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Zum ein- oder mehrfarbigen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers z. B. eines Einzelblattes oder eines bandförmigen Aufzeichnungsträgers aus verschiedensten Materialien, z. B. Papier oder dünnen Kunststoff- oder Metallfolien, ist es bekannt, auf einem Zwischenbildträger, z. B. einem Fotoleiter, bildabhängig Potentialbilder (Ladungsbilder) zu erzeugen, die den zu druckenden Bildern, bestehend aus einzufärbenden Bereichen (Bildstellen) und nicht einzufärbenden Bereichen (Nichtbildstellen), entsprechen. Die einzufärbenden Bereiche der Potentialbilder werden mit einer Entwicklerstation (Einfärbestation) durch Toner sichtbar gemacht. Anschließend wird das Tonerbild auf den Aufzeichnungsträger umgedruckt.
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Zum Einfärben der Potentialbilder kann dabei Toner und Trägerflüssigkeit enthaltende Entwicklerflüssigkeit verwendet werden. Die Trägerflüssigkeit weist dabei einen spezifischen Widerstand von größer 108 Ohm·cm auf. Mögliche Trägerflüssigkeiten sind u. a. Silikonöl und Kohlenwasserstoffe.
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Ein Verfahren zur elektrophoretischen Flüssigentwicklung (elektrografische Entwicklung) in digitalen Drucksystemen ist z. B. aus
WO 2005/013013 A2 (=
US 7,463,851 B2 ) oder
DE 10 2005 055 156 B3 (=
US 2008/0279597 ) bekannt. Dabei wird als Entwicklerflüssigkeit eine Silikonöl enthaltende Trägerflüssigkeit mit darin dispergierten Farbteilchen (Toner) verwendet. Näheres hierzu ist aus WO2005/013013 A2 oder DE 10 2005 055 156 B3 entnehmbar.
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Die Zufuhr der Entwicklerflüssigkeit zu dem Zwischenbildträger kann durch eine Applikatorwalze erfolgen, der die Entwicklerflüssigkeit durch eine Rasterwalze zugeführt wird, an der eine Kammerrakel angeordnet ist. Aus dem Offsetdruck ist der Einsatz von Kammerrakeln zur Farbzufuhr bekannt (
EP 1 097 813 A2 ). Der Einsatz einer Kammerrakel beim elektrophoretischen Druck kann
WO 2005/013013 A2 entnommen werden. Ein Nachteil der hieraus bekannten Kammerrakeln besteht darin, dass die Strömung der Entwicklerflüssigkeit in der Kammerrakel nicht gezielt geführt wird. Daher können Wirbel auftreten und Luftbläschen eingeschleppt werden. Zudem erfolgt die Befüllung der Näpfchen der Rasterwalze ohne Potentialunterstützung, so dass der Übergang der Tonerteilchen auf die Rasterwalze eingeschränkt ist. Dadurch ist der erzielbare Tonerantrag pro Flächenelement eingeschränkt und damit der Einfärbebereich bzw. die Geschwindigkeit des Übergangs der Entwicklerflüssigkeit auf die Rasterwalze und damit die erreichbare Prozessgeschwindigkeit bei konstanter Einfärbung.
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Aus
DE 44 08 615 A1 ist der Aufbau einer Rasterwalze bekannt, die mit einer Kammerrakel zusammenarbeitet. Um die Form der Näpfchen der Rasterwalze zu vergrößern, wird an die Kammerrakel und die Rasterwalze eine Spannung angelegt. Die Rasterwalze ist derart aufgebaut, dass die Form der Näpfchen durch eine elektrische Spannung veränderbar ist.
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Die Reinigung der Applikatorwalze vom Restbild, das nach der Entwicklung der Potentialbilder auf der Applikatorwalze verbleibt, erfolgt nach
EP 0 727 720 B1 (=
US 6,029,036 A ) durch eine an der Applikatorwalze anliegende Rakel. Damit wird aber eine elastische Beschichtung der Applikatorwalze, die für die Nipausbildung zum Zwischenbildträger erforderlich ist, schnell verschlissen. Wenn der Andruck der Rakel dagegen zu schwach ist, wird eine geringe Reinigungseffizienz in Kauf genommen, was bei hoher Druckauslastung (Flächendeckungsgrad des Druckbildes) zu Memory-Effekten führt, da nicht jede Stelle der Applikatorwalze nach einem Zyklus die gleiche Tonermenge/Fläche aufweist. Die Reinigung der Applikatorwalze kann auch durch eine Reinigungswalze mit Rakel erfolgen,
DE 10 2005 055 156 B3 .
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Das von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit denen eine stabile, gleichmäßig hohe Einfärbung der Potentialbilder auf einem Zwischenbildträger bei elektrostatischen Druckverfahren erreicht werden kann. Dabei soll eine hohe Druckgeschwindigkeit möglich sein. Weitere Aufgaben sind das Erreichen
- – einer stabilen, gleichmäßigen und hohen Einfärbung der Potentialbilder;
- – einer stabilen Einfärbung für hohe Druckgeschwindigkeit;
- – einer hohen Prozessstabilität (Langzeitstabilität)
• für einen großen Flächendeckungsbereich (0–100%);
• für einen großen Prozessgeschwindigkeitsbereich (0,3 bis 5 m/sec); • bei minimierter Belastung der Entwicklerflüssigkeit;
- – einer hohen Druckqualität durch optimierte Ablagerung des Toners auf dem Zwischenbildträger;
- – eines großen Aufzeichnungsträgerspektrums durch Anpassung der ausgetragenen Trägerflüssigkeit.
