DE102004056000A1

DE102004056000A1 - Vorrichtung zum Nachbearbeiten einer von einer elektrografischen Druck- oder Kopiereinrichtung bedruckten Bedruckstoffbahn

Info

Publication number: DE102004056000A1
Application number: DE102004056000A
Authority: DE
Inventors: Roland Wolf; Franz Wittmann; Said Youzbachi; Günther Eder; Murat Kader
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2024-11-20
Also published as: US7421242B2; DE102004056000B4; US20060109303A1

Abstract

Die Vorrichtung zum Nachbearbeiten von bedruckten Bedruckstoffbahnen (12) weist eine Glätteinrichtung (17) auf, die unmittelbar nach der Fixiereinrichtung (14) angeordnet ist. Der noch heiße und in seiner Konsistenz teigige Toner wird mit einem vorbestimmten, gleichmäßigen Druck über die gesamte Breite der Bedruckstoffbahn (12) eingeebnet und verdichtet. Dadurch wird erreicht, dass im weiteren Verlauf weniger Abrieb des Toners erfolgt und ein gezielt verändertes Druckbild (21) entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachbearbeiten einer von einer elektrografischen Druck- oder Kopiereinrichtung bedruckten Bedruckstoffbahn, bei der Toner als Druckbild auf einen Bedruckstoff umgedruckt und anschließend fixiert wird.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der Patentschrift EP 0 758 766 B1 bekannt. Dort wird die bedruckte Bedruckstoffbahn zunächst durch eine Fixiereinrichtung geführt. In einer anschließenden Nachbearbeitungseinrichtung wird dem Druckbild Glanz und Farbsättigung verliehen. Hierzu wird die Bedruckstoffbahn nach der Fixiereinrichtung zunächst gekühlt und dann durch Glättwalzen hindurchgeführt, die ihrerseits beheizt sind, um den Toner zu glätten, um eine weitgehend glatte Oberfläche zu erreichen. Anschließend wird die Druckstoffbahn mit dem Toner erneut gekühlt, um die bedruckte und fixierte Bedruckstoffbahn einer abschließenden Endbearbeitung (Finishing) zuzuführen.

Beim elektrografischen Druck werden die im Druckgerät auf dem Bedruckstoff erzeugten Tonerbilder der zu druckenden Bilder fixiert und damit fest mit dem Bedruckstoff verbunden. Solche Verfahren sind hinreichend bekannt (siehe beispielsweise US 2004/005178 A1) und werden daher hier nicht näher beschrieben. Die Fixierung kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch Walzenfixierung unter Druck und Wärme oder durch Strahlungsfixierung unter Wärme. Zu den einzelnen bekannten Techniken wird ebenfalls auf die bereits zuvor genannte Offenlegungsschrift US 2004/005178 A1 verwiesen.

Bei der Fixierung ist die Bedruckstoffbahn Wärme und gegebenenfalls Druck ausgesetzt mit der Folge, dass die Eigenschaf ten des Bedruckstoffes, wie beispielsweise Feuchtigkeit und Gleiteigenschaften, negativ beeinflusst werden. Insbesondere schlechte Gleiteigenschaften des Bedruckstoffes können aber dazu führen, dass bei der Nachbearbeitung die fixierte Tonerschicht mechanisch beschädigt wird oder verschmiert wird. Daher wird zur Nachbearbeitung bei der bekannten Vorrichtung die Bedruckstoffbahn in ihren Gleiteigenschaften verbessert, indem die Bedruckstoffbahn leicht befeuchtet wird.

Eine solche Befeuchtungseinrichtung wird in der nicht vorveröffentlichten, deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2004 002232.1-51 vorgeschlagen. Nachteilig bei diesem Verfahren und bei dem zuvor genannten, bekannten Verfahren ist es, dass die Befeuchtung nur kurz wirkt. Bereits innerhalb weniger Stunden nimmt der Abrieb wieder deutlich zu. Pausen in der Größenordnung von Stunden bis Tagen zwischen Druck und Nachverarbeitung treten im Betrieb häufiger auf. Des Weiteren wird der Papiertransport in der Endverarbeitung durch die Gleitmittel verschlechtert. Dies führt in einigen Anlagen zu erhöhten Ausfallzeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Nachbearbeiten einer von einer elektrografischen Druck- oder Kopiereinrichtung bedruckten Bedruckstoffbahn zu schaffen, bei der eine dauerhafte Verbesserung der Abriebsfestigkeit des Druckbildes erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dabei ist eine Glätteinrichtung in Vorschubrichtung des Bedruckstoffes unmittelbar nach der Fixiereinrichtung angeordnet, die unter einem vorbestimmten, mechanischen Druck auf den durch die Fixiereinrichtung aufgewärmten Toner weitgehend flächig presst.

