter anderem der Aufbring- und Fixiervorgang sowie die Abkühlzeiten des Tonermaterials, welche zu beachten sind, um die Verwischung von Abbildanteilen und eine unerwünschte Verlangsamung oder Störung des Druckprozesses zu vermeiden.

Daher werden verschiedene Lösungsvorschläge zur Bereitstellung von Fixiereinrichtungen zum Fixieren des Tonermaterials auf der Bedruckstoffoberfläche bereitgestellt.

Verfahren wurden entwickelt, welche die Nachteile des Fixierens durch Kontakt mit der Bedruckstoffoberfläche mittels Bestrahlung vermeiden.

Das US Patent 5,526,108 beschreibt einen "elektrostatografischen" Drucker mit einer Bildstation zum Bilden eines latenten elektrostatischen Bildes an der Oberfläche eines Zylinders, einer Toner-Entwicklerstation zum Entwickeln des latenten Bildes, um ein Tonerbild zu erzeugen, und einer Toner-Übertragungsstation zum Übertragen des Tonerbildes auf eine sich bewegende Fläche. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Fixierstation zum Fixieren des Tonerbildes auf der Bedruckstoffoberfläche bestehend aus zwei Paaren von strahlenden Wärmequellen, wobei die Wellenlänge mit der maximalen Energieabgabe im infraroten Spektralbereich liegt. Die Temperatur der Wärmequellen liegt im Bereich von 150°C bis 300°C.

Die Europäische Patentanmeldung EP 0 992 864 offenbart die Fixierung eines Farbauftrags auf einen blattartigen und/oder endlosen Träger, insbesondere von Tonerpulver auf Kopierpapier und/oder Laserdruckpapier, wobei der Farbauftrag erwärmt wird, um eine dauerhafte Verbindung mit dem Träger und insbesondere eine Vernetzung des Toners zu erzielen. Hierbei wird der Farbauftrag mit Infrarotstrahlung, insbesondere einer Infrarotlampe, bei Emissionstemperaturen von 2500 K oder höher bestrahlt, so dass der Farbauftrag durch Absorption zumindest eines Teiles der Infrarotstrahlung erwärmt und fixiert wird. Die EP 0 992 864 offenbart keine farbunabhängige Fixierung und die offenbarte Farbauftragsfixierung ist daher für den Farbdruck nur mit zusätzlichen Absorbermaterialien im Tonermaterial verwendbar, bei dessen Anwendung Nachteile beim Farbraum und dem triboelektrischen Verhalten auftreten (siehe Seite 6, Zeilen 14-28). Nachteilig bei beiden vorstehenden Verfahren sind ferner die niedrigen Strahlungsleistungen und die daraus resultierenden grossen Abmessungen der Bestrahlungseinrichtungen.

Bei Anwendung von Bestrahlung an einer Bedruckstoffoberfläche besteht unter anderem das Problem von Bestrahlungsinhomogenitäten, d. h. die Bedruckstoffoberfläche wird ungleichmäßig bestrahlt. Hierdurch treten Energieverluste auf, denn Anteile des Tonermaterials werden teilweise mehr als zur Fixierung notwendig bestrahlt, wenn andere Anteile des Tonermaterials noch nicht ausreichend fixiert sind. Weiterhin kann sich durch die erhöhte Energieeinwirkung auf Anteile des Bedruckstoffs die Struktur und Farbe der stärker bestrahlten Bedruckstoffoberfläche verändern, bis hin zur Bedruckstoffwellung, Abheben der Bedruckstoffoberfläche vom Bedruckstoff bzw. Abweichungen vom gewünschten Farbanteil und Fleckenbildung des Bedruckstoffs.

Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine kompakte Bestrahlungseinrichtung für eine Fixiervorrichtung zum Fixieren von farbigem und schwarzem Tonermaterial auf einer Bedruckstoffoberfläche bei einer Druckeinrichtung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Strukturänderungen, Farbänderungen, Bedruckstoffwellung, Abheben der Bedruckstoffoberfläche vom Bedruckstoff, Abweichungen vom gewünschten Farbanteil und Fleckenbildung am Bedruckstoff zu vermeiden. Ferner besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, eine Bestrahlungseinrichtung bereitzustellen, welche Tonermaterial farbunabhängig auf Bedruckstoff fixiert.

Diese Aufgaben erfüllt die Erfindung mit dem Vorrichtungsanspruch 1, dem Vorrichtungsanspruch 9 sowie dem Verfahrensanspruch 25.

