DE102013200190A1

DE102013200190A1 - Effizientes schmelzen und fixieren für Toner, umfassend optothermische Elemente

Info

Publication number: DE102013200190A1
Application number: DE102013200190A
Authority: DE
Inventors: Yuanjia Zhang; Mandakini Kanungo; Samir Kumar; Faming Li
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2013-07-18
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: US8718528B2; JP2013148895A; DE102013200190B4; JP5965323B2; US20130183073A1

Abstract

Verschiedene Ausführungsformen stellen Materialien, Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen eines Bildes bereit. Eine beispielhafte Bildgebungsvorrichtung kann eine oder mehrere Lichtquellen enthalten, die konfiguriert sind, um Tonerbilder zu behandeln, nachdem diese auf ein Bildaufnahmesubstrat (z. B. ein Kopierblatt) übertragen wurden. Die Tonerbilder können aus einem optothermischen Toner, der optothermische Elemente in einer Tonerzusammensetzung enthält, erzeugt werden. Das Fixierteilsystem kann in der offenbarten Bildgebungsvorrichtung ausgebildet sein oder auch nicht.

Description

Ein Lichtbild eines zu kopierenden Originals kann in einer herkömmlichen elektrostatographischen Vervielfältigungsvorrichtung in Form eines latenten elektrostatischen Bildes auf einem Bildgebungsaufnahmeelement aufgezeichnet werden, und das latente Bild kann danach durch Anwendung von elektroskopischen thermoplastischen Harzpartikeln sichtbar gemacht werden, die allgemein als Toner bezeichnet werden.
1 zeigt eine herkömmliche Bildgebungsvorrichtung, wobei ein Bildgebungsaufnahmeelement 110 wie ein photosensitives Element oder ein Photorezeptor auf seiner Oberfläche mithilfe einer Ladeeinrichtung 112, die mit einer Stromversorgung 111 mit Spannung versorgt werden kann, geladen werden kann. Das Bildgebungsaufnahmeelement 110 kann danach bildweise gegenüber Licht von einem optischen System oder einer Bildeingabevorrichtung 113 ausgesetzt werden, um darauf ein elektrostatisches latentes Bild zu erzeugen. Im Allgemeinen kann das latente elektrostatische Bild entwickelt werden, indem es mit einem Entwicklergemisch aus einer Entwicklerstation 114 in Kontakt gebracht wird. Die Entwicklung kann durch die Verwendung einer magnetischen Bürste, einer Pulverwolke oder anderen bekannten Entwicklungsverfahren durchgeführt werden.
Nachdem die Tonerpartikel auf der Oberfläche des Bildgebungsaufnahmeelements 110 abgelagert wurden, können sie mithilfe eines Transfermittels 125, beispielsweise mittels Druckübertragung oder elektrostatischer Übertragung, auf ein Bildaufnahmesubstrat 116 wie ein Kopierblatt übertragen werden. Alternativ kann das entwickelte Bild auf ein Zwischentransferelement und danach auf ein Kopierblatt übertragen werden. Nachdem die Übertragung des Tonerbildes erfolgt ist, kann das Bildaufnahmesubstrat 116 in ein Fixierteilsystem 119 gelangen, das ein Fixierelement 120 und ein Druckelement 121 enthält, wobei das Tonerbild auf das Bildaufnahmesubstrat 116 geschmolzen wird, indem das Bildaufnahmesubstrat 116 zwischen dem Fixierelement 120 und dem Druckelement 121 passiert wird, wodurch ein permanentes Bild erzeugt wird. Das Bildgebungsaufnahmeelement 110 kann nach der Übertragung in eine Reinigungsstation 117 gelangen, wobei jeglicher Toner, der sich noch am Bildgebungsaufnahmeelement 110 befindet, mithilfe einer Rakel 122, Bürste oder einer anderen Reinigungsvorrichtung von diesem entfernt wird.