Dadurch, dass auf den heißen und teigigen Toner mit einem gewissen Nip gepresst wird und dadurch dass der Toner mit seinem „Tonergebirge" eingeebnet sowie verdichtet wird, wird ei ne dauerhafte Verbesserung der Abriebsfestigkeit erreicht. Eine gezielte Kühlung des Toners darf vor der Glätteinrichtung nicht erfolgen, da ansonsten keine dauerhafte Einebnung stattfindet oder der Toner bereits zu kalt ist, um noch genügend geglättet zu werden. Dadurch dass der noch heiße und nicht wesentlich abgekühlte Toner durch die Glätteinrichtung geglättet, eingeebnet und verdichtet wird, wird nur eine geringe Flächenpressung auf die Druckbildoberfläche der Bedruckstoffbahn benötigt, was die Bedruckstoffbahn schont und das Tonerbild sauberer erscheinen lässt. Durch das gleichmäßige Glätten wird die Oberfläche des Druckbildes und damit der Toner verdichtet. Der Toner darf dabei allerdings nicht soweit geglättet werden, dass die Druckzeichen in ihren Außenabmaßen verbreitert oder verschoben werden. Das Glätten und Verdichten hat zudem den Vorteil, dass ein auf das Druckbild aufgebrachter Befeuchtungsstoff nicht versickert und der Abrieb im weiteren Verlauf wesentlich verringert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Un teransprüche wiedergegeben. So kann die Glätteinrichtung eine Reinigungseinrichtung aufweisen, um noch auf der Glätteinrichtung befindliche Schmutz-/Staubpartikel oder Toner, die sich unerwünschterweise auf der Glättwalze angesetzt haben, zu entfernen. Besonders vorteilhaft ist es, die Reinigungseinrichtung gleichzeitig auch als Befeuchtungseinrichtung auszubilden. Da die Reinigungseinrichtung in direktem Kontakt mit der Glätteinrichtung steht, wird gleichzeitig mit dem Glätten ein Befeuchtungsmittel, wie z.B. Silikonöl, auf die Bedruckstoffbahn aufgebracht. Dadurch dass der Toner geglättet und gleichzeitig geölt wird, wird nur eine geringe Ölmenge benötigt, die dann auch länger an der Oberfläche haften bleibt. Wenn die Reinigungseinrichtung im Stillstand des Druckbetriebs nicht mehr in direktem Kontakt mit der Glätteinrichtung steht, hat dies den Vorteil, dass sich der Befeuchtungsstoff nicht auf der Glätteinrichtung vermehrt absetzen kann.

Vorteilhafterweise ist die Reinigungseinrichtung mit einem Reinigungsband versehen, das mit dem Befeuchtungsstoff getränkt ist, wobei das Reinigungsband entlang einer zu säubernden Fläche der Glätteinrichtung gleitet und dabei die Glätteinrichtung reinigt und vorteilhafterweise zugleich befeuchtet. So wird eine kompakte Einheit geschaffen, die auf engstem Raum zugleich eine Reinigung der Glätteinrichtung und eine Befeuchtung der Bedruckstoffbahn vornimmt.

Zwischen der Fixiereinrichtung und der Glätteinrichtung kann eine Luftabsaugung angeordnet sein, durch die Dampf, insbesondere Farbdampf, Wasserdampf und Staubpartikel abgesaugt werden. Durch diese Absaugeinrichtung findet im Wesentlichen keine Kühlung des Toners statt, so dass der Toner nicht wesentlich abgekühlt wird und anschließend der Toner in der Glätteinrichtung gut geglättet und eingeebnet werden kann.

Die Glätteinrichtung ist vorteilhafterweise durch zwei zylinderförmige Glättwalzen gebildet, die parallel zueinander angeordnet sind und zwischen denen der Bedruckstoff hindurchgeführt ist. Somit kann sowohl Vorderseite als auch Rückseite des Bedruckstoffes mit den Glättwalzen in Berührung stehen und der Toner entsprechend nach der Fixierung geglättet werden. Auch nur einseitig bedruckter Bedruckstoff kann durch eine solche Glätteinrichtung nachbearbeitet werden. Allerdings ist es für Einseitendruck auch möglich nur ein einzige Glättwalze zu benutzen, wobei diese als Gegenlager ein eine Gegenkraft aufbringendes mechanisches Teil aufweisen muss. Die Bedruckstoffbahn sollte über das mechanische Teil gut gleiten können. Vorteilhafterweise ist dieses Teil als frei drehbare, zylinderförmige Walze ausgebildet.

Die Glätteinrichtung kann zumindest eine im Wesentlichen zylinderförmige Glättwalze aufweisen, deren äußere Oberfläche aus einer harten Außenschicht besteht, deren äußere Zylindermantelfläche zudem zwei- oder dreidimensional profiliert ist. Dadurch kann dem fixierten Toner eine räumliche Struktur auf geprägt werden, durch die der Glanz des Druckbildes verändert werden kann.

Vorteilhafterweise ist eine solche Glättwalze aus einer harten Außenschicht, einer optionalen, weichen Zwischenschicht und einem harten Innenkern hergestellt. Die Außenschicht ist dabei wesentlich wärmeleitender als die Zwischenschicht, die ihrerseits eine Wärmedämmung darstellt. Dadurch wird die Wärme an der Mantelfläche der Glättwalze gut und schnell über die gesamte Mantelfläche verteilt. Es herrschen somit über das gesamte Druckbild weitgehend gleiche Bedingungen. Da Wärme vom heißen Toner auf die Außenschicht übergeht, gelangt die dünne und thermisch gut leidende Außenschicht auch schnell auf Betriebstemperatur.

Vorteilhafterweise ist die Außenschicht aus einem wärmeleitenden Fluorpolymer, wie PFA (Perfluoralcylvinylether) oder einem Schrumpfschlauch, die Zwischenschicht aus einer Silikonverbindung (Silikonkautschuk) und Innenkern voll- oder hohlzylindrisch aus Stahl hergestellt.

Die Reinigungseinrichtung weist vorteilhafterweise eine Schaumstoffrolle als Überzug über einer Führungsrolle für ein Reinigungsband aus. Die Schaumstoffrolle ist federnd gelagert und drückt das Reinigungsband elastisch gegen die Glättwalze wodurch die Glättwalze gereinigt wird. Die Schaumstoffrolle ist nur im Druckbetrieb über das Reinigungsband in Wirkverbindung mit der Glättwalze. Im Ruhezustand sind Reinigungsband und Glättwalze voneinander beabstandet. Dies kann durch Verschwenken der Glättwalze und/oder der Reinigungseinheit bewerkstelligt werden.

