DE2638658C3 - Verfahren zum Fixieren von Tonerbildern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Elektrofotografie und verwandte Gebiete. Insbesondere betrifft sie die Fixierung von Tonerbildcrn, die im Verlauf der erwähnten Verfahren gebildet werden.

Bei üen auf der Erzeugung elektrostatischer Lalenzbilder beruhenden elektrofotografischen Verfahren verwendet man fein verteilte Tonerteilchen, die wegen ihrer tribo-eleklrischcn Eigenschaften durch diese elektrostatischen Laten/.bildcr angezogen werden und sie auf grund ihrer Farbe sichtbar machen, als Entwickler.

Bei dem bekannten Verfahren haften die Tonerteilchen an sogenannten Trägcrperlen und zwar infolge der gegenseitigen Anziehung beim sorgfältigen Mischen der beiden, die durch die Erzeugung elektrostatischer Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen z.vischcn den Trägerperlen und den Tonerteilchen bewirkt wird. Dieses Entwicklcrgemisch wird dann in Kontakt mit einem Träger gebracht, der das elektrostatische Latentbild trägt und die Tonerteilchen haften an dem Träger in den Gebieten, in denen die tribo-elektrische Bindung zwischen den Tonerteilchen und den Trägcrperlen überwunden wird. Das auf diese Weise gebildete Tonerbild wird einem Fixierverfahren unterzogen, so daß das erzeugte Bild als Permanentbild erhalten wird. Als Tonerteilchen wird ein Gemisch aus einem Harz und einem geeigneten Pigment verwendet; die geeignetsten zum Fixieren des Bildes verwendbaren Verfahren bestehen darin, daß man das Harz, beispielsweise durch Erhitzen, teilweise zum Schmelzen bringt, oder daß man geeignete Harzlösungsmittcl auf das Bild aufsprüht, so daß eine starke Bindung zwischen den Tonerteilchen und dem Träger hergestellt wird.

Gemäß anderer Verfahren werden flüssige Tonermischungen verwendet, wobei die Tonerteilchen in einer isolierenden Trägerflüssigkeit dispergierl sind. Bei solchen Verfahren wird das I larz normalerweise im flüssigen Träger gelöst. Der das elektrostatische Latcnzbild tragende Träger wird mit der Oberfläche der so gebildeten Dispersion in Berührung gebracht oder in die Dispersion getaucht, und als Folge davon werden Tonerteilchen und ein Teil der isolierenden Flüssigkeil an den betreffenden Gebieten hafien bleiben. Das Fixieren geschieht durch Erhitzen des Trägers, so daß zwischen den Tonerteilchen und dem Träger eine feste Bindung erzeugt wird. In der Zwischenzeit kann die restliche Lösungsmittelmcnge abgedampft werden. Die Fixierung wird dann durch Absorption und/oder Adsorption des Tonermalerials auf der Oberfläche stattfinden.

Nach einem anderen Fixierverfahren wird von einer transparenten Folie Anwendung gemacht, wobei diese Folie mit Hilfe von Druckwalzen oder anderen bekannten Vorrichtungen auf das Tonerbild aufgewalzt wird.

Die oben genannten Verfahren liefern erwiesenermaßen ausgezeichnete Ergebnisse für die Entwicklung und Fixierung von Linienbildern, die auf relativ porösen Trägern, wie Papier, oder Trägern, deren Oberfläche eine fasrige Struktur aufweist, erhalten werden, da dies die Haftung des Harzes oder der Folie fördert.

Bei der Verarbeitung von elektrostatischen Halblon-Latcnzbildern andererseits, insbesondere der Verarbeitung von solchen Bildern auf einem glatten Träger in Form eines hochpolymeren Blattes oder einer Bahn, versagen die oben erwähnten Verfahren im allgemeinen zumindest in gewissem Ausmaß, da man sich nicht langer auf Adsorptions- und/oder Absorptionsphänomcne zur Herstellung einer starken Bindung zwischen dem Tonerbild und seinem Träger verlassen kann.