Aufgrund der geringen Energieeffizienz des Kontakt-Fixierteilsystems (siehe 119 in 1) kommt es allerdings zu Problemen. Bei den meisten xerographischen Druckern beansprucht die Fixiereinheit mehr als 50% der gesamten Maschinenenergie, während weniger als 10% der Energie der Fixiereinheit für den Schmelzvorgang verwendet werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die zum Schmelzen des Toners erforderliche Hitze von Fixier-/Druckelementen übertragen wird, während Tonermaterialien nicht aktiv erhitzt werden können. Bei Fixiersystemen wird Energie beim Aufwärmen von Papier und Erhitzen der Fixier-/Druckelemente während des Betriebs und Stand-by verschwendet. Darüber hinaus wird ein Freisetzungsmittel zur effektiven Freisetzung von Tonerbildern vom Fixierelement angewandt und häufig treten bei hohen Temperaturen und hohem Druck chemische Reaktionen zwischen Tonermaterialien und Freisetzungsmitteln auf. Dies führt zu einer geringen Energieeffizienz, Druckfehlern und einer begrenzten Lebensdauer von Fixierelementen.
Herkömmliche kontaktlose Fixiersysteme umfassen Strahlungs-(Radiant Fusing-) und Blitzfixierungssysteme. Es kommt immer noch zu Problemen, da das Papier bei der Strahlungsfixierung bis zu seinem Brennpunkt erhitzt werden und lange zur Abkühlung brauchen kann, wobei Sicherheitsbedenken entstehen, Energie nicht effizient genutzt wird und die Temperatursteuerung äußerst sensibel ist. Ein Blitzfixierungssystem führt zu einer geringen Papiererhitzung und benötigt weniger Energie. Der Pulserhitzer ist jedoch kostspielig. Darüber hinaus hängt die Erhitzung stark vom Absorptionsvermögen des Toners ab. Beispielsweise erhitzt sich schwarzer Toner viel effizienter als Farbtoner. Somit erfordert die Tonerformulierung eine spezifische Anpassung für das äquivalente Erhitzen mit unterschiedlichen Pigmenten.
Somit besteht weiterhin ein Bedarf an Vorrichtungen und Verfahren für eine effiziente Fixierung, die schnell, sicher, weniger kostspielig, energieeffizient und bei der farbabhängigen spezifischen Formulierungsanpassung weniger anspruchsvoll ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Bildes bereitgestellt. Die Vorrichtung zum Erzeugen eines Bildes kann ein Bildaufnahmeelement enthalten, auf dem ein Tonerbild abgelagert ist, wobei das Tonerbild ein oder mehrere optothermische Elemente umfasst, die mit einem Polymer inkorporiert sind. Darüber hinaus kann sie ein Zwischentransferelement zum Übertragen des Tonerbildes vom Bildaufnahmeelement auf ein Bildaufnahmesubstrat und eine oder mehrere Lichtquellen umfassen, die in der Nähe des Tonerbildes angeordnet sind, das das eine oder die mehreren optothermischen Elemente umfasst, um das eine oder die mehreren optothermischen Elemente optisch zu induzieren, so dass diese das Tonerbild am Bildaufnahmesubstrat erhitzen.
Gemäß verschiedenen anderen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes bereitgestellt. Das Verfahren kann das Inkorporieren von einem oder mehreren optothermischen Elementen in eine Tonerzusammensetzung zur Bildung eines optothermischen Toners und das Ablagern des optothermischen Toners auf einem Bildaufnahmeelement zur Erzeugung eines Tonerbildes umfassen. Das Verfahren kann darüber hinaus das Übertragen des Tonerbildes vom Bildaufnahmeelement auf ein Bildaufnahmesubstrat und das Aussetzen des einen oder der mehreren optothermischen Elemente im Tonerbild gegenüber einem optischen Signal umfassen, um Hitze zur Fixierung des Tonerbildes am Bildaufnahmesubstrat zu erzeugen.
Gemäß verschiedenen anderen Ausführungsformen wird ein weiteres Verfahren zum Erzeugen eines Bildes bereitgestellt. Das Verfahren kann das Ablagern eines Tonerbildes auf einem Bildaufnahmeelement; wobei das Tonerbild eine oder mehrere optothermische Elemente umfasst, und das Übertragen des Tonerbildes vom Bildaufnahmeelement auf ein Bildaufnahmesubstrat umfassen. Das Verfahren kann darüber hinaus das Aussetzen des einen oder der mehreren optothermischen Elemente im Tonerbild gegenüber einem optischen Signal zur Erhitzung des Tonerbildes am Bildaufnahmesubstrat und das Passieren des Bildaufnahmesubstrats durch einen Kontaktbogen, der von einem Fixierelement und einem Druckelement gebildet wird, umfassen, um das Tonerbild am Bildaufnahmesubstrat zu fixieren.