Wenn die Glättwalze kreiszylindrisch und in Achsrichtung leicht konvex (tonnenkreisförmig) ausgebildet ist, so wird der Druck auf die Bedruckstoffbahn im Bereich der Mitte der Walze erhöht, so dass als Gegenmittel zur Durchbiegung der Walzen (die Walzen sind stirnseitig gelagert) der Druck etwa gleichmäßig über die Breite der Bedruckstoffbahn verteilt ist. Wird dagegen die Glättwalze in Achsrichtung leicht konkav ausgebildet, so kann das Bedruckstoffbahn an seinem äußeren Rand nach außen gezogen und damit gespannt werden. Somit kann die Papierlaufstabilität verbessert werden. Um die Papierlaufstabilität weiter zu verbessern und gleichzeitig eine gute Glättwirkung zu erzielen, kann es auch vorteilhaft sein, konkave und konvexe Abschnitte in axialer Richtung abwechseln zu lassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht eines Teils einer elektrografischen Druck- oder Kopiereinrichtung mit einer Fixierstation, einer nachgeordneten Glätteinrichtung und einer Bedruckstoffbahnkühlung,
2 eine Vorderansicht einer Vorrichtung zum Nachbearbeiten einer von einer elektrografischen Druck- oder Kopiereinrichtung bedruckten Bedruckstoffbahn im Betriebszustand,
3 eine Seitenansicht (oder Schnitt) der Vorrichtung nach 2,
4 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 3 in Ruhezustand,
5 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß 2 mit einem Antriebselement anstatt einer Feder zum Anpressen von Reinigungswalzen an Glättwalzen,
6 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 3 mit Entladebürsten zum elektrostatischen Entladen der Glättwalzen und der Bedruckstoffbahn,
7 einen Schnitt durch eine Glättwalze,
8 ein Ausschnitt aus einer Glättwalze mit einer strukturierten Mantelfläche und
9 bis 11 Ausführungsbeispiele von Heizeinrichtungen zum Beheizen einer Glättwalze.
Bei elektrografischen Druck- oder Kopiereinrichtungen 10 (1) für den einseitigen oder doppelseitigen Druck in schwarz/weiß und/oder Farbe erfolgt die Druckbilderzeugung beispielsweise mit einem LED-Zeichengenerator und einem entsprechenden Entwickler. Statt des elektrofotografischen Druckprozesses mit LED-Zeichengeneratoren können auch andere elektrografische Druckprinzipien, wie elektrolytische, Blitzlicht- oder magnetische Elektrografieverfahren verwendet werden.
Bei den elektrofotografischen Druckverfahren (auch als Xerografie bezeichnet) wird ein nicht dargestellter Fotoleiter (in Form einer Trommel oder eines Bandes) in einer – hier nur teilweise dargestellten – Druckstation 11 durch elektrische Entladung mittels Licht mit einem Tonerbild mittels elektrostatischer Verfahren versehen. Das Tonerbild wird dann in einer nicht dargestellten Umdruckeinrichtung elektrostatisch auf ein ebenfalls kontinuierlich umlaufendes Transferband oder direkt auf den Bedruckstoff (beispielsweise Papier, Kunststoff- oder Metallfolie) übertragen. An der Umdruckstelle Transferband/Bedruckstoff erfolgt der Transfer auf eine Bedruckstoffbahn 12. Im Falle des doppelseitigen Druckbetriebs wird die obere und untere Bedruckstoffbahnseite simultan oder nacheinander umgedruckt.
Anschließend wird das Tonerbild in einer Fixierstation 14 fixiert (das Tonerbild wird auch als Druckbild 21 bezeichnet). Die Fixierung des Tonerbildes auf dem Bedruckstoff kann zeitgleich oder zeitlich nacheinander für einseitigen und doppelseitigen Druckbetrieb mittels einer Infrarot-Strahlungsfixierung erfolgen. Hierzu weist die Infrarot-Fixierstation 14 ein oder mehrere Strahlermodule 15 auf, die durch Strahlungswärme den Toner auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzen und somit auf die Bedruckstoffbahn 12 aufschmelzen.
Die Bedruckstoffbahn 12 wird mit Antrieben der nur teilweise dargestellten Druckstation und einem Papierabzug am Ende ei ner Nachbearbeitungsstation 16 durch die Nachbearbeitungsstation 16 transportiert. Da Fixierstationen und insbesondere IR-Fixierstationen hinreichend bekannt sind, wird hierauf in der folgenden Beschreibung nicht mehr näher eingegangen.
Unmittelbar nach (in Transportrichtung der Bedruckstoffbahn; siehe Pfeile in 1) der Fixierstation 14 ist erfindungsgemäß eine Glätteinrichtung 17 (in 1 stark vereinfacht ohne Antriebs- und Verstellmechanik dargestellt) angeordnet, die das durch die Fixierstation 14 fixierte Tonerbild glättet. Hierzu wird ausgenutzt, dass der Toner nach Verlassen der Fixierstation 14 noch so heiß ist, dass diese Temperatur deutlich über der für den entsprechenden Toner bekannten Glasübergangstemperatur liegt. Die Konsistenz des Toners ist noch teigig. Die Oberfläche des Toners weist aufgrund der Fixierung unter großer Hitze eine "gebirgige" Oberfläche auf.
Der Toner lässt sich nun wie gewünscht auf gesamter Breite der Bedruckstoffbahn 12 mittels der Glätteinrichtung 17 glätten sowie verdichten, da seine Konsistenz noch teigig oder zähflüssig ist. Die Glättung geschieht vorzugsweise mit Glättwalzen 20, 20'. In 1 sind lediglich zwei Glättwalzen 20, 20' im Betriebszustand schematisch dargestellt, wobei die Bedruckstoffbahn 12 zwischen den beiden Glättwalzen 20, 20' hindurchgeführt ist.
Nach der Fixierstation 14 und noch vor der Glätteinrichtung 17 kann eine Luftabsaugung oder insbesondere eine Heißluftabsaugung 22 angeordnet sein, die Staub, Wasserdampf oder Farbdämpfe absaugt. Dadurch wird verhindert, dass sich irgendwelche Partikel auf dem Toner ablagern und zu einem verschlechterten Druckbild 21 führen. Falls die Heißluftabsaugung 22 überhaupt notwendig ist, so darf sie aber den Toner kaum in seiner Temperatur beeinflussen (d.h. nicht wesentlich kühlen).