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Diese Probleme werden gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 31 gelöst.
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Diese Aufgaben werden somit durch eine Entwicklervorrichtung gelöst
- – die eine Applikatoreinrichtung aufweist, die benachbart dem Zwischenbildträger angeordnet ist und zur Entwicklung der Potentialbilder die Entwicklerflüssigkeit an dem Zwischenbildträger vorbeiführt,
- – die eine Zuführeinrichtung aufweist, die die Entwicklerflüssigkeit der Applikatoreinrichtung zuführt und die einen Überlauf vorsieht, über den überschüssige nicht auf die Applikatoreinrichtung übertragene Entwicklerflüssigkeit abgeführt wird,
- – die eine Konditioniereinrichtung benachbart der Applikatoreinrichtung aufweist, die von der Applikatoreinrichtung Trägerflüssigkeit übernimmt und über einen Ablauf abführt,
- – die eine Reinigungseinrichtung benachbart der Applikatoreinrichtung aufweist, die von der Applikatoreinrichtung die nach der Entwicklung der Potentialbilder verbliebene Rest-Entwicklerflüssigkeit abreinigt und einer bei der Reinigungseinrichtung angeordneten Halbkammer zuführt, wobei der Überlauf von der Zuführeinrichtung und der Ablauf von der Konditioniereinrichtung ebenfalls in die Halbkammer der Reinigungseinrichtung geleitet werden.
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Die Entwicklervorrichtung kann dabei mit folgenden Schritten arbeiten, um die obigen Aufgaben zu lösen:
- – die Entwicklerflüssigkeit wird durch die eine Kammerrakel und eine Rasterwalze aufweisende Zuführeinrichtung in niedriger Tonerkonzentration aus einer Mischeinrichtung für die Entwicklerflüssigkeit entnommen,
- – die Entwicklerflüssigkeit wird beim Übergang von der Kammerrakel in die Näpfchen der Rasterwalze an Toner konzentriert, wobei die überschüssige Entwicklerflüssigkeit über einen Überlauf der Kammerrakel einer Halbkammer der Reinigungseinrichtung zugeführt wird,
- – die Entwicklerflüssigkeit wird in aufkonzentrierter Form von der Rasterwalze auf eine Applikatorwalze übertragen,
- – die Entwicklerflüssigkeit auf der Applikatorwalze wird durch eine auf der Applikatorwalze ablaufenden Konditionierwalze durch Übernahme von Trägerflüssigkeit an Toner weiter konzentriert, wobei die übernommene Trägerflüssigkeit der Halbkammer der Reinigungseinrichtung zugeführt wird,
- – die Entwicklerflüssigkeit in konzentrierter Form wird durch die Applikatorwalze an dem Zwischenbildträger vorbeigeführt, um die Potentialbilder zu entwickeln,
- – die auf den Zwischenbildträger nicht übertragene Rest-Entwicklerflüssigkeit auf der Applikatorwalze wird von einer Reinigungswalze der Reinigungseinrichtung in die Halbkammer abgreinigt.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dem Zwischenbildträger eine optimal an Toner konzentrierte Entwicklerflüssigkeit zugeführt. Dabei wird jedoch überschüssige Entwicklerflüssigkeit und Trägerflüssigkeit in die Halbkammer der Reinigungseinrichtung abgeleitet und dort mit der abgereinigten Rest-Entwicklerflüssigkeit vermischt mit der Folge, dass die Tonerkonzentration der Entwicklerflüssigkeit in der Halbkammer gering ist und die Beweglichkeit des Toners dann groß ist, so dass bei einer Rückführung der Entwicklerflüssigkeit in eine Mischeinrichtung der Tonerstress reduziert wird. Dieser Vorteil wird noch erhöht, wenn nach der Entwicklung der Potentialbilder mit Hilfe einer Rückführwalze Trägerflüssigkeit vom Zwischenbildträger abgenommen wird und diese Trägerflüssigkeit der Reinigungswalze zugeleitet wird bevor diese die Rest-Entwicklerflüssigkeit von der Applikatorwalze abreinigt.
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Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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An Hand eines Ausführungsbeispieles, das in den Figuren dargestellt ist, wird die Erfindung weiter erläutert.
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Es zeigen:
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2 den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt die Komponenten eines Drucksystems DS, wie es aus
DE 10 2005 055 156 B3 bekannt ist, DE 10 2005 055 156 B3 wird hiermit in die Offenbarung einbezogen. Entlang einem Zwischenbildträger
1, in
1 einer Fotoleitertrommel, ist eine Regenerationsbelichtung
2, eine Aufladestation
3, ein Element
4 zur bildmäßigen Belichtung, eine Entwicklervorrichtung
5, eine Transfereinheit
6 zum Umdruck der entwickelten Potentialbilder auf einen Aufzeichnungsträger
7 und ein Element
8 zur Reinigung der Fotoleitertrommel
1 angeordnet. Die Transfereinheit
6 weist eine elastische Transferwalze
60, eine Gegendruckwalze
62 und eine Reinigungseinheit
63 auf.