1 zeigt eine herkömmliche Bildgebungsvorrichtung.
Die 2A–2B zeigen eine beispielhafte Vorrichtung und ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen eines Bildes gemäß diesen Ausführungsformen der vorliegenden Lehren.
Die 3A–3B zeigen eine weitere beispielhafte Vorrichtung und ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen eines Bildes gemäß diesen Ausführungsformen der vorliegenden Lehren.
Verschiedene Ausführungsformen stellen Materialien, Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen eines Bildes bereit. Eine beispielhafte Bildgebungsvorrichtung kann eine oder mehrere Lichtquellen enthalten, die konfiguriert sind, um Tonerbilder zu behandeln, nachdem diese auf ein Bildaufnahmesubstrat (z. B. ein Kopierblatt) übertragen wurden. Die Tonerbilder können aus einem optothermischen Toner, der optothermische Elemente in einer Tonerzusammensetzung enthält, erzeugt werden.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck ”optothermische Elemente” auf Elemente, die in der Lage sind, ein thermisches Verhalten in Reaktion auf ein optisches Signal oder ein optisches Verhalten in Reaktion auf ein thermisches Signal zu zeigen, außer wenn anderweitig angegeben. Beispielsweise können die optothermischen Elemente Hitze in Reaktion auf Lichtexposition oder Lichtbeleuchtung erzeugen. Die optothermischen Elemente können lichtinduzierte Heizelemente enthalten.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck ”optothermischer Toner” auf einen Toner oder eine Tonerzusammensetzung, der bzw. die optothermische Elemente enthält, außer wenn anderweitig angegeben. Bei dieser Beschreibung und den folgenden Ansprüchen kann ”Toner” als ”Tonerzusammensetzung” bezeichnet werden und umgekehrt. Der Toner kann ein beliebiger bekannter Toner sein, beispielsweise ein Emulsions-/Aggregationstoner (EA-Toner), Flüssigtoner oder eine andere geeignete Tonerzusammensetzung. Der Toner kann ein oder mehrere Polymere enthalten, die beispielsweise als Tonerharze bekannt sind.
Die optothermischen Elemente können mit Polymeren in die Tonerzusammensetzung inkorporiert sein, so dass die optothermischen Elemente einem optischen Signal (z. B. von einer Lichtbeleuchtung) ausgesetzt oder dieses anderweitig empfangen können. Beispielsweise können die Polymere in Bezug auf das optische Signal optisch transparent sein. Alternativ können die optothermischen Elemente unabhängig von der optischen Transparenz der Polymere im Toner zumindest teilweise gegenüber der Oberfläche des Toners exponiert sein.
Polymere in einem Toner können beispielsweise kristallines Polymer, halbkristallines Polymer und/oder amorphes Polymer umfassen. Insbesondere können die Polymere in einem Toner Polycarbonate, Polyamide, Polyester und Polyurethane, das Polyamid von Adipinsäure und Hexamethylendiamin (Nylon 6,6), Poly(6-aminohexansäure) (Nylon-6), das Polyamid von meta-Phthalsäure und meta-Diaminobenzol (Nomex), das Polyamid von para-Phthalsäure und para-Diaminobenzol (Kevlar), das Polyester von Dimethylterephthalat und Ethylenglykol (Dacron), das Polycarbonat von Carbonsäure, das Polycarbonat von Diethylcarbonat und Bisphenol A (Lexan), das Polyurethan von Carbaminsäure, das Polyurethan von Isocyanat und Alkohol, das Polyurethan von Phenylisocyanat mit Ethanol, das Polyurethan von Toluoldiisocyanat und Ethylenglykol umfassen.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck ”optisch transparente Polymere” auf Polymere, die derart optisch transparent sind, dass sie die optothermische Wirkung der optothermischen Elemente, mit denen sie inkorporiert sind, nicht beeinflussen. Beispielsweise können die optisch transparenten Polymere ungefähr 10% bis ungefähr 100% Transparenz oder ungefähr 10% bis ungefähr 60% Transparenz oder ungefähr 30% bis ungefähr 90% Transparenz im Absorptionsbereich der optothermischen Elemente aufweisen.