Nach der Glätteinrichtung 17 wird die Bedruckstoffbahn 12 von jeder Seite von einer Kühleinrichtung 23 gekühlt, beispielsweise mittels Luftdüsen, die Kaltluft gegen die Bedruckstoffbahn 12 blasen. Anschließend wird die Bedruckstoffbahn 12 mit Hilfe eines Bedruckstoffbahnabzug 24 aus der Kühleinrichtung 23 herausgezogen und einer nicht dargestellten Endverarbeitungseinheit (beispielsweise mit einem Schneider, einem Hefter, einem Falter, einem Stapler, einem Kuvertierer usw.) zugeführt.
In 2 ist eine vereinfachte Ansicht der Glätteinrichtung 17 dargestellt. Die Glätteinrichtung 17 befindet sich dabei in Arbeitsstellung oder im Betriebszustand, d.h. die Bedruckstoffbahn 12 ist in Wirkverbindung mit der Glätteinrichtung 17. Zwei frei drehbare Glättwalzen 20, 20' sind parallel zueinander angeordnet. Zwischen den beiden Glättwalzen 20, 20' ist die Bedruckstoffbahn 12 hindurchgeführt. Die Glättwalzen 20, 20' sind in Richtung auf die Bedruckstoffbahn 12 verschieb- oder schwenkbar gelagert, so dass sie im Ruhezustand (vgl. 4) von der Bedruckstoffbahn 12 weg gefahren werden können und somit von dieser beabstandet gehalten werden. Im Betriebszustand hingegen pressen die Glättwalzen 20, 20' die zwischen ihnen geführte Bedruckstoffbahn 12 zusammen und glätten dabei den noch heißen Toner.
Zum Glätten wird derart mechanischer Druck auf die Glättwalzen 20, 20' ausgeübt, dass diese mit einem vorbestimmten Kraft/Druck möglichst gleichförmig quer über die Bedruckstoffbahn 12 verteilt auf der Bedruckstoffbahn 12 mit einem Nip aufliegen und auf diese pressen, um das Tonerbild über die gesamte Bereite der Bahn zu glätten und zu verdichten. Dieser Druck kann durch eine Feder 26 oder – wie in 5 dargestellt – durch ein elektromotorisches Bauteil (Stellelement 27) zusammen mit weiteren Federn 26' ausgeübt werden.
Die Glättwalzen 20, 20' sind frei drehbar gelagert und sitzen auf beweglichen Schwenkarmen 28, 28', welche über Nockenantriebe 30, 30' in unterschiedliche Positionen verfahr bar/verschwenkbar sind. Der obere Nockenantrieb 30 ist fest in einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert, der untere Nockenantrieb 30' hingegen ist mit zwei federnd vorgespannten Vorspannhebeln 32 beidseitig im Gehäuse gelagert. Die Vorspannhebel 32 sind über Zugelement und Umlenkungen mit der gemeinsamen Feder 26 verbunden, so dass sich auf beiden Seiten der unteren Glättwalze 20' gleiche und möglichst symmetrische Andruckkräfte aufbauen und damit eine gleichmäßige Flächenpressung auf dem Druckbild 21 entsteht. Die untere Glättwalze 20' wird somit durch Federkraft gegen die obere Glättwalze 20 gedrückt.
Wenn die Glättwalzen 20, 20' kreiszylindrisch ausgebildet sind, sollten sie ein derart große axiale Längssteifigkeit haben, dass sie bei der beidseitigen Lagerung nur geringfügig "durchhängen" und der Druck der beiden Glättwalzen 20, 20' gegeneinander möglichst gleichmäßig axial verteilt ist.
In 3 ist in einer schematisierten Seitenansicht der Glätteinrichtung 17 von 2 deutlich zu erkennen, wie die Glättwalzen 20, 20' im Betriebszustand gegen die Bedruckstoffbahn 12 federnd gepresst werden. Die Glättwalzen 20, 20' bringen dabei jeweils die Kraft F_Press (siehe Kraftpfeil in 3) auf. Die Bedruckstoffbahn 12 wird – in der 3 – von rechts nach links bewegt und schleppt dabei die Glättwalzen 20, 20' entsprechend mit, so dass sich die obere Glättwalze 20 im Uhrzeigersinn mitdreht und die untere Glättwalze 20' entgegen dem Uhrzeigersinn.
Zusätzlich ist in der 3 eine optionale Reinigungseinrichtung 35 dargestellt, die eine Vorratsrolle 36, eine Anpressrolle 37 und eine Aufwickelrolle 38 aufweist. Als Reinigungsmittel wird ein bandförmiger, weicher Reinigungsfilz (Reinigungsband 40) verwendet, der in Transportrichtung von der Vorratsrolle 36 abgewickelt und durch die mit einer Feder 41 angefederte Anpressrolle 37 gegen die Glättwalze 20 gedrückt wird. Das Reinigungsband 40 wird durch einen nicht dargestellten Elektromotor mit einer langsamen Geschwindigkeit und durch die Anpressrolle 37 als Führungsrolle geführt an der Glättwalze 20 vorbeigezogen und reinigt dabei die Glättwalze 20. Das verbrauchte Reinigungsband 40 wird auf die Aufwickelrolle 38 aufgewickelt.
Vorteilhafterweise weist die Anpressrolle 37 an seinem äußeren Umfang eine weiche Schicht (z.B. Schaumstoff) auf und wird mit Hilfe der Feder 41 elastisch gegen die Glättwalze 20 gedrückt, damit das Reinigungsband 40 in Berührung mit der gesamten Oberfläche der Glättwalze 20 kommt, selbst wenn die Oberfläche Unebenheiten aufweist.
Bei doppelseitigem Druck (Duplex) sind jeweils eine Glättwalze 20, 20' und jeweils eine Reinigungseinrichtung 35, 35' beidseitig zur Bedruckstoffbahn 12 angeordnet, um die Druckbilder auf beiden Seiten des Bedruckstoffes zu glätten und ggf. beide Glättwalzen 20, 20' zu reinigen (das jeweils zweite Element wird in den Figuren mit dem entsprechenden Bezugszeichen und einem Apostroph ' gekennzeichnet).
Die Glättwalzen 20, 20' werden lediglich durch die kühle Umgebungsluft im Bereich zwischen der Fixierstation 14 und der Glätteinrichtung 17 gekühlt, damit der Toner auf den Glättwalzen 20, 20' möglichst nicht haften bleibt. Es findet jedoch keine gezielte Kühlung der Bedruckstoffbahn 12 vor den Glättwalzen 20, 20' oder eine gezielte Kühlung der Glättwalzen 20, 20' selber statt.