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Von den in
1 aufgeführten entlang der Fotoleitertrommel
1 angeordneten Komponenten wird im folgenden die Entwicklervorrichtung
5 näher behandelt, der Aufbau und die Funktion der übrigen Komponenten ist bekannt und kann z. B.
DE 10 2005 055 156 B3 entnommen werden.
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Die bekannte Entwicklervorrichtung 5 nach 1 weist eine Zuführeinrichtung 51, eine Applikatoreinrichtung 52, eine Reinigungseinrichtung 53 und evtl. eine Konditioniereinrichtung 54 (in 1 nicht dargestellt) auf. Dabei sind in 1 als Zuführeinrichtung 51 eine Kammerrakel 511 mit Rasterwalze 510, als Applikatoreinrichtung 52 eine Applikatorwalze 520 und als Reinigungseinrichtung 53 eine Reinigungswalze 530 vorgesehen. Die Entwicklerflüssigkeit wird dem Zulauf 513 der Kammerrakel 511 von einer Mischeinrichtung MS zugeführt und gelangt von dort auf die Rasterwalze 510 und von dort auf die Applikatorwalze 520. Die überschüssige Entwicklerflüssigkeit in der Kammer 512 wird über einen Überlauf 514 in die Mischeinrichtung MS zurück geleitet. Die Applikatorwalze 520 führt dann die Entwicklerflüssigkeit an dem Zwischenbildträger 1 zur Einfärbung der Potentialbilder vorbei. Die nach der Einfärbung der Potentialbilder auf der Applikatorwalze 520 verbliebene Rest-Entwicklerflüssigkeit wird durch die Reinigungswalze 530 abgereinigt und wieder der Mischeinrichtung MS zugeleitet.
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Von einer Entwicklervorrichtung nach 1 wird bei der Erläuterung der Erfindung ausgegangen, darum werden die Bezeichnungen der Elemente der Entwicklervorrichtung soweit wie möglich beibehalten, ohne dass die Erfindung auf die Ausführungform der 1 beschränkt werden soll.
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Die Ausführungsform der 2 weist ebenfalls eine Zuführeinrichtung 51, eine Applikatoreinrichtung 52, eine Reinigungseinrichtung 53 und eine Konditioniereinrichtung 54 auf. Hinzu kommt eine Rückführeinrichtung 55. Diese Einrichtungen transportieren Entwicklerflüssigkeit zum Zwischenbildträger 1 bzw. nehmen Trägerflüssigkeit vom Zwischenbildträger 1 ab. Die Elemente, die zum Transport der Entwicklerflüssigkeit eingesetzt werden, können Walzen oder Bänder sein. In der folgenden Erläuterung wird von Walzen ausgegangen, ohne dass die Erfindung auf Walzen beschränkt werden soll. An die Stelle der Walzen können somit auch Bänder treten. Damit wird in der folgenden Erläuterung der Erfindung als Zuführeinrichtung 51 eine Kammerrakel 511 mit einer Rasterwalze 510, als Applikatoreinrichtung 52 eine Applikatorwalze 520, als Konditioniereinrichtung 54 eine Konditionierwalze 540, als Reinigungseinrichtung 53 eine Reinigungswalze 530 und als Rückführeinrichtung 55 eine Rückführwalze 550 angenommen. Die Entwicklerflüssigkeit weist dabei zumindest eine isolierende Trägerflüssigkeit mit darin dispergierten geladenen Farbstoffteilchen (Toner) auf, wobei die Ladung des Toners positiv oder negativ sein kann. Im Folgenden wird bei der Erläuterung von einem positiv geladenen Toner ausgegangen.
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Die grundsätzliche Arbeitsweise der Entwicklervorrichtung 5 wird nachfolgend aufgezählt:
- – Die Entwicklerflüssigkeit wird über die Rasterwalze 510 an die Applikatorwalze 520 herangeführt, wobei die Tonerkonzentration in der Entwicklerflüssigkeit so erhöht wird, dass diese ausreichend ist für die Einfärbung der Potentialbilder auf dem Zwischenbildträger 1.
- – Die Tonerkonzentration wird dabei auf ein gutes Fließverhalten optimiert. Das bedeutet ein gutes Entleerungsverhalten aus der Rasterwalze 510 und eine ausreichende Vergleichmäßigung des Films an Entwicklerflüssigkeit auf der Applikatorwalze 520.
- – Der auf der Applikatorwalze 520 aufgetragene Film aus Entwicklerflüssigkeit wird durch die Konditionierwalze 540 modifiziert. Dabei wird der Toner zur Applikatorwalze 520 mit Hilfe einer Spannung UKW gedrückt. Über die Konditionierwalze 540 wird zudem Trägerflüssigkeit von der Applikatorwalze 520 abgenommen und einer in der Reinigungseinrichtung 53 angeordneten Halbkammer 532 zugeführt.