Beispiele für optisch transparente Polymere sind Polycarbonat, PET, PMMA, Nanoverbundpolymere und leitfähige Polymere wie Polythiophen und Polyanilin und deren Derivate, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Die optothermischen Elemente können in den Tonerharzen physikalisch dispergiert und/oder an diese chemisch gebunden sein. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck, dass optothermische Elemente an die Tonerharze ”gebunden” sind, dass eine chemische Bindung, beispielsweise eine ionische oder kovalente Bindung und keine schwächeren Bindungsmechanismen wie Wasserstoffbindung oder physikalisches Einfangen von Molekülen, das auftreten kann, wenn zwei chemische Spezies in engem Kontakt zueinander sind, vorliegt. Das physikalische Dispergieren kann beispielsweise Extrusions-, Meltspinning- oder Meltblowingverfahren umfassen, während die chemische Bindung beispielsweise die In-situ-Polymerisation durch Funktionalisierung von optothermischen Elementen umfassen kann. Bei einer Ausführungsform können die optothermischen Elemente einfach im Polymermaterial vermischt oder dispergiert sein, aber sie werden nicht chemisch an das Polymermaterial gebunden (beispielsweise damit vernetzt). Bei einer weiteren Ausführungsform können die optothermischen Elemente chemisch an das Polymermaterial gebunden, beispielsweise mit dem Polymermaterial vernetzt sein. Bei einer noch weiteren Ausführungsform können die optothermischen Elemente einen Teil aufweisen, der einfach im Polymermaterial vermischt oder dispergiert ist, während andere Teile chemisch an das Polymermaterial gebunden sind.
Bei Ausführungsformen können die optothermischen Elemente mit Polymeren in einen Toner in einer Menge inkorporiert sein, die entsprechenden Tonerbildern ermöglicht, zumindest teilweise erhitzt, geschmolzen und/oder auf einem Bildaufnahmesubstrat fixiert zu werden, wobei ein Fixierteilsystem im Rahmen der Bildgebungsvorrichtung verwendet werden kann oder auch nicht. Darüber hinaus kann die Menge an optothermischen Elementen ausreichend gering sein, so dass die Tonerfarben nicht beeinflusst werden. Bei Ausführungsformen können die optothermischen Elemente in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-% oder ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% oder ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-% in Bezug auf die Gesamtmenge an Polymer(en) im Toner vorhanden sein. Bei Ausführungsformen können die optothermischen Elemente eine Dichte im Bereich von ungefähr 0,01 g/cm³ bis ungefähr 10 g/cm³ oder ungefähr 0,01 g/cm³ bis ungefähr 1 g/cm³ oder ungefähr 1 g/cm³ bis ungefähr 10 g/cm³ aufweisen.
Bei Lichtexposition durch eine oder mehrere Lichtquellen können die optothermischen Elemente zumindest eine lokale Temperatur im Bereich von ungefähr 50°C bis ungefähr 1500°C oder ungefähr 50°C bis ungefähr 500°C oder ungefähr 500°C bis ungefähr 1500°C aufweisen und die Temperatur nach abgeschlossener Lichtexposition schnell auf eine gewünschte niedrigere Temperatur senken. Diese Temperatur kann den Toner, aber nicht das zugrunde liegende Bildaufnahmesubstrat (z. B. ein Kopierblatt) lokal erhitzen/schmelzen. Die Zeit bis zum Erreichen der gewünschten Temperatur und bis zur Rückkehr zur Umgebungstemperatur kann von mehreren Faktoren abhängen, beispielsweise Lichtquelle, optothermisches Element, spektrale Leistungsverteilung der Lichtquelle, Intensität der Lichtquelle, Ladung, Dichte des optothermischen Elements und Verfahrensgeschwindigkeit.
Bei Ausführungsformen können die optothermischen Elemente in einer beliebigen Form und/oder in beliebigen Dimensionen vorliegen. Beispielsweise können die optothermischen Elemente verschiedene Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise rechteckig, vieleckig, oval oder kreisförmig. Die optothermischen Elemente können Nanopartikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße im Bereich von ungefähr < (weniger als) 1 nm bis ungefähr 500 nm oder ungefähr < 1 nm bis ungefähr 50 nm oder ungefähr 50 nm bis ungefähr 500 nm sein. Die Nanopartikel können ein durchschnittliches Aspektverhältnis im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 10⁸:1 oder ungefähr 10:1 bis ungefähr 10⁷:1 oder ungefähr 100:1 bis ungefähr 10⁶:1 aufweisen.