Auch die Verwendung einer transparenten, aufgewalzten Folie garantiert nicht die Abwesenheit von

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Fehlstellen im fertigen Bild infolge der Verschiebung der Tonerteilchen beim Aufbringen der Folie. Auf diese Weise kann der Informationsgehalt des Bildes selbst in beträchtlichem Ausmaß gestört werden. Bei einigen Verfahren, wie etwa dem in der US-Patentschrift 37 74 029, betreffend ein Verfahren für die Ionografie, beschriebenen Verfahren, muß das Auftreten solcher Fehler auf alle Fälle vermieden werden.

Man hat vorgeschlagen, ein dielektrisches Material, wie etwa Polyälhylenterephthalal, mit einer bei Erwärmung klebrig werdenden Schicht zu versehen und das Ladungsbild auf dieser Schicht aufzunehmen. In diesem Zusammenhang geeignete Schichten sind in der GB-Patentanmcldung 38 070/75 mit dem Titel »Verfahren zum Fixieren von Tonerbildern« beschrieben. Die Flüssigkeitsentwicklung des so gebildeten elektrostatischen Ladungsmustcrs kann durrh eine in der GB-Patentanmeldung 44 666/74 beschriebene Vorrichtung durchgeführt werden.

In der DE-OS 25 21 925 wurde vorgeschlagen, das so erhaltene Bild zu fixieren, indem man die bei Erwärmung klebrig werdende Schicht über einen relativ langen Zeitraum von 15 s auf 120⁰C erhitzt und sie so zum Schmelzen bringt, wodurch eine feste Haftung /wischen der Ofcrflächc dieser Schicht und den daran haftenden Tonerteilchen erzeugt wird. Die zur Ausführung des Verfahrens nötige Zeit begrenzt die Arbeitsgeschwindigkeit dieses Systems jedoch beträchtlich.

Ks wurde nun gefunden, daß das Fixieren auch mit Hilfe kurz dauernder Blit/Iichtimpulse durchgeführt in werden kann, so daß die Bilder ohne Verformung des Aufzeichnungsmaterial in sehr kurzer Zeit fixiert werden können. Dementsprechend wird erfindungsgemäß die Anwendung eines Wärme! ixiervcrfahrens vorgeschlagen, bei dem ein Tonerbild mit mindestens einem Lichtimpuls hoher Energiedieluc beaufschlagt wird, zur Fixierung eines Toncrbildes, das durch Entwicklung mit in einer Flüssigkeit dispergierten Tonerteilchen auf einem hei Erwärmung klebrig werdenden Bildträger hergestellt wurde. ίο

Es wird somit ein Verfahren zum Fixieren eines Tonerbildes auf Gebiete einer bei Erwärmung klebrig werdenden Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials, das z. B. eine hitzehaftende Schicht auf einem Träger enthält, geliefert, das darin besieht, daß man diese Ί5 Oberfläche mit einer oder mehreren kurzzeitigen Lichipulsen von hoher Energie so bestrahlt, daß die Energie eines solchen Pulses groß genug ist, zumindest das Schmelzen und/oder die Verformung dieses Oberflächengebietes zu bewirken, so daß die Tonerteilchen teilweise von diesem geschmolzenen und/oder verformten Gebiet absorbiert und/oder an ihm adsorbiert werden, wodurch eine dauerhafte Bindung hergestellt wird, daß andererseits die Dauer dieses Pulses genügend kurz ist, daß dauerhafte Verformung des Aufzeichnungsmaterials vermieden wird.

Einzelheiten, wie die Haftung der Tonerteilchen an angeschmolzenen und/oder verformten Bildträgeroberflächen vor sich geht, können der DE-OS 26 41 551 entnommen werden. bo

Der Vorteil des oben beschriebenen Fixierverfahrens im Vergleich mit herkömmlichen Infrarot-Erhitzungsverfahren besteht darin, daß wegen der sehr kurzen Zeit der Blitzbelichtung keine Diffusion der freigesetzten Wärme in den Träger stattfindet, so daß die Erwärmung und infolgedessen auch das Kräuseln des Trägers geringer als bei herkömmlichen Fixierverfahren ist. Als Folge dessen muß nur die hilzehaftende Oberflächenschicht gekühlt werden. Bei Wahl einer Kondensatoranordnung, deren Kapazität zur Speicherung der erforderlichen Energie ausreicht, und eines Ladungskreises mit einer genügend kleinen Zeilkonstante, kann das Fixieren sehr rasch durchgeführt werden.

