DE2353577A1

DE2353577A1 - Elektrophotographische toneruebertragungs- und -schmelzvorrichtung sowie toneruebertragungs- und -schmelzverfahren

Info

Publication number: DE2353577A1
Application number: DE19732353577
Authority: DE
Inventors: William Raymond Buchan; Robert Allison Moore
Original assignee: Itek Corp
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1972-11-02
Filing date: 1973-10-25
Publication date: 1974-05-16
Also published as: FR2213518A1; DE2353577C2; BE806919A; CA1033404A; IT999082B; GB1445143A; NL180885B; FR2213518B3; AU6175473A; SU582778A3; NL180885C; JPS4978559A; NL7314998A; JPS5720632B2

Description

S Patentanwälte: .

Dr. Dieter F.

_25# Oktober 1973 Dr. Hans-A. Brauns 2257

8 MÜMJiea 8β, PleaiiMUWitr. Ά

ITEK CORPORATION
10 Maguire Road, Lexington, Massachusetts, V.St.A-.

Elektrophotographische Toneriibertragungs- und '-schmelzvorrichtung sowie Tonerübertragungs- und

-schmelzverfahren

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrophotographische Übertragungs- und Schmelzvorrichtung, und insbesondere eine verbesserte elektrophotographische Toneriibertragungs- und Schmelzvorrichtung der thermomechanischen Bauart. . ■

Bei den üblichen elektrophotographischen Verfahren wird eine leitende Unterlage, welche mit einer photoleitenden Isolierschicht versehen ist, elektrostatisch belichtet, indem die Oberfläche der Schicht zunächst gleichförmig aufgeladen wird und anschliessend.-die aufgelaufene Oberfläche einem Belichtungsmuster aktivierender elektromagnetischer Strahlung, wie beispielsweise Licht ausge- • · 409820/1049

setzt wird. Das Belichtungsmuster leitet wahlweise elektrostatische Ladungen in den belichteten Bereichen der photoleitenden Oberfläche ab, so dass in den nichtbelichteten Bereichen ein latentes elektrostatisches Bild entsteht. Dieses latente elektrostatische Bild kann anschliessend entwickelt werden, um ein sichtbares Bild zu liefern, indem darauf mittels einer Anzahl von Entwicklungsverfahren Entwickle materialien aufgebracht werden« wobei das gebräuchlichste Entwicklungsverfahren aus einer Kaskadenentwicklung besteht.

Feste elektrophotographische Entwicklermaterialien sind häufig Zwei-Komponenten-Systeme, die feinzerteilte Pigmentteilchen enthalten, welche üblicherweise als "Toner" bezeichnet werden, sowie vergleichsweise gröbere, grössere Teilchen, die als "Trägerteilchen¹' bezeichnet werden. Die Tonerteilchen und die Trägerteilchen sind derart ausgewählt oder abgeändert, dass sie reibungselektrisch verschieden sind, so dass an ihnen reibungselektrische Ladungen entstehen, wenn sie durch die Entwicklungsvorrichtung transportiert werden. Darüberhinaus sind die Teilchen derart ausgewählt, dass der Toner reibungselektrische Ladungen aufweist, die in ihrem Vorzeichen dem zu entwickelnden elektrostatischen Ladungsmuster entgegengesetzt gerichtet sind. Daher haften die Tonerteilchen an den Trägerteilchen infolge ihrer elektrostatischen Ladungen und infolge von van der Waals¹ sehen Kräften, bis sie während des Entwicklungsvorganges losgelöst und von den entgegengesetzt gerichteten und stärkeren elektrostatischen Ladungen auf der zu entwickelnden isolierenden Oberfläche angezogen werden.

40982Q/1CU9

Entwickelte Tonerbilder können an der photoleitenden isolierenden Oberfläche geschmolzen oder weiterbefördert und an einem anderen Substrat, wie beispielsweise gewöhnlichem Papier geschmolzen werden. Eine Übertragung des Tonerbiides kann durch elektrostatische Methoden erfolgen sowie durch die Verwendung von mit Klebstoff beschichtetem Papier/ durch Druckkontakt und dgl. Nach der Übertragung kann das Tonerbild am Papier geschmolzen oder fixiert werden, und zwar durch Erhitzen und Kühlen, durch Lösungsmit teldampfschmelzen, durch Verwendung eines fixierenden Überzuges Über dem Bild und dgl.. Der Stand der Technik in Übertragungs- und Schmelzverfahren und entsprechenden Vorrichtungen ist im einzelnen in Schaffert, "Electrophotography", Focal Press, New York, (1965) auf den Seiten 24 bis 25 und 39 bis 40. beschrieben, sowie in den US-PS 3 640 749, 3 647 292, 3 647 499, 3 640 249, 3 630 591, 3 612 685, 3 612 677, 3 584 195, 3 558 853, 3 567 484, 3 566 076 und 3 539 16I.-

In einigen Fällen wurden Tonerbilder auf Zwischenbänder übertragen, bevor sie am Kopierpapier geschmolzen wurden. Beispielsweise wird in der US-PS 2 990 278 die Verwendung eines Zwischenbandes mit weicher Oberfläche beschrieben, welches keine mechanische Verbindung mit dem Toner eingeht. In der US-PS. 3 374 769 wird der Gebrauch eines transparenten Zwischenbandes mit reflektierender Oberfläche an der Seite des Bandes beschrieben, die gegenüber einem Heizstrahler angeordnet' ist. Das dabei beschriebene Übertragungs- und Schmelzsystem hat ungeachtet der Verwendung eines Zwischenbandes in einigen Ausfünrungsformen beträchtliche Vorteile über bekannte Systeme, nämlich die Verwendung des Bandes als Teil des

4 098207 1049

Papiertransportsysterns, die Verwendung des Kopiermittels zur Kühlung des Bandes nach jeder Übertragung und die Verwendung von kurzen, heissen, selektiven Erwärmungszonen. Jedes dieser Merkmale wird weiter unten im einzelnen beschrieben.

Einer der neueren Versuche zur Verbesserung von Druckübertragungs- und Schmelzverfahren wird in der US-PS 5 591 276 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein entwickeltes xerographisches Pulverbild von einer photoleitenden Oberfläche auf ein endgültiges Trägermaterial, wie beispielsweise Papier, übertragen, indem¹ das Tonerbild am Photoleiter in Berührung mit einem unter Druck stehenden elastomeren Material gebracht wird, um dabei das Tonerbild als Folge der Verformung des elastomeren Materials zu erfassen. Anschliessend wird das Tonerbild vom elastomeren Material auf Papier übertragen, welches entweder vorerwärmt ist oder gleichzeitig erwärmt wird, wenn es in Druckkontakt mit dem elastomeren Material gelangt. Dabei wird dem Papier, bevor es oder während es in Druckkontakt gelangt, genügend Wärme zugeführt, um die Tonerteilchen zu schmelzen und mit dem Papier zu vereinigen.

Zwar weisen die in der letztgenannten US-Patentschrift beschriebenen Verfahren verbesserten DruckUbertragungsvorgang und Schmelzvorgang auf, doch es bleiben noch beträchtliche Probleme zu lösen. Da das Papier beispielsweise merklich erwärmt werden muss, bevor oder während die übertragung erfolgt, sind beträchtliche Energiemengen erforderlich, insbesondere,weil das Papier normalerweise Feuchtigkeit enthält, welche entfernt werden muss. Somit müssen infolge der Verwendung eines mit geringem Wirkungs-

409 820/1CK 9

grad arbeitendes Erwärmungsverfahren für den Toner hohe Wärmemengen zugeführt werden. Dies führt zu einer entsprechenden geringen Wirtschaftlichkeit und ferner zu anderen unerwünschten Begrenzungen bei den Kopierverfahren. Darüberhinaus kann sich die Qualität des erhaltenen Schmelzvorganges verringern, und zwar infolge gewisser inhärenter Begrenzungen bei der Kombination von Wärme und Druck, welche auftreten können, wenn vorgewärmtes Papier verwendet wird, um den Toner auf seinem Schmelzpunkt zu erhitzen. Im allgemeinen treten diese Begrenzungen auf, weil das Papier nur bis zu einem bestimmten Punkt erhitzt werden kann und weil steile Druekimpulse am Übertragungspunkt nicht verwendet werden.