Die optothermischen Elemente können Nanomaterialien wie Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs), Graphen, Metallnanoschalen, Metallnanostrukturen und/oder Kombinationen davon umfassen.
Wie hier verwendet kann der Ausdruck ”Kohlenstoffnanoröhrchen” als ein 1 Atom dicke Graphitschichten, Graphenblätter genannt, in nanometergroße Zylinder, Röhrchen oder andere Formen aufgerollt, angesehen werden. Beispielhafte Kohlenstoffnanoröhrchen können einwandige Kohlenstoffnanoröhrchen (SWNTs), doppelwandige Kohlenstoffnanoröhrchen (DWNTs) und mehrwandige Kohlenstoffnanoröhrchen (MWNTs) und deren verschiedenen funktionalisierten und/oder derivatisierten Fibrillenformen wie Nanofasern umfassen. Der Ausdruck ”Kohlenstoffnanoröhrchen” kann modifizierte CNTs von allen möglichen Nanoröhrchen, wie sie oben beschrieben sind, und Kombinationen davon umfassen. Die Modifikation der Nanoröhrchen kann eine physikalische und/oder chemische Modifikation umfassen. Beispielsweise können die Kohlenstoffnanoröhrchen mit einer oder mehreren chemischen Einheiten funktionalisiert sein. Die chemische Einheit auf den Kohlenstoffnanoröhrchen kann im Allgemeinen kovalent an ein geeignetes Monomer anhaften. Die Monomere polymerisieren dann über ein geeignetes, auf dem Gebiet bekanntes Mittel, wodurch in einer Polymermatrix dispergierte Kohlenstoffnanoröhrchen gebildet werden. Dieses Kohlenstoffnanoröhrchen-/Polymer-Verbundharz kann in einen Toner inkorporiert werden.
Die Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) können halbleitende Kohlenstoffnanoröhrchen und/oder metallische Kohlenstoffnanoröhrchen sein. Bei Ausführungsformen können die CNTs eine Gewichtsbeladung von ungefähr 5% oder weniger, beispielsweise im Bereich von ungefähr 0,1% bis ungefähr 30% oder ungefähr 0,1% bis ungefähr 10% oder ungefähr 1% bis ungefähr 30%, in Bezug auf eine Gesamtmenge an Polymeren im Toner aufweisen.
Die Kohlenstoffnanoröhrchen können unterschiedliche Längen, Durchmesser und/oder Chiralitäten aufweisen. Beispielsweise können die CNTs einen durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,1 nm bis ungefähr 100 nm, ungefähr 0,5 bis ungefähr 50 nm oder ungefähr 1 nm bis ungefähr 100 nm aufweisen. Beispielsweise können die CNTs eine Länge im Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 5 mm, ungefähr 200 nm bis ungefähr 10 μm oder ungefähr 500 nm bis ungefähr 1 μm aufweisen. Beispielsweise können die CNTs einen durchschnittlichen Oberflächenbereich von ungefähr 50 m²/g bis ungefähr 3000 m²/g, ungefähr 50 m²/g bis ungefähr 1500 m²/g oder ungefähr 500 m²/g bis ungefähr 1000 m²/g aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen können die Kohlenstoffnanoröhrchen in getrockneten Papierformen mit geringem und/oder hohem Reinheitsgrad erhalten oder in diversen Lösungen gekauft werden. Bei anderen Ausführungsformen können die Kohlenstoffnanoröhrchen im ungereinigten, nach der Verarbeitung unveränderten Zustand verfügbar sein, wobei ein Reinigungsverfahren in weiterer Folge durchgeführt werden kann.
Die optothermischen Elemente können Metallnanoschalen umfassen. Die Metallnanoschale kann einen dielektrischen Kern und eine Metallschale, die über dem dielektrischen Kern angeordnet ist, enthalten. Bei einigen Ausführungsformen kann das Metall in der Metallschale aus der Gruppe, bestehend aus Gold, Silber und Kupfer, ausgewählt sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der dielektrische Kern aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumdioxid, Titandioxid und Aluminiumoxid, ausgewählt sein. Der dielektrische Kern in der Metallnanoschale kann einen Durchmesser von ungefähr 30 nm bis ungefähr 150 nm und in einigen Fällen von ungefähr 50 nm bis ungefähr 70 nm aufweisen, wobei die Metallschale eine Dicke von ungefähr 5 nm bis ungefähr 25 nm und in einigen Fällen von ungefähr 10 nm bis ungefähr 15 nm aufweist.
