DE1772898B2

DE1772898B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Fixierung von Farbstoffpulverbildern

Info

Publication number: DE1772898B2
Application number: DE19681772898
Authority: DE
Inventors: Frederick E. Chesterland Ohio Barr; Richard S. Natick Brenneman; David W. Needham Lovering
Original assignee: Multigraphics Inc
Current assignee: AB Dick Co
Priority date: 1967-12-29
Filing date: 1968-07-18
Publication date: 1975-04-17
Also published as: DE1772898A1; MY7300186A; SE355875B; BE718784A; MY7300187A; FR1573517A; NL6809878A; CH513433A; GB1226200A; BR6800469D0; DE1772898C3; NL156519B

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und der dazugehörigen Vorrichtung zur Fixierung von Farbstoffpulverbildern auf einer Oberfläche ohne Verwendung von Wärme, jedoch unter Einwirkung von Druck, der durch zwei Rollen übertragen wird.

Das Farbstoffpulver, auch Toner genannt, ist normalerweise eine Mischung aus thermoplastischem Harz, Ruß oder einem anderen Pigment und einer kleinen Menge Farbe. Die genaue Zusammensetzung hängt von dem speziellen Zweck ab, dem sie dient.

Das Fixieren oder Anhaften des Toner wird normalerweise dadurch erreicht, daß die thermoplastische Harzkomponente des Toners durch Wärme geschmolzen wird. Dies geschieht gewöhnlich dadurch, daß das Bild so lange der Wärme ausgesetzt wird, bis die Tonerteilchen etwas angeschmolzen sind, so daß sie aneinander und an dem Papier oder dem Untergrund haftenbleiben. Bei einigen Fixierverfahren wird auch Druck zur Fixierung der Teilchen verwendet, der von zwei Rollen mit harter Oberfläche erzeugt wird. Bei einem anderen vorgeschlagenen Verfahren läuft das Untergrundmaterial zwischen zwei Rollen mit harter Oberfläche hindurch, wobei dann noch zusätzlich Wärme angewendet wird.

Das Warmschmieden ist, obgleich es in vielen Fällen zu brauchbaren Ergebnissen führt, deshalb unerwünscht, weil hierfür eine Wärmequelle vorhanden sein muß, die gewöhnlich die Zufuhr großer elektrischer Energiemengen verlangt und daher die Möglichkeit bietet, daß sowohl der Untergrund als auch der Toner überhitzt werden, was eine gewisse Feuergefahr mit sich bringt. Die bisher angewendete Druckschmelzung bestand darin, daß das mit dem Toner versehene Untergrundmuterial zwischen zwei Walzen oder Rollen mit harter Oberfläche hindurchgeschickt wurde. Die Rollen bestanden aus Metall, und die eine von ihnen war beweglich und mit Fe-

dem verbunden, um dadurch einen gesteuerten Druck zu schaffen. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die USA.-Patentschrift 32 69 626 verwiesen. Die Erfahrungen haben nun gezeigt, daß diese Art der Dnickschmelzung sich als sehr unzuverlässig erweist, möglicherweise auf Grund des schwachen Kontakts wegen der Ungleichmäßigkeit der Untergrunddicke, Schwankungen" in der Dicke des Tonerauftrags od. dgl., obgleich extrem hohe Andrücke angewendet worden sind, um ein Bild zu erhalten, das in allen seinen Teilen adäquat mit Toner beschichtet ist. Dieses ist insbesondere dann der Fall, wenn breitere Bögen für das Bild verwendet werden und keine schmalen Bänder. Unter hohem Andruck können die Eigenschaften eines Bildträgers aus Papier sich erheblich ändern, denn um die Stellen oder Flächen mit dünnem Tonerauftrag at* dem Papier zur richtigen Fixierung des Toners mit einem Druck zu beaufschlagen, der groß genug ist, müssen die Stellen mit dickem Tonerauftrag unter übermäßig starke Drücke gesetzt werden. Dies wiederum kann zu einer grundsätzlichen Veränderung des Untergrunds führen und in den nicht bedruckten Flächen unerwünschte Oberflächeneigenschaften hervorrufen, d.h. gewisse Flächen eher glänzend oder glatt machen, als sie stumpf zu belassen, wobei dies dann in jedem Fall mit großer Wahrscheinlichkeit dazu führt, daß in den verschiedenen Abschnitten des Bogens sich keine Verschmelzungsgrade erreichen lassen, die so einheitlich sind, daß sie für die meisten Anwendungsfälle praktikabel sind.