Erfindungsgemäß ist eine Bestrahlungseinrichtung für eine Fixiervorrichtung zum Fixieren von Tonerpulver für eine elektrofotografische Druckmaschine vorgesehen, wobei die Bestrahlungswellenlänge im Wesentlichen im ultravioletten Bereich liegt und wenigstens einen Reflektor umfasst. Durch hohe Leistungsdichten im ultravioletten Spektralbereich und geeignete Reflexion wird erstmals eine Bestrahlungseinrichtung mit hoher Leistung und verhältnismäßig kleinen Abmessungen bereitgestellt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. Durch die Verwendung von Quarzglas als Kolbenmaterial des Strahlers der Bestrahlungseinrichtung wird die Strahlung im ultravioletten C-Bereich nur geringfügig abgeschwächt, da Quarzglas im ultravioletten (UV)-Bereich, das ist der Wellenlängenbereich von 200 nm bis 380 nm, eine geringe Absorption aufweist. Alternativ zu Quarzglas können auch andere UV-durchlässige Materialien, wie Saphir, als Kolbenmaterial verwendet werden. Vorteilhafterweise kann der verwendete Strahler ein Quecksilberstrahler hoher Leistung mit einer Betriebsspannung je Länge im Bereich von etwa 7 V/cm bis 15/cm sein, wobei der Quecksilberstrahler auf kostengünstige Weise wirkungsvoll die gewünschte Bestrahlungswellenlänge liefert.

Die Leistung der Strahler (10, 11, 100) ist im Bereich von 20% bis 100% ihrer nominalen Leistung einstellbar und die Strahler können für einen Zeitraum von weniger als 10 s auch mit einer Leistung von 200% betrieben werden, wenn die über einen längeren Zeitraum gemittelte Leistungsabgabe 100% nicht übersteigt.

Der der Bestrahlungseinrichtung zugeordnete Reflektor ist entweder symmetrisch oder asymmetrisch aufgebaut. Der asymmetrische Aufbau des Reflektors ist besonders zur Fixierung von bestimmten Tonermaterialien vorteilhaft.

Vor dem Strahler kann eine gitter- oder netzförmige Blende angeordnet sein, welche das von der Bestrahlungseinrichtung erzeugte inhomogene Intensitätsprofil des abgestrahlten Lichts in Richtung des Strahlerkolbens homogenisiert und damit an den Anwendungszweck anpaßt. In der Mitte der Blende kann eine im Vergleich zu den Enden stärkere Lichtreflexion vorliegen.

Erfindungsgemäß erfolgt die Bestrahlung zum Fixieren von Tonermaterial im Wesentlichen indirekt, das heißt, das von der Bestrahlungseinrichtung emittierte Licht wird mindestens einmal reflektiert, wodurch eine hohe Gleichmäßigkeit und Homogenität der Bestrahlung und Vermeidung nachteiliger Veränderungen am Bedruckstoff erzielt werden.

Die Bestrahlungseinrichtung kann wenigstens zwei an entgegengesetzten Seiten zueinander angeordnete Strahler mit jeweils wenigstens einem Reflektor aufweisen, zwischen denen ein Transportband mit dem Bedruckstoff angeordnet ist. Das Tonermaterial wird demnach in vorteilhafter Weise von zwei Strahlern jeweils mit einem Reflektor gleichmäßig bestrahlt, wobei die Reflexion der Strahlung diffus und/oder gerichtet sein kann. Hierdurch wird eine beidseitige im Wesentlichen reflektierte Bestrahlung des Bedruckstoffs ermöglicht.

Des weiteren kann ein weiterer Reflektor bei der Bestrahlungseinrichtung angebracht sein. Ferner wird mit Hilfe dieser Ausführungsform die Brandgefahr bei der Bestrahlungseinrichtung verringert, da diese Anordnung der Strahler und Reflektoren im Vergleich zum Stand der Technik ein geringeres Risiko birgt, dass etwa im Fall eines Papierstaus in der Druckmaschine der Bedruckstoff in Berührung mit den heißen Strahlern und den heißen Reflektoren gelangt.

Zur Erhöhung der Energieausnutzung ist ein weiterer Reflektor oberhalb des Transportbandes angeordnet, der derart flach ausgebildet ist und den Raum oberhalb des Transportbandes im Wesentlichen abdeckt, dass ein hoher Anteil von auf den weiteren Reflektor einfallender Strahlung in Richtung des Bedruckstoffs reflektiert wird.