Bei Ausführungsformen kann der optothermische Toner zusätzlich zu in optothermische Elemente inkorporiertem Polymer optional einen oder mehrere Farbstoffe und optional ein oder mehrere Wachse enthalten. Bei einer Ausführungsform können die Farbstoffe Ruß und die Wachse Polyolefinwachse sein.
Es können diverse Lichtquellen verwendet werden, um das optische Signal bereitzustellen. Beispielsweise können Lichtquellen eine Emission im Absorptionsbereich der optothermischen Elemente aufweisen, so dass Hitze durch Lichtabsorption der optothermischen Elemente von den Lichtquellen produziert werden kann. Tonerbilder, die optothermische Elemente enthalten, können dann erhitzt, geschmolzen und/oder auf der zugrunde liegenden Fläche fixiert werden.
Bei diversen Ausführungsformen können die eine oder mehreren Lichtquellen zumindest eines von UV-Lampe, Xenonlampe, Halogenlampe, Laseranordnung, LED-(lichtemittierende Diode-)Anordnung und OLED-(organische lichtemittierende Diode-)Anordnung umfassen. Die Lichtquelle kann Licht beliebig im Bereich von UV bis Nahinfrarot emittieren. Bei gewissen Ausführungsformen kann die Lichtquelle eine digitale Lichtquelle sein, wobei jede Lichtkomponente des zumindest einem von der Laseranordnung, der LED-(lichtemittierende Diode-)Anordnung und der OLED-(organische lichtemittierende Diode-)Anordnung individuell adressierbar sein kann. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck ”Lichtkomponente” auf eine LED der LED-Anordnung, eine OLED der OLED-Anordnung oder einen Laser der Laseranordnung. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck ”individuell adressierbar”, dass jede Lichtkomponente wie eine LED der LED-Anordnung unabhängig von den umgebenden LEDs identifiziert und manipuliert werden kann, beispielsweise kann jede LED oder jede LED-Gruppe individuell ein- und ausgeschaltet werden und die Leistung jeder LED oder jeder LED-Gruppe kann individuell gesteuert werden. Wenn beispielsweise ein Text mit einem gewissen Zeilenabstand und -rand gedruckt wird, können die Lichtkomponenten, wie beispielsweise eine oder mehrere LEDs der LED-Anordnung, entsprechend dem Text eingeschaltet werden, um jene Teile der einen oder mehreren optothermischen Elemente, die dem Text entsprechen, selektiv Licht auszusetzen, die LEDs, die dem Zeilenabstand zwischen dem Text und den Rändern um den Text herum entsprechen, hingegen können abgeschaltet werden. Somit können die optothermischen Elemente bei einer digitalen Lichtquelle eine digitale Hitzequelle sein.
Die eine oder mehreren Lichtquellen können gemäß dem optothermischen Toner ausgewählt werden, der bei der Erzeugung von Tonerbildern verwendet wird, oder umgekehrt. Beispielsweise kann die Bildgebungsvorrichtung je nach Leistung/Intensität der ausgewählten Lichtquellen verschiedene Konfigurationen aufweisen. Die 2A–2B und 3A–3B zeigen beispielhafte Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen von Bildern gemäß diverser Ausführungsformen der vorliegenden Lehren.