Weil die verbrauchte Energie nur zum Erhitzen der hitzehaftenden Oberflächenschicht und des Tonerbildes verwendet wird, kann der Knergieverlust durch Absorption durch den Träger praktisch vernachlässigt werden so daß der Energieverbrauch geringer als bei Verwendung üblicher Vorrichtungen zum Erhitzen ist.

Der Lichtpuls ist vorzugsweise von solcher Energiedichte, daß etwaige Rückstände von Trägerflüssigkeit verdampft werden.

Vorteilhafterweise ist die Energiedichte eines Lichtpulses mindestens 0,8 Wattsekunden ■ cm-² (Wattsekunde pro Quadratzentimeter) und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,8 Wattsekunden · cm ' bis 3,0 Watisekunden · cm ².

Die Dauer des Lichipulses kann geeignejerweise mit Bezug auf die Zeil bestimmt werden, über welche der gesamte Energieausstoß der Lichtquelle einen bestimmten Teil des Spitzenaussloßes für diesen Puls übersteigt. Vorzugsvvcisc ist der gesamte Energieausstoß eines Impulses größer als ein Drittel des Spitzenausstoßes über nicht mehr als eine Millisekunde, vorzugsweise über 0,2 bis 0,8 Millisekunden.

Wird eine, z. B. auf einem Polyäthylentercphthalat-Filmträger aufgebrachte, hitzehaftende Schicht mit einem Puls dieser Energie und Dauer bestrahlt, dann wird gefunden, daß die Temperatur der oberen Oberfläche der Schicht so erhöht werden kann (vorzugsweise im Bereich von 200 bis 500"C), daß die Schicht klebrig wird und daß deshalb Tonerteilchen daran haften. Wegen der kurzen Dauer des Pulses ist der Wärmedurchgang durch die Schicht auf den Filmträger nicht ausreichend, um eine dauerhafte Verformung des Trägers zu bewirken. Ferner findet der Energieausstoß im wesentlichen adiabatisch statt, so daß ein Wärmeübergang auf die umgebende Lufl vernachlässigt werden kann. So kann, bei Vernachlässigung der zum Verdampfen etwaiger Rückstände von Trägerflüssigkeit, die auf der Schicht vorliegen können, benötigte Energie, im wesentlichen der gesamte Energieausstoß, von der hitzehaftenden Schicht adsorbiert werden, was eine einfache Regulierung des Energieausstoßes gestattet.

In einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vollführt der Bildträger welcher eine hitzehaftende Schicht trägt, vorzugsweise eine Bewegung relativ zur Lichtquelle. Es ist günstig,, daß der Bildträger an der unbewegt bleibenden Lichtquelle vorüber transportiert wird. Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine Entladungsröhre, die im Brennpunkt oder in der Brennlinie eines parabolischen, doppelt-parabolischen oder elliptischen Reflektors montiert ist, der genoppt ist, so daß das reflektierte Licht diffuser ist.

Die Blitzlichtröhre wird vorzugsweise so ausgelegt, daß sie mit einer Frequenz von 0,3 bis 1 Hz entlädt, und die Transportgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials wird vorzugsweise so gewählt, daß eine geringe Überlappung zwischen von aufeinander folgenden Lichtpulsen bestrahlten Gebieten auftritt.

Die Konzentration und die plötzliche Freisetzung hoher Energie hat eine weitere günstige Konsequenz dahingehend, daß der Rückstand der hochisolierenden Flüssigkeit, in welcher der Toner vorher dispcrgiert war, in der Zwischenzeit verdunstet.