Es ist vielleicht theoretisch möglich, falls die nachteilige Wirkung auf den Träger des Tonerbildes vernachlässigt werden kann, die Rollen so stark zusammenzudrücken, daß sie auf einem Bogen gewöhnlicher Größe, beispielsweise 21,5 χ 27,9 cm, eine leidlich gleichmäßige Fixierung des Toners bewirken. Die Schwierigkeit besteht jedoch darin, daß die in solch einer Situation erforderliche Belastung den normalen Belastungsbcreich so weit überschreitet, daß die mechanischen Elemente des Systems, beispielsweise die Rollen selbst und ihre die Belastung aufnehmenden Lager, entweder direkt unter der Einwirkung der Belastung versagen oder so rasch auf Grund der Materialermüdung zerstört werden, daß sich keine praktische Vorrichtung bauen läßt, die diesen Bedingungen im Rahmen normaler wirtschaftlicher Gegebenheiten gerecht werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Verfahren zur Druckfixierung von Tonerbüdern auf einer Unterlage zu schaffen, bei dem keine Wärme erforderlich ist. Des weiteren soll das erfindungsgemäße Verfahren die Einwirkung eines im wesentlichen gleichmäßigen Druckes auf die mit dem Toner versehene Fläche ermöglichen, ohne daß Teile der Unterlage nachteilig beeinflußt werden. Die für diesen Zwck vorgesehene Vorrichtung soll mit sich in einer schmalen Berührungszone aufeinander abwälzenden Druckclementen verseilen sein, mit denen ein Toner unter Druck auf einer Unterlage normaler Größe fixierbar ist und die so beschaffen sind, daß sie eine wirkungsvolle, gleichmäßige Fixierung auf der Unterlage unter angemessenen BeIastungskräften ermöglichen, so daß eine praktische Maschine gebaut werden kann, ohne daß unangemessene Konstruktionsschwierigkeiten dabei auftreten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Druckelemcnte aus einem elastischen Material verwendet werden, deren Elastizitätsmodulen s< gewählt sind, daß die Gesamtverformung des Mate rials der Druckelemente unter Belastung ein erhebli ch:s Vielfaches der Dickenschwankung des Werk Stücks ausmacht, wenn der Andruck so hoch ge macht wird, daß ein rechnerischer Spitzendruck ii der Berühningszone der beiden Druckelemente er zeugt wird, der so hoch ist, daß die Fließgrenze de: auf dem Werkstück befindlichen Farbstoffs über

ίο schritten wird.

Die Vorrichtung zur vorteilhaften Durchführunj des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß di< Druckelemente aus elastischem Material bestehen deren Elastizitätsmodulen so gewählt sind, daß di<

»5 gemeinsame Verformung des Materials der Druck elemente unter Belastung ein wesentliches Vielfache; der Dickenschwankung des Werkstücks beträgt wenn die Belastung so stark ist, daß ein in der Be rührungszone rechnerischer Spitzendruck erzeug

ao wird, der so hoch ist, daß die Fließgrenze des au! dem Werkstück befindlichen Farbstoffs überschritter wird, und daß die Druckelemente mit einem Andruck zur Erzeugung dieses Spitzendruckes belaste sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dei Erfindungsgegenstandes, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schematisch dargestellt. In dei Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung zur Durchführung des crfindungsgemäßen Ver f ahrens,

F i g. 2 eine vergrößerte Seitenansicht der ir F i g. 1 gezeigten Vorrichtung, wobei Andruck- unc Antriebseinrichtungen weggelassen sind, und

F i g. 3 eine schematische Seitenansicht der Walzer in einem vergrößerten Maßstab, die dabei einmal ir entspanntem Eingriff und in Druckeingriff stehen wobei auch die Bedeutung bestimmter in der Beschreibung verwendeter Symbole verdeutlicht wird.

Ein Tonerbild kann z. B. auf elektrophotographi schem Wege auf einem photoleitfähigen Aufzeichnungsmaterial oder einem Bildempfangsmaterial al; Bildträger in bekannter Weise hergestellt werden. Ir jedem Fall ergibt sich als Produkt ein flexibler Boger oder eine flexible Unterlage 11, auf der sich ein lost gehaltenes Tonerbild 13 befindet.