4 zeigt die Glättwalzen 20, 20' in Ruheposition, bei der die Glättwalzen 20, 20' von der Bedruckstoffbahn 12 beabstandet sind. Über die Nockenantriebe 30, 30' werden die Glättwalzen 20, 20' von der Bedruckstoffbahn 12 weggeschwenkt. Da die Bedruckstoffbahn 12 in diesem Zustand nicht bedruckt wird, ist in diesem Zustand keine Glättung notwendig; ein Reinigen der Glättwalzen 20, 20' ist dann auch entbehrlich.
In 4 ist zusätzlich eine optionale Befeuchtungseinrichtung 42, 42' dargestellt, mit der die Bedruckstoffbahn 12 bei Bedarf befeuchtet werden kann. Hierzu wird das Reinigungsband 40, 40' vorteilhafterweise ausgenutzt, indem ein Befeuchtungsstoff, wie beispielsweise Silikonöl oder Wasser, aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter entnommen und auf das Reinigungsband 40, 40' aufgetragen wird. Dadurch dass das getränkte Reinigungsband 40, 40' an der Glättwalze 20, 20' vorbeigeführt wird, wird ein leichter Befeuchtungsfilm auf deren Oberfläche hinterlassen.
Infolgedessen ist das Reinigungsband 40, 40' zugleich eine Befeuchtungseinrichtung für die Glättwalzen 20, 20', wodurch der Befeuchtungsstoff auf die Glättwalzen 20, 20' und weiter auf den Bedruckstoff übertragen wird. Dies hat den Vorteil, dass das Glätten und das Befeuchten gleichzeitig in einer Station stattfindet.
Die Reinigungseinrichtungen 35, 35' sind dabei nur im Betriebszustand in Wirkverbindung mit den Glättwalzen 20, 20' reinigen, nicht aber im Ruhezustand. Eine Reinigung ist im Ruhezustand nicht nötig.
Wenn die Glättwalzen 20, 20' befeuchtet werden, so ist es vorteilhaft, wenn das getränkte Reinigungsband 40, 40' im Ruhezustand (wenn sich die Glättwalzen 20, 20' nicht mehr drehen) nicht an den Glättwalzen 20, 20' anliegt. Dies vermeidet einen dickeren Ölfilm oder sonstige ungewünschte Ablagerungen von Befeuchtungsstoff auf der Oberfläche von den Glättwalzen 20, 20', was zu einem beeinträchtigten Druckbild 21, wie Ölflecken, führen würde. Dies kann zu Beginn des Ruhezustands einerseits durch Verschwenken der Glättwalzen 20, 20' und/oder durch Verschwenken der Reinigungseinrichtungen 35, 35' ausgeführt werden.
Aus dem Ruhezustand gelangen die Glättwalzen 20, 20' in die Betriebsstellung, indem zunächst die obere 20 und dann die untere Glättwalze 20' in die Betriebsstellung geschwenkt werden. Durch die entsprechende Andruckkraft der Glättwalzen 20, 20' entsteht eine ausreichend hohe Reibwirkung, damit die Glättwalzen 20, 20' ohne eignen Rotationsantrieb durch die Bedruckstoffbahn 12 mitgeschleppt werden.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Vorspannfeder 26 zwischen den Vorspannhebeln 32 durch zwei Federn 26', 26'' mit gleicher Gesamtsteifigkeit ersetzt sind. Die zwei Federn 26', 26'' sind mit dem Stellelement 27 (beispielsweise ein Linearmotor) verbunden, das eine Bewegung in Federlängsrichtung zulässt. Wird nun über einen Sensor die Kantenlage der Bedruckstoffbahn 12 überwacht, kann der Druck der Glättwalzen 20, 20' durch Bewegung des Stellelements 27 auf der einen oder anderen Randseite der Glättwalzen 20, 20' verändert und dadurch eine asymmetrische Flächenpressung über die Papierbreite erreicht werden. Da die bewegte Bedruckstoffbahn 12 dazu neigt, in Richtung des höheren Drucks zu wandern, kann damit die Kantenposition der Bedruckstoffbahn 12 innerhalb enger Grenzen geregelt werden.
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem zwischen den Schwenkarmen 28, 28' passive Entladebürsten 43, 43' befestigt sind, die gleichzeitig Ladung vom Bedruckstoff und von der Walzenoberfläche der Glättwalzen 20, 20' abnehmen. Die elektrostatischen Ladungen entstehen durch den Transport der Bedruckstoffbahn 12 zwischen den beiden Glättwalzen 20, 20' hindurch beim Wegbewegen der elektrisch isolierenden Glättwalzen von der Bedruckstoffbahn 12. Durch das Entladen werden EMV-Störungen verringert und es besteht ein Schutz für die Bediener/Kundendienst vor elektrostatischer Entladung beim Berühren dieser Teile.
7 zeigt einen Schnitt durch eine Glättwalze 20, 20', die einen inneren, harten voll- oder hohlzylindrischen Kern 45, beispielsweise aus Stahl, eine optionale, weiche Zwi schenschicht 46 und am äußeren Umfang eine harte Außenschicht 47 aufweist. Die harte Außenschicht 47 ist beispielsweise aus einem Fluorpolymer, wie PFA (auch als Schrumpfschlauch bezeichnet) hergestellt oder aus einer metallischen Legierung, wie beispielsweise einer Chrom-Nickel-Legierung. Die weiche Zwischenschicht 46 kann beispielsweise aus Silikon hergestellt sein.
Die dünne Außenschicht 47 weist ein gutes Wärmeleitverhalten auf, damit die Temperatur der Außenschicht 47 über die gesamte Mantelzylinderfläche etwa gleich ist. Wenn die Außenschicht 47 eine gute Wärmeleitung aufweist, der Kern 45 hingegen eine sehr schlecht Wärmeleitung hat, so wird die Glättwalze an ihrer Mantelzylinderfläche schneller einen stabilen Temperaturwert erreichen. Wenn dagegen die gesamte Glättwalze eine zu hohe Wärmekapazität und eine gute Wärmeleitung hin zum Kern 45 aufweisen würde, so würde die Glättwalze zu viel Temperatur von dem Bedruckstoff nehmen und den Toner damit unzulässig abkühlen. Ein Glätten wäre dann nicht mehr vollständig oder unzureichend möglich. Um dieses Problem einfach zu lösen, ist nur die dünne Außenschicht 47 der Glättwalze 20, 21 thermisch gut leitend. Wenn der Kern 45 ebenfalls gut wärmeleitend ist, so wird die Zwischenschicht 46 als Wärmedämmung zum Kern 45 hin benötigt. Durch diese gezielt vorhandene, thermische Verhalten, wird das Druckbild 21 immer unter gleichen Bedingungen (Temperatur) geglättet.