Ein weiterer neuerer Versuch zur Verbesserung von Drucklibertragungs- und Verschmelzungsverfahren wird in der US-PS 3 669 706 beschrieben. Die dort gezeigte Schmelzvorrichtung weist eine für Strahlungsenergie durchlässige drehbare Trommel auf, die mit einer elastischen, kompressiblen, für Strahlungsenergie durchlässigen Schicht sowie mit einer dünnen, biegsamen, Strahlungsenergie absorbierenden, äusseren Lage abgedeckt ist· Ein Hauptnachteil dieses Verfahrens, ist der geringe thermische Wirkungsgrad. Beispielsweise

sind die kompressiblen Schichten absichtlich so bemessen, dass sie grosse Wärmemengen absorbieren, da die innere Schicht verhältnismässig dick und die äussere Lage Strahlungsabsorbierend ist* Ein geringer thermischer Wirkungsgrad ist ferner deshalb vorhanden, weil eine Trommelanordnung zwischen der Wärmequelle und dem Toner vorhanden ist und weil die Wärme der Unterseite des Toners zugeführt wird. Da sich die Trommel aufheizt, ist ferner der weitere Nachteil vorhanden, dass die

- 5 4 0 9"8 20/1(H 9

2257 (λ t j O O b / /

Lebensdauer des Photoleiters verringert wird. Schliesslich ist an der Übertragungsstelle ein höherer Druck erforderlich, da die Wärme von der Oberfläche zum Toner durch Wärmeleitung anstelle von Wärmestrahlung übertragen wird; dicke Schichten machen es jedoch schwierig, einen Druckimpuls mit einer kurzen Anstiegszeit zu erhalten. Da ferner der Elastomer verhältnismässig dick ist, wird eine Verzerrung der Bildabmessungen erhöht.

Es ist deshalb wünschenswert, TonerUbertragungs- und -schmelzverfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung zur Verfügung zu haben, welche*die Vorteile der in der vorausgehend genannten US-Patentschrift aufgezeigten Verbesserungen auf weisen, während sie jedoch nicht die begleitenden Nachteile besitzen·

Die bevorzugte Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung kann als xerographische Wärme- und Druckübertragungsund Schmelzvorrichtung bezeichnet werden. Sie weist ein Zwischenübertragungselement auf, welches eine glatte Oberfläche besitzt, eine freie Oberflächenenergie unter 40 Dyn/cm und eine Durometerhärte zwischen 3 und 70.

Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um ein Tonerbild von einem ersten Trägermaterial auf die Oberfläche des Zwischenübertragungselements zu übertragen. Das Tonerbild auf dem Zwischentibertragungselement wird anschliessend und vorzugsweise selektiv auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher ein Fliessen des Bildes eintritt, wenn auf dieses eine ausreichende Kraft ausgeübt wird. Eine selektive Erhitzung kann mittels eines Heizstrahlers und die richtige Auswahl eines Zwischenmaterials erfolgen. Ein zweites Trägermaterial,

δ /⁶iö

9820/1049

welches beispielsweise von Rollen zugeführt, wird, wird ansehliessend in Druckkontakt mit dem erhitzten Toner auf dem Zwischenübertragungselement gebracht. Vorzugsweise ist unmittelbar hinter dem Heizstrahlerbereich ein Druckelement angeordnet, um Druckimpulse mit steiler Anstiegsflanke zu erteilen. Das Vorwärmen des Toners und die Verwendung von Zwischenübertragungselementen in der beschriebenen Weise ergibt eine ausgezeichnete Tonerübertragung und Verschmelzung, besonders wenn der Töner selektiv erwärmt wird und die Kraft derart ausgeübt wird, dass der erhaltene Druckimpuls eine steile Anstiegsflanke aufweist.

Diese neue Übertragungs« und Schmelzvorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik viele Vorteile. Beispielsweise kann mit dieser Übertragungs- und Schmelzvorrichtung eine höhere Auflösung in der erhaltenen Kopie erzielt werden als. mit den meisten anderen Vorrichtungen. Dies ist wichtig, weil in letzter Zeit neue xerographische Verfahren entwickelt worden sind, welche die Ausbildung von Tonerbildern mit höherer Auflösung gestatten, wobei jedoch diese Bilder übertragen und geschmolzen werden müssen, ohne dass merkliche Verluste in der Auflösung eintreten, wenn die Verbesserung nicht hinfällig sein soll. Elektrostatische Übertragungsverfahren scheinen in der erreichbaren Auflösung begrenzt zu sein.

Darüberhinaus wird die Verarbeitung des Papiers, welche üblicherweise ein ernstes Problem in elektrophotographischen Kopiergeräten darstellt, vereinfacht. Der Grund dafür liegt zum Teil darin, dass die Notwendigkeit der Verarbeitung von Papieren, mit nicht geschmolzenen Tonerbildern, welche ein Merkmal vieler bekannter Verfahren darstellt, beseitigt ist. Ferner ist es

409820/1049

- 7 - . ■ -■■■■-.-■■■■

2257 Z ^OJD//

nicht mehr notwendig, auf elektrostatische Weise Kopierpapier an einer photoleitenden Oberfläche haftend zu machen, wodurch das schwierige Problem ausgeschaltet wird, dass Papierblätter nach dem Austritt aus der Maschine zusammenkleben, weil Best ladungen an ihnen haften.

Schliesslich kann eine Anzahl von Substraten verwendet werden, weil das Tonerbild mechanisch übertragen wird, und zwar sowohl leitende, wie nichtleitende Substrate. Da das zweite Trägermaterial lediglich zwischen zwei Druckrollen hindurchgef Uhrt wird, können Substrate verwendet werden, die nicht flexibel sind und schiiesslich können auch sehr empfindliche Materialien verwendet werden, indem sehr schonende Übertragungsbedingungen geschaffen werden.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Übertragungs- und Schmelzvorrichtung besteht darin, dass das zweite Trägermaterial, welches üblicherweise aus Papier besteht, Wärme aus der Vorrichtung abführt. In dieser Beziehung wirkt das Papier als Wärmesenke, so dass Wärme von dem heissen Toner und dem Zwischenelement auf das Papier übertragen werden kann, welches anschliessend die Vorrichtung verlässt. Aus diesem Grunde tritt bei einzelnen Bereichen der Kopiervorrichtung eine viel geringere Erwärmung auf.

Zusätzlich zu den vorausgehend genannten. Vorteilen gegenüber bekannten Übertragungs- und Schmelzvorrichtungen weist die beschriebene Vorrichtung mehrere erhebliche Vorteile gegenüber den elastomeren Systemen auf, die in den US-Patentschriften 3 591 276 und 3 669 706 beschrieben

409820/1049

2257 b

sind. Daher wird infolge der Erhöhung des gesamten thermischen Wirkungsgrades erheblich weniger Leistung benötigt, was durch wahlweise. Vorerhitzung des Toners und durch Ausbildung des Übertragungselementes mit niedriger Wärmekapazität usw. erreicht wird. Zusätzlich kann die Übertragung vom ersten Trägermaterial zum Zwischen-Ubertragungselement durch Einstellung des verwendeten Drucks und des Übertragungseleraents gesteuert werden, so dass tatsächlich jeder Teil des ursprünglichen Tonerbildes vom Photoleiter zum Zwischenelement übertragen werden, kann. Dies stellt einen wichtigen Vorteil dar> und zwar nicht nur, weil für jede Kopie weniger Toner verwendet wird, sondern auch, weil eine Bilderhaltung möglich wird> d.h. die Fähigkeit, mehrere Kopien von einem elektrostatischen latenten Bild herzustellen, wenn weniger als das gesamte Tonerbild übertragen wird. Ein elektrostatisches latentes Bild am ersten Trägermaterial, welches üblicherweise

aus einem photoleitenden Isoliermaterial besteht, kann ständig mit Toner versehen und teilweise auf das Zwischen-Ubertragungselement übertragen werden, von wo es im wesentlichen vollständig übertragen und mit einem zweiten Trägermaterial, beispielsweise mit Papier verschmolzen wird. Die Bilderhaltung liefert einen grösseren Wirkungsgrad des Kopiervorgangs und eine schnellere Produktion von Kopien und es besteht dabei die Neigung, dass der Photoleiter weniger abgenützt wird.

Da geraäss der US-PS 3 591 276 das Kopierpapier vorerwärmt oder gleichzeitig auf Temperaturen erwärmt wird, die oberhalb des Toherschmelzpunkts liegen, kann das Papier nicht als Wärmesenke zur Kühlung des Übertragungselements dienen. Daher besteht für das Übertragungselement

409820/1049

eine Neigung, sich, aufzuheizen, was die TonerUbertragung von der photoleitenden Oberfläche beeinträchtigen kann und was sogar ze einer thermischen Beschädigung des empfindlichen Photoleiters führen kann.