Die das Tonerbild tragende Unterlage wird danr zwischen Druckelemente gefördert, die sich mit einei schmalen Berührungszone aufeinander abwälzen

so Normalerweise bestehen diese Druckelemente aus einer Walze und einem Gcgenelement, das mit dei Walze in rollender Druckberührung steht. In der gebräuchlichsten Anordnung ist dieses gegenüberliegende Druckelement ebenfalls eine Walze.

Bei der bevorzugten Ausführungsform, wie sie ir der Zeichnung dargestellt ist, bilden zwei Walzen If und 17 einen Zwickel, in den der den Toner tragend« Bogen 11 einläuft. Eine dieser Walzen besteht au; einem gegenüber der anderen weicheren, elastischercn Material. Vom Standpunkt der grundsätzlicher Verschmelzung aus könnten anscheinend beide Walzen gleich elastisch sein. Vom Gesichtspunkt des effektiven praktischen Betriebs jedoch wurde gefunden, daß es gewöhnlich leichter ist, eine farbstoff- oder tonerabsloßende Oberfläche auf einem harten verhältnismäßig unelastischen Element zu schaffen Demzufolge ist die obere Walze 15, die sich mit derr Tonerbild in Berühainc befindet, vorzugsweise eint

5 6

Metallwalze mit harter Oberfläche, während die un- Die auf die Walzen oder Druckelemente 15 und 17

lere Walze 17 aus einem weicheren und elastischeren aufzubringende Belastung läßt sich durch Kupp-

Material besteht. lungs- und Antriebselemente konventioneller Art, dte

Die elastischere Walze kann aus irgendeinem Ma- schematisch bei 21 in Fig. 1 angedeutet sind, erzeu-

terial gefertigt sein, das auf seiner Oberfläche ein bc- 5 gen und variiert mit einer Anzahl Faktoren, bei-

stimmtes elastisches oder federndes Verhalten zeigt. spielsweise der Elastizität oder Federeigenschaft der

So kann die Walze beispielsweise aus einem Hart- Druckelemente und der Fließgrenze des Toners. Bei

gummi geformt sein, eine tuchgefüllte oder papiergc- den anfänglichen, im Zusammenhang mit dem Erfin-

füllte Walze sein, eine poröse Kunststoffoberfläche dungsgegenstand durchgeführten Versuchen wurde

besitzen oder aus Asbest bestehen. In der Papierher- io eine baumwollgefüllte Walze mit einer Härte von

stellung sind eine Anzahl Typen derartiger elasti- etwa 80, gemessen auf der Shore-D-Skala, und mit

scher Walzen für verschiedene Zwecke bekannt, die einem berechneten Elastizitätsmodul bei einer Kom-

allerdings mit dem vorliegenden Problem in keinem pression von etwa 14100 kp/cm² durchgeführt. Da-

2'usammenhang stehen. Die Form der elastischen bei wurde gefunden, daß viele herkömmliche Toner

Walze, die hier bevorzugt wird, ist die, weiche aus 15 wenn der Andruck im Bereich von etwa 36 bis 72 kg

übereinandergeschichteten Textillagen, in denen wirksam mit der Unterlage verschmolzen werden,

Bauinwollfasern und Wollfasern in annähernd glei- je cm Länge der Berührungslinie der Walzen war.

chen Mengen verwendet sind, aufgebaut ist. Eine Berechnung des Spitzendruckes, der auf diese