Durch den geringen Wärmeübergang von der Außenschicht 47 auf den Kern 45 und die dünne Außenschicht 47, die nur eine geringe Wärmekapazität darstellt, kühlt die Außenschicht 47 in dem Ruhezustand der Glättwalzen 20, 20' etwas aus. Im Betriebszustand gelangt sie auch wieder schnell auf Betriebstemperatur aufgrund des heißen Toners. Allerdings wird der Bedruckstoffbahn 12 und dem heißen Toner kurz nach dem Einfahren in den Betriebszustand Wärme kurzzeitig entzogen (Toner kühlt anfangs zu sehr ab). Um dies zu verhindern, kann die Glättwalze 20, 21 in der Ruheposition durch eine Heizein richtung 50 (vgl. 8 bis 10) vorgewärmt werden.
Die Außenschicht 47 weist gegenüber dem warmen Toner eine deutlich höhere Härte auf. So weist der gesamte Beschichtungsverbund der Glättwalze 20, 20' eine System-Shore-Härte A größer als etwa 75 SA auf. Der Kern 45 wird in seiner Materialhärte und die Außenschicht 47 in ihrer Dicke derart angepasst, dass die Druckzeichen des Druckbildes 21 über eine typische Länge komplett eingeebnet werden und dabei Ungleichmäßigkeiten in der Bedruckstoffdicke oder der Tonerbelegung ausgeglichen werden.
Makroskopisch soll das gedruckte Zeichen in seiner Form (äußeren Ausmaße) erhalten bleiben, lediglich die mikroskopischen Unebenheiten sollen geglättet werden. D.h. die sichtbare Grundform der gedruckten Zeichen soll nicht geändert werden, damit das äußere Erscheinungsbild des Druckbilds 15 durch Glätten und Einebnen nicht verändert wird. Durch das Glätten und Verdichten wird nur die Oberfläche des Toners in seinem Profil geglättet und der Toner insgesamt verdichtet. Daher soll die Außenschicht 47 hart gegenüber dem Toner sein und die optionale Zwischenschicht 46 weich genug, um einen ausreichenden großen Nip (Auflagefläche der Glättwalze 20, 20' auf der Bedruckstoffbahn 12) zu erzeugen.
Zum Ausgleich der Durchbiegung der Glättwalzen 20, 20' (diese sind nur stirnseitig gelagert) kann jede Glättwalze in axialer Richtung leicht konvex (oder tonnenförmig = Abweichung von der Kreiszylinderform) ausgebildet sein. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßigere Glättung über die Breite der Bedruckstoffbahn 12, da der Pressdruck in der Mitte durch die konvexe Ausbildung erhöht wird, so dass der Druck von außen nach innen über die gesamte Länge gleichmäßig verteilt ist. Ansonsten wäre aufgrund der Durchbiegung der Glättwalze 20, 20' der Druck außen in der Nähe der Lager am höchsten.
Bei bestimmten Bedruckstoffen kann auch eine konkave Ausfüh rung der Glättwalzen 20, 20' vorteilhaft ausgenutzt werden, um die Bedruckstofflaufstabilität zu verbessern. Die Bedruckstoffbahn 12 wird dadurch zu den Stellen mit dem höchsten Pressdruck gezogen und gespannt. Das Druckbild 21 und die Bedruckstofflaufstabilität kann auch dadurch verbessert werden, wenn abwechselnd konvexe und konkave Bereiche in zumindest einer Glättwalze 20, 20' ausgebildet sind.
In 8 ist ein Ausführungsbeispiel für die Glättwalze 20, 20' dargestellt, bei der die dünne Außenschicht 47 an seiner äußeren Oberfläche zusätzlich mit einer zwei- oder dreidimensionalen Mikrostruktur 49 versehen ist. Die Mikrostruktur 49 kann ein räumliche "Berg- und Tal-Struktur" aufweisen mit einer charakteristischen Ausbildung von "Erhebungen" und "Senken" als Mikrostrukturelemente. Diese Mikrostruktur 49 erzeugt beim Glätten eine in den Toner eingepresstes Abbild, durch die der Glanz des Druckbildes, durch die eingeprägte Struktur gezielt verändert werden kann. Die Abmessungen der Mikrostrukturelemente in tangentialer Richtung sind hierbei deutlich geringer als eine typische Läge oder minimalen Abmessungen eines einzelnen Druckpunktes. Wenn der kleinste Druckpunkt bei einer Auflösung von 600 dpi einen Durchmesser von etwa 40 μm hat, sollte ein Mikrostrukturelement eine noch kleinere Abmessung haben.
Die Tiefe der Mikrostruktur 49 ist so gewählt, dass ein Durchstoßen der Tonerschicht bis zur Bedruckstoffbahn 12 vermieden wird. Der Übergang von einem Mikrostrukturelement zu dem nächsten sollte fließend verlaufen, um das Druckbild 21 nicht zu verfälschen. Der Vorteil dieser Mikrostruktur 49 ist es, dass sich in den Senken des Toners Befeuchtungsmittel als Gleitmittel ansammeln und halten kann, wodurch für eine bleibende Verringerung des Abriebes des Druckbildes 21 gesorgt wird.
Die Geometrie der Mikrostruktur 49 kann entweder nur in Umfangs- sowie axialer Richtung der Glättwalzen 20, 20' einge prägt sein oder besser ist sicherlich jedoch eine zweidimensionale Mikrostruktur 49 entlang der Mantelzylinderfläche (d.h. dreidimensional in axialer, radialer und Umfangs-Richtung) der Glättwalzen 20, 20'. Vorteilhaft ist die Mikrostruktur 49 mit einem gleitenden Übergang von einer Erhebung zu einer Senke ausgestattet, ähnlich einer Sinuswelle. Die Abstände zwischen zwei benachbarten Erhebungen werden im einfachen Fall konstant sein, um leichtere Herstellbarkeit zu gewährleisten. Einer Verbesserung des optischen Eindrucks durch Vermeidung von Moiré-Mustern kann durch eine zufällige oder unregelmäßige Verteilung der Abstände der Strukturelemente innerhalb einer Toleranzgrenze erreicht werden. Hierbei bleibt es wichtig, den maximalen Abstand von benachbarten Erhebungen innerhalb der oben genannten Grenzen zu belassen (deutlich kleiner als der kleinste Bildpunkt).