Die Erfindung wird anschliessend an Hand der Zeichnungen beschrieben; es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines AusfUhrungsbeispiels der erfindungsgemässen Übertragungsvorrichtung unter Verwendung eines ZwisehenUbertragungsbandes, *

FIg. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Übertragraogs- und Schmelzvorrichtung unter Verwendung einer Zwlsehenübertragungstrommel,

Fig. 3 eine schematlsche Darstellung der erfindungsgemässen Übertragungs- und Schmelzvorrichtung unter Verwendung eines Zwischenübertragungsbandes und einer Walze, die hinter dem Band an der photoleitenden Fläche In Kontakt «gebracht werden kann, was durch Verschieben der Walze erfolgt,

Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht eines Schnitts eines Zwlsohenübertragungsbandes, welches sich zur Verwendung mit der erfindungsgemässen Vorrichtung eignet,

Fig. 5 typische Kurvendarstellungen des Wärmeübergangs zum und vom Kopierpapier, bei welchen die Temperatur des Papieres (T ) über der Zeit (t) in den verschiedenen Bereichen der erfindungsgemässen Vorrichtung und beim Stand der Technik aufgetragen ist,

409820/1049

- 10 -

Pig. 6 typische Kurvendärstellungen des Wärmeübergangs von und zum Tonerbild, bei welchen die Temperatur des Toners (T^)über der Zeit (t) in verschiedenen Bereichen der erfindungsgemässen Vorrichtung und beim Stand der Technik aufgetragen ist und

Fig· 7 typische Kurvendarsteilungen der Druckimpulse als Punktion der Zeit bei der erfindungsgemässen übertragungs- und Schmelzvorrichtung und beim Stand der Technik. ,

Fig» 1 ist in sehematiseher Darstellung die erfindungs~ gemässe übertragungs- und Schmeizvorriehtung dargestellt. Ein photoleltendeSi, aus Isoliermaterial bestehendes Blatt, wie beispielsweise Zinkpxidpapier 1, welches ein entwickeltes, aber nicht geschmolzenes Tonerbild 3 trägt, tritt zwischen Waisen 5 unä. 7' "hindiar-ch, welche über einen Motor 9 mit der gleichen Drehzahl angetrieben werden. Das Tonerbild 3 ist in der Zeichnung aus zwei Lagen von Tonerteilchen bestehend dargestellt, obwohl gewöhnlich mehr Lagen verwendet werden» Der Druck zwischen den Walzen 5 und 7 kann durch eine Federanordnung 10 eingestellt werden.

Ein Zwischenübertragungsband 11 ist über die Walzen 7» 12 und 13 in einer endlosen Schleife geführt. Das Band 11 kann beispielsweise aus einem Polylmidfilmsubstrat bestehen, welches einen Überzug von Silikonkautschuk oder einen Pluorelastomer mit einer Stärke von 0,0025 bis 0,25 mm (0,1 bis 10 mils) aufweist, um das Übertragungselement mit einer glatten Oberfläche zu versehen, welche eine geringe freie Oberflächenenergie aufweist und eine

4 098 20/10

Härte zwischen Z> und 70. Die Einzelheiten eines brauchbaren Übertragungselementes werden an späterer Stelle beschrieben.

Da das Zinkoxidblatt I₉.welches das Tonerbild 3 trägt, durch den Spalt zwischen den Walzen 5 und 7 tritt, gelangt ein Teil des Tonerbildes 3 auf die Oberfläche des Bandes 11, wie dies durch eine einzige Schicht des Tonerbildes 3* dargestellt- ist. Diese Übertragung wird mit T, bezeichnet. Durch Einstellung des Drucks zwischen den Walzen 5 und 7 und Auswahl eines Übertragungselementes, welches im Betriebsbereieh die gewünschten Eigenschaften aufweist, kann der Betrag des bei T₁ auf das Zwischenübertragungselement abgegebenen Toners gesteuert werden. Durch Einstellung der verschiedenen Parameter einschliesslich des Drucks, des elektrostatischen latenten Bildes, der Oberflächeneigenschaften und der Dicke des Übertragungsmaterials kann der Bereich der Tonerübertragung zwischen etwa einer Tonerübertragung von 20 % bis etwa 8o % eingestellt werden. In erster Annäherung haben weichere Übertragungsmaterialien und höhere Drücke das Bestreben, betragsmässig eine höhere Tonerübertragung bei T, zu ergeben, wobei umgekehrt das gleiche gilt.

Wie ersichtlich, wird ein Teil des Tonerbildes J> nicht vom Zinkoxidblatt 1 übertragen und verbleibt dort als nicht-übertragenes Tonerbild 3". Das Tonerbild 3" kann erneut entwickelt werden, falls ein Arbeiten mit Bilderhaltung gewünscht wird, es kann entfernt werden, so dass das Blatt 1 wieder verwendet werden kann, oder es kann schliesslich einfach mit dem Blatt 1 weggeworfen werden. Das Tonerbild 3^f gelangt an eine Heizstrahlerzone, die durch Heizstrahlerelemente 21 gebildet wird,

A09820 η δ Α 9

welche von einem Reflektor 2j5 umgeben sind. Die Strahlungswärme hat das Bestreben, den Toner selektiv zu erwärmen. PUr eine maximale selektive Erwärmung ist es natürlich wünschenswert, ein Band 11 mit niedriger Wärmeabsorption Im Vergleich zu jener des Tonerbilds zu. verwenden. Dies kann üblicherweise'leicht erfolgen, da die gebräuchlichen Toner schwarz pigmentiert sind und da es keine Schwierigkeiten macht, Bandmaterialien zu verwenden, die farblos und· transparent oder weiss pigmentiert sind. ,

Die Heizstrahlerzone 1st kurz bemessen und weist hohe Temperatur auf. Ihre Länge sollte ausreichen, um jede Stelle des Überträgungselementsetwa während 1/8 bis 1/3 Sekunde zu erwärmen und sie sollte eine genügend hohe Temperatur besitzen, um mindestens etwa 6,4 W/cm bei einer Bandgeschwindigkeit von 19 cm/s zu liefern. Kürzere,gedrängter gebaute Heizstrahler, die mit höherer ■ Temperatur arbeiten, weisen einen kleineren Wärmeverlust auf als längere Heizstrahler, und besitzen daher einen besseren Wirkungsgrad. ·

Ein zweites Trägermaterial, wie beispielsweise Papier 25, wird von einer Rolle 27 zugeführt. Das Papier 25 wird mit dem Zwischenband 11 mittels eines Druckstabs 29 in^Druckkontakt gebracht, und zwar an einer Stelle, die eng benachbart dem Austritt des Tonerbilds 3^f von der Heizstrahlerzone liegt. Auf diese Weise wird jegliche unnötige Strahlung vom Bild an die Umgebungsatmosphäfe vor dem Überträgungs- und Schmelzvorgang vermieden.

Der Druckstab 29 weist eine abgeschrägte Vorderkante auf, an die sich eine fläche Hinterkante anschliesst, um

409820/1CH9

das Papier 25 zu einem schmalen Berührungsbereich T« zu bringen, in dem der Toner vom Zwischenband 11 zum Papier Übertragen wird. Die Breite der flachen Hinterkante des Druckstabs 29 wird gering gehalten, so dass der Druckimpuls bei T₂ eine steile Anstiegsflanke aufweist. Es wurde gefunden, dass eine Druckanwendung in dieser Welse dazu neigt, erwärmten Toner in das kalte Papier zu bringen, bevor der Toner unter seinen Erstarrungspunkt abkühlen kann. Auf diese Weise wird eine mechanische Bindung zwischen Papier und Toner erhalten, bevor der Toner im Papier erstarrt. Diese Kombination eines Druekirapulses und einer Vorerwärmung des Toners ermöglicht einen völlig zufriedenstellenden Übertragungs- und Schmelzvorgang des Tonerbildes.

Nachdem der öbertragungs- und Schmelzvorgang bei T₂ stattgefunden hat, wird das Papier 25 in Berührung mit dem Zwischenband 11 gehalten und um eine Führungswalze 28 einer Papierschneidvorrichtung 33 zugeführt, welche das Papier auf die gewünschte Blattlänge abschneidet. Das Papier 25 und das Band 11 bleiben anschliessend an den Bereich Tp für eine gewisse Zeitspanne in Berührung miteinander, bevor sie zur Schneidvorrichtung 33 gelangen, so dass Wärme vom Band 11 auf das Papier 25 übertritt und anschliessend von der Vorrichtung abgeführt wird. Diese erweiterte Kühlzone stellt ein Merkmal der beschriebenen Übertragungs- und Schmelzvorrichtung dar, weil dadurch die früher unerwünschte hohe Wärmekapazität des Papiers einem nützlichen Zweck zugeführt wird. Normalerweise sollten Papier und Band mindestens für etwa 0,5 Sekunden oder langer in Berührung bleiben, um eine ausreichende Kühlwirkung zu erzielen. Die erweiterte Kühlzone macht es ferner möglich, das Übertragungsband als Teil des Papiertransportsystems zu verwenden.