Wenn die mit Toner versehene Unterlage 11, 13 Walzen einwirken könnte, ergibt für einen differenzwischen den Walzen 15 und 17 hindurchläuft, wird 20 tiellen Flächcnantei! der Walzenberührung einen die Oberfläche der elastischen Walze 17 offensicht- Durchschnittswert von etwa 352 bis 703 kp/cm². Die lieh leicht verformt, wie dies in Fig.2 bei 19 über- bei diesen Versuchen verwendeten Toner waren kontrieben dargestellt ist, so daß der Druck über einen ventionelle Farbtoner, die als Bindemittel Harze entbreilercn Teil der Unterlage verteilt wird. Darüber hielten, wie sie gewöhnlich bislang für diesen Zweck hinaus scheint die Federeigenschaft der Walze 17 es 25 benutzt werden. Diese Zahlen verkörpern ein beder Walze zu ermöglichen, sich an die Schwankun- stimmtcs Beispiel eines ziemlich gewöhnlichen FaI-gen in der Dicke der Papierunterlage oder des abge- !es, bei dem der Erfindungsgegenstand Anwendung lagerten Toners anzupassen und dadurch den Druck finden kann, jedoch läßt sich selbstverständlich der gleichmäßiger zu verteilen. Wenn dies der Fall ist, so Andruck der Druckelemente so einstellen, daß abhieße das, daß eine im wesentlichen gleichmäßige 3» hängig von der Elastizität verschiedener Walzen-Druckbeaufschlagung der Fläche möglich ist, die das materialien jeweils der gewünschte Druck in der Be-Tonerbild enthält, das verschmolzen werden soll. rührungszonc eingestellt werden kann. Außerdem Möglicherweise wird beim Durchgang zwischen den läßt sich der Druck selbstverständlich erheblich va-Walzen eine gewisse Schwerkraft erzeugt, die mit riieren, um den verschiedenen Fließgrenzen des jedazu beiträgt, den Toner mit dem Papier zu ver- 35 weiligen Toners gerecht zu werden. Obgleich die speschmelzen. Es wird jedoch angenommen, daß der zielle elastische Walze einen berechneten Elastizitäts-Einfluß eines gleichmäßigen Druckes auf den Toner modul von etwa 14100 kp/cm² besaß, lassen sich wahrscheinlich die Hauptrolle bei der Erlangung selbstverständlich auch andere elastische Materialien einer guten Tonerfixierung spielt. bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah-

Beim Einführen der den Toner tragenden Unter- 40 rens einsetzen, deren Modul sehr viel größer als lage in den Spalt der Walzen 15 und 17 muß die mit 14 100 kp/cm² ist, wenn nach den im folgenden erToner versehene Seite nach Möglichkeit mit der läuterten Grundsätzen verfahren wird. Was den mininicht elastischen Walze 15 in Berührung gebracht malen Modul anbelangt, so sollte dieser so gewählt werden. Dies ergibt eine bessere Druckverschmel- werden, daß sich das Material nicht zu stark verzung mit der Unterlagenoberfläche und verhindert 45 formt. Gewöhnlich wird ein berechneter Modul von auch, daß sich Tonerpulver auf der elastischen WaI- wenigstens 7030 kp/cm² im Hinblick auf den Gezenoberfläche ablagert. Dieser letztere Faktor ist ins- samtwirkungsgrad als vorteilhaft angesehen, besondere dann von Bedeutung, wenn die Oberfläche Vergleichsweise beträgt der Elastizitätsmodul für der elastischen Walze irgendwie porös ist, denn der Stähle etwa 2,11 χ 10⁶kp/cm^s.

feinverteilte Toner könnte dann sich allmählich in 5° Die soeben gemachten Feststellungen werden im

den Oberflächenporen festsetzen. Die nicht elastische Lichte der folgenden Ausführungen verständlicher.

Walze besteht vorzugsweise aus einem Material, des- Das mechanische Zusammenwirken der beiden

sen Oberfläche glatt und nicht porös ist und das parallelen Zylinder, die gegeneinander gedrückt sind,

außerdem die Eigenschaft aufweist, daß die in den wurde gründlich untersucht, und es wurden mathema-Tonerteilchen verwendeten Harze nicht an ihm haf- 55 tische Beziehungen entwickelt, die die Größenbe-

tenbleibcn. Chromplattierter Stahl hat sich im allgc- rechnung ermöglichen, so die Berechnung des Wertes

meinen für diesen Zweck gut bewährt. (α), ein anscheinend berechneter Wert für den Elasti-

In der Zeichnung weist die elastische Walze 17 zitätsmodul für das zylindrische Material, und zwar einen größeren Durchmesser auf als die nicht elasti- dort, wo beispielsweise das Material einem Typ ansehe Walze. Diese Tatsache ist normalerweise er- 60 gehört, für den im allgemeinen noch kein Modulwert wünscht, jedoch nicht unbedingt notwendig. Ob nun festgestellt oder ermittelt wurde. Femer läßt sich die die beiden Walzen gleich groß oder verschieden groß Größe (h) mit den obengenannten mathematischen sind, sie rotieren so, daß sie im wesentlichen die Beziehungen berechnen, die die maximale Druckgleiche Umfangsgeschwindigkeit besitzen. Das be- spannung oder den effektiven Spitzendruck in deutet, daß die entstehende Scherkraft, falls über- 65 kp/cm² beinhaltet, der von den Walzen im Spalt aushaupt eine solche auftritt, fast ausschließlich den geübt wird. Ein Beispiel für diese Beziehungen läßt ObcrflÜLlunciiicnschaften der elastischen Walze zu- sich in der Druckschrift »Formeln für Spannung und /uschri 'bcn ist. Verformung' von Raymond J. Roark, 4. Auflage.

veröffentlicht durch die McGraw-Hill Book Company, finden.

