DE60019243T2

DE60019243T2 - Verfahren zum Übertragen eines Tonerbildes

Info

Publication number: DE60019243T2
Application number: DE60019243T
Authority: DE
Inventors: Nancy Y. Jia; Gerald M. Fletcher; John S. Berkes
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2020-12-05
Also published as: EP1109077A2; JP2001183924A; EP1109077A3; DE60019243D1; EP1109077B1; JP4567875B2; US6259880B1

Description

Es sind elektrostatographische Drucker bekannt, in denen ein einzelnes Farbtonerbild elektrostatisch auf einem photorezeptiven Bildträgerglied erzeugt wird. Das Tonerbild wird dann auf ein empfangendes Substrat übertragen, das gewöhnlich aus Papier oder aus einem anderen Druckempfangsmaterial ist. Das Tonerbild wird dann auf dem Substrat fixiert.
In einer Anordnung eines elektrostatographischen Druckers werden eine Vielzahl von Trockentoner-Abbildungssystemen mit jeweils einem Bildträgerglied verwendet, um mehrere Farbtonerbilder zu entwickeln. Jedes Farbtonerbild wird elektrostatisch von den Bildträgergliedern auf ein Zwischenübertragungsglied übertragen, um ein mehrschichtiges zusammengesetztes Tonerbild zu erzeugen. Das zusammengesetzte Tonerbild wird elektrostatisch auf ein Übertragungsglied übertragen und dann schließlich auf das Endsubstrat übertragen und dort fixiert. Derartige Systeme, die eine elektrostatische Übertragung des zusammengesetzten Tonerbildes von dem Zwischenübertragungsglied zu dem Übertragungsglied verwenden, sind mit bestimmten Beschränkungen in Bezug auf die Übertragung konfrontiert. Während des Betriebs wird das Übertragungsglied unter die Glasübergangstemperatur des Toners vor dem Übertragungswalzenspalt mit dem Zwischenübertragungsglied abgekühlt. Das Abkühlen des Übertragungsglieds erfordert, dass das Übertragungsglied relativ dünn ist. Ein dünnes Übertragungsglied weist jedoch eine geringe Formanpassungsfähigkeit auf, sodass die Übertragungseffizienz in dem Übertragungs-Walzenspalt reduziert ist. Die reduzierte Formanpassungsfähigkeit erhöht eine Glanzbildung des Tonerbildes in dem Übertragungs-Walzenspalt. Außerdem kann ein dünnes Übertragungsglied eine reduzierte Lebensdauer aufweisen.
Eine Druckmaschine gemäß der Erfindung umfasst ein Tonerbild-Trägerglied und ein Übertragungsglied. Das Tonerbild von dem Tonerbild-Trägerglied wird auf das Übertragungsglied übertragen. Die Übertragung von dem Tonerbild-Trägerglied auf das Übertragungsglied wird rheologisch (d.h. durch eine Änderung der Flusseigenschaften des Tonerbildes) unterstützt. Die Übertragung kann außerdem elektrostatisch unterstützt werden.
An dem Übertragungsglied und dem Tonerbild-Trägerglied wird eine Temperaturdifferenz aufrechterhalten, sodass die Übertragung des Tonerbildes rheologisch unterstützt wird. Das Tonerbild-Trägerglied wird auf einer niedrigeren Temperatur als das Übertragungsglied gehalten. Das Übertragungsglied wird in einem bevorzugten Temperaturbereich gehalten, und das Tonerbild-Trägerglied wird bei einer vorbestimmten Temperaturdifferenz gegenüber der Temperatur des Übertragungsglieds gehalten.
Ein Temperaturgefälle wird über die Dicke des Tonerbildes an dem Übertragungswalzenspalt des Tonerbild-Trägerglieds und des Übertragungsglieds entwickelt. Die obere Schicht des Tonerbildes, die mit dem relativ heißeren Übertragungsglied in Kontakt ist, wird durch die Wärme des Übertragungsglieds weich gemacht und erhöht dadurch den Kontakt und die Haftung mit dem Übertragungsglied. Die untere Schicht des Tonerbildes bleibt aufgrund des Kontakts mit dem relativ kühleren Tonerbild-Trägerglied relativ steif. Die Übertragung des Tonerbildes zu dem Übertragungsglied wird also durch die Temperaturdifferenz zwischen dem Tonerbild-Trägerglied und dem Übertragungsglied unterstützt. Es kann auch eine zusätzliche elektrostatische Unterstützung der Übertragung vorgesehen werden, wenn die Übertragungseffizienz weiter erhöht werden soll.
Die rheologisch unterstützte Übertragung gemäß der Erfindung bietet eine verbesserte Übertragungseffizienz für Tonerbilder zwischen Übertragungsgliedern und Tonerbild-Trägergliedern. Aufgrund der Verwendung einer rheologisch unterstützten Übertragung an dem Übertragungswalzenspalt zwischen dem Tonerbild-Trägerglied und dem Übertragungsglied kann das Vorheizen des Substrats vor dem Übertragungs-Walzenspalt reduziert werden oder ganz darauf verzichtet werden.
Eine bevorzugte elektrostatographische Druckmaschine gemäß der Erfindung umfasst mehrere Tonerbild-Erzeugungsstationen, die jeweils ein entwickeltes Tonerbild in einer Komponentenfarbe erzeugen. Die entwickelten Tonerbilder werden an dem ersten Übertragungswalzenspalt elektrostatisch auf ein Zwischenübertragungsglied übertragen, um auf diesem ein zusammengesetztes Tonerbild zu erzeugen. Das zusammengesetzte Tonerbild wird dann elektrostatisch und mit einer rheologischen Überstützung an dem zweiten Übertragungswalzenspalt auf ein Übertragungsglied übertragen. Das Übertragungsglied weist vorzugsweise eine verbesserte Formanpassungsfähigkeit und andere Eigenschaften für eine verbesserte Übertragung des zusammengesetzten Tonerbilder auf ein Substrat auf. Das zusammengesetzte Tonerbild und das Substrat werden in dem dritten Übertragungswalzenspalt zusammengeführt, um das zusammengesetzte Tonerbild allgemein gleichzeitig zu übertragen und auf dem Substrat zu fixieren, sodass das Enddokument erzeugt wird.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
1 ist eine schematische Seitenansicht eines elektrostatographischen Duplex-Einzelblatt-Druckers mit einer Reinigungsstation gemäß der Erfindung.
2 ist eine vergrößerte schematische Seitenansicht der Übertragungswalzenspalte des Druckers von 1.
3 ist eine vergrößerte schematische Querschnittansicht der Reinigungsstation von 2.
4 ist ein Kurvendiagramm zu der Menge des Resttoners in Abhängigkeit von der Temperatur des Übertragungsglieds.
5 ist ein Kurvendiagramm zu dem Grad der Schmierens in Abhängigkeit von der Temperatur des Übertragungsglieds für eine bestimmte Restsubstrat Temperatur.
6 ist ein Kurvendiagramm zu einer zweiten Übertragungsrestmasse pro Fläche in Bezug auf die Temperatur des Übertragungsglieds.
7 ist ein Kurvendiagramm zu der Restmasse in Bezug auf die Temperatur des Übertragungsbands.
8 ist ein Kurvendiagramm zu der Restmasse in Bezug auf die Temperatur des Übertragungsglieds bei einer fixen Temperatur des Zwischenübertragungsglieds.
9 ist ein Kurvendiagramm zu der Restmasse in Bezug auf die Temperatur des Übertragungsglieds.
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst ein elektrostatographischer Mehrfarben-Einzelblatt-Duplex-Drucker 10 ein Zwischenübertragungsband 12. Das Zwischenübertragungsband 12 wird über Führungsrollen 14, 16, 18 und 20 angetrieben. Das Zwischenübertragungsband 12 bewegt sich in einer durch den Pfeil A angegebenen Prozessrichtung. Für die vorliegenden Erläuterungen definiert das Zwischenübertragungsglied 12 einen einzelnen Abschnitt des Zwischenübertragungsglieds 12 als Tonerbereich. Ein Tonerbereich ist der Teil des Zwischenübertragungsglieds, der die verschiedenen Prozesse der um das Zwischenübertragungsglied 12 herum angeordneten Stationen empfängt. Das Zwischenübertragungsglied 12 kann mehrere Tonerbereiche umfassen, wobei jedoch jeder Tonerbereich gleich verarbeitet wird.
Der Tonerbereich wird entlang eines Satzes von vier Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 bewegt. Jede Tonerbild-Erzeugungsstation 22, 24, 26 und 28 wird betrieben, um ein Farbtonerbild auf dem Tonerbild des Zwischenübertragungsglieds 12 aufzutragen. Jede Tonerbild-Erzeugungsstation 22, 24, 26 und 28 wird in gleicher Weise betrieben, um ein entwickeltes Tonerbild für die Übertragung auf das Zwischenübertragungsglied 12 zu erzeugen.
Die Bilderzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 werden in Verbindung mit einem photorezeptiven System beschrieben, wobei dem Fachmann jedoch deutlich sein sollte, dass auch ein ionographisches System oder ein anderes Markierungssystem verwendet werden kann, um die entwickelten Tonerbilder zu erzeugen. Jede Tonerbild-Erzeugungsstation 22, 25, 26 und 28 weist ein Bildträgerglied 30 auf. Das Bildträgerglied 30 ist eine Trommel oder ein Band, das einen Photorezeptor trägt.
Das Bildträgerglied 30 wird an einer Aufladungsstation 32 gleichmäßig aufgeladen. Die Aufladungsstation weist einen wohlbekannten Aufbau mit Ladungserzeugungseinrichtungen wie etwa Corotronen oder Scorotronen für die Verteilung einer gleichmäßigen Ladung auf der Oberfläche des Bildträgerglieds 30 auf. Eine Belichtungsstation 34 belichtet das aufgeladene Bildträgerglied 30 bildweise, um ein elektrostatisches Latenzbild in dem Bildbereich zu erzeugen. Für die vorliegenden Erläuterungen definiert das Bildträgerglied einen Bildbereich. Der Bildbereich ist der Teil des Bildträgerglieds, der die verschiedenen Prozesse der um das Bildträgerglied 30 herum angeordneten Stationen empfängt. Das Bildträgerglied 30 kann mehrere Bildbereiche umfassen, wobei jedoch jeder Bildbereich auf gleiche Weise verarbeitet wird.
Die Belichtungsstation 34 umfasst vorzugsweise einen Laser, der einen modulierten Laserstrahl emittiert. Die Belichtungsstation 34 führt den modulierten Laserstrahl über den geladenen Bildbereich. Die Belichtungsstation 34 kann alternativ hierzu auch LED-Arrays oder andere aus dem Stand der Technik bekannte Anordnungen verwenden, um eine Lichtbildwiedergabe zu erzeugen, die auf den Bildbereich des Bildträgerglieds 30 projiziert wird. Die Belichtungsstation 34 belichtet eine Lichtbildwiedergabe einer Farbkomponente eines zusammengesetzten Farbbildes auf dem Bildbereich, um ein erstes elektrostatisches Latenzbild zu erzeugen. Jede der Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 bildet ein elektrostatisches Latenzbild in Entsprechung zu einer bestimmten Farbkomponente eines zusammengesetztes Farbbildes.
