DE2003992A1

DE2003992A1 - Verfahren zum Fixieren elektroskopischer Puderbilder

Info

Publication number: DE2003992A1
Application number: DE19702003992
Authority: DE
Inventors: White William Edward; Garbe William Frederick
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1969-03-17
Filing date: 1970-01-29
Publication date: 1970-10-29
Also published as: FR2034987A1; AU1265170A; GB1309425A; BE747447A; US3567484A; DE2003992B2; DE2003992C3; CH504702A

Description

28. Okt. 1969

PATENTANWÄLTE

Dr.-Ing. Wc:ff, Dart·;';, Dr. Brandes, Dr.-Ing. Held

8 MÜNCHEN 22, Thierschstraße 8/III

TELEFON 29 32 97

Reg. Nr.122 153

Eastman Kodak Company, 5^3 State Street, Rochester, Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika

Verfahren zum Fixieren elektroskopischer Puderbilder

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zumFixieren eines elektroskopischen Puderbildes auf der Oberfläche eines Bildträgermaterials; sie betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem die Verdampfungswärme einer Flüssigkeit, deren Siedepunkt oberhalb der Schmelztemperatur des Toners liegt, zum Fixieren des Toners auf dem Bildtragermaterial verwendet wird.

Es sind bereits drei verschiedene Verfahren zum Fixieren elektroskopischer Tonerbilder auf einem Bildtragermaterial bekannt, nämlich das Dampf-, Kontakt- und Bestrahlungsfixierverfahren.

Bei dem Dampffixierverfahren wird eine Flüssigkeit verwendet, die, wenn nicht alle Bestandteile, so doch mindestens das Bindemittel eines elektroskopischen Toners löst«, In diesem Verfahren wird das Harzbindemittel von der Flüssigkeit mindestens teilweise gelöst, so daß der Toner teilweise oder vollständig in das Bindemittel eingebettet werden kann, das als Teil des Bildträgermaterials anzusehen ist. Dieses Verfahren hat zwei wesentliche Nachteile: 1.) das Material muß beim Verlassen der Fixiervorrichtung trocken sein, um das Ablösen des Toners von dem Bildträger und das Haften an den Auftrags- oder Führungswalzen zu

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vermeiden, was nur durch Verwendung von mit Teflon (Polytetrafluoräthylen) beschichteten Walzen und Silikonöl vermieden werden kann; und 2.) die Vorrichtung selbst muß luftdicht verschlossen sein, da die Lösungsmittel oft stark toxisch und für das Bedienungspersonal schädlich sind und einen unangenehmen. Geruch haben können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das verdampfte Lösungsmittel im allgemeinen nicht zurückgewonnen werden kann und daher beachtliche zusätzliche Unkosten verursacht.

Das Kontaktfixierverfahren, das in mancherlei Hinsicht sehr vorteilhaft ist, wirft sehr spezielle Probleme auf, die darin bestehen, daß geheizte Walzen verwendet werden müssen, die eine verhältnismäßig lange Aufwärmzeit und spezielle Regeleinrichtungen erfordern, um die Walzen auf einer optimalen Fixiertemperatur zu halten. Das Ablösen des Toners von der Bildfläche und die Übertragung auf die Walzen wirft ein weiteres Problem auf, das, wie oben bereits angedeutet, nur dadurch überwunden werden kann, daß man die Oberfläche der Walzen mit einem Material, z. B. Teflon, beschichtet und auf die Walzen eine diese Ablösung verhindernde Flüssigkeit, z. B. Silikonöl, aufträgt. Daraus geht hervor, daß an die für dieses Kontaktfixierverfahren verwendete Vorrichtung sehr spezielle Anforderungen gestellt werden.

Die Verwendung von Strahlungswärme, wie sie beispielsweise von Infrarotlampen und elektrischen Heizspiralen erzeugt wird, bei der die Aufwärmzeit etwas kürzer ist, erfordert eine außerordentlich hohe Energieleistung, um diese Elemente innerhalb einer sehr kurzen Zeit auf die richtige Fixiertemperatur zu erwärmen. Im allgemeinen stehen diese Elemente nicht oder nur teilweise unter Strom, während die Maschine oder die Vorrichtung sich im' Wartezustand befindet. Der Hauptnachteil dieser Fixiervorrichtung ist der, daß sie eine potentielle Feuergefahr darstellt und Sicherheitakontrollvorrichtungen erforderlich sind, um dieses Risiko zu vermeiden. Auch ist es schwierig, die Kopie mit solchen Geschwindigkeiten durchlaufen zu lassen, die immer zu einer guten Fixierung des Toners in allen Bildflächen der Kopie führen, da die dichteren und kräftigeren Bildflächen so viel