- 14 -

409820/1049

Eine fertige elektrophotographische Kopie 35*dfe aus einem Papierträger 25 und einem einheitlich verschmolzenen Tonerbild 3' besteht, tritt aus der Kopiermaschine aus und führt den grössten Teil der dem Toner und dem Band zugeführten Wärme mit sich« Aus diesem Grunde wird das Zwischenband 11 um die Walze 13 zur Walze 7 für die nächste Übertragung eines entwickelten xerographlschen Bildes in einem im wesentlichen gekühlten Zustand zurückgeführt»

In Figur 2 ist schematisch eine Kopiervorrichtung dargestellt; in welcher eine Zwischenübertragungstrommel verwendet wird, wobei die Vorrichtung mit Bilderhaltung arbeitet, um mehrere Kopien bei einer einzigen Belichtung der photoleitenden Trommel 50 zu erzielen. Üblicherweise besteht die photoleitende Trommel aus einem leitenden Metallträger 51* beispielsweise Aluminium, welcher an seiner Aussenfläche mit einer photoleitenden Isolierschicht 52 überzogen -ist, die üblicherweise aus glasartigem Selen besteht. Die Trommel 50 läuft um ihre ' Achse um, und zwar entsprechend der Darstellung im Gegenzeigersinn. Eine Reinigungsbürste 55* welche an einem gleitbaren Element 56 befestigt ist, um ein Zurückziehen der Bürste zu ermöglichen, entfernt Tonerreste von der Oberfläche der Trommel 50, wenn dies gewünscht wird.

Auf der Oberfläche der Trommel 50 wird mittels einer Korona-Ladungseinheit 57 eine gleichmässige elektrostatische Ladung gebildet. Die Korona-Ladungsvorrichtung 57 ist elektrisch mit einer Energiequelle,wie der Batterie 58, und der Erde verbunden. Die gleichmässig elektrostatisch aufgeladene Trommel 50 wird anschiiessend an einer Belichtungsstation 60 vorbeigef iihrt, die aus einer Licht-

409 82*0 Pi 04 9

quelle 61,einer Abbildungslinse 63 und einem Schlitz besteht und durch welche das Original 63 auf der Oberfläche der Trommel 50 abgebildet wird.

Die Entwicklung des auf diese Weise erzeugten latenten elektrostatischen Bildes erfolgt durch eine Kaskadenentwicklungsvorrichtung 65. Diese besteht üblicherweise aus einem Gehäuse 66, in dem ein Schaufelfördersystem angeordnet ist, welches durch ein endloses Förderband mit daran angebrachten Schaufeln 68 gebildet wird. Der elektrostatische Entwickler wird von den Schaufeln 68 aus einem Vorrat 69 entnommen und zu einer Stelle am oberen Bereich der Trommel angehoben, worauf er mittels einer. Führung 70 über die TrommeIflache verteilt wird. Beim Herabfallen des Entwicklers über die Trommel 50 trennen sich die Tonerteilchen von den Trägerteilchen und werden an der Trommeloberfläche entsprechend dem dort vorhandenen latenten elektrostatischen Bild abgelagert, wodurch ein sichtbares Tonerbild entsteht, überschüssiger Toner wird durch eine Führung 71 zum Vorrat 69 zurückgeführt. Eine vorgespannte Entwicklerelektrode ist im engen Abstand zur Trommeloberfläche angeordnet, um das Erfassen des Bereichs zu verbessern. Andere Vorrichtungen zur Herstellung elektrostatischer latenter Bilder auf Isolierschichten sind bekannt und können anstelle der dargestellten Vorrichtung verwendet werden. Insbesondere sind Einzelheiten über geeignete photoleitende Elemente, Ladevorrichtungen, Belichtungsvorrichtungen und Entwicklervorrichtungen in den folgenden US-Patentschriften beschrieben: 5 277 957 J 3 312 548; 3 552 848; 3 566 108; 3 598 991; 3 612 864; 3 615 128; 3 628 786; 3 611 992 und 2 832 311.

- 16 -

409820/10.4 9

In vielen bekannten Kopiervorrichtungen wird das entwickelte elektrostatische Bild unmittelbar von der photoleitenden Oberfläche auf das letzte Kopiermedium, gewöhnlich Papier, übertragen. Übliche bekannte Übertragungssysteme sind, in den US-Patentschriften 3 584 195, ~5 642 3>62 und 3 647 292 dargestellt.

Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird Jedoch eine Zwischenübertragungstrommel verwendet, mn das Tonerbild von der Oberfläche der Trommel 50 aufzunehmen und das Tonerbild auf ein Kopiermediura zu Übertragen und mit diesem zu verschmelzen. Die Zwischenübertragungstrommel kann aus einem Trommelträgermaterial 81, beispielsweise. Aluminium bestehen, welches mit einem Übertragungsmaterial 82 überzogen ist, welches die notwendigen, ansehliessend beschriebenen Übertragungseigenschaften aufweist. Eine Korona-Ladevorrichtung 8j5 wird verwendet, um jegliche elektrostatischen Restladungen an der Oberfläche der Trommel 80 vor Erreichen des Übertragungspunktee bei T, zu neutralisieren. Zusätzlich ist die Trommel 80 vorzugsweise geerdet. Die Trommel 80 lauf t/im Uhrzeigersinn um und ist derart angeordnet, dass die Oberfläche des Übertragungsmaterials 82 bei T^ in Druckkontakt mit der Obernäcae der Trommel 50 gelangt. Bei Berührung des Tonerbildes an der Oberfläche der Trommel 50 mit der Oberfläche des !ibertragungsmaterials .82 wird ein Teil des Tonerbildes auf die Oberfläche des Übertragungsmaterials 82 übertragen. Wie vorausgehend erklärt wurde, kann der Anteil des Tonerbildes auf der .Oberfläch e der Trommel 50, welcher an diesem Punkt übertragen wird, dadurch gesteuert werden, dass der Druck zwischen den Trommeloberflächen verstellt wird und ferner durch Auswahl eines Übertragungsmaterials, welches die für die gewünschte Übertragung

409820/1049

- 17 -

benötigten Eigenschaften besitzt.

Nachdem ein Tonerbild auf die Oberfläche der Trommel 80 übertragen wurde, gelangt es zu einer Strahlungsheizvorrlchtung 85, welche aus Heizelementen 86 und einem Reflektor 87 besteht, welche vorzugsweise und selektiv das Tonerbild auf der Oberfläche des Übertragungsmaterials 82 auf eine oberhalb seines Schmelzpunkts liegende Temperatur erhitzen. Ein zweites Trägermaterial, wie beispielsweise Papier 88, wird von einer Papierrolle 89 zugeführt und wird mittels einer Führungswalze 90 zu einer Andruckvorrichtung 92 geführt. Die Führungswalze 90 ist beheizt und dient zur Vorerwärmung des Papiers 88· Das Papier 88 wird jedoch lediglich auf eine Temperatur erwärmt, die wesentlich unterhalb des Schmelzpunktsd.es Toners liegt. Auf diese Weise kann die W armeübergangsgeschwindigkeit vom Toner zum Papier verringert werden, wodurch mehr Zeit für die Übertragung zur Verfügung steht, bevor der Toner sich unter seinen Schmelzpunkt abkühlt. Die Andruckvorrichtung 92 besteht aus einer grösseren Hilfswalze 93 unä einer kleineren Druckwalze 94j> wovon beide axial, versetzt angeordnet sind, um die auf sie durch die Drehung der Trommel ausgeübten Kräfte zu kompensieren. Die kleinere Druckwalze 9^ führt am Kontaktpunkt To einen Druckimpuls mit einer steilen Anstiegsflanke zu. Nach dem bei T₂ erfolgten Übertragungsund Schmelzvorgang wird das Papier 88 durch eine Führungs-TOlIe 95 längs der Zwischenübertragungstrommel 80 geführt, wobei Wärme auf das Papier übertragen wird; anschliessend gelangt das Papier zu den Antriebswalzen 96 und wird durch diese durch eine Schneidvorrichtung 97 geführt, welche das Papier auf die gewünschte Länge

- 18 409820/1049

schneidet und die Kopien 98 in einem Sammelbehälter 99 ablegt.