Der Bildbereich wird zu einer Entwicklungsstation 36 befördert. Die Entwicklungsstation 36 umfasst eine Entwicklungseinrichtung in Entsprechung zu der Farbkomponente des zusammengesetzten Farbbildes. Gewöhnlich entwickeln die einzelnen Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 jeweils die Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz, die zusammen ein typisches zusammengesetztes Farbbild ergeben. Es können jedoch auch weiter Tonerbild-Erzeugungsstationen für zusätzliche oder andere Farben wie etwa Hervorhebungsfarben oder andere spezielle Farben vorgesehen sein. Jede Tonerbild-Erzeugungsstation 22, 24, 26 und 28 entwickelt ein Komponenten-Tonerbild, das auf den Tonerbereich des Zwischenübertragungsglieds 12 übertragen wird. Die Entwicklungsstation 36 entwickelt das Latenzbild vorzugsweise mit einem aufgeladenen Trockentonerpulver, um das entwickelte Komponenten-Tonerbild zu erzeugen. Die Entwicklungseinrichtung kann eine Magnettonerbürste oder ein andere wohlbekannte Entwicklungsanordnung verwenden.
Der Bildbereich mit dem Komponenten-Tonerbild wird dann zu der Vorübertragungsstation 38 befördert. Die Vorübertragungsstation 38 umfasst vorzugsweise eine Vorübertragungs-Aufladungseinrichtung zum Aufladen des Komponenten-Tonerbildes und zum Ausgleichen der Oberflächenspannung über dem Bildträgerglied 30, um die Übertragung des Komponentenbilds von dem Bildträgerglied 30 zu dem Zwischenübertragungsglied 12 zu verbessern. Alternativ hierzu kann die Vorübertragungsstation 30 ein Rückübertragungslicht verwenden, um die Oberflächenspannung über dem Bildträgerglied 30 auszugleichen. Dies kann weiterhin in Verbindung mit einer Rückübertragungs-Aufladungseinrichtung geschehen. Der Bildbereich wird dann zu einem ersten Übertragungswalzenspalt befördert, der zwischen dem Bildträgerglied 30 und dem Zwischenübertragungsglied 12 definiert wird. Das Bildträgerglied 30 und das Zwischenübertragungsglied 12 werden derart synchronisiert, dass jedes von ihnen im wesentlichen die gleiche lineare Geschwindigkeit an dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 aufweist. Das Komponenten-Tonerbild wird dann unter Verwendung einer Felderzeugungsstation 42 elektrostatisch von dem Bildträgerglied 30 zu dem Zwischenübertragungsglied 12 übertragen. Die Felderzeugungsstation 42 umfasst vorzugsweise eine Vorspannungsrolle, die elektrostatisch vorgespannt wird, um ausreichende elektrostatische Felder mit einer Polarität zu erzeugen, die derjenigen des Komponenten-Tonerbildes entgegengesetzt ist, um das Komponenten-Tonerbild zu dem Zwischenübertragungsglied 12 zu übertragen. Alternativ hierzu kann die Felderzeugungsstation 42 eine Coronaerzeugungseinrichtung oder ein anderer Typ eines aus dem Stand der Technik bekannten Felderzeugungssystems sein. Eine Vorwalzenspalt-Übertragungsklinge 44 drückt das Zwischenübertragungsglied 12 gegen das Bildträgerglied 30, um die Übertragung des Komponenten-Tonerbildes zu verbessern. Der Tonerbereich des Zwischenübertragungsglieds 12 mit dem Komponenten-Tonerbild aus dem Tonerbild-Erzeugungsbereich 22 wird dann in der Prozessrichtung befördert.
Nach der Übertragung des Komponenten-Tonerbildes bewegt das Bildträgerglied 30 den Bildbereich weiter an einer Vorreinigungsstation 39 vorbei. Die Vorreinigungsstation verwendet ein Vorreinigungs-Corotron, um die Tonerladung und die Ladung des Bildträgerglieds 30 derart zu konditionieren, dass eine verbesserte Reinigung des Bildbereichs möglich ist. Der Bildbereich wird dann weiter zu einer Reinigungsstation 41 bewegt. Die Reinigungsstation 41 entfernt Resttoner oder Schmutz aus dem Bildbereich. Die Reinigungsstation 41 umfast vorzugsweise Klingen, um die Resttonerpartikeln aus dem Bildbereich zu wischen. Alternativ hierzu kann die Reinigungsstation 41 einen elektrostatischen Bürstenreiniger oder andere wohlbekannte Reinigungssysteme verwenden. Der Betrieb der Reinigungsstation 41 schließt die Tonerbilderzeugung für jede der Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 ab.
Das erste Komponenten-Tonerbild wird in dem Bildbereich von dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 der Tonerbild-Erzeugungsstation 22 zu dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 der Tonerbild-Erzeugungsstation 24 bewegt. Vor dem Eingang zu dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 der Tonerbild-Erzeugungsstation 24 lädt eine Bildkonditionierungsstation 46 das Komponenten-Tonerbild gleichmäßig auf, um verstreuten, niedrig oder entgegengesetzt aufgeladenen Toner zu reduzieren, der ansonsten zu einer Rückübertragung von Teilen des ersten Komponenten-Tonerbildes zu der folgenden Tonerbild-Erzeugungsstation 24 zur Folge hätte. Die Bildkonditionierungsstationen und insbesondere die Bildkonditionierungsstation vor der ersten Tonerbild-Erzeugungsstation 22 konditionieren auch die Oberflächenladung an dem Zwischenübertragungsglied 12. An dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 wird das folgende Komponenten-Tonerbild mit den vorausgehenden Komponenten-Tonerbildern ausgerichtet, um ein zusammengesetztes Tonerbild nach der Übertragung des letzten Tonerbildes an der Tonerbild-Erzeugungsstation 28 zu erzeugen.
Die Geometrie der Schnittstelle zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und dem Bildträgerglied 30 spielt eine wichtige Rolle, um eine gute Übertragung des Komponenten-Tonerbildes sicherzustellen. Das Zwischenübertragungsglied 12 sollte die Oberfläche des Bildträgerglieds 30 vor der elektrostatischen Felderzeugung durch die Felderzeugungsstationen 42 vorzugsweise mit einem gewissen Druck kontaktieren, um einen engen Kontakt sicherzustellen. Allgemein ist ein Vorwalzenspalt-Wrap-Kontakt zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und dem Bildträgerglied 30 zu bevorzugen. Alternativ hierzu kann eine Vorwalzenspalt-Druckklinge 44 oder eine andere mechanische Vorspannstruktur vorgesehen sein, um einen derartigen engen Vorwalzenspalt-Kontakt herzustellen. Dieser Kontakt ist ein wichtiger Faktor, um die Bildung von hohen elektrostatischen Feldern an Luftzwischenräumen zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und dem Komponenten-Tonerbild in dem Vorwalzenspaltbereich zu reduzieren. Wenn zum Beispiel ein Corotron als Felderzeugungsstation 42 an einer Vorspannungs-Aufladungsrolle verwendet wird, sollte das Zwischenübertragungsglied 12 vorzugsweise das Tonerbild in dem Vorwalzenspaltbereich mit einem ausreichenden Abstand vor dem Kontaktwalzenspalt der Vorspannungs-Aufladungsrolle kontaktieren. Unter einem „ausreichenden Abstand vor" ist eine Position der Felderzeugungseinrichtung vor dem Bereich des Vorwalzenspalts zu verstehen, wenn das Feld in einem Luftzwischenraum von mehr als 50 Mikrometer zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und dem Komponenten-Tonerbild aufgrund eines Abfalls des Felds mit dem Vorwalzenspaltabstand zu dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 unter ungefähr 4 Volt/Mikrometer gefallen ist. Der Abfall des Felds ist teilweise auf Kapazitätseffekte zurückzuführen, die wiederum von verschiedenen Faktoren abhängen. Zum Beispiel ist dieser Abfall bei Vorspannungsrollen mit großen Durchmessern und/oder größeren Widerständen und/oder niedrigeren Kapazitäten pro Fläche der Isolationsschichten in dem ersten Übertragungswalzenspalt am langsamsten. Die laterale Leitung entlang des Zwischenübertragungsglieds 12 kann den Übertragungsfeldbereich in dem Vorwalzenspalt vergrößern, was von dem Widerstand des Übertragungsbands und anderen physikalischen Faktoren abhängt. Bei Verwendung von Zwischenübertragungsgliedern 12 mit einem Widerstandswert in der Nähe des unteren Endes des weiter unten erläuterten bevorzugten Bereichs und/oder von Systemen, die große Vorspannrollen usw. verwenden, sind größere Vorwalzenspalt-Kontaktabstände zu bevorzugten. Allgemein beträgt der gewünschte Vorwalzenspalt-Kontakt zwischen ungefähr 2 und 10 mm für Widerstandswerte innerhalb des gewünschten Bereichs und für Vorspannungswalzendurchmesser zwischen 12 mm und 50 mm.
Die Felderzeugungsstation 42 verwendet vorzugsweise sehr formanpassungsfähige Vorspannrollen für den ersten Übertragungswalzenspalt 40, die etwa aus Schaum oder einem anderen Rollenmaterial mit einem effektiv sehr niedrigem Durometerwert von vorzugsweise weniger als 30 Shore A ausgebildet sind. In Systemen, die Bänder für die Abbildungsmodule verwenden, kann der erste Übertragungswalzenspalt 40 optional eine akustische Ablösung des Komponenten-Tonerbildes zur Unterstützung der Übertragung vorsehen.
In der bevorzugten Anordnung wird eine „Gleitübertragung" für die Ausrichtung des Farbbildes verwendet. Bei einer Gleitübertragung wird die Kontaktzone zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und dem Bildträgerglied 30 vorzugsweise in Übereinstimmung mit den Vorwalzenspalt-Beschränkungen minimiert. Die Nachübertragungs-Kontaktzone hinter der Felderzeugungsstation 42 ist für diese Anordnung vorzugsweise klein. Allgemein kann das Zwischenübertragungsglied 12 optional entlang der bevorzugten Vorspannrolle der Felderzeugungsstation 42 in den Nachwalzenspaltbereich abgetrennt werden, wenn eine entsprechende Struktur vorgesehen ist, die sicherstellt, dass sich die Vorspannrolle nicht aufgrund der Spannkraft des Zwischenübertragungsglieds 12 von der Oberfläche des Bildträgerglieds abhebt. Bei Gleitübertragungssystemen sollte der Druck der in der Felderzeugungsstation 42 verwendeten Vorspannrolle minimiert werden. Die minimierte Kontaktzone und der Druck minimieren die auf das Bildträgerglied 30 wirkende Reibungskraft, wodurch die elastische Dehnung des Zwischenübertragungsglieds 12 zwischen den ersten Übertragungswalzenspalten 40 minimiert wird, durch die die Farbausrichtung beeinträchtigt werden kann. Außerdem werden die Bewegungsinteraktionen zwischen dem Antrieb des Zwischenübertragungsglieds 12 und dem Antrieb des Bildträgerglieds 30 minimiert.
Bei Gleitübertragungssystemen sollte auch der Widerstand des Zwischenübertragungsglieds 12 hoch gewählt werden, allgemein innerhalb oder in der Mitte zwischen den oberen Grenzwerten des weiter unten erläuterten bevorzugten Bereichs, sodass die erforderlichen Vorwalzenspalt-Kontaktdistanzen minimiert werden können. Außerdem sollte der Reibungskoeffizient des Oberflächenmaterials auf dem Zwischenübertragungsglied vorzugsweise minimiert werden, um den Betriebsspielraum für die Gleitübertragungs-Ausrichtung und die Bewegungsqualität zu vergrößern.