- – Anschließend gelangt der konditionierte Film aus Entwicklerflüssigkeit in die Kontaktzone zwischen Applikatorwalze 520 und Zwischenbildträger 1 zur Bildentwicklung. Die elektrischen Potentiale an Applikatorwalze 520 und Zwischenbildträger 1 sind so gewählt, dass in den Bildstellen Toner auf den Zwischenbildträger 1 übergeht und in den Nichtbildstellen der angetragene Toner nicht auf den Zwischenbildträger 1 übergeht. Zudem wird auch Trägerflüssigkeit auf den Zwischenbildträger 1 übertragen.
- – Die nach der Entwicklung auf der Applikatorwalze 520 verbliebene Rest-Entwicklerflüssigkeit vom Restbild wird durch die Reinigungswalze 530 von der Applikatorwalze 520 abgereinigt. Dabei wird über die im Kontakt mit der Applikatorwalze 520 stehende Reinigungswalze 530 und eine elektrische Spannung zwischen diesen Walzen (UAW/ReW) das Restbild auf die Reinigungswalze 530 übertragen. Eine nachfolgend an der Reinigungswalze 530 angeordnete Reinigungsrakel 531 entfernt das Restbild und leitet es in die Halbkammer 532. Der abgerakelte Toner und Trägerflüssigkeit wird von dort zu der Mischeinrichtung MS zurückgeführt (1). Aus dieser Mischeinrichtung MS wird die Zufuhr von Entwicklerflüssigkeit zur Zuführeinrichtung 51 gespeist.
- – Eine weitere Reduzierung von Trägerflüssigkeit auf dem Zwischenbildträger 1 kann mit Hilfe der Rückführwalze 550 stattfinden, mit der Folge, dass der Austrag von Trägerflüssigkeit auf den Aufzeichnungsträger 7 reduziert wird. Gleichzeitig kann die abgenommene Trägerflüssigkeit der Reinigungswalze 530 zugeführt werden, um die Aufnahme der Rest-Entwicklerflüssigkeit zu erleichtern. Diese Ausführungsform ist besonders bei extremen Druckmodi vorteilhaft.
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Der ausführlichere Aufbau der Zuführeinrichtung 51 kann 2 entnommen werden. Diese enthält die Kammerrakel 511 mit der Kammer 512, den Zulauf 513, den Überlauf 514 und die Rasterwalze 510 mit den Näpfchen und Stegen. Innerhalb der zu der Rasterwalze 510 offenen Kammer 512 der Kammerrakel 511 ist mindestens ein isoliertes Strömungselement 518 benachbart der Rasterwalze 510 angeordnet, an das ein elektrisches Potential URW_Pot-element gelegt werden kann. Das Strömungselement 518 liegt parallel zu der Rasterwalze 510 und erstreckt sich über die Breite der Kammer 512. Es kann an Seitenwänden der Kammer 512 elektrisch isoliert befestigt sein und kann aus einem elektrisch leitfähigen Profilelement bestehen. Die Kammer 512 kann ebenfalls an einem elektrischen Potential liegen, ebenso die Rasterwalze 510 an einem Potential URW.
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Die ausreichende Zufuhr von Toner in der Entwicklerflüssigkeit in die Näpfchen der Rasterwalze 510, die notwendig für eine hohe Einfärbung der Potentialbilder auf dem Zwischenbildträger 1 bei hoher Druckgeschwindigkeit ist, wird durch ein ausreichende Zufuhr und Verteilung der Entwicklerflüssigkeit in der Kammerrakel 511 und durch eine elektrische Feldunterstützung innerhalb der Kammerrakel 511 erreicht. Dabei ist ein Optimum aus durchströmenden Volumen der Entwicklerflüssigkeit entlang der Rasterwalze 510 und der erreichbaren elektrischen Feldstärke infolge des Abstandes zwischen Rasterwalze 510 und dem mit dem Potential URW_Pot-element versehenen Strömungselement 518 erforderlich.
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Die zugeführte Entwicklerflüssigkeit wird über den Zulauf 513 in der Kammerrakel 511 derart verteilt,
- – dass die über den Zulauf 513 zugeführte Flüssigkeitsmenge stets größer oder gleich der Menge ist, die über die Näpfchen der Rasterwalze 510 und den Überlauf 514 abfließen kann;
- – dass die überschüssige Menge an Entwicklerflüssigkeit, die an Toner verarmt ist, über den Überlauf 514 abfließen kann und der Halbkammer 532 der Reinigungseinrichtung 53 zugeführt wird;
- – dass das in der Kammer 512 angeordnete Strömungselement 518 die Verteilung der Entwicklerflüssigkeit quer zur Druckrichtung ermöglicht und unterstützt;
- – dass das Strömungselement 518 zur Rasterwalze 510 und zur Innenkontur der Kammer 512 derart angeordnet und geformt ist, dass keine Diskontinuitäten der Entwicklerflüssigkeit im Strömungsquerschnitt auftreten können und als Ergebnis eine Strömung im Spalt zwischen dem Strömungselement 518 und Rasterwalze 510 entsteht, die gleichgerichtet zur Bewegungsrichtung der Oberfläche der Rasterwalze 510 ist.