Wie bereits vorausgehend erwähnt wurde, arbeitet die ±s& Fig· 2 dargestellte Kopiervorrichtung mit Bildertaltung, d.hps liefert mehrere Kopien, ausgehend von einer optischen Belichtung der photgleitenden Trommel. Bsi diesem Vorgang wird die Reinigungsbürste 55 anfänglich zur Reinigung der Oberfläche der Trommel 50 verwendet und ftird dann, wie dargestellt _s von der Trommeloberfläche zuröckgezogen« Die Korona-Lade vor richtung führt eine gleichmassige elektrostatische Ladung zu. und ein Original 6j5 sird. durch die Belichtungsstation 60 auf der Oberfläche der Trommel 50 abgebildet₅ worauf das latente elektrostatische Bild durch* den Kaskadenentwickler 65 entwickelt t?ir.d* Das entwickelte Bild auf der Trommel 50 besteht aus mehrfachen Tonerlagen. Der Druck zwischen der Oberfläche der Trommel 50 und der Übertragungstrommel 80 wird derart eingestellt, dass weniger als die gesamte Menge dieses Tonerbildes bei T, übertragen wird» Gute Ergebnisse beim Arbeiten mit Bilderhaltung wurden beispielsweise erzielt, wenn ein Betrag zwischen etwa J5Q % bis etwa 50 % des gesamten Tonerbildes an der Oberfläche der Trommel 50 bei T₁ übertragen wurde» Das auf die Trommel 80 übertragene Tonerbild wird wahlweise durch die Strahlungsheizvorrichtung 85 erhitzt und in der dargestellten Weise auf Papier übertragen. Das verbleibende Tonerbild auf der Trommel 50» welches nach wie vor als Bild vorliegt, tritt an der zurückgezogenen Reinigungsbürste vorbei sowie an der Korona-Ladestation und der Belichtungsstation 6ö, welche nicht betätigt werden. Beim Durchtritt am Kaskadenentwickler 65 wird das geschwächte Tonerbild zu einem vollständigen Tonerbild erneuert und ist

- 19 -

409820/10 49 "

für eine weitere teilweise Übertragung zur Trommel 80 bereit. Durch eine sorgfältige Auswahl der Arbeitsbedingungen bei T, und Tp kann eine Anzahl von Kopien, ausgehend von einer optischen Belichtung erhalten werden. Dies hat anerkannterweise viele Vorteile,

In Fig. 3 ist eine Tonerübertragungs- und Schmelzvorrichtung schematisch dargestellt, welche ein Zwischenübertragungsband der in Pig. I dargestellten Bauart verwendet.

Hler ist eine photoleitende Trommel 100 vorhanden, die ohne die weiteren Vorrichtungen zur Bildentwicklung und zur Reinigung dargestellt ist, welche gleich oder ähnlich ausgebildet sind, wie sie vorausgehend beschrieben wurden. Ein Zwischenübertragungsband 102 ist in einer endlosen Schleife um Walzen 104, 106, 108 und 110 geführt. Das Band kann beispielsweise durch einen Motor 112 angetrieben werden, welcher die Walze 108 im Uhrzeigersinn antreibt. Die Walze 104 kann mittels einer Zugfeder 114 eingestellt werden, um geglichen Durchhang im Zwischenübertragungsband 102 aufzunehmen, welcher durch Dimensionsänderungen als Folge von Temperatur änderungen vor, während oder im Anschluss an das Kopierverfahren aufgetreten sind.

Die Walze 110 besteht vorzugsweise aus Hartgummi, welcher elektrisch durchlässig ist, so dass irgendwelche elektrischen Ladungen, die sich am Band 102 aufgebaut haben, wie beispielsweise reibungselektrische Ladungen, die zwischen den Walzen und dem Band entstanden sind, abgeleitet werden, bevor das Band die photoleitende Trommel 100 erreicht,

- 20 -4Ό9820/1049

Die Übertragung bei T,, d.h. von der Oberfläche der photoleitenden isolierenden Trommel auf das Zwischenübertragungsband 102 wird durch eine Übertragungswalze ■ 116 gesteuert _a welche an der Rückseite des Übertragungsbandes 102 derart angeordnet ist _B dass sie durch Einstellung der Zugfeder IIS. ein-und auswärts bewegt werden kann₀ Auf diese Weise bringt die Übertragungswalze IIS das Band 102 in oder ausser Eingriff mit der photoleitenden Trommel bei T₁ und steuert ferner den Druck bei T₁ ...Auf diese Weise wird ein. Yerfahren zur Einstellung der Menge des bei T₁ übertragenem Toners erhalten^ ohne, dass die Oberflächen eigenschaften des Übertragungsbandes 102 verändert werden=, Die Übertragungswalze II6 kann aus einem verhältnismässig weichen oder verhältnismässig harten Material bestehen,, wobei jedoctL für eine breite Anwendung vorzugsweise ein Material mife einer mittleren Härte bevorzugt wird_o

Das Papier 220 wird von. einer Papierroll® 122 zugeführt und gelangt bei T₂ in Berührung mit dem Tonerbild am Band 102. Eine Führungsrolle 124führt das Papier einer Andruckvorrichtung 128 ζ\i_s welche aus grossen miteinander verriegelten Walzen 129 und 130 sowie einer kleinen Walze 131 besteht* die auf den grösseren Walzen aufliegt„

Die Walze 106 ist beheizt und dient zur Erwärmung des Tönerbilöes durch Zuführung,von Wärme zum Band 102_s welches:-seinerseits das Tonerbild erhitzte Die Walze I.06 kann aitas: einem guten Wärmeleiter bestehen*.- beispielsweise aus--Aluminium und kann durch einen in ihrem Kern angeordneten■■ Heizwiderstand erhitzt werden₀ .

lach der Übertragung bei T₂ bleibt das Papier» 120. ausreichend laag© In- Berührung mit dem Band 102 _ΰ um Bine

409 8 20/1049

2257 η

Kühlung des Bandes zu gewährleisten. Das Papier 120 wird anschliessend durch eine Führungswalze 132 von der übertragungs- und Schmelzvorrichtung weggeführt.

Fig« 4 zeigt ein Zwischenübertragungsbandj, welches sich zur Verwendung mit der erf indungsgemässen Vorrichtung eignet. Es ist jedoch offensichtlich, dass als Band auch eine Trommel oder ein anderes Element verwendet werden könnte.

Das Zwisclienübertragungsband 150 besteht aus Materialien, Vielehe bestimmte strenge* physikalische Erfordernisse erfüllen müssen. Da die meisten_s üblicherweise verwendeten, elekfcropnotographischen Toner bei Temperaturen zwischen etwa 90 ⁰C und 130 ⁰C schmelzen, müssen diese Materialien gute mechanische Festigkeiten bei den Betriebstemperaturen aufweisen^ welche etwa 175 °C erreichen können. Beispielswelse ist ein Material mit einer Bruchspannung von mindestens etwa 352 kg/cm und einem Kriechwert unter 3 % bei einer Belastung von 70 kg/cm bei 175 °C geeignet. Geeignete Materialien sollten" darüberhinaus bei diesen Temperaturen keine merkliche Verzerrung als Folge einer inneren Spannungsentlastung aufweisen« Ferner soll das verwendete Material vorzugsweise flexibel sein und eine niedrige Wärmekapazität aufweisen«

Ein Material _s welches den vorausgehend genannten harten Bedingungen genügt _B ist Polyimide welches in Folienform geeigneter Dicke von E.I. du Ponfc de Kemours & Co. unter dem Warenzeichen KARTON erhältlich ist. Ändere Hochtemperaturpolymere mit geeigneten mechanischen Eigenschaften sind PGlyarylsulfone, Polyamidimide, Hochtemperafcumylon und

- 22 -

409820/1049 '·

aromatische Copolyester _s nie si® beispielsweise job. Carborundum unter· dem Warenzeichen Ekkcel hergestellt werden«, '

Metalle, wie rostfreier Stahl, können sich ebenfalls als Bandmaterial eignen, vorausgesetzt, dass sie in dünne Folien verarbeitet werden können, welche, bei höherer Temperatur die geforderten Eigenschaften besitzen. Üblicherweise verwendete Metalle haben vergleichsweise eine höhere spezifische Wärme als Polymerfolien und deshalb werden dünnere Folien verwendet, um die gesamte Wärmekapazität des Bandes innerhalb des gewünschten Bereichs zu halten. So könnte ein Substrat aus rostfreiem Stahl mit einer Stärke von 0,013 mm (0,5 mil) anstelle einer Polyimidfolie von 0,05 mm (2 mil) verwendet werden· .

Das Substrat wird durch Aufbringen eines Überzugs reflektierend gemacht. Überzüge aus dünnem Aluminium oder Gold, wie auch, andere sind geeignet., Diese reflektierende Schicht ergibt kombiniert mit einem transparenten Bandmaterial die Fähigkeit, den Toner an der Oberfläche des Übertragungselements selektiv zu erhitzen.

Das Zwischenmaterial 154 ist vollständig mit dem Substrat 151 verbunden. Das Zwischenmaterial 154 weist gewisse kritische, physikalische Eigenschaften auf, wie dies zu erwarten ist. Diese Eigenschaften umfassen eine freie Qberfläehenenergie von 40 Dyn/cm oder weniger, eine Härte zwischen etwa 3 bis 70 und vorzugsweise 10 bis 30 (Shore A) und eine weiche Oberfläche.

409820/1ΌΑ9

Geeignete Materialien umfassen leitenden und nicht-leitenden Silikonkautschuk und Fluorelastomere. Die jeweiligen Oberflächeneigenschaften hängen selbstverständlich von den gewünschten Übertragungsdaten und anderen Entwurfsparametern ab.