In einer alternativen Ausführungsform weisen die Bildträgerglieder 30 wie etwa Photoleitertrommeln keine separaten Antriebe auf, sondern werden durch die Reibung in den ersten Übertragungswalzenspalten 40 angetrieben. Mit anderen Worten werden die Bildträgerglieder 30 durch das Zwischenübertragungsglied 12 angetrieben. Deshalb überträgt der erste Übertragungswalzenspalt 40 eine ausreichende Reibungskraft auf das Bildträgerglied, um eine durch die Entwicklungsstation 36, die Reinigungsstation 41, andere Subsysteme und Lagerlasten erzeugte Verzögerung zu überwinden. Für ein durch Reibung angetriebenes Bildträgerglied 30 sind die optimalen Übertragungsmerkmale allgemein denjenigen bei einer Gleitübertragung entgegengesetzt. Zum Beispiel kann der Eintritt des Zwischenübertragungsglieds 12 in die erste Übertragungszone vorzugsweise groß sein, um die Reibungskraft aufgrund der Spannung des Zwischenübertragungsglieds 12 zu maximieren. In der Nachübertragungszone ist das Zwischenübertragungsglied 12 entlang des Bildträgerglieds 30 wrap-kontaktiert, um die Kontaktzone zu vergrößern und dadurch den Reibungsantrieb zu verbessern. Ein Nachwalzenspalt-Wrap-Kontakt ist vorteilhafter als ein Vorwalzenspalt-Wrap-Kontakt, weil hier aufgrund der elektrostatischen Haftkräfte ein größerer Druck herrscht. In einem anderen Beispiel kann der durch die Felderzeugungseinrichtung 42 ausgeübte Druck die Reibungskraft erhöhen. Bei derartigen Systemen sollte der Reibungskoeffizient des Materials der obersten Schicht auf dem Zwischenübertragungsglied 12 vorzugsweise größer sein, um den Betriebsspielraum zu erhöhen.
Der Tonerbereich wird dann zu dem folgenden ersten Übertragungswalzenspalt 40 befördert. Zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen befinden sich die Bildkonditionierungsstationen 46. Die Ladungsübertragung in dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 erfolgt normalerweise wenigstens teilweise aufgrund eines Luftüberschlags, was ungleichmäßige Ladungsmuster auf dem Zwischenübertragungsglied 12 zwischen den Tonerbild-Erzeu gungsstationen 22, 24, 26 und 28 zur Folge haben kann. Wie weiter unten erläutert, kann das Zwischenübertragungsglied 12 optional isolierende oberste Schichten aufweisen, wobei in diesem Fall die ungleichmäßige Ladung dazu führt, dass ungleichmäßige Felder in den folgenden ersten Walzenspalten 40 angelegt werden. Dieser Effekt akkumuliert, wenn das Zwischenübertragungsglied 12 durch die folgenden ersten Walzenspalte 40 fortschreitet. Die Bildkonditionierungsstationen 46 gleichen die Ladungsmuster auf dem Band zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 aus, um die Gleichmäßigkeit der Ladungsmuster auf dem Zwischenübertragungsglied 12 vor den folgenden ersten Übertragungswalzenspalten 40 zu verbessern. Die Bildkonditionierungsstationen 46 sind vorzugsweise Scorotrons und können alternativ dazu auch verschiedene Typen von Coronaeinrichtungen sein. Wie zuvor erläutert, werden die Bildkonditionierungsstationen 46 zusätzlich zur Konditionierung der Tonerladung verwendet, um eine Rückübertragung des Toners an den folgenden Tonerbild-Erzeugungsstationen zu verhindern. Der Bedarf für die Bildkonditionierungsstationen 46 ist reduziert, wenn das Zwischenübertragungsglied 12 nur aus halbleitenden Schichten besteht, die sich in dem weiter unten erläuterten Widerstandsbereich befinden. Auch wenn das Zwischenübertragungsglied 12 Isolationsschichten umfasst, ist der Bedarf für die Bildkonditionierungsstationen 46 zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 reduziert, wenn die Isolationsschichten ausreichend dünn sind.
Die Führungsrolle 14 kann vorzugsweise eingestellt werden, um das Zwischenübertragungsglied 12 zu spannen. Außerdem kann die Führungsrolle 14 in Kombination mit einem Sensor zum Feststellen der Kante des Zwischenübertragungsglieds 12 eine aktive Lenkung des Zwischenübertragungsglieds 12 vorsehen, um eine Querabweichung des Zwischenübertragungsglieds 12 zu reduzieren, die die Ausrichtung der Komponenten-Tonerbilder für das zusammengesetzte Tonerbild beeinträchtigt.
Jede Tonerbild-Erzeugungsstation positioniert ein Komponenten-Tonerbild auf dem Tonerbereich des Zwischenübertragungsglieds 12, um ein vollständiges zusammengesetztes Tonerbild zu erzeugen. Das Zwischenübertragungsglied 12 transportiert das zusammengesetzte Tonerbild von der letzten Tonerbild-Erzeugungsstation 28 zu der Vorübertragungs-Ladungskonditionierungsstation 52. Wenn das Zwischenübertragungsglied 12 wenigstens eine Isolationsschicht umfasst, gleicht die Vorübertragungs-Ladungskonditionierungsstation 52 die Ladung in dem Tonerbereich des Zwischenübertragungsglieds 12 aus. Außerdem wird die Vorübertragungs-Ladungskonditionierungsstation 52 verwendet, um die Tonerladung für die Übertragung auf ein Übertragungsglied 50 zu konditionieren. Vorzugsweise wird ein Scorotron verwendet, wobei alternativ hierzu auch verschiedene Typen von Corona einrichtungen verwendet werden können. Ein zweiter Übertragungswalzenspalt 48 ist zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und dem Übertragungsglied 50 definiert. Eine Felderzeugungsstation 42 und eine Vorübertragungsklinge 44 kontaktieren das Zwischenübertragungsglied 12 neben dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 und erfüllen dieselben Funktionen wie die Felderzeugungsstationen und die Vorübertragungsklingen 44 neben den ersten Übertragungswalzenspalten 40. Die Felderzeugungsstation an dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 kann jedoch relativ härter sein, um formanpassungsfähige Übertragungsglieder 50 zu kontaktieren. Das zusammengesetzte Tonerbild wird elektrostatisch und mit Unterstützung durch eine Wärmeerzeugung an dem Übertragungsglied 50 übertragen.
Auch die elektrischen Eigenschaften des Zwischenübertragungsglieds 12 sind wichtig. Das Zwischenübertragungsglied 12 kann optional eine einzelne Schicht oder mehrere Schichten umfassen. In jedem Fall werden die elektrischen Eigenschaften des Zwischenübertragungsglieds 12 vorzugsweise derart gewählt, dass hohe Spannungsabfälle über das Zwischenübertragungsglied reduziert werden. Um hohe Spannungsabfälle zu reduzieren, weist der Widerstand der Rückschicht des Zwischenübertragungsglieds 12 vorzugsweise einen ausreichend niedrigen Widerstand auf. Die elektrischen Eigenschaften und die Übertragungsgeometrie müssen derart gewählt werden, dass hohe elektrostatische Übertragungsfelder in den Vorwalzenspaltbereichen der ersten und zweiten Übertragungswalzenspalte 40, 48 vermieden werden. Hohe Vorwalzenspalt-Felder an Luftzwischenräumen von typisch ungefähr >50 Mikrometer zwischen den Komponenten-Tonerbildern und dem Zwischenübertragungsglied 12 können zu einer Bildverzerrung aufgrund einer Tonerübertragung über einen Luftzwischenraum und auch zu Bilddefekten aufgrund eines Vorwalzenspalt-Luftüberschlags führen. Dies kann vermieden werden, indem das Zwischenübertragungsglied 12 in einen frühen Kontakt mit dem Komponenten-Tonerbild vor der Felderzeugungsstation 42 gebracht wird, solange der Widerstand der Schichten des Zwischenübertragungsglieds 12 ausreichend groß ist. Das Zwischenübertragungsglied 12 sollte auch einen ausreichen hohen Widerstand für die oberste Schicht aufweisen, um einen sehr hohen Stromfluss in den ersten und zweiten Übertragungswalzenspalten 40, 48 zu vermeiden. Schließlich müssen das Zwischenübertragungsglied 12 und der Systemaufbau den Effekt eines hohen und ungleichmäßigen Ladungsaufbaus vermeiden, der auf dem Zwischenübertragungsglied 12 zwischen den ersten Übertragungswalzenspalten 40 auftritt.
Das bevorzugte Material für ein aus einer Schicht bestehendes Zwischenübertragungsglied 12 ist ein Halbleitermaterial mit einer „Ladungsrelaxationszeit", die der Verweilzeit zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen entspricht. Vorzugsweise wird ein Material mit einer „Walzenspaltrelaxationszeit" verwendet, die der Verweilzeit in den Walzenspalten entspricht. Unter einer „Relaxationszeit" ist hier die Zeitdauer für den Spannungsabfall über die Dicke der Schicht des Zwischenübertragungsglieds zu verstehen. Die Verweilzeit ist die Zeit, die ein Elementabschnitt des Übertragungsglieds 12 benötigt, um durch einen bestimmten Bereich hindurchzugehen. Zum Beispiel entspricht die Verweilzeit zwischen den Abbildungsstationen 22 und 24 der Distanz zwischen den Abbildungsstationen 22 und 24, geteilt durch die Prozessgeschwindigkeit des Übertragungsglieds 12. Die Walzenspalt-Verweilzeit entspricht der Breite des Kontaktwalzenspalts, die unter dem Einfluss der Felderzeugungsstation 42 erzeugt wird, geteilt durch die Prozessgeschwindigkeit des Übertragungsglieds 12.
Die „Ladungsrelaxationszeit" ist die Relaxationszeit, wenn das Zwischenübertragungsglied im wesentlichen von dem Einfluss der Kapazität der anderen Glieder in den Übertragungswalzenspalten 40 isoliert ist. Allgemein gilt die Relaxationszeit für Bereiche vor oder nach den Übertragungswalzenspalten 40. Es ist die klassische „RC-Zeitkonstante" K_LPLEO mal dem Produkt aus den Materialschichtgrößen, wobei der Widerstand eines Materials empfindlich gegenüber dem in dem Material angelegte Feld sein kann. In diesem Fall sollte der Widerstand mit der dielektrischen Konstante K₁ des angelegten Felds mal dem Widerstand _PL mal der Durchlässigkeit des Vakuums e₀, die allgemein ungefähr 25 bis 100 Vol über die Schichtdicke entspricht, bestimmt werden. Die „Walzenspaltrelaxationszeit" ist die Relaxationszeit in Bereichen wie etwa den Übertragungswalzenspalten 40. Wenn das Bezugszeichen 42 eine Coronafelderzeugungseinrichtung angibt, ist die „Walzenspaltrelaxationszeit" im wesentlichen gleich der Ladungsrelaxationszeit. Wenn jedoch eine Vorspannungsübertragungseinrichtung verwendet wird, ist die Walzenspaltrelaxationszeit allgemein länger als die Ladungsrelaxationszeit. Der Grund hierfür ist, dass diese nicht nur durch die Kapazität des Zwischenübertragungsglieds 12 selbst, sondern auch durch die extra Kapazität pro Einheit der Isolationsschichten in den Übertragungswalzenspalten 40 beeinflusst wird. Zum Beispiel beeinflussen die Kapazität pro Einheitsfläche der photoleitenden Beschichtung auf dem Bildträgerglied 30 und die Kapazität pro Einheitsfläche des Tonerbildes die Walzenspaltrelaxationszeit. In den Erläuterungen gibt C_L die Kapazität pro Einheitsfläche der Schicht des Zwischenübertragungsglieds 12 an, und gibt C_IOI die Gesamtkapazität pro Einheitsfläche aller Isolationsschichten in den ersten Übertragungswalzenspalten 40 neben dem Zwischenübertragungsglied 12 an. Wenn die Felderzeugungsstation 42 eine Vorspannungsrolle ist, ist die Walzenspaltrelaxationszeit gleich der Ladungsrelaxationszeit, multipliziert mit der Größe [1+(C₁₀₁/C_I)].