In einer bevorzugten Ausführungsform war die verwendete Blitzlampe vom Typ XL 615/10/40, vertrieben von E.E.V. Company Ltd. Sie hai einen Durchmesser von 12 mm und arbeitel bei einer Betriebsspannung von 3 bis 5 kV. Die Spannung der Zündungselektrode lag bei etwa 25 kV. Die Blitzlampe war in der Brennlinie eines linearen Parabolspiegels mil genoppier innerer Oberfläche angebracht. Die Öffnung des Spiegels, welche auf das Tonerbild zeigte, war 60 mm χ 355 mm. Die bei jeder Belichtung abgegebene Energie betrug 2 Wattsekunden · cin~³ und die Pulsfrequenz betrug 1 Belichtung pro 3 Sekunden. Auf diese Weise können die Abmessungen der Vorrichtung beträchtlich verkleinert und der Energieverbrauch der Blitzeinheil vermindert werden.

Ein Tonerbild mit einer optischen Dichte D vor dem Fixieren von 2,8 wurde fixiert. Nach dem Fixierzyklus betrug die Dichteabnahme nur 0,1 Dichteeinheiten. Die Entwicklung war mit einer Vorrichtung gemäß der bereits erwähnten GB-Patentanmeldung 44 666/74 durchgeführt worden, welche die Verarbeitung von Halbtonbildern ermöglicht.

Der Träger bewegte sich mit einer kontinuierlichen ίο Geschwindigkeit von 2 cm-s-', so daß bei jeder Zündung der Lampe eine geringe Überlappung auftritt.

Die nach dem Fixieren erhaltenen Bilder zeigen eine gute Abriebfestigkeit und die Halbtonqualität ist auf keine Weise verringert.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Anwendung eines Wärme-Fixierverfahrens, bei dem ein Tonerbild mit mindestens einem Lichtimpuls hoher EnergieJichte beaufschlagt wird, zur Fixierung eines Tonerbildes, das durch Entwicklung mit in einer Flüssigkeit dispergicrten Tonerteilchen auf einem bei Erwärmung klebrig werdenden Bildträger hergestellt wurde.

2. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- in zeichnet, daß ein Lichtimpuls solcher Energicdichte verwendet wird, daß etwaige Rückstände von Trägerflüssigkeit verdampft werden.

3. Anwendung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiedichte eines Licht- η pulses mindestens 0,8 Wattsekunden · cm r-' beträgt.

4. Anwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die F.ncrgiedichte eines Lichipulscs höchstens 3,0 Wattsekunden · cm ~² beträgt.

5. Anwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtimpuls derartiger Impulsform verwendet wird, daß der gesamte Energieausstoß eines Impulses ein Drittel seines Spitzenausstoßes über nicht mehr als 1 ;>ΐ Millisekunde übersteigt.

6. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Energieausstoß ein Drittel des Spitzenausstoßes für 0,2 bis 0,8 Millisekunden übersteigt. in

7. Anwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinander folgende Gebiete des zu fixierenden Toncrbildcs nacheinander pulsbcstrahlt werden.

8. Anwendung nach einem der vorhergehenden j-v Ansprüche bei einem Bildträger, aus einem optisch transparenten Schichtträger mit einer bei Erwärmung klebrig werdenden Bildempfangsschicht.

9. Anwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch transparente Schichtträger -in ein Blatt oder eine Bahn aus Polyester ist.

10. Anwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Blitzlampe verwendet wird, und daß die Blitzlampe und der Bildträger relativ zueinander η bewegt werden.

11. Anwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger vor die stationär bleibende Blitzlampe befördert wird.

12. Anwendung nach Anspruch 10 oder 11, ^r>o gekennzeichnet durch die Verwendung einer Lichtquelle, die eine Entladungsröhre enthält, welche in der Brennlinie eines Reflektors angebracht ist.

13. Anwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reflektor verwendet wird, π dessen /ur Entladungsröhre weisende Oberfläche gcnoppt ist.

14. Anwendung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor parabolischen Querschnitt aufweist. wi