Die Reflektoren und/oder das Transportband enthalten zur Gewährleistung von deren langer Lebensdauer, zur Vermeidung von Strahlungsschäden durch die hochenergetische Strahlung und einer wesentlichen Verringerung einer Brandgefahr wärmebeständiges Material. Die Reflektoren enthalten oder bestehen insbesondere aus Teflon, Bariumsulfat und/oder Aluminium. Das Transportband enthält oder besteht insbesondere aus Teflon. In besonders vorteilhafter Weise ist ein Tonermaterial vorgesehen, das einen scharfen Übergang von dessen festen zu dessen flüssigen oder pastösen Zustand aufweist. Dabei kann im Zusammenhang mit dem Tonermaterial das Verhältnis des Wertes des elastischen Moduls G' bei dem Referenztemperaturwert, errechnet aus der Anfangstemperatur beim Beginn des Glasübergangs des Toners plus 50°C, zum Wert des elastischen Moduls G' bei der Anfangstemperatur selbst kleiner als 1.10^-5, vorzugsweise sogar kleiner als 1.10^-7 sein. Die Anfangstemperatur des Beginns des Glasübergangs des Tonermaterials wird bevorzugt als derjenige Temperaturwert bestimmt, bei dem sich die Tangenten an den Funktionsverlauf des elastischen Moduls G' als Funktion der Temperatur vor und nach dem Glasübergang schneiden. Der Übergang von dessen festen zu dessen flüssigem oder pastösem Zustand findet innerhalb eines Temperaturintervalls von etwa 30°K oder weniger und zwischen den Temperaturwerten von 70°C und 130°C statt. Die aufzuwendende Energie für die Bestrahlungeeinrichtung wird hierdurch weiter verringert. Ferner wird bei Anwendung des beschriebenen Tonermaterials ein hoher Glanz und eine hohe Farbsättigung oder Farbbrillanz am letztlichen von der elektrofotografischen Druckmaschine zu bedruckenden Abbild erzielt.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen 1-6 Bezug genommen wird.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematischer Querschnitt einer Seitenansicht einer Bestrahlungseinrichtung mit einem symmetrischen Reflektor,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines schematischen Querschnitts einer Seitenansicht einer Bestrahlungseinrichtung mit einem symmetrischen Reflektor sowie einer Draufsicht einer zugeordneten Blende,

Fig. 3 ein schematischer Querschnitt einer Seitenansicht einer Bestrahlungseinrichtung mit einem asymmetrischen Reflektor,

Fig. 4 ein schematischer Querschnitt einer Vorderansicht einer Weiterbildung der Bestrahlungseinrichung,

Fig. 5 ein schematischer Querschnitt einer Seitenansicht der Bestrahlungseinrichtung mit einem Strahler und einem Reflektor an entgegengesetzt zueinander angeordneten Seiten sowie einem weiteren Reflektor für Streulicht.

Fig. 6 eine grafische Darstellung von zwei unterschiedlichen Tonermaterialien gemäß Anspruch 21 im Vergleich zu zwei gewöhnlichen Tonermaterialien.