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Wärme absorbieren können, daß der darunterliegende Bildträger verkohlt, während die feinlinigen Bildflächen ihre Wärme an den darunterliegenden Bildträger abgeben und zur Erzielung einer dauerhaften Fixierung auf dem Bildträger nicht genügend Wärme absorbieren.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zum Fixieren eines elektroskopischen Tonerbildes auf der Oberfläche eines Bildträgermaterials anzugeben, bei dem die oben geschilderten Nachteile nicht auftreten.

Es wurde nun gefunden, daß ein elektroskopisches Tonerbild auf der Oberfläche eines Bildträgermaterials fixiert werden kann, " wenn das Aufzeichnungsmaterial über eine Stelle transportiert wird, an der der Dampf eines Nicht-Lösungsmittels auf das Trägermaterial einwirkt· Dabei wird das Tonerbild durch die bei der exothermen Zustandsänderung des Dampfes infolge seines Kontakts mit dem Bildträgermaterial und dem Toner freigesetzte Wärme auf dem Bildträgermaterial fixiert.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum Fixieren einee elektroskopischen Puderbildes auf der Oberfläche eines Bildträgermaterials, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Dämpfe einer das elektroskopische Pulver nicht lösenden Flüssigkeit, deren Siedepunkt oberhalb der Schmelztemperatur des elek- j troskopischen Pulvers liegt und die eine hohe Verdampfungswärme aufweist, auf das Bildträgermaterial einwirken läßt, wobei das Puderbild durch die bei der Kondensation der Dämpfe infolge des Eontakte mit dem kühleren Bildträgermaterial gebildete Wärme auf dem Bildträgermaterial fixiert wird.

Das erfindungsgemäße Fixierverfahren hat den Vorteil, daß das das Tonerbild tragende Trägermaterial sowohl in Einzelblattals auch in Endlosformat mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit über das Fixiermedium transportiert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Bildträgermaterial sowohl mit der Puderbildseite als auch mit dessen Rückseite über das Fixiermedium transportiert werden kann, je nachdem, ob das

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Trägermaterial das Fixiermedium absorbiert oder nicht.

Die zur Herstellung des Dampfes verwendete Flüssigkeit darf den Toner nicht auflösen, so daß die Bildqualität nicht beeinträchtigt wird. Außerdem muß die Flüssigkeit eine hohe Verdampfungswärme und einen Siedepunkt aufweisen, der höher liegt als der Schmelzpunkt der Tonerteilchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit nahezu allen bekannten Dampffixiervorrichtungen durchführbar. Bei der praktischen Durchführung wird die Flüssigkeit in einem praktisch luftdicht ver— ^ schlossenen Behälter auf ihre Siedetemperatur erhitzt,wobei die ™ Flüssigkeit aus der Ebene verdrängt wird, durch die das Bildträgermaterial zum Fixieren transportiert wird. Der Dampf steigt innerhalb des Behälters nach oben und kommt an einer Düse in dem Behälter, über die das Bildträgermaterial transportiert wird, mit dem Bildträger in Berührung und gibt die bei seiner Kondensation entstehende Kondensationswärme an diesen ab· Diese Wärme reicht aus, um eine dauerhafte Fixierung des Toners auf dem Trägermaterial bei einer hohen Transportgeschwindigkeit des Bildträgermaterials zu gewährleisten. Der Dampf kann nach der Kondensation gesammelt und in den Behälter zurückgeführt werden. Wenn ein Bildträgermaterial verwendet wird, das Flüssigkeiten leicht absorbiert, muß nicht die gesamte Flüssigkeit aus dem Bildträgerfc material entfernt werden, da die beim Austreten aus der Fixiervorrichtung noch in dem Bildträgermaterial vorhandene Feuchtigkeit die Tonerteilchen nicht angreift. Das bedeutet, daß das Bild bereits fixiert ist und das Trägermaterial in Einzelblattoder Endlosformat beispielsweise sofort angefaßt und aufeinandergelegt werden kann, ohne daß die Bildkopie schmiert oder verwischt wird.