Auf S. 320 dieser Druckschrift, Tabelle XlV, Abschnitt 5, findet sich der folgende Ausdruck:

1,6

D₁ + D₂

ι - Vi

E₁

L₁,

Es bedeutet _J0

b die transaxiale Breite in Zoll der Berührungsfläche unter Belastung (s. Fig. 3),

ρ die Zylinderbelastung in 0,45 kp/Linearzoll,

D₁ und D_s die Durchmesser der Zylinder in Zoll,

)·, und )·., das Poissonsche Verhältnis bei Druck für die Materialien der Zylinder und

E₁ und E₂ die Elastizitätsmodulen bei Druck für die _2Q Materialien der Zylinder.

Daraus wird ersichtlich, daß sich, wenn die Größe b gemessen wird, beispielsweise durch Belastung der Walzen mit einem druckübertragenden Material und einem Kopierbogen zwischen den Walzen und durch Messung der Breite der Druckzone und wenn die eine der Walzen einen bekannten Ε-Wert, beispielsweise den von Stahl, hat, der Ε-Wert, d. h. also der berechnete Elastizitätsmodul, für die andere Walze leicht ermittelt werden kann (Der effektive Wert des Poissonschen Verhältnisses für die Materialien in dem üblichen Bereich läßt sich als etwa 0,3 für den Fall annehmen, daß in der Literatur kein Wert dafür angegeben ist; diese Annahme ist besonders deshalb zu vertreten, weil diese Größe nur geringen Einfluß auf das errechnete Ergebnis hat).

An derselben Stelle des obengenannten Textes findet sich auch der Ausdruck:

40

Max. 5,. = 0,798

D₁ + D₂

¹ - "i 1 - 3

E₁ E₂

45

Hier stellt Max. s_e die maximale Druckspannung oder den Spitzencinheitsdruck im Walzenspalt, gemessen in 0.07 kp/cm², dar, und die anderen Sym- 5» bole haben dieselbe Bedeutung wie oben. Wie leicht zu erkennen ist. gibt diese Formel unmittelbar den errechneten Spitzendruck im Spalt wieder, wenn die richtigen Werte für p, D₁. D₂, E₁, E₂ und die angegebenen oder angenommenen" Werte für das Poisson Verhältnis eingesetzt werden.

Die Bedeutung der einzelnen obengenannten Symbole wird an Hand von Fig. 3 verständlicher, wo zwei Zylinder gezeigt sind, die als den Walzen 15 und 17 von Fig. 1 und 2 entsprechend angeschen werden kennen. In der in durchgehender Linie gezeigten Stellung sind die Zylinder nicht belastet, und die Achse des Z\linders 15 befindet sich bei A. In der in unterbrochener Linie gezeigten Stellung wirkt auf die Zylinder eine Last ρ ein. die zur Folge hat. d;iß sich die Achsen näher aufeinander zu bewegen, wie dies durch die Verschiebung der Achse des ZylindiT^ I^ n.T.-h '{ ilarwstdll ist. Her Abfand Ali odery läßt sich messen und wird als Verformung bezeichnet. Die belasteten Zylinder berühren sich in einem schmalen Streifen, dessen Breite b beträgt, die in der oben beschriebenen Weise gemessen werden kann. Ähnliche Berechnungen können durchgeführt werden, falls einer der beiden Körper sich abflacht, indem der Durchmesserwert des Körpers in den obengenannten Ausdrücken gegen Unendlich geht, wobei sich dann in diesem Fall

D₁D₂

D₁ !- D₂

dem Wert D nähert.