Fig. 1 stellt schematisch eine Bestrahlungseinrichtung 5 dar, die im Wesentlichen aus einem Quecksilberstrahler 10 sowie aus einem Reflektor 20 besteht und beim elektrofotografischen Druck dazu verwendet wird, Tonermaterial 95 auf Bedruckstoff 92 einzuschmelzen und zu fixieren. Die Bestrahlungseinrichtung 5 ist oberhalb eines Förderbandes angeordnet, auf welchem der jeweilige Bedruckstoff 92 mit dem elektrostatisch anhaftenden Tonermaterial 95 befördert wird. Die beim Mehrfarbdruck verwendeten unterschiedlichen farbigen Tonermaterialien 95 weisen verschiedene Kurvenverläufe der Absorption der Strahlung als Funktion der Wellenlänge der Strahlung auf. Die Absorption der unterschiedlich farbigen Tonermaterialien 95 ist im Wellenlängenbereich kleiner als 380 nm im Wesentlichen gleich hoch, so dass die Energieaufnahme im Wesentlichen farbunabhängig ist. Durch die Ausbildung des Strahlers als Quecksilberstrahler 10 wird ein hoher Wirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer Energie in UV- Strahlung erzielt. Beispiele von Herstellern von verwendbaren Strahlern sind Heraeus Noblelight GmbH, Kühnast Strahlungstechnik und Fusion UV Systems GmbH. Die hohe Intensität bewirkt eine sehr wirkungsvolle schnelle Fixierung des Tonermaterials 95 am Bedruckstoff 92, etwa im Vergleich zu einer Bestrahlung mit Licht im infraroten Spektralbereich. Die Bestrahlungsenergie und die Energieausnutzung wird weiter erhöht, indem der Reflektor 20 den Quecksilberstrahler 10 zu einem großen, dem Bedruckstoff 92 abgewandten Anteil umschliesst und dazu ausgebildet ist, die innenseitig auf den Reflektor auftreffende Strahlung im Wesentlichen in Richtung des Förderbandes mit dem Bedruckstoff 92 zu reflektieren. Auf diese Weise wird unter Verwendung der vorstehenden Merkmale eine wirkungsvolle Fixierung unabhängig von den verwendeten Tonerfarben und Bedruckstoffen 92 erreicht. Bei Anwendung der Bestrahlungseinrichtung nach Fig. 1 an eine Bedruckstoffoberfläche besteht jedoch unter anderem das Problem geringer Bestrahlungshomogenität senkrecht zur Transportrichtung, d. h. die Bedruckstoffoberfläche wird senkrecht zur Transportrichtung ungleichmäßig bestrahlt. Hierdurch treten Energieverluste auf, denn Anteile des Tonermaterials 95 werden teilweise mehr als zur Fixierung notwendig bestrahlt, während andere Anteile des Tonermaterials 95 noch nicht ausreichend fixiert sind. Weiterhin kann sich durch die erhöhte Energieeinwirkung auf Anteile des Bedruckstoffs 92 die Struktur und Farbe der stärker bestrahlten Bedruckstoffoberfläche verändern, bis hin zur Bedruckstoffwellung, Abheben der Bedruckstoffoberfläche vom Bedruckstoff 92 bzw. Abweichungen vom gewünschten Farbanteil und Fleckenbildung des Bedruckstoffs 92. Die gesamte Leistungsaufnahme verwendeter Strahler liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 5.000 bis 30.000 Watt. Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer ähnlichen Anordnung einer Bestrahlungseinrichtung 15 mit einem Quecksilberstrahler 10 und einem punkt- oder achsensymmetrisch um diesen angeordneten Reflektor 30, der in besonders vorteilhafter Weise die in Richtung des Reflektors abgegebene Strahlungsenergie des Quecksilberstrahlers 10 zum Bedruckstoff 92 reflektiert. Im Vergleich zur Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Energieausnutzung hierbei weiter erhöht, da durch die Ausbildung des Reflektors die Absorption der nicht unmittelbar auf den Bedruckstoff 92 ausgesendeten Strahlung nach wenigen Reflexionen durch den Bedruckstoff 92 mit Tonermaterial 95 stattfindet. Zusätzlich ist an den Endabschnitten des Reflektors 30 wenigstens ein weiterer diffuser Reflektor 40 zur Reflexion von nicht direkt auf den Bedruckstoff 92 mit Tonermaterial 95 auftreffendem Streulicht angebracht. Die Bestrahlungseinrichtung nach Fig. 2 weist einen großen Abstrahlungsbereich auf und wegen der speziellen Geometrie der Reflektoren 30, 40 eine geringe Anzahl an Mehrfachreflexionen. Als besonders wirkungsvoll wurde eine Abmessung der Bestrahlungseinrichtung 15 erkannt, die eine 2 cm bis 20 cm größere Länge als die maximale Breite des Bedruckstoffs 92 in Transportrichtung des Transportbands 90 aufweist. Im Vergleich zur Bestrahlungseinrichtung 5 nach Fig. 1 ist bei der Bestrahlungseinrichtung 15 nach Fig. 2 der Anteil reflektierter Strahlung im Verhältnis zu direkt auf den Bedruckstoff 92 auftreffender Strahlung erhöht, und folglich erhöht sich die Homogenität und Gleichmäßigkeit der auf den Bedruckstoff 92 auftreffenden Strahlung. Unmittelbar unterhalb des Quecksilberstrahlers 11 befindet sich eine gitter- oder netzförmige Blende 50, welche in Fig. 2 derart dargestellt ist, dass die im Mittenbereich der Blende 50 liegenden Bereiche mit dichterer Schraffierung das Licht stärker reflektieren als die an den Endbereichen liegenden Bereiche mit weniger dichter Schraffierung. Dadurch wird Licht im Mittenbereich der Bestrahlungseinrichtung 15 stärker in die Bestrahlungseinrichtung 15 zurückreflektiert als Licht an den Randbereichen, wodurch der Bedruckstoff 92 mit Tonermaterial 95 gleichmäßig bestrahlt wird. Die Blende 50 ist hierbei zur Verdeutlichung als Draufsicht dargestellt, im Betrieb verläuft die Blende 50 etwa parallel zum Quecksilberstrahler 11, wobei die Strahlung auf die in Fig. 2 gezeigte Fläche auftrifft.