Das Band 150 ist mit leitenden Rändern 156 dargestellt, welche wahlweise angeordnet werden können, aber bevorzugt angeordnet werden. Die leitenden Ränder 156 gewährleisten, dass eine Ausbildung elektrischer Ladungen, etwa reibüngselektrischerLadungen oder anderer Ladungen, durch Erdung der Ränder 156 abgeleitet werden kann. Dies kann erfolgen durch geerdete, leitende Walzen, welche in Berührung mit den leitenden Rändern I56 stehen oder durch andere alternative Massnahmen. Übliche Dicken für Bänder gemäss Fig. 4 weisen Substrate mit einer Dicke von etwa 0,013 bis 0,Γ5 mm (0,5 bis 5 mil) auf, die mit Silikonkautschuk von einer Stärke von etwa 0,0025 bis 0,25 mm (0,1 bis 10 mil) und vorzugsweise etwa 0,013 bis 0,05 mm (0,5 bis 2 mil) überzogen sind. Die reflektierende Schicht ist sehr dünn und beträgt üblicherweise etwa 300 Ä.

Die Zwischenübertragungselemente sind derart ausgebildet, dass sie einen hervorragenden thermischen Wirkungsgrad bei den Übertragungs- und Schmelzvorgängen sowie während des gesamten Kopierprozesses aufweisen. So sind die Materialien, Dicken usw. ausgewählt, um die Elemente mit einer niedrigen Wärmekapazität auszustatten. Dies wird erreicht, indem jede der Schichten so dünn gehalten wird,wie dies mit den anderen Parametern, beispielsweise der Festigkeit, vereinbar ist und indem

- 24 -

A09820/1049

2257 *Γ

Stoffe mit niedriger spezifischer Wärme verwendet werden«, Bevorzugte Bänder.haben eine gesamte Wärmekapazität, d.h., eihschliessiich aller Schichten^, die unterhalb von etwa 3,1 χ 10~^ cal./cm²/^QC liegt«,

Die Wärmeabsorption im Substrat wird ausgeschaltet oder erheblich verringert, indem dieses mit der dünnen reflektierenden Schicht überzogen wird« Die Übertragungsoberfläche kann für sichtbares und infrarotes Licht transparent gemacht werden* indem Silikonkautschuke verwendet werden, beispielsweise General Electric 615 oder Dow Corning 31²I-Oi als Alternative kann die Übertragungsoberfläche diffus reflektierend ausgebildet werden, indem Stoffe, wie Silikonkautschuk RTV Nr. 11 (General Electric) oder Silikonkautschuke Nr/4850 und 4451 (Cummings) verwendet werden, wobei diese Stoffe Pigmente oder Füllmaterialienj, wie Silikondioxid oder Titandioxid, enthalten.

Hinsichtlich des Übertragungs- und Schmelzvorgangs bei T₂I d.h. vom Zwischenübertragungselement zum endgültigen Trägermaterial, sind einige Parameter von Bedeutung. Diese umfassen die Zeit und die Breite der Kontaktstelle, die angewandte Kraft, die freie Oberflächenenergie und die Härte des Übertragungsmaterials, sowie die Temperatur des Toners und die Abhängigkeit der· Viskosität des Toners von der Temperatur. Ferner kann die Dicke des Übertragungsmaterials wichtig sein. Andruckkräfte zwischen 0,3^3 kg bis 7535 kg pro linearem Zentimeter (2 bis 40 lbs. pro linearem Zoll) haben sich als geeignet erwiesen.

- 25 -

409820/1049

2257

Eine Verschmelzung wird erhalten, indem erhitzter Toner gezwungen wird, in das Kopierpapier bis zu einer merklichen Tiefe hineinzufHessen und sich dort abkühlen und festsetzen, kann. Es wurde gefunden« dass ein hervorragendes Verschmelzen mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erhalten wird. Marx nimmt an, dass dies darauf beruht, dass der erhitzte Toner in das Papier getrieben wird, bevor er merklich abkühlen kann, wobei der Toner beim Kühlen am Papiersubstrat bis zu einer merklichen Tiefe anliegt und nicht lediglich an den Oberflächenfasern.

Die steuernden Parameter bei der vorausgehend beschriebenen Verschmelzung mittels Druck und Wärme umfassen die Temperatur, auf welche der Toner erhitzt wird, den angewandten Druck, die Anstiegszeit des Druckimpulses, die Anwendungsdauer des Drucks und die Länge der Übertragungszone. Theoretisch liegt eine ideale Situtation vor, wenn hohe Drücke mit steilem Anstieg in Verbindung mit Tonern verwendet werden, die auf Temperaturen erhitzt wurden, bei welchen ihre Viskosität erheblich verringert ist, so dass sie unter dem angewandten Druck mühelos in das Papier fliessen. Selbstverständlich können gewisse Abänderungen gemacht werden, beispielsweise können sehr hohe Drücke mit kurzen Druckanstiegen in Verbindung mit einem Toner verwendet werden, der auf eine Minimaltemperatur erwärmt wird, um einen sehr geringen Leistungsbedarf zu erzielen, Jedoch ist der anwendbare Druck begrenzt, da sehr hohe Drücke das Kopierpapier verzerren und zu einer Wellenbildung führen, die zu Papierverstopfungen führt; schliesslich ist auch eine gute mechanische Stabilität in den verwendeten Vorrichtungen erwüneht-, die nicht erhalten werden kann, wenn sehr grosse Drücke verwendet werden.

- 26 -

40S820/1049

Beim Betrieb innerhalb der vorausgehend genannten "allgemeinen Eicht linien wurde festgestellt« dass der Toner auf eine Temperatur vorerwärmt werden sollte, welche ausreicht am ein.Fliessen des Toners in das Kopierpapier bei den praktisch verwendeten Drücken in merklicher Tiefe zu erzielen. Vorzugsweise wird der Toner auf eine Temperatur erhitzt, die über seinem Schmelzpunkt oder hon er liegt· Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird dabei als Schmelzpunkt jene Temperatur angesehen, bei welcher der Toner.eine Viskosität von 14 χ 10 Centlpoise aufweist.

Der angewandte Druck sollte ausreichen^, um ©in Fliessen des erhitzten Toners um einen merklichen Betrag In das Papier zu verursachen. Wenn der Toner auf eine Temperatur erhitzt wird, die im Bereich seines Schmelzpunkts liegt, so wurde gefunden, dass Kräfte zwischen etwa 1,8 kg bis etwa 3,6 kg pro linearem Zentimeter (10 bis 20 lbs. per linear inch), die an den Andruckelementen wirksam sind, einen ausgezeichneten Schmelzvorgang ergeben« Ferner sollte der Druckimpuls innerhalb von 10 Millisekunden unter diesen Bedingungen einen Wert von mindestens 10,5

kg/cm (150 lbs. per square inch) erreichen und vorzugs-

2
weise etwa 14,1 kg/cm (200 lbs. per square inch) in 5 Millisekunden, und zwar aus Gründen des thermischen Wirkungsgrades,

Fig. 5 stellt eine graphische Darstellung der von und zum Kopierpapier (T ) überführten Wärme als Funktion der Zeit (t) bei verschiedenen Tonerübertragungsverfahren dar. In Fig. 5(a) ist das Tonerübertragungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Fig. 5(b) zeigt ein Tonerübertragungsverfahren

- 27 -

409 8 20/1049

2257 ■ _ΛΛ .235357?

gemäss der US-Patentschrift 3 591 2?6 und Fig. 5(c) zeigt ein Übertragungs- and Schmelzverfahren,bei welchem der Toner elektrostatisch zum Kopierpapier übertragen und ansehliessend durch Wärme verschmolzen wird, wie dies bei vielen bekannten Verfahren erfolgt. Aus Pig. 5(a) ist ersichtlich, dass die Temperatur des Papiers vor Erreichen der Übertragungsζone nicht merklich ansteigt. In der Übertragungszone, die eng ausgebildet ist, erfolgt ein starker Temperaturanstieg, welcher jedoch niemals den Schmelzpunkt des Toners erreicht. Nach der Tonerübertragung erhitzt sich das Papier geringfügig, bevor es aus der Maschine austritt, was zu einer Abkühlung des Bandes beiträgt. Die Fig. 5(a) zeigt einen Fall ohne Vorerhitzung des Papiers _a jedoch wird das Papier selbst beim Vorliegen einer Vorerhitzung niemals bis zum Tonerschmelzpunkt erhitzt und das Papier verlässt die Maschine mit einer verhältnismässig niedrigen Temperatur.

Im Gegensatz dazu ist aus Fig. 5(b) ersichtlich, dass geraäss dem Verfahren der US-Patentschrift 5 591 276 das Papier vor Erreichen der Übertragungszone, die breiter ausgebildet ist, auf eine über den Schmelzpunkt des Toners liegende Temperatur erhitzt wird. Da das Papier anfänglich auf einen derart hohen Wert erhitzt wird, kühlt es vor seinem Austritt aus der Maschine merklich weniger ab.