Ein Trägermaterial in Form eines Einzelblattes oder in Form einer Endlosbahn besteht aus einer elektrisch leitfähigen Grundschicht und einer darauf aufgebrachten Schicht aus einem photoleitfähigen Material. Die Grundschicht kann wie üblich eine Metallfolie oder ein anderes Material, beispielsweise elektrisch leitfähiges Papier, sein. Das photoleitfähige Material besteht aus einem Harz-

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bindemittel, in dem ein Photoleiter, z. B. Zinkoxyd, enthalten ist. Bei der Bildbelichtung wird bekanntlich auf der Oberfläche des photoleitfähigen Materials ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt. Wenn auf die das elektrostatische Bild tragende Oberfläche des Trägermaterials elektroskopische Tonerteilchen mit der richtigen Polarität aufgetragen werden, haften diese an den elektrostatisch aufgeladenen Bildflächen, wodurch ein sichtbares Bild erzeugt wird. Um Jedoch eine brauchbare Kopie zu erhalten, d. h. eine Kopie, bei der die Tonerteilchen dauerhaft auf der Photoleiterschicht oder mit Hilfe eines geeigneten Übertragungsverfahrens auf irgendeinem anderen Trägermaterial befestigt sind, ist es notwendig, das Tonerbild auf dem Trägermaterial bzw. den Toner auf dem Bildträgermaterial zu fixieren.

Da das xerographische Pudertonerbild auf eine Temperatur erhitzt werden muß, die ausreicht, um die Tonerteilchen an das Trägermaterial anzuschmelzen, unabhängig davon, ob es sich dabei um eine Photoleiterschicht auf einer Grundschicht oder um ein Einzelblatt oder eine Endlosbahn aus einem isolierenden Material handelt, muß in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine solche Flüssig keit verwendet werden, die beim Kondensieren genügend V/ärme abgibt, um das Anschmelzen (Fixieren) zu bewerkstelligen» Infolgedessen darf die Flüssigkeit das Trägermaterial oder den Toner nicht auflösen, sie muß eine hohe Verdampfungswärme und einen Siedepunkt aufweisen, der höher liegt als die Schmelztemperatur des Toners β Beispiele für solche Materialien, die diese Eigenschaften aufweisen, sind Wasser, Ithylenglykol und ihre Mischungen. Vom Schmelzpunkt des verwendeten Toners hängt es ab, welche Flüssigkeit verwendet werden kann. Wenn als Bildträgermaterial Papier oder ein ähnliches Material mit einer Affinität für Flüssigkeiten verwendet wird, ist Wasser als Fixierflüssigkeit in Verbindung mit einem geeigneten Toner bevorzugt. In diesem Falle ist die Flüssigkeit sehr billig und es ist daher kein abgeschlos senes System erforderlich, da die entweichenden Dämpfe (Wasserdampf) die Vorrichtung, die Umgebung oder das Bedienungspersonal praktisch nicht beeinträchtigen.

Aus' der nachfolgenden detaillierteren Beschreibung geht hervor,

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daß zur ausreichenden Fixierung des Tonerbilds das Trägermaterial mit dem xerographischen Pudertonerbild mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit an der Fixiereinrichtung vorbeigeführt werden kann. Die Kombination von heißem Dampf mit kondensierendem, wärmeabgebendem Dampf, was sich innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit;, abspielt, liefert dem Einzelblatt oder der Endlosbahn genügend Wärme zur Erzielung einer guten Fixierung des Toners. Zwar ist eine Kühleinrichtung neben der Fixierkammer nicht unbedingt erforderlich, diese trägt jedoch dazu bei, jegliche übertragung des Toners auf die Walzen, über die die fixierte Bildoberfläche läuft, zu verhindern.

Die Temperatur der Dampfkammer und des Dampfes in der Kammer variieren entsprechend dem Siedepunkt der jeweils verwendeten Flüssigkeit, beispielsweise zwischen etwa 100 C für Wasser und etwa 200⁰C für Äthylenglykol. Selbstverständlich muß der verwendete Toner einen Schmelzpunkt aufweisen, der unterhalb des Siedepunkts der Flüssigkeit liegt.

Die Figuren 1 und 2 der heiligenden Zeichnung sind schematische Darstellungen von Fixiervorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; darin ist angegeben, wie das ein Puderbild tragende Trägermaterial über die verdampfte Flüssigkeit transportiert und wie das Kondensat zurückgewonnen und in das System zurückgeführt werden kann. Gleiche Teile der Vorrichtung sind mit gleichen Ziffern bezeichnet.