Fig. 3 zeigt die Reflektoren 60 und 60', die im Vergleich zu den vorstehenden Ausführungsformen eine abgeänderte Geometrie aufweisen. In Fig. 3 sind die Reflektoren 60 und 60' in a) bzw. b) unsymmetrisch aufgebaut. Die Quecksilberstrahler 11 sind innerhalb der Reflektoren nicht zentral, sondern angepaßt an die Ausbildungen der Reflektoren 60 unter Berücksichtigung der Strahlungsreflexionen angeordnet. Der Bestrahlungsbereich ergibt sich folglich auch in Bezug auf die Richtung senkrecht zum Strahlerkolben als unsymmetrisch. Herausgefunden wurde, dass bei bestimmten Tonermaterialien 95 ein asymmetrischer Intensitätsverlauf der Strahlungsintensität in der Richtung senkrecht zur Transport- oder Vorschubrichtung am Bedruckstoff 92 bei der Fixierung des Tonermaterials 95 bessere Ergebnisse als ein symmetrischer Intensitätsverlauf liefert. Die Ausführungsform der Fig. 3 basiert auf diesem Phänomen und nutzt dieses technisch aus. Somit ist es möglich, die Bauweise der Bestrahlungseinrichtung 25 bezüglich des Intensitätsverlaufs an bestimmte Tonermaterialien 95 anzupassen.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Bestrahlungseinrichtung 35 zur Fixierung von Tonermaterial 95 mit einem Strahler 100 und einem besonders ausgebildeten Reflektor 110. Der Strahler weist eine im Wesentlichen längliche Form auf und der Reflektor 110 umgibt den Strahler 100 im Wesentlichen oberhalb und seitlich und besteht zum großen Teil aus zwei ebenen Flächen mit innenliegendem Reflektormaterial, die sich angewinkelt aufeinander zu erstrecken und etwa mittig oberhalb des Strahlers treffen und im Wesentlichen in der Form eines stumpfwinkligen Kegelquerschnitts ohne Grundfläche oberhalb des Strahlers angeordnet sind. An die ebenen Flächen zu den offenen Seiten hin sich anschließend befinden sich derart stumpfwinklig zu den Flächen angewinkelt zu diesen weitere Reflektoren 115, 120, dass der Strahler 100 im Wesentlichen oberhalb und seitlich von den Reflektoren 110, 115, 120 umschlossen ist. Mittels dieser Bestrahlungseinrichtung 35 wird ein größerer Anteil von Strahlung aus mittigen Bereichen der Bestrahlungseinrichtung zu peripheren Bereichen reflektiert als umgekehrt. Folglich wird eine homogene und gleichmäßige Bestrahlung des Bedruckstoffs 92 senkrecht zur Transportrichtung des Bedruckstoffs 92 erreicht.