Der oben definierte Widerstandsbereich vermeidet hohe Spannungsabfälle über dem Zwischenübertragungsglied 12 während der Übertragungen der Komponenten-Tonerbilder in den ersten Übertragungswalzenspalten 40. Um hohe Vorwalzenspalt-Felder zu vermeiden, darf der Volumenwiderstand in der lateralen oder Prozessrichtung des Zwischenübertragungsglieds nicht zu niedrig sein. Die Anforderung ist derart, dass die laterale Relaxationszeit für den Ladungsfluss zwischen der Felderzeugungsstation 42 in dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 länger als die Eintritts-Verweilzeit für den ersten Übertragungswalzenspalt 40 sein sollte. Die Eintritts-Verweilzeit ist die Größe L/v. L ist die Distanz von dem Vorwalzenspaltbereich des anfänglichen Kontakts des Zwischenübertragungsglieds 12 mit dem Komponenten-Tonerbild zu der Startposition der Felderzeugungsstation 42 in dem ersten Übertragungswalzenspalt 40. Die Quantität v ist die Prozessgeschwindigkeit. Die Lateralrelaxationszeit ist proportional zu dem Lateralwiderstand entlang des Bandes zwischen der Felderzeugungsstation 42 und dem Vorwalzenspaltbereich des Anfangskontakts sowie zu der Gesamtkapazität pro Fläche C_IOI des Isolationsschichten in dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und dem Substrat des Bildträgerglieds 30 der Tonerbild-Erzeugungsstation 22, 24, 26, 28. Eine nützliche Gleichung zum Schätzen des bevorzugten Widerstandsbereichs, der unerwünscht hohe Vorwalzenspalt-Felder in der Nähe der Felderzeugungsstationen 42 vermeidet, ist: [L v P_L C_IOI] > 1. Die Größe wird als der „laterale Widerstand" des Zwischenübertragungsglieds 12 bezeichnet. Es ist der Volumenwiderstand des Glieds, geteilt durch die Dicke des Glieds. In Fällen, in denen die elektrischen Eigenschaften des Glieds 12 nicht isotropisch sind, entspricht der Volumenwiderstand zum Vermeiden von hohen Vorwalzenspaltfeldern dem Wiederstand der Schicht in der Prozessrichtung. In Fällen, in denen der Widerstand von dem angelegten Feld abhängt, sollte der laterale Widerstand in einem Feld von ungefähr 500 bis 1500 Volt/cm bestimmt werden.
Der bevorzugte Widerstandsbereich für das aus einer Schicht bestehende Zwischenübertragungsglied 12 hängt also von vielen Faktoren wie zum Beispiel der Systemgeometrie, der Dicke des Übertragungsglieds, der Prozessgeschwindigkeit und der Kapazität pro Einheitsfläche der verschiedenen Materialien in dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 ab. Für viele verschiedene Systemgeometrien und Prozessgeschwindigkeiten ist der bevorzugte Widerstand für ein aus einer Schicht bestehendes Übertragungsband gewöhnlich ein Volumenwiderstand von weniger als 10¹³ Ohm-cm und noch besser ein Volumenwiderstand von weniger als 10¹¹ Ohm-cm. Die untere Grenze des bevorzugten Widerstands ist gewöhnlich ein lateraler Widerstand von ungefähr 10⁸ Ohm/Quadrat und noch besser von ungefähr 10¹⁰ Ohm/Quadrat, was einem Volumenwiderstand von mehr als 10⁸ Ohm-cm entspricht.
In den folgenden Erläuterungen wird der bevorzugte Bereich der elektrischen Eigenschaften für das Übertragungsglied 50 spezifiziert, mit dem eine gute Übertragung in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 ermöglicht wird. Das Übertragungsglied 50 weist vorzugsweise mehrere Schichten auf, wobei die für die oberste Schicht des Übertragungsglieds gewählten elektrischen Eigenschaften den bevorzugten Widerstand des aus einer Schicht bestehenden Zwischenübertragungsglieds 12 beeinflussen. Die unteren Grenzen für den bevorzugten Wiederstand des oben genannten aus einer Schicht bestehenden Zwischenübertragungsglieds 12 gelten, wenn die oberste Schicht des Übertragungsglieds 50 einen ausreichend hohen Widerstand aufweist, der gewöhnlich gleich oder größer als ungefähr 10⁹ Ohm-cm ist. Wenn die oberste Schicht des Übertragungsglieds 50 einen etwas niedrigeren Widerstand als ungefähr 10⁹ Ohm-cm aufweist, sollte die untere Grenze für den bevorzugten Widerstand des aus einer Schicht bestehenden Zwischenübertragungsglieds 12 erhöht werden, um Übertragungsprobleme in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 zu vermeiden. Zu diesen Problemen gehört ein unerwünscht hoher Stromfluss zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und dem Übertragungsglied 50 sowie eine Verschlechterung der Übertragung aufgrund einer Reduktion des Übertragungsfelds. Wenn der Widerstand der obersten Schicht des Übertragungsglieds 50 weniger als ungefähr 10⁹ Ohm-cm beträgt, liegt die bevorzugte untere Grenze des Volumenwiderstands für das aus einer Schicht bestehende Zwischen ... Ausrichtungsprobleme zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 aufgrund einer elastischen Dehnung zu vermeiden. Die Steifigkeit ist die Summe der Produkte des Young-Modulus, mal der Schichtdicke für alle Schichten des Zwischenübertragungsglieds. Der bevorzugte Bereich für die Steifigkeit hängt von verschiedenen Systemparametern ab. Der erforderliche Wert der Steifigkeit erhöht sich mit einem größeren Reibungswiderstand an und/oder zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28. Die bevorzugte Steifigkeit erhöht sich auch mit einer größeren Länge des Zwischenübertragungsglieds 12 zwischen Tonerbild-Erzeugungsstationen und mit strengeren Anforderungen in Bezug auf die Farbausrichtung. Die Steifigkeit liegt vorzugsweise bei >800 PSI-Zoll und noch besser bei >2000 PSI-Zoll (>90 N.m und noch besser >224 N.m).
Ein bevorzugtes Material für das aus einer Schicht bestehende Zwischenübertragungsglied 12 ist ein Polyamid, das eine gute elektrische Kontrolle mithilfe von Zusätzen erreicht, die die Leitung kontrollieren.
Das Zwischenübertragungsglied 12 kann optional auch mehrschichtig sein. Die Rückschicht gegenüber dem Tonerbereich kann vorzugsweise innerhalb des erläuterten Bereichs halbleitend sein. Die bevorzugten Materialien für die Rückschicht eines mehrschichtigen Zwischenübertragungsglieds 12 sind dieselben wie für das aus einer Schicht bestehende Zwischenübertragungsband 12 erläutert. Innerhalb der Grenzen können die obersten Schichten optional „isolierend" oder halbleitend sein. Beide Optionen bringen jeweils Vor- und Nachteile mit sich.
Eine Schicht des Zwischenübertragungsglieds 12 ist „isolierend", wenn die Relaxationszeit für den Ladungsfluss viel länger als die entsprechende Verweilzeit ist. Zum Beispiel verhält sich eine Schicht während der Verweilzeit in dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 „isolierend", wenn die Walzenspalt-Relaxationszeit dieser Schicht in dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 viel länger als die Zeitdauer ist, die ein Abschnitt der Schicht für den Durchgang durch den ersten Übertragungswalzenspalt 40 benötigt. Eine Schicht verhält sich zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 isolierend, wenn die Ladungsrelaxationszeit für diese Schicht viel länger als die Verweilzeit ist, die ein Abschnitt der Schicht für die Strecke zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen benötigt. Andererseits verhält sich eine Schicht in dem hier gemeinten Sinn halbleitend, wenn die Relaxationszeiten vergleichbar oder niedriger als die entsprechenden Verweilzeiten sind. Zum Beispiel verhält sich eine Schicht während der Verweilzeit des ersten Übertragungswalzenspalts 40 halbleitend, wenn die Walzenspalt-Relaxationszeit kleiner als die Verweilzeit in dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 ist. Weiterhin verhält sich eine Schicht auf dem Zwischenübertragungsglied 12 während der Verweilzeit zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 halbleitend, wenn die Relaxationszeit der Schicht kleiner als die Verweilzeit zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen ist. Die Gleichungen zum Bestimmen der Relaxationszeiten einer obersten Schicht auf dem Zwischenübertragungsglied 12 sind im wesentlichen die gleichen wie weiter oben für das aus einer Schicht bestehende Zwischenübertragungsglied beschrieben. Ob sich eine Schicht auf dem aus mehreren Schichten bestehenden Zwischenübertragungsglied 12 während einer bestimmten Verweilzeit „isolierend" oder „halbleitend" verhält, hängt also nicht nur von den elektrischen Eigenschaften der Schicht, sondern auch von der Prozessgeschwindigkeit, der Systemgeometrie und der Schichtdicke ab.
Eine Schicht des Übertragungsbands verhält sich gewöhnlich in den meisten Übertragungssystemen „isolierend", wenn der Volumenwiderstand allgemein größer als 10¹³ Ohm-cm ist. Isolierende oberste Schichten auf dem Zwischenübertragungsglied 12 verursachen einen Spannungsabfall über die Schicht und reduzieren damit den Spannungsabfall über die zusammengesetzte Tonerschicht in dem ersten Übertragungswalzenspalt 40. Deshalb ist es beim Vorhandensein von isolierenden Schichten erforderlich, höhere Spannungen an den ersten und zweiten Übertragungswalzenspalten anzulegen, um dieselben elektrostatischen Felder auf dem aufgeladenen zusammengesetzten Tonerbild vorzusehen. Die Spannungsanforderung wird hauptsächlich durch die „dielektrische Dicke" derartiger isolierender Schichten bestimmt, die der tatsächlichen Dicke einer Schicht, geteilt durch die dielektrische Konstante dieser Schicht entspricht. Ein möglicher Nachteil einer isolierenden Schicht besteht darin, dass sehr hohe Spannungen auf dem Zwischenübertragungsglied 12 erforderlich sind, um eine gute elektrostatische Übertragung des Komponenten-Tonerbilds zu erreichen, wenn die Summe der dielektrischen Dicke der isolierenden Schichten auf dem Zwischenübertragungsglied 12 zu hoch ist. Dies ist insbesondere bei Farbabbildungssystemen der Fall, bei denen sich die Schichten während der Verweilzeit von mehr als einer Umdrehung des Zwischenübertragungsglieds 12 „isolierend" verhalten. Aufgrund der Ladungsübertragung in jeder der Felderzeugungsstationen 42 baut sich eine Ladung auf den isolierenden obersten Schichten auf. Dieser Ladungsaufbau erfordert eine höhere Spannung auf der Rückseite des Zwischenübertragungsglieds 12 in den folgenden Felderzeugungsstationen 42, um eine gute Übertragung der folgenden Komponenten-Tonerbilder zu erreichen. Diese Ladung kann zwischen den ersten Übertragungswalzenspalten 40 durch die Coronaeinrichtungen der Bildkonditionierungsstation 46 nicht vollständig neutralisiert werden, ohne dass damit auch eine unerwünschte Neutralisation oder sogar eine Umkehrung der Ladung auf dem übertragenen zusammengesetzten Tonerbild auf dem Zwischenübertragungsglied 12 einhergeht. Um also das Erfordernis von unannehmbar hohen Spannungen auf der Rückseite des Zwischenübertragungsglieds 12 zu vermeiden, sollte die dielektrische Gesamtdicke der isolierenden obersten Schichten auf dem Zwischenübertragungsglied 12 vorzugsweise klein gehalten werden, um eine gute und stabile Übertragungsleistung zu erreichen. Die annehmbare dielektrische Gesamtdicke kann bis zu 50 Mikrometer betragen, wobei ein bevorzugter Wert bei <10 Mikrometer liegt.