Die im Zusammenhang mit dieser Erfindung durchgeführten Versuche haben ergeben, daß in dem Spalt ein bestimmter rechnerischer Spitzendruck erforderlich ist, um das richtige Verschmelzen eines gegebenen Toners sicherzustellen, und daß dieser Spitzendruck hauptsächlich von der Beschaffenheit des Tonermaterials abhängt. Wie bereits ausgeführt wurde, wird für die sichere Fixierung der konventionellen, gegenwärtig gebräuchlichen Toner ein rechnerischer Spitzendruck von mindestens 352 kp/cm² benötigt. Das Fixieren in der hier verstandenen Weise umfaßt eine grundsätzliche Veränderung des Zustands des Tonerharzes, die ausreicht, um den Toner fließfähig zu machen und ihn sowohl in sich selbst als auch mit der Unterlage zu verkleben. Dies geschieht angenommenermaßen hauptsächlich mit Hilfe eines durch Druck bewirkten Temperaturanstiegs innerhalb des Tonermaterials, obgleich mechanische Wirkungen ebenfalls eine allerdings geringere Rolle bei dem Fixiervorgang spielen. Durchgeführte Versuche lassen erwarten, daß Toner entwickelt werden können, die einen geringeren Druck erfordern. Auch kann angenommen werden, daß der Grenzwert für den Druck bei zusammengesetzten Tonern zur Sicherung anderer guter Eigenschaften erhöht werden muß. In jedem Fall ergibt sich ein schnell bestimmbarer Minimalwert des Effektivdrucks für den jeweiligen in Betracht kommenden Toner, bei dem die Fließgrenze erreicht wird und der im folgenden als Schmelzdruck des Toners bezeichnet ist.

Unter Berücksichtigung der obigen Feststellungen scheinen die zur Sicherung einer angemessenen, gleichförmigen Fixierung erforderlichen Parameter, wie die bisher ausgeführten Untersuchungen gezeigt haben, im wesentlichen die folgenden Größen zu umfassen.

Die Materialien für die Druckelemente oder -walzen werden (oder wo, wie in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, die eine Walze eine erheblich größere Nachgiebigkeit oder Anpassungsfähigkeit besitzi als die andere, wird das Material der nachgiebigerer Walze) so ausgewählt, daß die Werte bzw. der Wer für den Elastizitätsmodul derart ist, daß bei Aufbrin gung einer Belastung p, die einen rechnerischen Spit zendruck im Spalt (Max. s_r) gleich oder etwas grä Bei als der Schmelzdruck für den in Betracht korn menden Toner ist, eine gemessene Verformung (y erzeugt wird, die noch innerhalb der Elastizitäts grenze des Materials liegt und deren Wert ein be trächtliches Vielfaches der Durchschnittsschwankun; in den Werkstückeigenschaften beträgt. Mit diese Schwankung ist irgendeine Mcrkmalsveränderung ne mcini. die einen Widerstand eegen Zusammenquet

509 516/27

ίο

sehen verursacht, beispielsweise die Dicke oder Dichte des Materials. In der Praxis wird gewöhnlicherweise bei der Durchführung derartiger Dickenmessungen ein genormter Druck aufgegeben, so daß

die Dichte oder der Kompressibilitätsfaktor etwas zu dieser Schwankung beiträgt. Gewöhnliche Papierbögen, um ein gebräuchliches Beispiel zu nehmen, zei-

werden kann, um eine absolute Verschmelzungsgleichmäßigkeit sicherzustellen. Falls jedoch eine Belastung ρ verwendet weiden sollte, die einen rechnerischen Spitzendruck im Spalt erzeugt, der erheblich

die Gesamtwirkung normalerweise auch dann als 5 größer ist als der für den in Frage kommenden Toner Dickenschwankung betrachtet werden kann, wenn benötigte, vielleicht 1050 bis 1410 kp/cm², und falls

dieser Druck verwendet werden könnte, ohne daß

dadurch die Unterlage beschädigt wird, dann wäre zu erwarten, daß das die Verformung hervorrufende

gen Abweichungen zwischen ihren maximalen und io Vielfache, das der Durchschnittsschwankung auferminimalen Dickenwerten von etwa 0,01 mm. Ob- legt wird, einen geringeren Wert haben könnte, vielgleich die Tonerauftragsdicke unter gewissen Um- leicht im Bereich von 3 bis 4 als Minimum liegen ständen mit zu dieser Schwankung beitragen kann könnte.