In den 2A–2B enthält die beispielhafte Bildgebungsvorrichtung 200A kein Fixierteilsystem, wie in 1 dargestellt. Stattdessen können eine oder mehrere Lichtquellen 260 konfiguriert sein, um Tonerbilder, die aus einem optothermischen Toner erzeugt wurden, zu schmelzen bzw. auf dem Bildaufnahmesubstrat 116 zu fixieren. Wie insbesondere in 2A gezeigt, können aus dem optothermischen Toner erzeugte Tonerbilder auf einem Bildaufnahmeelement 110 abgelagert und danach mithilfe eines Zwischentransferelements 125 auf das Bildaufnahmesubstrat 116 übertragen werden. Während sich das Bildaufnahmesubstrat 116, auf dem die Tonerbilder 202 angeordnet sind, in die Richtung 205 fortbewegt, kann die Lichtquelle 260 Licht emittieren, um einen optothermischen Effekt der in den Tonerbildern enthaltenen optothermischen Elemente optisch zu induzieren. Bedingt durch diesen optisch induzierten Erhitzungseffekt kann danach Hitze erzeugt werden. Die Tonerbilder 202 können danach erhitzt, geschmolzen und am Bildgebungsaufnahmesubstrat 116 fixiert werden, um fixierte Tonerbilder 208 zu erzeugen, ohne dass ein Fixierteilsystem verwendet wird.
Die eine oder mehreren Lichtquellen 260 können eine Leistung und/oder Intensität aufweisen, die ausreichend ist, um die Tonerbilder vollständig zu erhitzen, schmelzen und am Bildaufnahmesubstrat 116 zu fixieren. Beispielsweise können die eine oder mehreren Lichtquellen 260 eine hohe Leistung im Bereich von ungefähr 100 mW/cm² bis ungefähr 50 W/cm², ungefähr 500 mW/cm² bis ungefähr 5 W/cm² oder ungefähr 5 W/cm² bis ungefähr 50 W/cm² aufweisen. Auf diese Weise kann mithilfe der Lichtquellen 260 eine kontaktlose Schmelzung/Fixierung der Tonerbilder 202 (siehe 2A–2B) durchgeführt werden.
In den 3A–3B können die eine oder mehreren Lichtquellen 360 in ein Fixierteilsystem inkorporiert sein, um Tonerbilder 202, die aus einem optothermischen Toner erzeugt wurden, zu schmelzen/fixieren. Wie gezeigt, können die eine oder mehreren Lichtquellen (360) verwendet werden, um das Tonerbild 202 auf dem Bildaufnahmesubstrat 116 vorzubehandeln, bevor das Bildaufnahmesubstrat 116 ein Fixierteilsystem 319 passiert. Im Rahmen der Vorbehandlung kann das Tonerbild 202 vorerhitzt oder zumindest teilweise geschmolzen werden, um die darauffolgende Fixierung durch das Fixierteilsystem 319 zu vereinfachen. Das Fixierteilsystem 319 kann ein Fixierelement 320 und ein Stütz- oder Druckelement 321 in einer dem Fachmann mit durchschnittlichem Wissen auf dem Gebiet bekannten Konfiguration enthalten. Jedes des Fixierelements 320 und Druckelements 321 kann ein Walzenelement (siehe 3A), ein Bandelement oder eine mögliche Kombination davon sein, wie auf dem Gebiet bekannt. Das Fixierelement 320 und das Druckelement 321 können zusammenwirken, um einen Spalt oder einen Kontaktbogen zu bilden, den das Bildaufnahmesubstrat 116, auf dem die vorerhitzten Tonerbilder 304 angeordnet sind, passiert. Danach können die Tonerbilder 308 am Bildaufnahmesubstrat 116 fixiert werden.
Aufgrund der Vorbehandlung durch die eine oder mehreren Lichtquellen 360 können die Temperatur und der Druck, die für das Schmelzen/Fixieren der Tonerbilder unter Verwendung des Fixierteilsystems erforderlich sind, im Vergleich zu herkömmlichen Fixierteilsystemen signifikant verringert werden. Beispielsweise kann ein herkömmlicher Fixierprozess ohne die Verwendung von Lichtquellen 360 bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 60°C (140°F) bis ungefähr 300°C (572°F) durchgeführt werden. Im Vergleich dazu kann der offenbarte Fixierprozess vom Fixierteilsystem 319 bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 43°C (110°F) bis ungefähr 232°C (450°F), ungefähr 48°C (120°F) bis ungefähr 204°C (400°F) oder ungefähr 54°C (130°F) bis ungefähr 148°C (300°F) durchgeführt werden. Optional kann während des Fixierprozesses Druck vom Stütz- oder Druckelement 321 angelegt werden. Beispielsweise kann ein herkömmlicher Fixierprozess bei einem Druck im Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 150 Psi durchgeführt werden. Wie hier offenbart, kann der Fixierprozess vom Fixierteilsystem 319 bei einem Druck im Bereich von ungefähr 20 Psi bis ungefähr 130 Psi, ungefähr 30 Psi bis ungefähr 120 Psi oder ungefähr 40 bis ungefähr 110 Psi durchgeführt werden. Nach dem Fixierprozess können die fixierten Tonerbilder 308 vollständig am Bildaufnahmesubstrat 116 erzeugt werden.