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Die Anordnung und Kontur des Strömungselements 518 bewirkt dabei, dass keine Feldstärkespitzen entstehen und der Bereich zwischen dem Strömungselement 518 und der Rasterwalze 510 stets mit Entwicklerflüssigkeit gefüllt ist. Entsprechend ist die erreichbare Feldstärke deutlich höher als die Luftdurchbruchfeldstärke und liegt im Bereich zwischen 10 bis 400 V/cm, bevorzugt 30–100 V/cm.
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Durch diese Realisierung der Zuführeinrichtung 51 werden die Näpfchen der Rasterwalze 510 durch Feldunterstützung zwischen dem Strömungselement 518 und der Rasterwalze 510 definiert mit Toner befüllt. Die Tonerkonzentration wird dabei erst beim Befüllen der Näpfchen der Rasterwalze 510 erhöht, es kann also vorher eine niedrig konzentrierte und damit besser fließfähige Entwicklerflüssigkeit dosiert werden.
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Aus 2 ergibt sich weiterhin der Aufbau der Konditioniereinrichtung 54 mit einer Konditionierwalze 540. Diese befindet sich in Kontakt mit dem Entwicklerflüssigkeitsfilm auf der Applikatorwalze 520. Die Konditionierwalze 540 ist mit einem separaten elektrischen Potential UKW versehen, das höher ist als das elektrische Potential der Applikatorwalze UAW. Die resultierende Spannung zwischen Konditionierwalze 540 und Applikatorwalze 520 liegt im Bereich von 10 V bis 2000 V, vorzugsweise im Bereich von 200 V bis 1000 V. Die Applikatorwalze 520 und die Konditionierwalze 540 rollen aufeinander ab. Die Oberflächengeschwindigkeit der Konditionierwalze 540 beträgt 0,8:1 bis 1:0,8, vorzugsweise 1:1 im Vergleich zu der Applikatorwalze 520. Die Tonerteilchen werden hier ebenfalls von der Oberfläche des Entwicklerflüssigkeitsfilms zur Applikatorwalze 520 hin verdrängt.
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Durch die geeignete Wahl des Durchmessers der Konditionierwalze 540 wird zusätzlich eine Trennströmung zwischen Konditionierwalze 540 und Applikatorwalze 520 erzeugt. Der Durchmesser der Konditionierwalze 540 ist dazu im Bereich von 0,1 bis 0,7 des Durchmessers der Applikatorwalze 520 gewählt, vorzugsweise 0,2 bis 0,5. Die Trennströmung weist aufgrund des geringen Durchmessers der Konditionierwalze 540 einen ausgeprägten Geschwindigkeitsvektor senkrecht zur Oberfläche der Applikatorwalze 520 auf. Die bei der Filmspaltung nach dem Walzenkontakt entstehende Störung der Flüssigkeitsschichtdicke weist eine geringe Periodenlänge (< 100 μm) und gleichzeitig geringe Amplitude auf. Dies bewirkt eine makroskopische Glättung der Flüssigkeitsoberfläche, dementsprechend eine gleichmäßige Verteilung der Tonerteilchen auf der Applikatorwalze 520 und nachfolgend im Druckbild.
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An der Konditionierwalze 540 kann eine Konditionierrakel 542 angeordnet sein. Die Konditionierrakel 542 entfernt die auf der Konditionierwalze 540 befindliche Trägerflüssigkeit, die aufgrund des anliegenden elektrischen Feldes von Tonerteilchen verarmt ist und führt diese in eine Auffangrinne 541. Entsprechend weist der auf der Applikatorwalze 520 verbleibende Film an Entwicklerflüssigkeit eine erhöhte Konzentration von Toner bei gleichzeitig geringerer Schichtdicke der Entwicklerflüssigkeit auf. Die Feldstärke im Spalt zwischen Zwischenbildträger 1 und Applikatorwalze 520 wird durch die unverändert anliegenden elektrischen Potentiale und den Abstand zwischen beiden bestimmt. Der Abstand reduziert sich entsprechend der reduzierten Schichtdicke der Entwicklerflüssigkeit und führt daher zu einer für den Entwicklungsvorgang vorteilhaften höheren Feldstärke im Spalt zwischen Zwischenbildträger 1 und Applikatorwalze 520.
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Die Auffangrinne 541 weist einen Ablauf auf, der mit der Halbkammer 532 der Reinigungseinrichtung 53 verbunden ist. Damit wird der Halbkammer 532 Trägerflüssigkeit zugeführt, durch die die Tonerkonzentration in der Halbkammer 532 verringert wird mit der Folge, dass die Viskosität der Rest-Entwicklerflüssigkeit kleiner wird und die Rest-Entwicklerflüssigkeit leichter transportiert werde kann.