In den 8 bis 10 sind verschiedene Ausführungsbeispiele für die Heizeinrichtung 50 dargestellt, durch die eine Glättwalze 20, 20' im Ruhezustand beheizt werden kann. Damit wird die Oberfläche der Glättwalze 20, 20' auf eine weitgehend konstante Temperatur vorgewärmt, bevor die Glättwalze 20, 20' gegen die Bedruckstoffbahn 12 gepresst wird. Beim Einschwenken der Glättwalzen 20, 20' in den Betriebszustand wird die Beheizung beendet. Dadurch ist die Oberfläche bereits auf Betriebstemperatur und entnimmt dem Toner auf der Bedruckstoffbahn 12 keine zusätzliche Wärme. Somit kann von Anfang an gleichmäßig entlang des Bandes geglättet, verdichtet, befeuchtet und strukturiert werden.
Die Glättwalze 20, 20' kann gemäß 9 elektrisch mit Hilfe einer Stromquelle 51 erhitzt werden. Die Glättwalze 20, 20' weist in axialer Richtung einen vorgegebenen Durchgangswiderstand auf, durch den der Strom fließt und dabei die Glättwalze 20, 20' erwärmt. Um den Stromfluss nur durch die Glättwalze 20, 20' führen zu lassen, weist die Glättwalze 20, 20' im Bereich der randseitigen Lager eine elektrische Isolation gegenüber den Schwenkarmen 28, 29 auf. Die Glättwalze 20, 20' ist über Schleifkontakte 52 elektrisch mit der Stromquelle 51 verbunden. Infolgedessen behindern die elektrischen Kontakte 52 nicht die Drehung der Glättwalzen 20, 20' im Betriebszustand, auch wenn dann die Glättwalzen 20, 20' nicht beheizt werden. Wenn der elektrische Widerstand längs der Glättwalze 20, 20' homogen ausgebildet ist, so verteilt sich die Temperatur über die gesamte Außenfläche gleichmäßig, so dass kaum Temperaturunterschiede in axialer Richtung auftre ten, die dann später eine ungleichmäßige Glättung verursachen würden.
In 10 ist als Heizeinrichtung 50 eine berührungslose Innenbeheizung der Glättwalze 20, 20' gezeigt, die beispielsweise als IR-Heizstrahler 53 ausgestaltet sein kann.
In 11 ist als Heizeinrichtung 50 ein Durchlauferhitzer 54 dargestellt, bei dem die Glättwalze 20, 20' durch ein längs der Walzenachse strömendes Fluid 55 aufgeheizt wird.
Durch die Beheizung wird die Glättwalze 20, 20' vor dem Druckstart bereits auf Betriebstemperatur gebracht. Damit wird der Toner anfangs nicht zu sehr abgekühlt und kann durch die Glättwalze 20, 20' gleichmäßig geglättet werden.
Wird der auf die Bedruckstoffbahn 12 übertragene Toner in der Fixierstation 14 mittels Infrarot-Strahlung fixiert, so wird der Toner auf eine Fixierungstemperatur von etwa 110°C bis etwa 200°C erwärmt. Das Glätten findet anschließend bei einer nur geringfügig niedrigeren Temperatur statt, da der Toner auf der kurzen Strecke zwischen der Fixierstation 14 und den Glättwalzen 20, 20' nur geringfügig abkühlt. Die Temperatur des Toners muss allerdings in der Glätteinrichtung 17 noch deutlich über der Glasübergangstemperatur liegen, damit das unerwünschte „Tonergebirge" geglättet werden kann. Es werden dabei nicht nur die Spitzen des Toners abgeflacht, sondern die gesamte Oberfläche des Toners eingeebnet und der Toner verdichtet.
Vorteilhaft ist es, gleichzeitig mit dem Glätten den Bedruckstoff zu befeuchten und ihm auch eine Struktur aufzuprägen, um den Glanz gezielt zu verändern. Allerdings darf das Tonerbild zwischen Fixierstation 14 und Glätteinrichtung 17 nicht gezielt gekühlt werden, da ansonsten der Toner nicht ausreichend geglättet werden kann. Im späteren Verlauf wäre dann der Abrieb zu groß und das Druckbild 21 würde verschlechtert. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird daher ein Kühlgebläse, das im Stand der Technik vor der dortigen Glanzerzeugung notwendig ist, nicht benötigt. Ein gezieltes Kühlen der Glättwalzen ist ebenfalls nicht erwünscht.
Die Oberfläche des Druckbildes 21 wird durch das Glätten derart verdichtet, dass ein späterer Abrieb weitgehend verhindert wird. Für die Erfindung wird ausgenutzt, dass der Toner in der Fixierstation 14 erhitzt wird und unmittelbar danach noch heiß ist und eine teigige Struktur aufweist.
Damit die Tonertemperatur im Bereich der Glätteinrichtung 17 weitgehend konstant ist, wird bereits die Fixiertemperatur mittels Steuern der Fixierheizleistung geregelt. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Temperatur des Toners im Bereich der Glätteinrichtung 17. Damit kann der Toner noch gleichmäßiger über das gesamte Druckbild 21 entlang des Bedruckstoffbahn 12 geglättet werden, da dann immer bei weitgehend gleicheren Temperaturverhältnissen geglättet wird.
Dadurch dass Gase, Staub und Feuchtigkeit sowie Wasserdampf vor der Glätteinrichtung 17 abgesaugt werden, ergibt sich ebenfalls eine gleichmäßigere Glättung des Druckbildes. Störende Partikel, wie Staubteilchen oder Kondenswasser, können sich nicht auf dem Druckbild 21 absetzen und den Glättvorgang negativ beeinflussen. Da die Heißluftabsaugung 22 die Temperatur des Toners nur unwesentlich beeinflusst, bleibt der Toner noch heiß genug, um effizient in der Glätteinrichtung 17 geglättet zu werden. Wenn jedoch unerwünschten Partikel am Ende der Fixierstation 14 ohnehin kaum vorkommen, so wird auf die Heißluftabsaugung 22 ganz verzichtet.