Bei Ausführungsformen können die eine oder mehreren Lichtquellen 360 eine Leistung und/oder Intensität aufweisen, die geringer als die eine oder mehreren Lichtquellen 260 ist, wie in den 2A–2B dargestellt, um die Tonerbilder vorzuerhitzen. Beispielsweise können die eine oder mehreren Lichtquellen 360 eine niedrige Leistung im Bereich von ungefähr 0,01 W/cm² bis ungefähr 10 W/cm², ungefähr 0,05 W/cm² bis ungefähr 5 W/cm² oder ungefähr 0,1 W/cm² bis ungefähr 1 W/cm² aufweisen.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines Bildes, umfassend: ein Bildaufnahmeelement, auf dem ein Tonerbild abgelagert ist, wobei das Tonerbild ein oder mehrere optothermische Elemente umfasst, die mit einem Polymer inkorporiert sind; ein Zwischentransferelement zum Übertragen des Tonerbildes vom Bildaufnahmeelement auf ein Bildaufnahmesubstrat; und eine oder mehrere Lichtquellen, die in der Nähe des Tonerbildes, die das eine oder die mehreren optothermischen Elemente umfasst, konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren optothermischen Elemente optische zu induzieren, so dass diese das Tonerbild am Bildaufnahmesubstrat erhitzen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung kein Fixierteilsystem enthält und das Tonerbild durch die eine oder mehreren Lichtquellen geschmolzen und am Bildaufnahmesubstrat fixiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Fixierteilsystem zum Schmelzen und Fixieren des Tonerbildes, das durch die eine oder mehreren Lichtquellen erhitzt wird, am Bildaufnahmesubstrat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der einen oder mehreren optothermischen Elemente ein Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphen, eine Metallnanoschale, eine Metallnanostruktur und Kombinationen davon umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren optothermischen Elemente durch die eine oder mehreren Lichtquellen zumindest teilweise einem optischen Signal ausgesetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der einen oder mehreren Lichtquellen eines oder mehrere von UV-Lampe, Xenonlampe, Halogenlampe, Laseranordnung, LED-Anordnung oder OLED-Anordnung umfasst.
Verfahren zum Erzeugen eines Bildes, umfassend: Inkorporieren von einem oder mehreren optothermischen Elementen in eine Tonerzusammensetzung, um einen optothermischen Toner zu bilden; Ablagern des optothermischen Toners auf einem Bildaufnahmeelement, um ein Tonerbild zu erzeugen; Übertragen des Tonerbildes vom Bildaufnahmeelement auf ein Bildaufnahmesubstrat; und Aussetzen des einen oder der mehreren optothermischen Elemente im Tonerbild gegenüber einem optischen Signal, um Hitze zu erzeugen, so dass das Tonerbild am Bildaufnahmesubstrat fixiert wird.
Verfahren zum Erzeugen eines Bildes, umfassend: Ablagern eines Tonerbildes auf einem Bildaufnahmeelement; wobei das Tonerbild ein oder mehrere optothermische Elemente umfasst; Übertragen des Tonerbildes vom Bildaufnahmeelement auf ein Bildaufnahmesubstrat; Aussetzen des einen oder der mehreren optothermischen Elemente im Tonerbild gegenüber einem optischen Signal, um das Tonerbild am Bildaufnahmesubstrat zu erhitzen; und Passieren des Bildaufnahmesubstrats durch einen Kontaktbogen, der von einem Fixierelement und einem Druckelement gebildet wird, um das Tonerbild am Bildaufnahmesubstrat zu fixieren.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Fixieren des Tonerbildes bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 43°C (110°F) bis ungefähr 232°C (450°F) durch das Fixierelement und das Druckelement.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das optische Signal von einer oder mehreren Lichtquellen mit einer geringen Leistung im Bereich von ungefähr 0,01 W/cm² bis ungefähr 10 W/cm² bereitgestellt wird.