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Die Reinigungseinrichtung 53 weist nach 2 eine Reinigungswalze 530 auf, die breiter als die Applikatorwalze 520 ist und die von der Applikatorwalze 520 das dort verbliebene Restbild abreinigt. An der Reinigungswalze 530 liegt eine Reinigungsrakel 531 an, die das von der Reinigungswalze 530 von der Applikatorwalze 520 abgereinigte Restbild abgestreift. Die Reinigungsrakel 531 ist Teil einer Halbkammer 532, die eine Wanne 533 und einen Ablauf 534 aufweist, der z. B. mit der Mischeinrichtung MS verbunden sein kann. Optional kann ein Füllstandssensor 537 vorgesehen werden, um den Ablauf der Rest-Entwicklerflüssigkeit zur Mischeinrichtung MS zu steuern.
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Die an der Reinigungswalze 530 angeordnete Reinigungsrakel 531 ist in die Halbkammer 532 integriert. Die Halbkammer 532 weist seitliche Abdichtungen, die Reinigungsrakel 531 und die Halbkammer 532 auf. Damit wird erreicht, dass die durch die Reinigungsrakel 531 von der Reinigungswalze 530 abgestreifte Rest-Entwicklerflüssigkeit in die Halbkammer 532 fließt. Die Halbkammer 532 ist derart gestaltet, dass ein Pegel an Entwicklerflüssigkeit gehalten wird, der oberhalb der Reinigungsrakel 531 liegt mit der Folge, dass auf der Reinigungswalze 530 befindlicher Toner in die vorhandene Menge an Entwicklerflüssigkeit dispergiert. Dazu kann entweder ein Überlauf 534 oberhalb des Niveaus der Reinigungsrakel 531 oder eine über den Füllstandssensor 537 einstellbare Abführpumpe (in 2 nicht dargestellt) vorgesehen werden.
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Benachbart dem Zwischenbildträger 1 kann hinter der Einfärbungsstelle der Potentialbilder in Bewegungsrichtung des Zwischenbildträgers 1 gesehen eine Rückführwalze 550 angeordnet werden, die Trägerflüssigkeit vom Zwischenbildträger 1 abnimmt. Die Rückführwalze 550 hat dabei ein elektrisches Potential UFL-RW, das im Bereich des Aufladepotentials (+/–30%) des Zwischenbildträgers 1 (d. h. der Nichtbildstellen) und damit über dem elektrischen Potential der Reinigungswalze 530 liegt. Damit ist sicher gestellt, dass geladener Toner nicht vom Zwischenbildträger 1 auf die Rückführwalze 550 übertragen wird. Wenn die Rückführwalze 550 zudem benachbart der Reinigungswalze 540 angeordnet wird, wird wegen der unterschiedlichen elektrischen Potentiale auch kein Toner von der Reinigungswalze 540 auf die Rückführwalze 550 übertragen. Die Funktion der Rückführwalze 550 besteht darum in der teilweisen Rückübertragung von Trägerflüssigkeit vom Zwischenbildträger 1 auf die Reinigungswalze 530.
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Der Einsatz einer Rückführwalze 550 ist bei folgenden Betriebsmodi des Drucksystem DS besonders vorteilhaft:
- – Bei sehr geringen Flächendeckungen (< 3%) der zu druckenden Information. Sonst würde zu viel Trägerflüssigkeit auf den Aufzeichnungsträger 7 ausgeführt.
- – Bei besonders geringen Druckgeschwindigkeiten, da die lange Einwirkzeiten zu einem erhöhten Tonerstress in der Reinigung führen können.
- – Bei stark schwankenden Flächendeckungen (> 50% Schwankung) bei zwei aufeinander folgende Umdrehungen.
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Die in den Einrichtungen verwendeten Walzen (Rasterwalze 510, Reinigungswalze 530, Konditionierwalze 541, Applikatorwalze 520, Rückführwalze 550) weisen jeweils Oberflächenbeschichtungen auf, die so gewählt werden,
- – dass über direkten Kontakt (z. B. Stege der Rasterwalze 510 auf Applikatorwalze 520, Reinigungswalze 530 oder Konditionierwalze 540 auf Applikatorwalze 520) kein oder nur ein derart geringer elektrischer Strom fließt, dass unterschiedliche elektrische Potentiale der Walzen durch die angeschlossenen Netzteile stabil gehalten werden können (Strom vorzugsweise < 100 μA/lm Walzenbreite; Potentialschwankungen vorzugsweise < +/–10 V),
- – dass die Strom begrenzende Beschichtung dabei (vorzugsweise) nicht auf der Applikatorwalze 520 und der Rückführwalze 550, sondern auf der jeweils anliegenden Walze (510, 530, 540) aufgebracht ist,
• um eine leitfähige Beschichtung der Applikatorwalze 520 zu gewährleisten (spezifischer Widerstand < 107 Ω·cm),
- – dass die Strom begrenzende Beschichtung auf der Rasterwalze 510, Reinigungswalze 530 und Konditionierwalze 540 im Bereich zwischen 108 Ω·cm und 1010 Ω·cm, vorzugsweise 5·108 und 5·109 Ω·cm liegt, wobei der über diese Beschichtungen auftretende Spannungsabfall < 100 V beträgt;
- – dass somit an jeder Kontaktstelle der Walzen eine Strombegrenzung vorhanden ist.