Aus Fig. 5(c) ist ersichtlich, dass das Papier vor der elektrostatischen Übertragung des Toners nicht erhitzt wird. Nach der Übertragung tritt das Papier durch eine Schmelzzone hindurch, wobei Papier und Toner auf

- 28 -

409820/1049

eine hohe Temperatur erhitzt werden, die oberhalb des Tonerschmelzpunkts liegte so dass der Toner am Papier verschmilzt,. .

Figo 6 zeigt eine Darstellung des Wärmeübergangs zum und vom Tones ausgedrückt durch die Tonertemperatur (T_fc5 über der Zeit (t) in den verschiedenen Zonen der erfindungsgemässen Übertragungs- und Schmelzvorrichtung sowie beim Schmelzverfahren gemäss der US-PS 3 591 276^ und in einer bekannten elektrostatischen Übertragungs- und Schmelzvorrichtung*

Aus Fig· 6(a) ist ersichtlich, d ass der Toner vor Erreichen der Übertragungszone mindestens auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird. In der Übertragungszone kühlt der Toner während des Übertragungs- und Schmelzvorganges auf unterhalb seinen Schmelzpunkt-ab» Eine weitere Abkühlung des Toners tritt in der Kühlzone auf₀

3JB Gegensatz dazu zeigt Fig. 6(b)_s dass das Verfahren gemäss der US-PS 3 591 276 vor Erreichen der Übertragungszone mit einer Temperatur des Toners ausgeht _s die der Umgebungstemperatur entspricht. In der Übertragungszone wird Wärme von dem vorerhitzten Papier auf den Toner in ausreichender Menge übertragen_s um den Toner auf mindestens seinen Schmelzpunkt zu erwärmen_β Anschliessend an den Übertragungsvorgang kühlt der Toner ab und schmilzt am Papierό

Fig« 6(c) ist ersichtlich;, dass die elektrostatische Übertragung nicht zu einer merklichen Erhöhung der Tonertemperatur in der Übertragungszone führte In der Schmelzzone wird die,Temperatur des Toners auf mindestens seinen

■ ; . * 29 - ; ■ .·■■■"

409820 /-1 049

Schmelzpunkt erhöht und anschliessend kühlt der Toner ab, bevor er aus der Maschine austritt.

Fig. 7 gibt eine graphische Darstellung der Art des Druckimpulses« welcher erfindungsgemäss beim zweiten Übertragungsvorgang bevorzugt wird,sowie des Druckimpulses, welcher bei bekannten Druckübertragungsvorgängen üblicherweise ver_r wendet wird, etwa beim Verfahren der erwähnten US-PS 3 591 276, Aus Fig. 7(a) ist ersichtlich., dass die vorausgehend beschriebenen Andruckelemente einen Druekimpuls mit einem steilen Anstieg und einem steilen Abfall erzeugen« Damit wird ein hoher und schmaler Impuls erhalten. Wie vorausgehend erläutert wurde, hat es sich als wünschenswert erwiesen., diese Art einer Druckübertragung anzuwenden, um den erhitzten Toner mechanisch in das Kopierpapier zu treiben, bevor er sich merklich abkühlen kann. Auf diese Weise wird ein hervorragender Schmelzvorgang erhalten.

Fig. 7(b) zeigt andererseits einen Druekimpuls, wie er früher verwendet wurde. Da die Kraft über eine verhältnismässig breite Kontaktfläche verteilt ist, ist der Impuls kurzer und breiter als dargestellt. Diese Art einer Druckanwendung ist bei Verfahren notwendig, wo der Kontakt zwischen Papier und Toner verwendet wird-, um den Toner über seinen Schmelzpunkt zu erhitzen, sd dass ein Verschmelzen erhalten wird «

Es wurden Probeläufe mit einer Tonerübertragungs- und Schmelzvorrichtung durchgeführt, welche ähnlich, wie 3ene in Fig. !aufgebaut war..Bei Gleichgewichtsbedingungen wurden dabei folgende Ergebnisse erhalten» Ein Tonerbild, welches mit Sun Chemical Toner (Schmelzpunkt 132 ⁰C) erhalten wurde, wird ausgehend von Blättern

- 30 -

09820/1043

aus Zinkoxidpapier einem Zwischenüberträgungsband .züg«- fUhrt β Das Übertragungsband besteht aus einem altuniniumfoesehiehteten Kapton-Substrat mit einer Dicke von O*O5O8 mm (0.002 inches) _s' welches mit einer Lage aus Dow Corning 3X²S-Q Silikonkautschuk mit-einer Stärke von 0*025 mm (0.001 inch) überzogen ist. Das übertragene Tonerbild wird selektiv über seinen Schmelzpunkt vorer-Mtzt, und zwar mittels Quarz-Wolfram-Lampen., die mit 1000 Watt beschickt werden. Die Lampen sind von einem Wärmereflektor umgeben. Gewöhnliches, kaltes Kopierpapier mit einer Breite von 21,6 mm (8 1/2 inches) wird von einer Holle mit einer Geschwindigkeit von 38 cm/Sekunde (15. inches per second) abgenommen und in Berührung mit dem Übertragungsband an einer Stelle gebrachte die in der Nachbarschaft zum Ausgang des Heizstrahlers liegt dies erfolgt unter Verwendung eines Druckstabes mit einer Kante von 1,9 um (Ö.075 inches)* welcher sich über die Breite des Kopierpapiers erstreckt. Sin Druck von 90,6 kg (200 Ib.) wird auf den Druckstab ausgeübt. Dabei wurde ein ausgezeichneter Übertragungs- und Schmelzvorgang erhalten.

Es ist offensichtlich, dass weitere Abänderungen der Erfindung möglich sind, und diese werden von den Ansprüchen mitumfasst. Eine beispielsweise Abänderung betrifft die verwendete Heizvorrichtung. Zwar wurden in den Zeichnungen Strahlungsheizvorrichtungen dargestellt, jedoch ist es offensichtlich, dass auch Mikrowellen-Heizvorrichtungen verwendet werden könnten, da die meisten der für die Übertragungselemente verwendeten Materialien niedrige dielektrische Verlustfaktoren aufweisen. Bei Verwendung von Mikrowellen-Heizvorrichtungen sollten diese Hohlräume zur Konzentrierung des Mikrowellenfeides aufweisen.

409820/1049

2257

Ferner wäre es bei Verwendung von Mikrowellen-Heizvorrichtungen vorzuziehen, Toner zu verwenden, welche einen höheren Anteil an Russ aufweisen als er normalerweise verwendet wird, beispielsweise einen Toner mit 65 % Polystyrol und 35 % Russ, wie er in der US-Patentschrift 3 669 707 in Spalte 7» Zeilen 33 bis 35 erwähnt wird.

- 32 -

409820/1049

Claims

rs

Pat ent a η s ρ r ü c η e " "

!•/Verfahren zur Übertragung und zum Schmelzen eines nicht-geschmolzenen Tonerbildes von einem ersten Trägermaterial auf ein zweites Trägermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass der Toner vom ersten Trägermaterial auf ein Zwischenübertragungselement übertragen wird, das eine glatte Oberfläche mit einer freien Oberflächenenergie von unterhalb etwa 40 Dyn/cm aufweist sowie eine Härte zwischen etwa y bis etwa 70 (Shore A) und eine Wärmekapazität unterhalb etwa 5,1 χ 10"^ calo/cm ■■/ C, dass der Toner auf dem Zwischen übertragungselement selektiv zumindest auf seine Schmelztemperatur vorerhitzt wird und dass das zweite Träger-. material auf solche Weise in Druckkontakt mit dem erhitzten Toner auf das Zwischenübertragungselement gebracht wird, dass dabei der Toner übertragen und am zweiten Trägermaterial geschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Toner vom ersten Trägermaterial zum Zwischenübertragungselement übertragen wird, indem das Zwischenübertragungselement in Druckkontakt mit dem ersten Trägermaterial gebracht wird.
3» Verfahren zur Übertragung eines nicht-geschmolzenen Tonerbildes von der Oberfläche eines elastomeren Elements auf ein zweites Trägermaterial mittels Zuführung ausreichender Wärme zur Erhitzung des Toners oberhalb seines Schmelzpunktes, wobei die elastomere Oberfläche in Kontakt mit dem zwei;en

409820/1049

Trägermaterial gebracht wird, während zwischen diesen Teilen Druck ausgeübt wird, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor Druckanwendung zwischen der elastomeren Oberfläche und dem zweiten Trägermaterial der Toner, während er sich auf der elastomeren Oberfläche befindet, auf mindestens seine Schmelztemperatur vorerhitzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Druck mittels eines Andruckelements ausgeübt wird, welches einen Druckimpuls mit einer steilen Antiegsflanke liefert.
5· Verfahren nach Anspruch 5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastomere Oberfläche an einem Zwischenübertragungselement ausgebildet ist, welches eine Wärmekapazität von unterhalb etwa 3,lx 10 cal./cm / C aufweist.
6· Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5* dadurch gekennzeichnet_s dass die selektive Vorerhitzung durch Strahlungserhitzung erfolgt.
7· Zwischenübertragungselement zur Übertragung eines Toners zur Verwendung im Verfahren gemäss 'einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein biegsames, mechanisch und thermisch stabiles Material, welches eine glatte Oberfläche mit einer freien Oberflächenenergie unterhalb etwa 40 Dyn/cm aufweist, sowie eine Härte zwischen etwa 3 bis 70 (Shore A) und eine Wärmekapazität unterhalb etwa 3,1 cal./cm /⁰C.