Die oberste Schicht des Zwischenübertragungsglieds 12 weist vorzugsweise gute Tonerablösungseigenschaften wie etwa eine niedrige Oberflächenenergie und weiterhin vorzugsweise eine geringe Affinität zu Ölen wie etwa Silikonölen auf. Materialien wie PFA, TEFLON^TM und verschiedene Fluorpolymere sind Beispiele für vorteilhafte Beschichtungsmaterialien mit guten Tonerlösungseigenschaften. Ein Vorteil einer Isolationsbeschichtung über der halbleitenden Rückschicht des Zwischenübertragungsglieds 12 besteht darin, dass derartige Materialien mit guten Tonerablösungseigenschaften zuverlässiger sind, wenn sie nicht auch noch halbleitend sein müssen. Ein weiterer möglicher Vorteil von Beschichtungen mit einem hohen Widerstand ist für Ausführungsformen gegeben, die ein Übertragungsglied 50 mit einem niedrigen Widerstand von etwa <<10⁹ Ohm-cm als oberste Schicht verwenden. Wie erläutert, ist der Widerstand für das aus einer Schicht bestehende Zwischenübertragungsglied 12 vorzugsweise auf ungefähr >10⁹ Ohm-cm begrenzt, um Übertragungs probleme in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 zu vermeiden, wenn der Widerstand der obersten Schicht des Übertragungsglieds 50 niedriger als ungefähr 10⁹ Ohm-cm ist. Für ein Zwischenübertragungsglied 12 mit mehreren Schichten und einer obersten Schicht mit einem ausreichend hohen Widerstand von vorzugsweise >10⁹ Ohm-cm kann der Widerstand der Rückschicht niedriger sein.
Halbleitende Beschichtungen auf dem Zwischenübertragungsglied 12 weisen den Vorteil auf, dass kein Ladungsausgleich auf dem Zwischenübertragungsglied 12 vor und zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 erforderlich ist. Halbleitende Beschichtungen auf dem Zwischenübertragungsglied weisen weiterhin den Vorteil auf, dass im Vergleich zu isolierenden Schichten viel dickere oberste Schichten verwendet werden können. Die zum Erreichen dieser Vorteile erforderlichen Ladungsrelaxationsbedingungen und die entsprechenden Bereiche der Widerstandsbedingungen sind den bereits für die Rückschicht erläuterten ähnlich. Allgemein muss bei einem halbleitenden Aufbau der Widerstand derart beschaffen sein, dass die Ladungsrelaxationszeit kürzer als die Verweilzeit zwischen den Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 ist. Bei der bevorzugten Widerstandskonfituration sind dicke Schichten möglich, wobei die Konfiguration einen derartigen Widerstand vorsieht, dass die Walzenspalt-Relaxationszeit in dem ersten Übertragungswalzenspalt 40 kürzer ist als die Verweilzeit, die ein Abschnitt des Zwischenübertragungsglieds 12 benötigt, um durch den ersten Übertragungswalzenspalt 40 hindurchzugehen. Bei einer derartigen bevorzugten Widerstandskonfiguration ist der Spannungsabfall über der Schicht am Ende der Übertragungswalzenspalt-Verweilzeit aufgrund der Ladungsleitung durch die Schicht klein.
Die Beschränkung der unteren Grenze des Widerstands in Bezug auf den lateralen Widerstand gilt für die oberste halbleitende Schicht, für alle mittleren halbleitenden Schichten und für die halbleitende Rückschicht eines aus mehreren Schichten bestehenden Zwischenübertragungsglieds 12. Der bevorzugte Widerstandsbereich für jede derartige Schicht ist im wesentlichen derselbe wie für das aus einer Schicht bestehende Zwischenübertragungsglied 12 erläutert. Weiterhin gilt die zusätzliche Beschränkung zu dem Widerstand mit Bezug auf Übertragungsprobleme in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 für die oberste Schicht eines aus mehreren Schichten bestehenden Zwischenübertragungsglieds 12. Vorzugsweise sollte der Widerstand der obersten halbleitenden Schicht des Zwischenübertragungsglieds 12 >10⁹ Ohm-cm betragen, wenn der Widerstand der obersten Schicht des Übertragungsglieds 50 etwas weniger als 10⁹ Ohm-cm beträgt.
Die Übertragung des zusammengesetzten Tonerbildes in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 wird durch eine Kombination aus einer elektrostatischen Übertragung und einer durch Wärme unterstützten Übertragung bewerkstelligt. Die Felderzeugungsstation 42 und die Führungsrolle 74 sind elektrisch vorgespannt, um das aufgeladene zusammengesetzte Tonerbild von dem Zwischenübertragungsglied 12 zu dem Übertragungsglied 50 zu übertragen.
Die Übertragung des zusammengesetzten Tonerbildes an dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 kann unterstützt werden, wenn vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 die Temperatur des Übertragungsglieds 50 auf einem ausreichend hohen optimierten Pegel gehalten wird und die Temperatur des Zwischenübertragungsglieds 12 auf einem wesentlich niedrigeren optimierten Pegel gehalten wird. Der Mechanismus für die durch Wärme unterstützte Übertragung macht das zusammengesetzte Tonerbild während der Verweilzeit des Kontakts des Toners mit dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 weich. Das Weichmachen des Toners erfolgt aufgrund des Kontakts mit der höheren Temperatur des Übertragungsglieds 50. Das Weichmachen des zusammengesetzten Toners hat einer erhöhte Haftung des zusammengesetzten Tonerbildes an dem Übertragungsglied 50 an der Schnittstelle zwischen dem zusammengesetzten Tonerbild und dem Übertragungsglied zur Folge. Daraus resultiert auch eine erhöhte Haftung des geschichteten Toners des zusammengesetzten Tonerbildes. Die Temperatur auf dem Zwischenübertragungsglied 12 vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 muss ausreichend niedrig sein, um ein zu starkes Weichmachen des Toners und eine zu starke Haftung des Toners an dem Zwischenübertragungsglied 12 zu vermeiden. Die Temperatur des Übertragungsglieds 50 sollte vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 ausreichend höher sein als der Tonererweichungspunkt, um eine optimale Wärmeunterstützung in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 sicherzustellen. Weiterhin sollte die Temperatur des Zwischenübertragungsglieds 12 direkt vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 beträchtlich niedriger sein als die Temperatur des Übertragungsglieds 50, um eine optimale Übertragung in dem zweiten Übertragungswalzenspalt zu erreichen.
Die Temperatur des Zwischenübertragungsglieds 12 vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 ist wichtig, um eine gute Übertragung des zusammengesetzten Tonerbildes zu erreichen. Eine optimal erhöhte Temperatur für das Zwischenübertragungsglied 12 kann ein gewünschtes Weichmachen des zusammengesetzten Tonerbildes bewirken, um eine Wärmeunterstützung für die elektrostatische Übertragung an dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 mit niedrigeren Temperaturen auf das Übertragungsglied 50 zu erreichen. Es besteht jedoch das Risiko, dass die Temperatur des Zwischenübertragungsglieds 12 zu hoch wird, sodass das zusammengesetzte Tonerbild auf dem Zwischenübertragungsglied vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt zu weich gemacht wird. Dadurch kann eine unannehmbar hohe Haftung des zusammengesetzten Tonerbildes auf dem Zwischenübertragungsglied 12 verursacht werden, was eine verschlechterte zweite Übertragung zur Folge hat. Vorzugsweise wird die Temperatur des Zwischenübertragungsglieds 12 vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt unter oder in dem Bereich der Glasübergangstemperatur des Toners gehalten.
Das Übertragungsglied 50 wird in einem zylindrischen Pfad durch die Führungsrollen 74, 76, 78 und 80 geführt. Die Führungsrollen 74, 76 werden separat oder gemeinsam erhitzt, um das Übertragungsglied 50 zu erhitzen. Das Zwischenübertragungsglied 12 und das Übertragungsglied 50 werden vorzugsweise synchronisiert, sodass sie allgemein dieselbe Geschwindigkeit in dem Übertragungswalzenspalt 48 aufweisen. Eine zusätzliche Erhitzung des Übertragungsglieds wird durch eine Heizstation 82 vorgesehen. Die Heizstation 82 wird vorzugsweise durch Infrarotlampen gebildet, die in dem durch das Übertragungsglied 50 gebildeten Pfad positioniert sind. Alternativ dazu kann die Heizstation 82 ein geheizter Schuh, der die Rückseite des Übertragungsglieds 50 kontaktiert, oder eine andere Wärmequelle sein, die intern oder extern zu dem Übertragungsglied 50 vorgesehen ist. Das Übertragungsglied 50 und eine Druckrolle 84 definieren dazwischen einen dritten Übertragungswalzenspalt 86.
Eine Lösungsmittel-Auftragseinrichtung 88 trägt eine kontrollierte Menge eines Lösungsmittels wie etwa Silikonöl auf die Oberfläche des Übertragungsglieds 50 auf. Das Lösungsmittel dient dazu, die Lösung des zusammengesetzten Tonerbildes von dem Übertragungsglied 50 in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 zu unterstützen.
Das Übertragungsglied 50 setzt sich vorzugsweise aus mehreren Schichten zusammen. Das Übertragungsglied 50 muss entsprechende elektrische Eigenschaften aufweisen, um hohe elektrostatische Felder in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 50 erzeugen zu können. Um das Erfordernis von unannehmbar hohen Spannungen zu vermeiden, weist das Übertragungsglied 50 vorzugsweise elektrische Eigenschaften auf, die einen ausreichend niedrigen Spannungsabfall über das Übertragungsglied 50 in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 ermöglichen. Außerdem stellt das Übertragungs-Fixierungsglied 50 vorzugsweise einen annehmbar niedrigen Stromfluss zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und dem Übertragungsglied 50 sicher. Die Anforderungen für das Übertragungsglied 50 hängen von den gewählten Eigenschaften des Zwischenübertragungsglieds 12 ab. Mit anderen Worten sollten das Übertragungsglied 50 und das Zwischenübertragungsglied 12 zusammen einen ausreichend hohen Widerstand in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 aufweisen.