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Gleichzeitig sind die Walzenwiderstande derart gewählt, dass sie stets kleiner als der spezifische Widerstand der Entwicklerflüssigkeit sind. Damit wird das für die Tonerübertragung verfügbare elektrische Feld maximiert.
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Die Beschichtung der elastischen Applikatorwalze 520 und der elastischen Rückführwalze 550 kann einen spezifischen Widerstand im Bereich zwischen 105 bis 107 Ω·cm aufweisen, die Widerstandsschwankungen können < +/–20% (vorzugsweise < +/–10%) betragen, die Schichtdicke liegt zwischen 4 und 12 mm, vorzugsweise 7 bis 10 mm. Als Material kann u. a. NBR(Nitrile Butadiene)-Gummi oder PUR(Polyurethan)-Gummi gewählt werden. Wenn die Beschichtung der Applikatorwalze 520 und der Rückführwalze 550 zwei Schichten aufweist, kann die äußere Schicht aus PVDF (Polyvinylidenfluorid), ECO (Epichlorohydrin), Fluorelastomer, Teflon bestehen und eine Schichtdicke < 0,7 mm haben, die innere Schicht aus einem der oben angegebenen Materialien bestehen.
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Die Beschichtung der Rasterwalze 510 und der Reinigungswalze 530 kann einen Widerstand zwischen 108 Ω·cm und 1010 Ω·cm und eine Schichtdicke zwischen 10 und 400 μm, vorzugsweise zwischen 50 und 200 μm, aufweisen. Als Material kann u. a. HartCoat, Keramik (Al-Oxid, Chromoxid, Titanoxid oder eine Mischung daraus) gewählt werden.
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Wie sich aus der Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt, sind alle Funktionselemente mit einem definierten elektrischen Potential versehen. Für die Wahl der Potentiale sind folgende Gesichtspunkte gewählt worden:
- – alle Potentiale ergeben sich aus der Überlagerung eines Gleichspannungs- und Wechselspannungsanteils; dabei kann jeder Anteil null sein;
- – alle Walzen (Bänder), also die Applikatorwalze 520, die Rasterwalze 510, die Reinigungswalze 530, die Konditionierwalze 540 und die Rückführwalze 550 sind mit einem separaten Potential versehen;
- – die Kammerrakel 511 hat vorzugsweise gleiches Potential wie die Rasterwalze 510, optional auch höheres Potential im Vergleich zur Rasterwalze 510;
- – die Reinigungsrakel 531 und die Halbkammer 532 (seitliche Abdichtung) haben vorzugsweise das gleiche Potential wie die Reinigungswalze 530, optional auch ein höheres Potential;
- – das Potential des Strömungselements 518 ist oben beschrieben worden.
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Die Potentiale werden bei den Walzen (510, 520, 530, 540, 550) an die Innenseite der Walzen (510, 520, 530, 540, 550) angelegt, bei Bändern an deren Innenseite.
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Die Oberflächenbeschichtungen der Walzen bilden ein System aus aneinander angepassten spezifischen Widerständen ρ. Dabei gilt:
- – ρ(Rasterwalze) > ρ(Applikatorwalze);
- – ρ(Reinigungswalze) > ρ(Applikatorwalze);
- – ρ(Konditionierwalze) > ρ(Applikatorwalze).
- – ρ(Reinigungswalze) > ρ(Rückführwalze).
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Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zusammengefasst im folgenden Merkmalen zu sehen:
- – Der Toner wird innerhalb der Entwicklerflüssigkeit auf jedem Funktionselement (Rasterwalze, Applikatorwalze, Reinigungswalze) definiert abgelagert bzw. abgenommen. Dadurch werden Schwankungen des Toners (Ladung, Durchmesser) kompensiert.
- - Für jeden Schritt des Transports der Entwicklerflüssigkeit von Walze zu Walze wird die optimale Tonerkonzentration eingestellt:
1) Ausgegangen wird von einer mittleren Tonerkonzentration für gute Fließfähigkeit der Entwicklerflüssigkeit für den Tonerantrag an die Zuführeinrichtung 51 (z. B. der Befüllung der Rasterwalzenkammer 512).
2) Aufkonzentration erfolgt im Antrag an die Applikatorwalze 520 (in einer Ausführung der Rasterwalze 510 durch Feld unterstützte Befüllung) für einen möglichst effizienten Tonerantrag.
3) Weitere Aufkonzentration erfolgt über eine Konditionierung durch die Konditionierwalze 540 inklusiv der Ausbildung einer dünnen Deckschicht aus Trägerflüssigkeit für den folgenden Schritt der Bildentwicklung auf dem Zwischenbildträger 1.
4) Reduzierung der ausgetragenen Trägerflüssigkeitsmenge wird auf den Zwischenbildträger 1 für eine bessere Fixierbarkeit durchgeführt.
5) Direkte Rückführung von an Toner verarmter Entwicklerflüssigkeit zur Halbkammer 532 der Reinigungseinrichtung 53 erfolgt
- – aus dem Überlauf der Kammerrakel 511;
- – von der Konditionierrakel 542 der Konditionierwalze 540 in die Halbkammer 532 der Reinigungseinrichtung 53;
- – durch den Antrag der Trägerflüssigkeit von der Rückführwalze 550 vollflächig auf die Reinigungswalze 530;
da dort ein möglichst gering konzentrierte Entwicklerflüssigkeit zu guter Beweglichkeit des Toners und infolge davon zu einem reduzierten Tonerstress und damit zu einer besseren Stabilität führt.