Fig. 5 stellt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dar, bei der zwei Strahler 11, die im Wesentlichen im ultravioletten Spektrum abstrahlen, an entgegengesetzten Seiten etwa in gleicher Höhe angeordnet sind. Um die beiden Strahler 11 herum ist jeweils ein Reflektor 70 angeordnet, welcher die Strahler 11 etwa im Umfangswinkel von 180° umgibt und welche etwa spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, so dass die Abstrahlbereiche der Strahler 11 zueinander weisen. Bei diesem Beispiel weisen die Innenseiten der Reflektoren eine Abfolge von nebeneinander liegenden rechteckigen Flächen 32 auf, welche je nach der Anzahl der Flächen eine mehr oder weniger stark ausgeprägte runde Form der Innenseite der Reflektoren 70 ergeben. Die Form der Innenseiten der Reflektoren 70 kann beispielsweise auch halbrund oder elliptisch sein. Zwischen den Strahlern 11 ist ein Transportband 90 für den Transport von Bedruckstoff 92, z. B. Papier, Pappe, Folien, Karton angeordnet. Das in diesem Beispiel aus Teflon hergestellte Transportband 90 bewegt sich hierbei senkrecht zur Betrachterebene und kann auftreffende Strahlung reflektieren. Schematisch als Rechtecke ist ein bestimmtes Tonermaterial 95 dargestellt und wird auf dem Bedruckstoff 92, auf den dieses in einem vorigen Verfahrensschritt aufgebracht wurde, von dem Transportband 90 durch die Bestrahlungseinrichtung 40 mit den Strahlern 11 und den zugeordneten Reflektoren 70 durchgeleitet. Dieses bestimmte Tonermaterial 95 weist bei Erwärmung einen scharfen Übergang von dessen festen zu dessen flüssigen Zustand auf. Oberhalb der Strahler 11, des Transportbands 90 und der Reflektoren 70 ist ein weiterer Reflektor 80 angeordnet. Dieser ist flach und deckt die Bestrahlungseinrichtung 40 in der Weise ab, dass keine Strahlung entweicht. Wie in Fig. 5 ersichtlich, sind an jeder Seite des Transportbandes 90 in der Nähe der Strahler 11 weitere Reflektoren 34 angeordnet, die in diesem Beispiel einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen, sich in Längsrichtung über die gesamte Länge der Bestrahlungseinrichtung 40 erstrecken und von den Strahlern ankommende Strahlung reflektieren, die ohne Reflexion direkt auf den Bedruckstoff 92 auftreffen und Inhomogenitäten der Bestrahlungsintensität verursachen würde. Ferner bewirken die Reflektoren 34 bei einer unerwünschten Ausrichtung des Bedruckstoffs 92 auf dem Transportband 90 eine Abschirmung des Bedruckstoffs 92 von den Strahlern 11, wie ersichtlich ist, und folglich den Schutz des Bedruckstoffs 92 vor zu starker Erwärmung. Bevorzugt erstreckt sich daher eine Kathete des dreieckigen Querschnitts des Reflektors 34 senkrecht zum Transportband 90 nach oben, so dass der Bedruckstoff 92 im Betrieb senkrecht zu einer Fläche des Reflektors 34 verläuft. Gemeinsam bilden die Reflektoren 70, der Reflektor 80 und das Transportband 90 Wände einer Kammer, welche mit Ausnahme einer Zuführung für das Förderband 90 mit dem Bedruckstoff 92 geschlossen sein kann. Bei diesem weitgehend geschlossenen Aufbau nach Fig. 5 trifft die Strahlung nach einmaliger oder nach mehrmaliger bis zu einer Vielzahl von Reflexionen auf den Bedruckstoff 92 mit dem Tonermaterial 95 auf. Die Reflektoren 70, 80 weisen ein hohes Reflexionsvermögen auf, so dass die Energieverluste durch Absorption des Reflektormaterials klein gehalten werden. Die Strahlungsintensität am Bedruckstoff 92 mit Tonermaterial 95 ist über die gesamte Fläche des Bedruckstoffs 92 in senkrechter und waagerechter Richtung zur Betrachterebene nach Fig. 5 im Gegensatz etwa zur Bestrahlungseinrichtung 5 nach Fig. 1 im Wesentlichen konstant.

Bis zu einer Temperatur von etwa 70°C weist das Tonermaterial 95 einen derart festen Zustand, d. h. einen hohen Viskositätswert auf, dass das Tonermaterial nach dem Aufbringen und Fixieren auf den Bedruckstoff 92 an diesem haftet, im erkalteten Zustand nicht verschmiert und bei Berührung mit anderen Gegenständen der Druckmaschine unverändert bleibt. Dazu ist beim Tonermaterial 95 das Verhältnis des Wertes des elastischen Moduls G' beim Referenztemperaturwert, der aus der Anfangstemperatur beim Beginn des Glasübergangs des Tonermaterials zuzüglich 50°C berechnet wird, zum Wert des elastischen Moduls bei der Anfangstemperatur selbst kleiner als 1.10^-5, bevorzugt kleiner als 1.10^-7. Die Anfangstemperatur des Glasübergangs wird aus dem Schnittpunkt der Tangenten am elastischen Modul G' vor und nach dem Glasübergang bestimmt und liegt beispielsweise bei Kurve 2 nach Fig. 6 bei knapp 70°C.

Mit der vorstehenden Ausführung des Tonermaterials 95 fällt bei Bestrahlung durch die Strahler 11, in diesem Fall im Wesentlichen mit indirekter reflektierter Strahlung, ab einer Temperatur von etwa 120°C, wie in Fig. 6 ersichtlich und nachfolgend beschrieben, die Viskosität des Tonermaterials 95 derart stark ab, dass das Tonermaterial 95 innerhalb eines kleinen Temperaturbereiches von dessen festen in dessen flüssigen Zustand wechselt. Das Tonermaterial 95 wird in diesem Zustand am Bedruckstoff 92 fixiert, indem das Tonermaterial 95 an den vorgesehenen Bereichen verschmilzt und sich dauerhaft mit dem Bedruckstoff 92 vereinigt, wie schematisch in Fig. 5 dargestellt.