10: Druck- oder Kopiereinrichtung
11: Druckstation
12: Bedruckstoffbahn (Papierbahn)
14: Fixierstation oder -einrichtung
15: Strahlermodul
16: Nachbearbeitungsstation
17: Glätteinrichtung
20, 20': Glättwalzen
21: Toner (Druckbild)
22: Heißluftabsaugung
23: Kühleinrichtung (Papierkühlung)
24: Bedruckstoffbahnabzug
26, 41: Feder
27: Stellelement
28, 29: Schwenkarme
30, 30': Nockenantrieb
32: Vorspannhebel
35: Reinigungseinrichtung
36: Vorratsrolle
37: Anpressrolle (Führungsrolle)
38: Aufwickelrolle
40, 40': Reinigungsband, Filzband
42: Befeuchtungseinrichtung
43: Entladebürste
45: Kern
46: Zwischenschicht
47: Außenschicht
49: Mikrostruktur
50: Heizeinrichtung
51: Stromquelle

52: Schleifkontakt
53: IR-Heizstrahler
54: Durchlauferhitzer
55: Fluid

Claims

Vorrichtung zum Nachbearbeiten einer von einer elektrografischen Druck- oder Kopiereinrichtung (10) bedruckten Bedruckstoffbahn (12), bei der eine Glätteinrichtung (17) in Vorschubrichtung des Bedruckstoffes in unmittelbarer Nähe nach einer Fixiereinrichtung (14) angeordnet ist, wobei die Glätteinrichtung (17) mit einem vorbestimmten Druck auf den allein durch die Fixiereinrichtung (14) erwärmten Toner weitgehend flächig presst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glätteinrichtung (17) eine Reinigungsreinrichtung (35) aufweist, um noch auf der Glätteinrichtung (17, 20, 20') befindlichen Schmutzpartikel von dieser zu entfernen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsreinrichtung (35) eine Befeuchtungseinrichtung (42) aufweist, durch die ein Befeuchtungsstoff über die Glätteinrichtung (17) dem Bedruckstoff (12) zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsreinrichtung (35) zugleich eine Befeuchtungseinrichtung (42) ist, die ein Reinigungsband (40, 40') aufweist, das mit dem Befeuchtungsstoff getränkt ist, wobei das Reinigungsband (40, 40') entlang einer zu reinigenden und zu befeuchtenden Fläche der Glätteinrichtung (17) gleitet und dadurch einen Befeuchtungsfilm auf diese aufbringt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Fixiereinrichtung (14) und der Glätteinrichtung (17) ein Absaugvorrichtung (22) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glätteinrichtung (17) zumindest zwei in etwa parallel zueinander und dicht beieinander angeordnete, etwa zylinderförmige Glättwalzen (20, 20') aufweist, zwischen denen der Bedruckstoff derart hindurchgeführt wird, dass sowohl Vorderseite als auch Rückseite des Bedruckstoffes mit jeweils einer Glättwalze (20, 20') in Berührung stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Glättwalze (20, 20') eine Reinigungseinrichtung (35, 35') und gegebenenfalls eine Befeuchtungseinrichtung ((42, 42') zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glätteinrichtung (17) zumindest eine im Wesentlichen zylinderförmige Glättwalze (20, 20') aufweist, die innen einen harten voll- oder hohlzylindrischen Kern (45), darüber eine optionale weiche Zwischenschicht (46) und außen eine harte Außenschicht (47) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (47) mit ihrer Außenfläche zwei- oder dreidimensional mit einer Mikrostruktur (49) strukturiert ist, um ein Abbild davon beim Glätten in die Toneroberfläche einzuprägen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (35) zumindest eine Führungswalze (37) aufweist, die das Reinigungsband (40, 40') führt und federnd gegen die Glättwalze (20, 20') drückt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Glätteinrichtung (17) und/oder die Reinigungseinrichtung (35) eine Schwenkeinrichtung (28, 29) aufweist, die die Reinigungseinrichtung (35) außer Wirkverbindung mit der Glätteinrichtung (17) bringt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Glättwalze (20, 20') in Achsrichtung zylindrisch, leicht konvex und/oder leicht konkav ausgebildet ist.