In der Fig. 1 besteht das Bildträgermaterial 10 aus einer elektrisch leitfähigen Grundschicht 11 und einer Schicht 12 aus photoleitfähigem Material mit einem xerographischen Pudertonerbild 13 auf der Oberfläche des photoleitfähigen Materials 12. Das Bildträgermaterial 10 kann auch aus einem isolierenden Material bestehen, auf dessen eine Oberfläche ein xerographisches Pudertonerbild übertragen worden ist. Der Bildträger 10 kann ein Einzelblatt mit einem oder mehreren Bildern oder eine Endlosbahn mit einer großen Anzahl von Bildern sein, die darauf in Längs- und/oder Querrichtung angeordnet sind.

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Ein Behälter 15 enthält eine Flüssigkeit 16, die durch ein Heizelement 17 erhitzt wird, wobei das Heizelement 1? eine heiße Platte oder irgendeine andere geeignete Heizvorrichtung sein kann, mit deren Hilfe die Flüssigkeit 16 auf die gewünschte Temperatur gebracht werden kann. Der Behälter 15 ist mit einem Stöpsel 18 versehen, der einen Schlitz 19 aufweist, der senkrecht zur Ber wegungsrichtung des Bildträgermaterials 10 verläuft. Das Bildträgermaterial 10 wird mit Hilfe irgendeiner geeigneten Vorrichtung über den Behälter 15 und den Schlitz 19 transportiert und dabei durch die Waisen 21 und 22 dicht an der äußeren Oberfläche 20 des Stöpsele 18 gehalten·

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, befindet sich das Bild 13 auf der dem Stöpsel 18 zugewandten Oberfläche des Bildträgermaterials 10. Wenn das Bildträgermaterial 10 nicht gut Flüssigkeiten absorbiert, d. h. wenn es im allgemeinen für Flüssigkeiten undurchlässig ist, dann muß sich das Bild in dieser Lage zu dem Stöpsel 18 befinden, damit der Toner gut fixiert wird. In diesem Falle kann das Bildträgermaterial 10 aus einer metallischen Grundschicht und einer Schicht aus photoleitfahigem material bestehen. Ferner darf die Flüssigkeit das Harzbindemittel, in das der Photoleiter eingebettet ist, nicht auflösen und bei Verwendung eines Kreislaufsystems kann das Kondensat entfernt und wieder verwendet werden. Wenn als Bildträgermaterial 10 Papier verwendet wird, auf dessen einer Oberfläche sich das xerographische Pudertonerbild befindet, kann eich das Bild auf der der äußeren Oberfläche des Stöpsels 18 zugewandten oder abgewandten Seite befinden· Ein Papierträgermaterial ist normalerweise flüssigkeitsdurchlässig, so daß die Bildseite dem Stöpsel 18 zugewendet oder von ihm abgewendet sein kann und das Kondensat kann zur Wiederverwendung in dem System aus der Bildoberfläche oder der bildfreien Oberfläche des Trägermaterials herausgepreßt werden·

Wie oben angegeben wird die Flüssigkeit 15 auf ihre Siedetemperatur erhitzt und dabei gehalten, wobei ein heißer Dampf entsteht, der auf die dem Stöpsel 18 zugewandte Oberfläche des Bildträgermaterials zuströmt. Sobald der Dampf diese Oberfläche berührt, kondensiert er und gibt seine Verdampfungswärme einschließlich

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einer geringeren Wärmemenge, die beim Abkühlen der kondensier- ' ten Flüssigkeit auf die Gleichgewichtstemperatur der Bildträgermaterial-Flüssigkeit-Grenzfläche freigesetzt wird, an die Oberfläche des Bildträgermaterials ab. Wenn genügend heißer Dampf vorhanden ist, kondensiert er weiter und erhitzt das Bildträgermaterial bis die Temperatur der Oberfläche des Bildträgermaterials gleich der Temperatur des Dampfes ist, die ihrerseits gleich der Siedetemperatur der Flüssigkeit 15 ist. Diese Wärme reicht aus, um die Tonerteilchen auf dem Bildträgermaterial zu fixieren, unabhängig davon, ob die Bildoberfläche dem Stöpsel 18 zugewandt ist oder nicht, d. h. die Wärme reicht in jedem Falle für eine gute Fixierung aus, unabhängig davon, ob der Dampf direkt auf das Tonerbild oder auf die Rückseite des Trägermaterials auftrifft. Es wurde nun gefunden, daß bei Transportgeschwindigkeiten des Bildträgermaterials von etwa 10 bis etwa 28 cm pro Sekunde (4 bis 11 inches/sec.) eine gute Fixierung erzielt werden kann, d. h., daß sich das Bildträgermaterial etwa 1/8 bis 1/30 Sekunde lang über dem Schlitz 19 befindet. Bei diesen Geschwindigkeiten bewegt sich das Bildträgermaterial mit einer solchen Geschwindigkeit, bei der nicht die gesamte Dicke des Bildträgermaterials die Fixiertemperatur erreicht.