409820/1049
8. Zwischenübertragungselement nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Übertragungselements ein Fluorelastomer enthält*
9, Zwischenübertragungselement nach Anspruch J₃ dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des genannten Elements ein elastomeres Material enthält.
10. Zwischenübertragungselement nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material aus Silikonkautschuk mit einer Dicke zwischen etwa 0,015 bis etwa 0,05 mm (0-5 - 2 mils) besteht.
11. Zwischenübertragungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Silikonkautschuk als Schicht auf ein Substrat aufgebracht ist, welches aus einer Polyiraidfolie mit einer Dicke zwischen etwa 0,013 mm und etwa 0,13 mm (0.5 -.5 mils) besteht.
12. Zwischenübertragungselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Silikonkautschuk transparent ist und dass das polymere Substrat mit einem reflektierenden Überzug versehen ist.
13· Vorrichtung zur Übertragung eines nicht-geschmolzenen xerographischen Tonerbildes von einem ersten Trägermaterial auf ein zweites Trägermaterial und zum Schmelzen des Tonerbildes auf dem zweiten Trägermaterial zwecks Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Zwischenübertragungselement, welches derart angeordnet ist, um Toner vom ersten Trägermaterial aufzu-

'. ■ - 35 -

Λ09820/1049

235357?

1Λ

nehmen, und welches eine glatte Oberfläche mit einer freien Oberflächenenergie von unterhalb etwa 40 Dyn/cm aufweist sowie eine Härte zwischen etwa 3 bis etwa 70 (Shore A) und eine Wärmekapazität von

—"3 2 ο unterhalb etwa 3*1 σ 10 oal./cm / C, mit einer Einrichtung zur Übertragung des Toners vom ersten Trägermaterial zum Zwischenübertragungselement und mit einer Einrichtung zur Erhitzung des Toners am Zwischenübertragungselement auf eine Temperatur, bei welcher vor der Übertragung des Toners zum zweiten Trägermaterial ein Fliessen des Toners eintritt, mit einer Einrichtung zur Lieferung des zweiten Trägermaterials* sowie mit einer Andruckeinrichtung, um das zweite Trägermaterial in Druckkontakt mit dem am Zwischenübertragungselement befindlichen Toner in solcher Weise zu bringen, dass der Toner übertragen und am zweiten Trägermaterial geschmolzen wird.
14· Vorrichtung nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erhitzung des Toners eine Einrichtung aufweist, um den Toner selektiv mindestens auf seinen Schmelzpunkt zu erhitzen.
15· Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckvorrichtung ein besonderes Andruckelement aufweist, welches einen Druckimpuls mit einer steilen Anstiegsflanke liefert.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Andruckelement aus einem Andruckstab besteht.

409820/10U9

IJo Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet _s

©lass das Andruekeiement aus einer Quetschwalze mit - verhältnismässig ■ kleinem" Durchmesser besteht _o"

l8o Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis'17_s dadurch gekennzeichnet _a dass das Zwischenübertragungselement ©ine elastomere Oberfläche besitzt_o '

19° .Vorrichtung-nach "Anspruch l8_s dadurch gekennzeichnet _s dass die elastomere Oberfläche* aus Silikonkautschuk besteht ο

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dassvdas Zwischenübertragungselement aus einer Trommel besteht_o ■ ' -.""■"-

β Vorrichtung nach einem der Ansprüche .13 bis 19 _a dadurch gekennzeichnet _s dass das Zwischenübertragurg selen©nt aus einem biegsamen Band besteht ₉ welches derart angeordnet ists_ dass es in Druckkontakt mit dem zweiten Trägermaterial gelangte

22ο Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet _a dass das Zwischenübertragungselement ein Substrat aufwelches aus einer Folie besteht, die gute

mechanische Eigenschaften bei einer Temperatur γοη etwa 175 ⁰C besitzt_o

23ο Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Band ein Substrat aufweist, welches aus einer Polyimidfolie besteht„

409820/104

24» "Fon^Lchtnsng aaefe einem der Ansprüche 22 bis dadasreti gekennzeichnet, dass das Substrat mit einer reflektierenden Schicht überzogen

ο ¥orrleö.simg saela einem der Ansprüche 21 bis 2&_D da« - cUxrefi gekesmzeieiinet, dass das Zwlschenübertragungs«· band ein ■ Pslfiisids abs trat _s eine reflektierende Schicht ana einen feranspareziten Sillkonkautsciiulc- aufweist _s dass ferner aas Folyimidsubstrafc- eine Dicke zwischen etwa O^OIJ mm Ms 0^13 ram (θ«5 - 5 nsils) besitzt^unä dasfs der Silikonkautschuk eine Dicke zwischen etwa Q_SQQ25 bis 0*25- ma (0.1 - 10 rails) aufweist ·

26o Yorricht-UEig nach Anspruch 25 _s dadurch, gekennzeichnet,, dass das zweite Trägermaterial aus Papier besteht₀

" 27 ο YorriGiifeümg ßacfe ©inem. der ÄnsprCiciie 15 feis 26 _ΰ dadisrefe gekBimzeiehnefcj, dass das zweite Trägermaterial eiae pliotoleltende isolierende Oberfläche aufweist _β

28c ¥orriclitüng nasii Anspruch 27 ₆ dadurch gekennzeichnet - dass die phot©leitende isolierende Oberriäche aus

29β Yorrlciitsiog maefe. Anspruch 27 _B dadurch gekennzeichnet dass die photoleitende isolierende Oberfläche aus glasarfcigeis Selen besteht ο

30« "foiTichtsang naeb, einem der Ansprüche 27 bis 29 _ΰ üaäm&Qh. gelceiniselefinefc^ dass die Einrichtung^, welche das zKeltie Trägermaterial in Druckkontakt" mit dem erMfesteß Toner ringt;, eine Anordnung aufweist _s dorefe welche eine erweiterte Zone geschaffen wird₅

. · die sieh an. die spezielle Andrückeinrichtung an-

409820/1049

sehliessi sand in welcher das ZwischenUbertragungs- ©lement sand das zweite Trägermaterial in Berühr ungsalt ein ander bleiben·

31» Vorrichtung nach. Anspruch 3Q₅ dadurch, gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung^, durch welche die erweiterte Zone geschaffen wird _s einen Kontakt zwischen dem Zwischenübertragungselement und dem zweiten Trägerelement für mindestens 0,5 Sekunden aufrechterhalten«

32· Vorrichtung für eine Verwendung insbesondere in elektropbofcographischen Kopierverfahren ₉ bei welchen mehrfache Tonerbilder von einem ersten Trägermaterial auf ein zweites Trägermaterial bei jeder Belichtung des Ehotoleiters übertragen werden, in Verbindung mit der Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 12, gekennzeichnet durch ein Zwischenübertragungselement, von welchem mindestens ein Abschnitt eng benachbart dem ersten Trägermaterial angeordnet ist, und welcher eine glatte Oberfläche mit einer freien Oberfläehenenergie von unterhalb etwa 40 Dyn/em aufweist, sowie eine Härte zwischen etwa 3 bis 70 (Shore A) und eine Wärmekapazität von unterhalb etwa 3*1 cal./cm / C, mit einer Einrichtung, um das Zwischenübertragungselement in Druckkontakt mit dem ersten Trägermaterial zu bringen, welche eine Anordnung aufweist ₉ um den Druck zwischen dem ersten Trägermaterial und dem Zwischenübertragungselement zu verändern, so dass die vom ersten Trägermaterial auf das Zwischenübertragungselement übertragene Tonermenge gesteuert werden kann, mit einer Einrichtung zur Erhitzung des auf das Zwischenüber-

* ■ ■ > 59 -

409 82 0/10A9

fcragungselement übertragenen Toners auf eine Temperatur« bei welcher ein Fliessen des Toners erfolgt« mit einer Einrichtung zur Zuführung des zweiten Trägermaterials, einer Einrichtung, um das zweite Trägermaterial in Druckkontakt mit dem Toner zu bringen, der sich am Zwischenübertragungselement befindet, so dass Toner übertragen und am zweiten Trägermaterial geschmolzen wird, und mit einer Einrichtung, um Abschnitte des Tonerbildes, dLe am ersten Trägermaterial nach seiner Berührung mit dem Zwisehenübertragungselement verbleiben, erneut mit Toner zu versehen.

- 40 -409820/104 9