Das Übertragungsglied 50 umfasst vorzugsweise eine lateral steife Rückschicht, eine dicke und formanpassungsfähige Zwischenschicht aus Gummi und eine dünne Außenschicht auf. Vorzugsweise ist die Dicke der formanpassungsfähigen Schichten und der Außenschicht zusammen größer als 0,25 mm und noch besser größer als ungefähr 1,0 mm. Die Rückschicht und die Zwischenschichten müssen einen ausreichend niedrigen Widerstand aufweisen, um unannehmbar hohe Spannungsanforderungen in der zweiten Übertragungszone 48 zu vermeiden. Die bevorzugte Widerstandsbedingung folgt den vorstehenden Erläuterungen für das Zwischenübertragungsglied 12. Das heißt, der bevorzugte Widerstandsbereich für die Rückschicht und die Zwischenschicht eines aus mehreren Schichten bestehenden Übertragungsglieds 50 stellt sicher, dass die Walzenspalt-Relaxationszeit für diese Schichten in dem Felderzeugungsbereich des zweiten Übertragungswalzenspalts 48 kürzer ist als die Verweilzeit in dem Felderzeugungsbereich des zweiten Übertragungswalzenspalts. Die Gleichungen für die Walzenspalt-Relaxationszeiten und die Walzenspalt-Verweilzeit sind im wesentlichen die gleichen wie die weiter oben für das aus einer Schicht bestehende Zwischenübertragungsglied 12 genannten. Der spezifische bevorzugte Widerstandsbereich für die Rückschicht und die Zwischenschichten hängt also von der Systemgeometrie, der Schichtdicke, der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Kapazität pro Einheitsfläche der Isolationsschichten in dem Übertragungswalzenspalt 48 ab. Allgemein muss der Volumenwiderstand der Rückschicht und der Zwischenschichten des aus mehreren Schichten bestehenden Übertragungsglieds unter ungefähr 10¹¹ Ohm-cm und vorzugsweise unter ungefähr 10⁸ Ohm-cm für die meisten Systeme sein. Optional kann die Rückschicht des Übertragungsglieds 50 so stark leitend wie ein Metall sein.
Ähnlich wie bei dem aus mehreren Schichten bestehenden Zwischenübertragungsglied 12 kann sich die oberste Schicht des Übertragungsglieds 50 während der Verweilzeit in dem Übertragungswalzenspalt 48 optional „isolierend" (gewöhnlich >10¹² Ohm-cm) oder halbleitend (gewöhnlich >10¹² Ohm-cm) verhalten. Wenn sich jedoch die oberste Schicht isolierend verhält, sollte die dielektrische Dicke der Schicht vorzugsweise ausreichend klein sein, um das Erfordernis von unannehmbar hohen Spannungen zu vermeiden. Vorzugsweise sollte bei einem derartigen isolierenden Verhalten der obersten Schichten, die dielektrische Dicke des Isolationsschicht weniger als ungefähr 50 Mikrometer und vorzugsweise weniger als ungefähr 10 Mikrometer betragen. Wenn eine oberste Schicht mit einem sehr hohen Widerstandswert verwendet wird, ist die Ladungsrelaxationszeit aufgrund einer Ladungsübertragung im Übertragungswalzenspalt 48 größer als diejenige des Übertragungsglieds 50. Deshalb ist eine zyklische Entladungsstation 77 wie etwa ein Scorotron oder eine andere Ladungserzeugungseinrichtung erforderlich, um die Gleichmäßigkeit zu kontrollieren und die Höhe des zyklischen Ladungsaufbaus zu reduzieren.
Das Übertragungsglied 50 kann alternativ dazu zusätzliche Zwischenschichten umfassen. Zusätzliche Zwischenschichten, die eine dielektrische Dicke von mehr als 10 Mikrometer aufweisen, wesen vorzugsweise einen ausreichend niedrigen Widerstand auf, um einen geringen Spannungsabfall über die zusätzlichen Zwischenschichten sicherzustellen.
Das Übertragungsglied 50 weist vorzugsweise eine oberste Schicht auf, die aus einem Material mit einer niedrigen Oberflächenenergie wie zum Beispiel Silikonelastomer oder Fluorelastomeren wie etwa Vilton^TM, Polytetrafluorethylen, Perfluoralkan und anderen fluorierten Polymeren hergestellt wird. Das Übertragungsglied 50 weist vorzugsweise Zwischenschichten zwischen der obersten Schicht und der Rückschicht auf, die aus Viton^TM oder Silikon mit einem Kohlenstoffzusatz oder anderen die Leitung fördernden Zusätzen hergestellt sind, um die gewünschten elektrischen Eigenschaften zu erzielen. Die Rückschicht ist vorzugsweise ein Gewebe, das modifiziert ist, um die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufzuweisen. Alternativ hierzu kann die Rückschicht aus einem Metall wie etwa rostfreiem Stahl ausgebildet sein.
Das Übertragungsglied 50 kann optional die Form einer Rolle (nicht gezeigt) oder vorzugsweise die Form eines Bandes aufweisen. Eine Rolle für das Übertragungsglied 50 kann kompakter sein als ein Band, wobei sie auch wegen der einfacheren Antriebs- und Lenkanforderungen für eine gute Bewegungsqualität in Farbsystemen vorteilhaft ist. Ein Band weist jedoch andere Vorteile gegenüber einer Rolle wie etwa einen größeren Umfang und damit eine längere Lebensdauer, eine bessere Substratabstreiffähigkeit und allgemein niedrigere Ersatzkosten auf.
Die Zwischenschicht des Übertragungsglieds 50 ist vorzugsweise dick, damit eine hohe Formanpassungsfähigkeit für härtere Substrate 70 und damit eine Erweiterung der Substrattoleranzen für die Verwendung in dem Drucker 10 erreicht werden kann. Außerdem ermöglicht die Verwendung einer relativ dicken Zwischenschicht, die größer als ungefähr 0,25 mm und vorzugsweise größer als 1,0 mm ist, ein Schlupfen für ein verbessertes Abstreifen des Dokuments am Ausgang des dritten Übertragungswalzenspalts 86. In einer weiteren Ausführungsform werden dicke formanpassungsfähige Zwischenschichten und oberste Schichten mit einem niedrigen Durometer etwa aus Silikon auf dem Übertragungs glied 50 verwendet, damit ein geringfügiger Bildglanz durch das Übertragungssystem mit breiten Betriebstoleranzen erzeugt wird.
Die Verwendung einer relativ hohen Temperatur auf dem Übertragungsglied 50 vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 schafft Vorteile für das Übertragungssystem. Der Übertragungsschritt in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 überträgt gleichzeitig einzelne und übereinander gelagerte Mehrfarben-Tonerschichten des zusammengesetzten Tonerbildes. Die dem Übertragungsband nächsten Tonerschichten sind am schwierigsten zu übertragen. Eine bestimmte Farbtonerschicht kann der Oberfläche des Zwischenübertragungsglieds 12 benachbart oder von derselben entfernt sein, je nach der in einem bestimmten Bereich zu übertragenden Farbtonerschicht. Wenn zum Beispiel eine magentafarbene Tonerschicht die zuletzt auf dem Übertragungsband aufgetragene Schicht ist, kann die Magentaschicht in einigen Bereichen direkt auf die Oberfläche des Zwischenübertragungsglieds 12 übertragen werden, während sie in anderen Bereichen über cyanfarbenen und/oder gelben Tonerschichten gelagert ist. Wenn die Übertragungseffizienz zu niedrig ist, wird ein großer Anteil der Farbtoner in Nachbarschaft zu dem Zwischenübertragungsglied 12 nicht übertragen, während ein großer Anteil derselben Farbtonerschichten über einer anderen Farbtonerschicht übertragen wird. Wenn zum Beispiel die Übertragungseffizienz des zusammengesetzten Tonerbildes nicht sehr hoch ist, kann in dem Bereich des zusammengesetzten Tonerbildes, in dem der cyanfarbene Toner direkt in Kontakt mit der Oberfläche des Zwischenübertragungsglieds 12 ist, ein kleinerer Teil der cyanfarbenen Tonerschicht übertragen werden als in den Bereichen des zusammengesetzten Tonerbildes, in denen die cyanfarbenen Tonerschichten über den gelben Tonerschichten gelagert sind. Die Übertragungseffizienz in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 liegt bei >95%, sodass eine wesentlichere Farbverschiebung vermieden werden kann.
4 zeigt experimentelle Daten zu der Menge des auf dem Zwischenübertragungsglied 12 verbleibenden restlichen Toners in Abhängigkeit von der Temperatur des Zwischenübertragungsglieds 12. Die Kurve 90 gibt den Zustand bei Vorhandensein eines Feld-, Druck- und Wärmeunterstützung wieder, während die Kurve 92 den Zustand ohne Feld-, aber mit Druck- und Wärmeunterstützung wiedergibt. Eine sehr geringe Menge von Resttoner bedeutet eine sehr hohe Übertragungseffizienz. Der in den Experimenten verwendete Toner weist einen Glasübergangs-Temperaturbereich Tg von ungefähr 55°C auf. Eine wesentliche Wärmeunterstützung ist bei Temperaturen des Übertragungsglieds 50 oberhalb von Tg festzustellen. Eine Tonerübertragung von im wesentlichen 100% tritt auf, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird und die Temperatur des Übertragungsglieds 50 über ungefähr 165°C, d.h. weit über dem Bereich des Toners Tg liegt. Die bevorzugten Temperaturen hängen von den Tonereigenschaften ab. Allgemein sind Temperaturen oberhalb von Tg vorteilhaft für die Wärmeunterstützung bei der elektrostatischen Übertragung von vielen verschiedenen Tonern bei verschiedensten Systembedingungen.
Eine zu hohe Temperatur des Übertragungsglieds 50 in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 kann Probleme aufgrund einer unannehmbaren hohen Tonererweichung auf der Seite des Zwischenübertragungsglieds der zusammengesetzten Tonerschicht verursachen. Die Temperatur des Übertragungsglieds 50 vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 muss also innerhalb eines optimalen Bereichs kontrolliert werden. Die optimale Temperatur des zusammengesetzten Tonerbildes in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 ist also niedriger als die optimale Temperatur des zusammengesetzten Tonerbildes in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86. Die gewünschte Temperatur des Übertragungsglieds 50 für die Wärmeunterstützung in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 kann einfach erhalten werden, wobei gleichzeitig die gewünschten höheren Tonertemperaturen für ein vollständigeres Tonerschmelzen in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 durch ein Vorheizen des Substrats erhalten werden können. Die Übertragung und die Haftung auf dem Substrat 70 wird durch die Schnittstellentemperatur zwischen dem Substrat und dem zusammengesetzten Tonerbild kontrolliert. Eine thermische Analyse zeigt, dass die Schnittstellentemperatur zunimmt, wenn sich die Temperatur des Substrats 70 erhöht und wenn sich die Temperatur des Übertragungsglieds 50 erhöht.
Bei einer allgemein konstanten Temperatur des Übertragungsglieds 50 in dem zweiten und dem dritten Übertragungswalzenspalt 48, 86 wird die optimale Temperatur für die Übertragung in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 kontrolliert, indem die Temperatur des Zwischenübertragungsglieds 12 eingestellt wird. Die Temperatur des Zwischenübertragungsglieds in dem zweiten Übertragungswalzenspalt kann durch eine Wärmeteilung eingestellt werden. Die Wärme in dem Teil des Zwischenglieds nach dem zweiten Übertragungswalzenspalt kann zu dem Teil des Zwischenglieds vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt übertragen werden.