In der Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der das Bildträgermaterial 10 das gleiche ist wie das in Fig. 1 dargestellte. Die Flüssigkeit 30 befindet sich in einem Behälter 31 und sie wird mit Hilfe eines Dochts 33 durch eine Aufheizkammer 32 zu dem Bildträgermaterial 10 befördert. Die Aufheizkammer 32 wird von einem Gehäuse 34- gebildet, das außerdem noch die Heizelemente 35 enthält, die durch einen Thermostaten 36 reguliert werden. Das Gehäuse 34 bildet einen Hohlraum 37» über den das Bildträgermaterial 10 mit Hilfe der an dem einen Ende angeordneten Walze 38 und der an dem abliegenden Ende des Kühlsektors 41, der sich an das andere Ende des Gehäuses 34 anschließt, angebrachten Walzen 39 und 40 transportiert wird. Der Hohlraum 37 ist im allgemeinen mit einer Deckplatte 42 verschlossen, die an den beiden gegenüberliegenden Enden Öffnungen für den Eintritt und den Austritt des Bildträgermaterials 10 enthält. Der Kühlsektor 41 steht über Leitung 43 mit dem Behäl-

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ter 31 in Verbindung. Zur Einhaltung eines vorgegebenen Plüssigkeitsniveaus ist der Behälter 31 auch mit einem Flüssigkeitsniveauregler 44 verbunden. Das Gehäuse 34 und die Deckplatte 42 können aus einem Wärmeisoliermaterial bestehen oder mit einem solchen Material verkleidet sein.

Wie in Pig. 1 kann das Bild 13 der Dampfquelle, d. h. der Flüssigkeit 30 und dem Docht 33> zugewandt oder davon abgewandt sein. Sowohl die an das Bildträgermaterial 10 abgegebene Verdampfungswärme als auch die bei der Beschreibung der Pig· 1 oben genannte, beim Kontakt mit dem Bildträgermaterial 10 von dem Dampf abgegebene Wärme bewirken die Fixierung des Toners auf dem Trägermaterial. Das Trägermaterial wird in dem Kühlsektor 41 abgekühlt ™ und die Walzen 39 und 40 dienen dazu, das dabei gebildete Kondensat aus dem Trägermaterial herauszupressen, so daß es über Leitung 43 in den Behälter 31 zurückgeführt werden kann.

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Claims

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Patentansprüche

(i> Verfahren zum Fixieren eines elektroskopischen Puderbildee auf der Oberfläche eines Bildträgermaterials, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dämpfe einer das elektrostatische Pulver nicht lösenden Flüssigkeit, deren Siedepunkt oberhalb der Schmelztemperatur des elektroskopischen Pulvere liegt und die eine hohe Verdampfungswärme aufweist, auf das Bildträgermaterial einwirken läßt, wobei das Puderbild durch die bei der Kondensation der Dämpfe infolge ihres Kontakte mit dem kühleren Bildträgermaterial gebildete Wärme auf dem BiIdträgermaterial fixiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeitsdämpfe auf die Puderbildseite des Bildträgermaterials einwirken läßt.
3» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeitsdämpfe auf die puderbildfreie Rückseite des Bildträgermaterials einwirken läßt. ^/
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Flüssigkeit Äthylenglykol verwendet.
5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man als Flüssigkeit Wasser verwendet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeit bis zu ihrem Siedepunkt erhitzt und das Bildträgermaterial mit seiner Puderbild,-seite in direktem Kontakt an den gebildeten Flüssigkeitsdämpfen vorbeiführt, wobei das Puderbild durch die bei der Kondensation der Dämpfe infolge des Kontakts mit dem kühleren Bildträgermaterial gebildete Wärme auf dem Bildträgermaterial fixiert wird.

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