Abschließend zeigt Fig. 6 eine grafische Darstellung des elastischen Modules G' in [Pa] als Funktion der Temperatur in Grad Cesius für zwei Tonermaterialien (3), (4), die in bevorzugter Weise mit der Bestrahlungseinrichtung 5, 15, 25, 35, 40 verwendet werden, sowie als Vergleich zwei Kurvenverläufe von gewöhnlichen Tonermaterialien (1), (2). Die Funktionalwerte von G' wurden durch eine rheologische Messung mit einem Bolin- Rheometer, ausgerüstet mit parallelen Platten mit 40 mm Durchmesser bestimmt. Es wurde ein Temperaturscan bei einer Frequenz von 1 rad/s entsprechend 0,16 Hz zwischen 50°C und 200°C durchgeführt. Die Spannung (strain) der Messung wurde so gewählt, dass die Probe keine Schubverdünnung zeigte (Newtonsches Verhalten). Wie erkennbar, weisen die gewöhnlichen Tonermaterialien (1), (2) einen verhältnismäßig flachen Kurvenabfall des elastischen Moduls G' mit steigender Temperatur auf. Im Gegensatz dazu verlaufen die Kurven (3), (4) über einen größeren Temperaturbereich als (1), (2) nahezu konstant, fallen dann viel steiler als diese ab und erreichen schneller elastische Modulwerte G' bzw. Viskositätswerte, die zum Fixieren des Tonermaterials 95 am Bedruckstoff 92 geeignet sind. Insbesondere beim Kurvenverlauf nach (3) ist ein steiler Kurvenabfall auffällig. Tonermaterialien 95 mit den in (3), (4) gezeigten Kurveneigenschaften sind für kurze Bestrahlungszeiten und folglich kleine Abmessungen der Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) geeignet, da zum Fixieren mit der Bestrahlung nur ein kleiner Temperaturbereich überbrückt werden muss; weiterhin wird eine Energieeinsparung erreicht. Wie ferner in Fig. 6 ersichtlich, ist nicht nur der Kurvenanbfall von (3), (4) stärker ausgebildet, sondern zudem werden niedrigere elastische Modulwerte G' erreicht, d. h. das Tonermaterial 95 wird flüssiger und weist einen weniger körnigen Aufbau im Vergleich zu (1), (2) auf. Als Folge daraus wird beim letzlichen Abbild ein glatter Aufbau des fixierten Tonermaterials 95 und ein erhöhter Farbglanz erreicht. Durch das Fehlen von Korngrenzen, die als Streuflächen oder Streuzentren für die Strahlen wirken, wird die Farbbrillanz und Farbsättigung erhöht.

Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen kann ein Trockentoner verwendet werden, der bei einer mittleren Temperatur von etwa 80°C oder etwa 110°C recht hart ist, so dass dieser über konventionelle Verfahren zu einer gewünschten Tonergröße von z. B. 8 Mikrometer gemahlen werden kann, und auch bei Entwicklungstemperaturen noch nicht schmilzt, jedoch bei höheren Temperaturen von z. B. bereits etwa 110°C oder etwa 130°C plötzlich sehr dünnflüssig mit niedriger Viskosität ist, so dass dieser sich gegebenenfalls unter Ausnutzung von Kapillaritäten auch ohne äußeren Druck und berührungslos auf und in dem Bedruckstoff absetzt und haftet und bei einem Erkalten dann sehr schnell mit guten Oberflächenglanz des Abbildes am Bedruckstoff wieder hart wird und fixiert ist, insbesondere mangels ausgebildeter Korngrenzen des Tonermaterials 95. Letzteres spielt gerade auch bei farbigem Tonermaterial 95 für die Farbsättigung eine bedeutsame Rolle.

Claims (26)

1. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) für eine Fixiervorrichtung zum Fixieren von Tonermaterial (95) für eine elektrofotografische Druckmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) wenigstens Strahler (10, 11, 100), dessen Bestrahlungswellenlänge im Wesentlichen im ultravioletten Spektralbereich liegt, und wenigstens einen Reflektor umfasst.

2. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) wenigstens einen Strahler (10, 1 I, 100) enthält, der Quarzglas oder Saphir umfasst.

3. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Betriebsspannung je Länge des verwendeten Strahlers (10, 11, 100) im Bereich von etwa 7 V/cm bis 15 V/cm liegt,
60% bis 80% der emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich kleiner als 380 nm und 20% bis 40% der emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich größer oder gleich 380 nm liegt.

4. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der Strahler (10, 11, 100) im Bereich von 20% bis 100% ihrer nominalen Leistung einstellbar ist, und dass die Strahler für einen Zeitraum von weniger als 10 s mit einer Leistung von 200% betrieben werden können, wenn die über einen längeren Zeitraum gemittelte Leistungsabgabe 100% nicht übersteigt.

5. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahler (10, 11, 100) Quecksilber enthalten.

6. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Strahler wenigstens eine gitter- oder netzförmige Blende (50) angeordnet ist, die verschiedene Durchlaßbereiche aufweist.

7. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (90) wärmebeständiges Material enthält.

8. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmebeständige Material Teflon umfasst.

9. Bestrahlungseinrichtung (40) für eine Fixiervorrichtung zum Fixieren von Tonermaterial (95) für eine elektrofotografische Druckmaschine, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Licht von Strahlern der Bestrahlungseinrichtung (40) im Wesentlichen reflektiert an einem Tonermaterial (95) und einem Bedruckstoff (92) wirksam ist.

10. Bestrahlungseinrichtung (40) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung (40) wenigstens zwei an entgegengesetzten Seiten zueinander angeordnete Strahler (11) mit jeweils wenigstens einem Reflektor (70) aufweist, zwischen denen ein Transportband (90) mit dem Bedruckstoff (92) angeordnet ist.

11. Bestrahlungseinrichtung (40) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren zur diffusen und/oder gerichteten Reflexion ausgebildet sind.

12. Bestrahlungseinrichtung (40) nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Transportbandes (90) ein weiterer Reflektor (80) zur Reflexion von Streulicht von der Bestrahlungseinrichtung (40) sowie dem Bedruckstoff (92) und dem Tonermaterial (95) angeordnet ist.

13. Bestrahlungseinrichtung (40) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Reflektor (80) flach ausgebildet ist und den Raum oberhalb des Transportbandes (90) im Wesentlichen abdeckt.

14. Bestrahlungseinrichtung (40) nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (70, 80) und/oder das Transportband (90) wärmebeständiges Material enthalten.

15. Bestrahlungseinrichtung (40) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmebeständige Material Teflon umfasst.

16. Bestrahlungseinrichtung (40) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmebeständige Material Bariumsulfat umfasst.

17. Bestrahlungseinrichtung (40) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmebeständige Material Aluminium umfasst.

18. Bestrahlungseinrichtung (40) nach Anspruch 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Reflektor (34, 70, 80) symmetrisch aufgebaut ist.

19. Bestrahlungseinrichtung (40) nach Anspruch 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Reflektor (34, 70, 80) asymmetrisch aufgebaut ist.

20. Bestrahlungseinrichtung (40) einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportband (90) reflektionsfähiges Material zur Reflexion auftreffender Strahlung enthält.

21. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tonermaterial (95) einen scharfen Übergang vom festen in den flüssigen oder pastösen Zustand aufweist.

22. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang des Tonermaterials (95) vom festen in den flüssigen Zustand in einem Temperaturintervall von etwa 30°K stattfindet.

23. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das genannte Temperaturintervall von etwa 30°K des Zustandswechsels des Tonermaterials (95) zwischen den Temperaturwerten von etwa 70°C und etwa 130°C befindet.

24. Bestrahlungseinrichtung (5, 15, 25, 35, 40) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Wertes des elastischen Moduls G' beim Referenztemperaturwert, der aus der Anfangstemperatur beim Beginn des Glasübergangs des Toners zuzüglich 50°C errechnet ist, zum Wert des elastischen Moduls bei der Anfangstemperatur kleiner als 10^-5 bevorzugt kleiner als 10^-7 beträgt.

25. Verfahren zum Bestrahlen und zum Fixieren von Tonerpulver an einer Bedruckstoffoberfläche bei einer elektrofotografischen Druckmaschine mit den Verfahrensschritten
Transportieren eines Bedruckstoffes (92) mittels eines Transportbands (90),
Aufbringen von Tonermaterial (95) auf die Bedruckstoffoberfläche über wenigstens eine elektrostatisch aufgeladene Walze,
Bestrahlen der Bedruckstoffoberfläche mit dem Tonermaterial (95) mit im Wesentlichen ultravioletter Strahlung und Reflektieren von Strahlung an wenigstens einem Reflektor (34, 70, 80) zum Fixieren des Tonermaterials (95) am Bedruckstoff (92).

26. Verfahren zum Bestrahlen und zum Fixieren von Tonerpulver an einer Bedruckstoffoberfläche nach Anspruch 25, mit dem Verfahrensschritt Reflektieren sämtlicher Strahlung an wenigstens einem Reflektor (34, 70, 80).