Die Übertragung in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 wird durch ein Vorheizen des Substrats 70 optimiert. Alternativ kann für einige Tonerzusammensetzungen oder Betriebsarten auch kein Vorheizen des Substrats 70 erforderlich sein.
Das Substrat 70 wird durch ein Material-Einzugs-/Ausrichtungssystem 69 transportiert und in einem Substrat-Vorheizer 73 ausgerichtet. Der Substrat-Vorheizer 73 umfasst vorzugsweise ein Transportband zum Transportieren des Substrats 70 über einer erhitzten Platte. Alter nativ hierzu kann der Substrat-Vorheizer 73 geheizte Rollen umfassen, die dazwischen einen Heizwalzenspalt bilden. Das Substrat 70 wird nach der Erhitzen durch den Substrat-Vorheizer 73 in den dritten Übertragungswalzenspalt 86 geführt.
5 zeigt experimentelle Kurven 94, 96 zu einer Messung der Haftung des Toners auf dem Substrat (auch als Schmieren bezeichnet) in Abhängigkeit von der Temperatur des Übertragungsglieds 50 bei verschiedenen Vorheiztemperaturen eines Substrats. Die Kurve 94 gibt den Zustand eines vorgeheizten Substrats wieder, während die Kurve 96 ein Substrat bei Raumtemperatur wiedergibt. Die Ergebnisse zeigen, das die Temperatur des Übertragungsglieds 50 für einen ähnlichen Haftungsgrad bei einer höheren Substrat-Vorheizkurve 94 im Vergleich zu der niedrigeren Substrat-Vorheizkurve 96 wesentlich abnimmt. Das Erhitzen des Substrats 70 durch den Substrat-Vorheizer 73 vor dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 erlaubt eine Optimierung der Temperatur des Übertragungsglieds 50 für eine verbesserte Übertragung des zusammengesetzten Tonerbildes in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48. Die Temperatur des Übertragungsglieds 50 kann also in dem gewünschten optimalen Temperaturbereich für eine optimale Übertragung in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 gesteuert werden, indem die Temperatur des Substrats 70 bei der entsprechend erhöhten Temperatur kontrolliert wird, die erforderlich ist, um eine gute Übertragung und Haftung auf dem Substrat 70 in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 bei der gleichen kontrollierten Temperatur des Übertragungsglieds 50 zu erzielen. Deshalb ist kein Kühlen des Übertragungsglieds 50 vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 für eine optimale Übertragung in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 erforderlich. Mit anderen Worten kann das Übertragungsglied 50 in dem zweiten und dritten Übertragungswalzenspalt 58, 86 bei im wesentlichen der gleichen Temperatur gehalten werden.
Weiterhin können die Zwischenschicht und die oberste Schicht des Übertragungsglieds 50 relativ dick und vorzugsweise größer als ungefähr 1,0 mm sein, weil keine wesentliche Kühlung des Übertragungsglieds 50 vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 erforderlich ist. Die relativ dicken Zwischenschichten und obersten Schichten des Übertragungsglieds 50 ermöglichen eine bessere Formanpassung. Die verbesserte Formanpassung des Übertragungsglieds 50 erlaubt ein Drucken auf einer breiteren Auswahl von Substraten 70, ohne dass dadurch die Druckqualität wesentlich verschlechtert wird. Mit anderen Worten kann das zusammengesetzte Tonerbild mit hoher Effizienz auf relativ raue Substrate 70 übertragen werden.
Außerdem weist das Übertragungsglied 50 in dem zweiten und dritten Übertragungswalzenspalt 48, 86 vorzugsweise dieselbe Temperatur auf. Das zusammengesetzte Tonerbild weist jedoch vorzugsweise in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 eine höhere Temperatur als das zusammengesetzte Tonerbild in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 auf. Alternativ hierzu kann das Übertragungsglied 50 vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 gekühlt werden, wobei jedoch die Temperatur des Übertragungsglieds 50 über und vorzugsweise wesentlich über der Tg-Temperatur des zusammengesetzten Tonerbildes gehalten wird. Weiterhin kann unter bestimmten Betriebsbedingungen die Oberfläche des Übertragungsglieds 50 direkt vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 erhitzt werden.
Das zusammengesetzte Tonerbild wird in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 auf das Substrat 70 übertragen und dort fixiert, um ein fertiggestelltes Dokument 72 zu erzeugen. Die Wärme in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 von dem Substrat 70 und dem Übertragungsglied 50 in Kombination mit dem Druck der Druckrolle 84, die gegen die Führungsrolle 76 drückt, übertragen und fixieren das zusammengesetzte Tonerbild auf dem Substrat 70. Der Druck in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 40 bis 500 psi (275 – 3450 KPa) und noch besser im Bereich von 60 bis 200 psi (414 – 1380 KPa). Das Übertragungsglied 50 erzeugt durch die Kombination aus dem Druck in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 und dem entsprechend gewählten Durometer des Übertragungsglieds 50 ein Schlupfen in dem dritten Übertragungswalzenspalt, um die Ablösung des zusammengesetzten Tonerbildes und Substrats 70 von dem Übertragungsglied 50 zu unterstützen. Das Schlupfen ist vorzugsweise größer als 4%. Das Abstreifen wird weiterhin durch das Positionieren der Führungsrolle 78 relativ zu der Führungsrolle 76 und der Druckrolle 84 unterstützt. Die Führungsrolle 78 wird positioniert, um einen kleinen Wrap-Kontakt des Übertragungsglieds 50 auf der Druckrolle 84 vorzusehen. Die Geometrie der Führungsrollen 76, 78 und der Druckrolle 84 bildet den dritten Übertragungswalzenspalt 86 mit einer Hochdruckzone und einer benachbarten Niedrigdruckzone in der Prozessrichtung. Die Breite der Niedrigdruckzone ist vorzugsweise ein bis drei Mal und noch besser ungefähr zwei Mal so groß wie die Breite der Hochdruckzone. Die Niedrigdruckzone fügt effektiv einen zusätzlichen Schlupf von 2–3% hinzu und verbessert dadurch das Abstreifen. Eine weitere Unterstützung für das Abstreifen kann durch ein Abstreifsystem 87 vorgesehen werden, das vorzugsweise ein Gebläsesystem ist. Alternativ hierzu kann das Abstreifsystem 87 eine Abstreifklinge oder eine andere wohlbekannte Einrichtung zum Abstreifen von Dokumenten von einer Rolle oder einem Band umfassen. Alternativ hierzu können anstelle der Druckrolle andere Druckglieder wie etwa ein Druckband verendet werden.
Nach dem Abstreifen wird das Dokument 72 zu einer wahlweise aktivierbaren Glanzstation 110 und danach zu einem Blattstapler oder einem anderen wohlbekannten Dokumenthandhabungssystem (nicht gezeigt) geführt. Der Drucker 10 kann außerdem ein Duplexdrucken vorsehen, indem er das Dokument 72 über einen Wender 71 führt, in dem das Dokument 72 gewendet und erneut in die Vorübertragungs-Heizstation 73 für das Drucken auf der anderen Seite des Dokuments 72 eingeführt wird.
Eine Wärmeübertragungsstation 66 kühlt das Zwischenübertragungsglied 12 nach dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 in der Prozessrichtung und erhitzt das Zwischenübertragungsglied vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48. Die Wärmeübertragungsstation 66 überträgt einen Teil der Wärme auf dem Zwischenübertragungsglied 12 von der Austrittsseite des zweiten Übertragungswalzenspalts 48 zu der Eintrittsseite des zweiten Übertragungswalzenspalts 48. Das Zwischenübertragungsglied wird durch das Übertragungsglied in dem zweiten Übertragungswalzenspalt erhitzt. Das Zwischenübertragungsglied muss gekühlt werden, bevor es den Photorezeptor kontaktiert. Organische Photorezeptoren weisen eine verkürzte Lebensdauer und andere Leistungsprobleme auf, wenn sie über 50 Grad Celsius erhitzt werden. Die Wärmeübertragungsstation 66 umfasst eine Kühlplatte, die nach dem zweiten Übertragungswalzenspalt in der Prozessrichtung mit dem Zwischenübertragungsglied in Kontakt gebracht wird. Außerdem ist eine Heizplatte vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt in der Prozessrichtung in Kontakt mit dem Zwischenübertragungsglied angeordnet. Wärmerohre sind thermisch mit der Heiz- und der Kühlplatte verbunden.
Eine Wärmeübertragungsstation 66 (siehe 3) kühlt das Zwischenübertragungsglied 12 nach dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 in der Prozessrichtung ab und erhitzt das Zwischenübertragungsglied vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48. Die Wärmeübertragungsstation 66 überträgt einen Teil der Wärme auf dem Zwischenübertragungsglied 12 von der Austrittsseite hinter dem Übertragungsbereich des zweiten Übertragungswalzenspalts 48 zu der Eintrittsseite vor dem Übertragungsbereich des zweiten Übertragungswalzenspalts 48. Das Zwischenübertragungsglied wird durch das Übertragungsglied in dem zweiten Übertragungswalzenspalt erhitzt. Das Zwischenübertragungsglied wird vorzugsweise gekühlt, bevor es den Photorezeptor der Tonerbild-Erzeugungsstation kontaktiert. Insbesondere organische Photorezeptoren können eine reduzierte Lebensdauer und andere Leistungsverschlechterungen aufweisen, wenn sie über 50 Grad Celsius erhitzt werden. Deshalb kann eine Übertragung der Wärme von dem Zwischenübertragungsglied vor dem ersten Übertragungswalzenspalt die Gesamtleistung des Druckers erhöhen.
Die Wärmeübertragungsstation 66 umfasst einen Wärmetauscher mit einer Kühlplatte 286, die das Zwischenübertragungsglied nach dem zweiten Übertragungswalzenspalt in der Prozessrichtung kontaktiert. Eine Heizplatte 270 ist in Kontakt mit dem Zwischenübertragungsglied vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt in der Prozessrichtung. Die Wärme wird vorzugsweise zwischen der Heiz- und der Kühlplatte durch die Verdampfung bzw. Kondensation einer Flüssigkeit 274 übertragen. Die Flüssigkeit 274 kann im wesentlichen aus Wasser, Alkohol oder anderen leicht verdampfbaren Flüssigkeiten bestehen.