und dann auch berücksichtigt werden muß, kann Aus der obigen Erörterung wird offensichtlich,

doch für die meisten gegenwärtigen Tonermaterialien 15 daß unter Berücksichtigung des Schmelzdrucks des und ihre gewöhnlichen Ablagerungseigenschaften Toners und der Durchschnittsschwankung in den diese Schwankungskomponente bei der Berechnung Werkstückeigenschaften, verkörpert als Dickender Dickenschwankung praktisch vernachlässigt wer- Schwankung, schnell bestimmt werden kann, ob irden. Es wird jedoch festgestellt, daß die Situationen, gendein spezielles massives Material kohärenter, eladie sehr gleichmäßige Unterlagen und Toner erfor- 20 stischcr Natur die für ein wirksames Druckfixiedern, mit ihren Schwankungen in der Teilchengröße rungselement benötigten Eigenschaften besitzt. Zur gleichermaßen auf das hier vorgeschlagene Verfall- Vereinfachung kann festgestellt werden, daß die ren und die zugehörige Vorrichtung ansprechen, so Druckelemente oder -walzen aus einem Material bedaß, wenn im folgenden auf eine Werkstückdicken- stehen, dessen Elastizitätsmodul für Druck so groß Schwankung Bezug genommen wird, diese Art der 25 ist, daß sie, sobald sie einer Belastung unterworfen unterlagen und Toner genauso eingeschlossen ist wie werden, die einen errechneten Spaltspitzendruck von die Werkstückschwankung, die sich hauptsächlich wenigstens der Größe des Schmelzdruckes des in auf Grund einer nicht gleichmäßigen Unterlage er- Frage kommenden Toners verursacht, einer Verforgibt. mung unterliegen, die ein wesentliches Vielfaches der

Aus Gründen der Vereinfachung wird diese Art ₃₀ Werkstückdickenschwankung ausmacht, von Schwankungen, die als Ergebnis von Dicken- Es versteht sich, daß, obgleich die Druckelemcnte

meßversuchen erscheint, als »Dickenschwankungen« jm obigen in Form zweier Walzen dargestellt und bebezeichnet, schrieben wurden, jedes Druckelement auch als Der Begriff »wesentliches Vielfaches«, der in dem Platte ausgebildet sein kann, wobei dann das andere obigen Abschnitt verwendet wurde, bedeutet wenig- 35 Druckelement die Form einer Walze oder eines Segstens einige Male, und in der Praxis wurde gefunden, ments besitzt und mit ersterem in abrollender Druckdaß, wenn der errechnete Spitzendruck in dem Spalt berührung steht.

an oder etwas über dem Wert des Schmelzdruckes Die meisten der jetzt gemeinhin bekannten und

des Toners liegt, ein Vielfaches von etwa fünf als Mi- verwendeten Toner- oder Farbstoffpulver lassen sich nimum der durchschnittlichen Schwankung aufgege- 40 bei dem beschriebenen Verfahren zur Herstellung ben werden sollte, um die'angemessene Verformung von Kopien benutzen. Da das erfindungsgemäße zu bestimmen und dadurch sicherzustellen, daß auf Verfahren jedoch eine gleichmäßige Tonerhaftung der Oberfläche der Unterlage eine ziemlich gleichmä- auf der Oberfläche der Unterlage allein durch ßige Verschmelzung stattfindet. Ein im allgemeinen Druckaufwendung bewirkt, bietet es eine Gelegenheit noch mehr bevorzugter Wert würde ein Multiplikator 45 zur Benutzung anderer feinkörniger Pulver für TovonlOsein. ner, die nicht notwendigerweise gleich denen sein

Dieser Multiplikator weist jedoch keinen festlie- müssen, wie sie beim Verfahren der Verschmelzung genden Wert oder Bereich auf, sondern hängt mögli- durch Wärme benutzt werden. Auf diese Weise wird cherweise bis zu einem gewissen Maß von dem Be- eine größere Flexibilität bei der Tonerwahl und der trag ab, um den der errechnete, benutzte Spitzen- 50 Eigenschaften der fertigen Kopie erreicht, druck im Spalt den für den jeweiligen Toner erfor- Das neuartige Verfahren der Druckfixierung er-

derlichen Druck übersteigt möglicht das Arbeiten mit breiteren Bildformaten,

Somit würde für einen Toner, dessen Schmelz- als dies bei der Verwendung von zwei Walzen mit druck 352 kp/cm² beträgt und unter der Vorausset- harter Oberfläche möglich ist. Die bei der Benutzung zung eines gewöhnlichen Papierbogen mit einer 55 zweier Walzen mit harter Oberfläche gemachten Er-Durchschnittsdickenschwankung von etwa 0,01 mm fahrungen zeigen, daß die bei der Erreichung zufrie- das Material der Walze 17 in bezug auf seinen Elasti- denstellender Eigenschaften in dem nicht mit Toner zitätsmodul (E) so gewählt werden, daß, wenn der versehenen Oberflächenbereich auftretenden Pro-Belastungswert ρ den gewünschten rechnerischen bleme mit zunehmender Breite der durchlaufenden Spitzendruck im Spalt von 352 kp/cm² oder etwas 60 Fläche größer werden. Diese mit ansteigender Breite mehr ergibt, die gemessene Verformung y wenigstens zunehmende Problematik der Fixierung tritt nicht 5 χ 0,01 oder 0,05 mm beträgt. Wie oben bereits auf, wenn die Fixierung in der oben beschriebenen, ausgeführt wurde, könnte dies sich als etwas am erfindungsgemäßen Weise erfolgt. Rande gelegen erweisen, und der Elastizitätsmodul Auf diese Weise werden die eingangs genannten