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Die Rückführungen innerhalb der Entwicklervorrichtung 5 führen außerdem zu einer Reduzierung der erforderlichen Volumenströme an Entwicklerflüssigkeit, die zum Zwischenbildträger 1 hin und weg befördert werden müssen. Schwankungen durch unterschiedliche Druckauslastungen können damit schneller ausgeglichen werden.
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Die Verwendung einer Konditionierwalze 540 im Kontakt zur Applikatorwalze 520 und der angelegten elektrischen Potentiale ergibt die folgenden Vorteile:
- 1) Sie führt zur Ausbildung eines Films, der an der Oberfläche der Konditionierwalze 540 vorwiegend aus Trägerflüssigkeit besteht und an der Oberfläche der Applikatorwalze 520 mit Toner aufkonzentriert ist. Die Filmspaltung erfolgt dann vorwiegend in der Teilschicht aus Trägerflüssigkeit. Damit befindet sich im nächsten Prozessschritt eine dünne Schicht aus Trägerflüssigkeit an der Film-Oberfläche, wodurch die unbeabsichtigte Ablagerung in Nichtbildstellen auf dem Zwischenbildträger 1 vermieden wird. Alternativ kann dadurch eine höhere Prozessgeschwindigkeit erreicht werden.
- 2) Die geeignete Wahl der Durchmesser der Walzen und der einstellbaren Relativgeschwindigkeit führt zu einer Stabilisierung der Filmspaltung im Nip zwischen Applikatorwalze 520 und Konditionierwalze 540 und damit zu einer Glättung des Films an Entwicklerflüssigkeit auf der Applikatorwalze 520 und zu einer gleichmäßigeren Ablagerung auf dem Zwischenbildträger 1.
- 3) Über das Abrakeln der auf der Konditionierwalze 540 befindlichen Trägerflüssigkeit wird die Tonerkonzentration des auf der Applikatorwalze 520 zurück gebliebenen Films an Trägerflüssigkeit erhöht. Im Kontakt zwischen Applikatorwalze 520 und Zwischenbildträger 1 führt eine höher konzentrierte Entwicklerflüssigkeit zu einer geringeren Filmdicke und damit zu einer Erhöhung des elektrischen Feldes zwischen Applikatorwalze 520 und Zwischenbildträger 1 und somit zu einer Verbesserung der Ablagerung insbesondere für hohe Prozessgeschwindigkeiten.
- 4) Die von der Rückführwalze 550 rückgewonnene Trägerflüssigkeit wird in die Reinigungseinrichtung 53 zurückgeführt und damit die Tonerkonzentration der abzureinigenden Entwicklerflüssigkeit reduziert.
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Die Verwendung der Rückführwalze 550 und der angelegten elektrische Potentiale ermöglichen die Steuerung der ausgetragenen Trägerflüssigkeitsmenge ohne eine Rückübertragung von Toner, so dass
- 1) keine unnötige Trägerflüssigkeit über die weiteren Nipstellen zum Aufzeichnungsträger 7 und damit aus dem Drucksystem DS ausgetragen wird;
- 2) die rückgewonnene Trägerflüssigkeit an die Reinigungswalze angetragen wird und damit die Tonerkonzentration der abzureinigenden Entwicklerflüssigkeit reduziert wird.
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Bezugszeichenliste
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- DS
- Drucksystem
- MS
- Mischeinrichtung
- 1
- Zwischenbildträger
- 2
- Regenerationsbelichtung
- 3
- Aufladestation
- 4
- Bildmäßige Belichtung
- 5
- Entwicklereinrichtung
- 6
- Transfereinheit
- 7
- Aufzeichnungsträger
- 8
- Reinigungselement
- 61
- Transferwalze
- 62
- Gegendruckwalze
- 63
- Reinigungseinheit
- 51
- Zuführeinrichtung
- 52
- Applikatoreinrichtung
- 53
- Reinigungseinrichtung
- 54
- Konditioniereinrichtung
- 55
- Rückführeinrichtung
- 510
- Rasterwalze
- 511
- Kammerrakel
- 512
- Kammer der Kammerrakel
- 513
- Zulauf
- 514
- Überlauf
- 518
- Strömungselement
- 520
- Applikatorwalze
- 530
- Reinigungswalze
- 531
- Reinigungsrakel
- 532
- Halbkammer
- 533
- Wanne der Halbkammer
- 534
- Ablauf der Halbkammer
- 540
- Konditionierwalze
- 541
- Konditionierrakel
- 542
- Auffangrinne
- 550
- Rückführwalze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/013013 A2 [0003, 0004]
- WO 7463851 B2 [0003]
- DE 102005055156 B3 [0003, 0006, 0015, 0017, 0018]
- US 2008/0279597 [0003]
- EP 1097813 A2 [0004]
- DE 4408615 A1 [0005]
- EP 0727720 B1 [0006]
- US 6029036 A [0006]