würde vorzugsweise so gewählt, daß eine Verfor- 65 Ziele der Erfindung erreicht und die Erfindungsaufmungy von etwa 10x0,01 oder 0,1 mm erreicht gäbe zufriedenstellend gelöst.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Druckfixierung eines Farbstoffpulverbildes auf einer Werkstückunterlage, deren Dicke meßbare Schwankungen aufweist, bei dem das Werkstück bei Umgebungstemperatur zwischen zwei unbeheizten Druckelementen, die sich aufeinander längs einer schmalen Berührungszone unter Andruck abwälzen, hindurchgeschickt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Druckelemente aus einem elastischen Material verwendet werden, deren Elastizitätsmodulen so gewählt sind, daß die Gesamtverformung des Materials der Druckelemente unter Belastung ein erhebliches Vielfaches der Dickenschwankung des Werkstückes ausmacht, wenn der Andruck so hoch gemacht wird, daß ein rechnerischer Spitzendruck in der Berührungszone der beiden Druckelemente erzeugt wird, der so hoch ist, daß die Fließgrenze des auf dem Werkstück befindlichen Farbstoffs überschritten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Druckelemente, zwischen denen das Werkstück hindurchläuft, aus einem verhältnismäßig starren Material mit einem hohen Elastizitätsmodul und mit einer glatten, nicht absorbierenden Oberfläche besteht, die im wesentlichen keine Klebverbindung mit dem unter Druck stehenden Farbstoff eingeht, und daß das andere Druckelement demgegenüber verhältnismäßig elastisch ist und einen Elastizitätsmodul aufweist, der gegenüber dem des anderen Elements so groß ist, daß das Element im wesentlichen die ganze Verformung selbst erbringt, und daß das Werkstück bei seinem Durchgang zwischen den Druckelementen so liegt, daß die das Bild tragende Oberfläche mit dem erstgenannten Druckelement in Berührung kommt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Andruck der beiden Druckelementc angewendet wird, der einen errechneten Spitzendruck in der Berührungszone von durchschnittlich 352 bis 703 kp/cm² erzeugt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfallrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit zwei beweglichen Druckelementen (15, 17), die sich aufeinander längs einer schmalen Berührungszone abwälzen, sowie mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Andruckes zwischen den beiden Druckelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckelemente aus elastischem Material bestehen, deren Elastizitätsmodulen so gewählt sind, daß die gemeinsame Verformung des Materials der Druckelemente unter Belastung ein wesentliches Vielfaches der Dickenschwankung des Werkstücks (11, 13) beträgt, wenn die Belastung

so stark ist, daß ein in der Berührungszone rechnerischer Spitzendruck erzeugt wird, der so hoch ist, daß das die Fließgrenze des auf dem Werkstück (11) befindlichen Farbstoffs (13) überschritten wird, und daß die Druckelementc mit einem Andruck zur Erzeugung dieses Spitzendruckes belastet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das eine Druckelement einen errechneten Elastizitätsmodul für Druck zwischen etwa 7000 und 14 000 kp/cm'-aufweist und daß die Einrichtung (21) zur Erzeugung des Andruckes während des Durchgangs des Werkstückes (H) zwischen den Druckelementen (15, 17) einen errechneten Durchschnittsdruck auf die mit dem Bild versehene Unteriage an dem Spitzendruckpunkt erzeugt, der zwischen 352 und 703 kp/cm² liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Druckelemente (15, 17) Walzen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Walzen gegenüber der anderen verhältnismäßig elastisch ist und mit Textilgewebe gefüllt ist, das zu annähernd gleichen Teilen aus Baumwollfasern und Wollfasern besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Walze eine Metallwalze mit einer glatten, nicht absorbierenden Oberfläche ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallwalze eine Chromoberfläche besitzt.