Wärmerohre 272 verbinden die Heiz- und die Kühlplatte miteinander und sehen Durchgänge für die (verdampfte) Flüssigkeit 274 vor. Die Wärmerohre 272 sind vorzugsweise isoliert, um eine Kondensation der verdampften Flüssigkeit auf den Wänden der Wärmerohre 272 zu verhindern oder zu reduzieren. Die Wärme wird leitend von dem Zwischenübertragungsglied zu der Kühlplatte 268 übertragen. Die Kühlpatte definiert eine Innenkammer, die ein Reservoir für die Flüssigkeit 274 bildet. Die Kühlplatte 268 absorbiert die Wärme von dem Zwischenübertragungsglied und erhitzt die Flüssigkeit 274, sodass diese verdampft. Die verdampfte Flüssigkeit steigt dann aufgrund von Konvektion durch wenigstens ein Wärmerohr zu der Heizplatte 270. Die Heizplatte bildet eine Kammer, in der die verdampfte Flüssigkeit 274 aufgenommen wird. Die verdampfte Flüssigkeit tritt in die Heizplatte 270 ein und kondensiert, wobei sie Wärme zu der Heizplatte überträgt. Das Zwischenübertragungsglied wird dann leitend durch die Heizplatte 270 erhitzt. Die kondensierte Flüssigkeit 274 fließt aufgrund der Schwerkraft durch die Wärmerohre 272 nach unten und sammelt sich wieder in dem Reservoir der Kühlplatte 268.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind keine beweglichen Komponenten erforderlich, um die Wärmeübertragung zwischen der Heizplatte und der Kühlplatte zu bewerkstelligen, sodass Energie in dem Gesamtsystem gespart werden kann. Wenn die Heizplatte und die Kühlplatte nicht relativ zueinander positioniert werden können, um eine Bewegung der verdampften Flüssigkeit zu ermöglichen, können Pumpen (nicht gezeigt) verwendet werden, um die verdampfte Flüssigkeit zu zirkulieren, wobei die Flüssigkeit vorzugsweise auch ohne Verdampfung zirkuliert wird. In dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Flüssigkeit 274 durch eine Pumpe zwischen der Heizplatte und der Kühlplatte zirkuliert, um Wärme zwischen denselben zu übertragen.
Eine gemäßigte Temperatur an dem zweiten Übertragungswalzenspalt ermöglicht eine rheologische Übertragung bei einer niedrigeren Temperatur des Übertragungsglieds. Die rheologisch unterstützte Übertragung in dem zweiten Übertragungswalzenspalt kann bei einer niedrigeren Temperatur des Übertragungswalzenspalts erfolgen, wenn das Zwischenübertragungsglied über einer Umgebungstemperatur gehalten wird. Zum Beispiel gibt die folgende Tabelle an, dass die rheologische Übertragung bei 120°C bei einer langen Verweilzeit von 63 ms erfolgt (eine lange Verweilzeit hat eine höhere Temperatur des Übertragungsbands zur Folge).
Die Werte in der Tabelle geben die optische Dichte der zweiten Übertragungs-Restmasse an. Die Temperatur des Übertragungsglieds lag bei 120°C und die Verweilzeit in dem zweiten Übertragungswalzenspalt lag bei 63 ms. Wie die Daten für die lange Verweilzeit angeben, trägt eine rheologische Übertragung (E=0) wesentlich zu der gesamten Tonerübertragung bei, wobei eine 100-prozentige rheologische Übertragung für Prozessschwarz erhalten wurde.
Entsprechend geben 6 bis 9 die Übertragungseffizienzen für verschiedene Toner bei unterschiedlichen Temperaturen für das Zwischenübertragungsglied und das Übertragungsglied an. 6 zeigt die Restmasse pro Fläche eines Toners an dem zweiten Übertragungswalzenspalt in Bezug auf die Temperatur des Übertragungsglieds, wobei die Linie 610 die Restmasse pro Fläche des Toners A wiedergibt. Über 165°C liegt die Übertragung aufgrund der rheologischen Unterstützung bei 100 Prozent. Die Linie 612 gibt die Restmasse pro Fläche eines gelben 3μm-EA-Polyester-Toners an dem zweiten Übertragungswalzenspalt in Bezug auf die Temperatur des Übertragungsglieds wieder. Eine rheologisch unterstützte Übertragung tritt zwischen 130°C und 150°C auf.
7 zeigt die Restmasse von besonderen Tonern an dem zweiten Übertragungswalzenspalt in Bezug auf die Temperatur des Übertragungsglieds wieder, wenn das Zwischenübertragungsglied 33°C warm ist. Die Linie 710 gibt die Restmasse für prozessschwarzen Toner wieder, die Linie 712 gibt die Restmasse für roten Toner wieder und die Linie 714 gibt die Restmasse für cyanfarbenen Toner wieder. Die Linien 710, 712 und 714 geben an, dass eine rheologisch unterstützte Übertragung im wesentlichen über 160°C und vor allem über 170°C auftritt.
9 zeigt die Restmasse von besonderen Tonern an dem zweiten Übertragungswalzenspalt in Bezug auf die Temperatur des Übertragungsglieds wieder, wenn das Zwischenübertragungsglied 50°C warm ist. Die Linie 910 gibt die Restmasse für prozessschwarzen Toner wieder, die Linie 912 gibt die Restmasse für roten Toner wieder und die Linie 914 gibt die Restmasse für cyanfarbenen Toner wieder. Die Linien 910, 912 und 914 geben an, dass eine rheologisch unterstützte Übertragung im wesentlichen über 150°C und vor allem über 160°C auftritt.
8 zeigt die Restmasse von besonderen Tonern an dem zweiten Übertragungswalzenspalt in Bezug auf die Temperatur des Übertragungsglieds wieder, wenn das Zwischenübertragungsglied 65°C warm ist. Die Linie 810 gibt die Restmasse für prozessschwarzen Toner wieder, die Linie 812 gibt die Restmasse für roten Toner wieder und die Linie 814 gibt die Restmasse für cyanfarbenen Toner wieder. Die Linien 810, 812 und 814 geben an, dass eine rheologisch unterstützte Übertragung im wesentlichen zwischen 140°C und 160°C und vor allem bei ungefähr 155°C auftritt.
Das Vorheizen des Zwischenübertragungsglieds vor dem zweiten Übertragungswalzenspalt ermöglicht, dass das Übertragungsglied bei einer relativ niedrigeren Temperatur betrieben wird. Das Vorheizen des Zwischenübertragungsglieds über die Umgebungstemperatur erlaubt ein Aufheizen des zusammengesetzten Tonerbildes durch das Zwischenübertragungsglied. Deshalb muss die für die rheologische Unterstützung in dem zweiten Übertragungswalzenspalt erforderliche Wärme nicht vollständig durch das Übertragungsglied vorgesehen werden. Deshalb kann das Übertragungsglied mit einer relativ niedrigeren Temperatur betrieben werden. Wie in 7–9 gezeigt, ermöglicht das Heizen des Zwischenübertragungsglieds auf eine Temperatur zwischen 33°C und 65°C eine rheologische Unterstützung für eine effektive Übertragungseffizienz von 100%, wenn das Übertragungsglied eine Temperatur von nur 150°C anstatt von 170°C aufweist. Eine niedrigere Temperatur des Übertragungsglieds verlängert die Lebensdauer des Übertragungsglieds. Außerdem kann der Gesamtenergieverbrauch der Druckvorrichtung durch das geringere Heizen des Übertragungsglieds reduziert werden. Weiterhin ist die Wiedergewinnung von Wärme aus dem Bereich nach dem zweiten Walzenspalt des Zwischenübertragungsglieds eine Komponente, die zu der Gesamtleistungsreduktion der Druckvorrichtung beiträgt. Die Wärmeübertragungsstation 66 kann sowohl für Trockenpulvertoner als auch für Flüssigtinten-Entwicklungssysteme angewendet werden.
Eine Reinigungsstation 54 kontaktiert das Zwischenübertragungsglied 12. Die Reinigungsstation 54 entfernt vorzugsweise Öl, das von dem Übertragungsglied 50 auf das Zwischenübertragungsglied 12 übertragen werden kann, an dem zweiten Übertragungswalzenspalt. Wenn zum Beispiel eine bevorzugte oberste Schicht aus Silikon für das Übertragungsglied 50 verwendet wird, kann etwas Silikonöl aus dem Silikonmaterial von dem Übertragungsglied 50 zu dem Zwischenübertragungsglied 12 übertragen werden und schließlich die Bildträgerglieder 30 verunreinigen. Außerdem entfernt die Reinigungsstation 54 auf dem Zwischen übertragungsglied 12 verbleibenden Resttoner. Die Reinigungsstation 54 reinigt auch auf dem Übertragungsglied 50 angesammelte Öle aus dem Lösungsmittel-Verwaltungssystem 88, die die Bildträgerglieder 30 verunreinigen können. Die Reinigungsstation 54 umfasst vorzugsweise eine Reinigungsklinge, die alleine oder in Kombination mit einem elektrostatischen Bürstenreiniger oder einem Reinigungsband vorgesehen ist.
Eine Reinigungsstation 58 (siehe 3) kontaktiert die Oberfläche des Übertragungsglieds 50 hinter dem dritten Übertragungswalzenspalt 86, um Resttoner und Verunreinigungen von der Oberfläche des Übertragungsglieds 50 zu entfernen. Das Reinigungssystem 58 umfasst eine erste Reinigungsrolle 259, die vorzugsweise aus einem Metallrohr oder -zylinder ausgebildet ist. Teilweise geschmolzener Toner bildet eine erste Tonerschicht auf der Außenfläche der ersten Reinigungsrolle 259. Die teilweise geschmolzene erste Tonerschicht ist haftend oder klebrig. Die erste Reinigungsrolle 259 ist orthogonal zu der Prozessrichtung des Übertragungsglieds 50 ausgerichtet und erstreckt sich vorzugsweise über im wesentlichen die gesamte Breite des Übertragungsglieds 50. Die erste Reinigungsrolle 259 wird vorzugsweise nicht angetrieben, sondern ist eine Mitläuferrolle, die ihre Drehbewegung aufgrund des Reibungskontakts zwischen der ersten Tonerschicht und dem Übertragungsglied 50 erfährt.
Die erste Reinigungsrolle 259 wird in einem Druckkontakt zu der Oberfläche des Übertragungsglieds 50 gehalten. Die erste Reinigungsrolle 259 ist vorzugsweise gegenüber der Führungsrolle 80 angeordnet. Alternativ hierzu ist eine Druckrolle 261 gegenüber der ersten Reinigungsrolle 259 angeordnet, um einen angemessenen Druck zwischen dem Übertragungsglied 50 und der ersten Reinigungsrolle 259 aufrechtzuerhalten. Die erste Reinigungsrolle 259 kontaktiert das Übertragungsglied 50 rollend und übt einen Druck von 10 – 50 psi (69 bis 245 kPa) auf das Übertragungsglied 50 aus. Eine zweite Reinigungsrolle 260 kontaktiert rollend die erste Reinigungsrolle 259. Die zweite Reinigungsrolle ist ebenfalls vorzugsweise eine Mitläuferrolle, die ihre Bewegung durch den Reibungskontakt mit der ersten Reinigungsrolle erfährt. Die erste und die zweite Reinigungsrolle definieren allgemein parallele Drehachsen. Eine zweite Tonerschicht ist auf der Außenfläche der zweiten Reinigungsrolle 260 aufgetragen. Die erste und die zweite Tonerschichten kontaktieren einander.
Die zweite Reinigungsrolle 260 ist ein Rohr oder ein Hohlzylinder, der ein internes Reservoir 264 definiert. Die zweite Reinigungsrolle 260 ist ebenfalls zylindrisch und weist Öffnungen 266 auf, die sich durch die Oberfläche erstrecken. Die Öffnungen 266 können eine Reihe von Löchern oder ein einzelner Spiralschnitt sein, der sich axial entlang der Länge der zweiten Reinigungsrolle 260 erstreckt. Durch die Öffnungen 266 kann überständiger Toner der zweiten Tonerschicht in das interne Reservoir gedrückt bzw. geführt werden, um die Dicke der zweiten Tonerschicht 263 auf der Oberfläche der zweiten Reinigungsrolle 260 zu erhalten.
Die erste Reinigungsrolle 259 wird mit einem vorbestimmten ersten Abstand zu der Oberfläche des Übertragungsglieds 50 gehalten. Die Dicke der erste Tonerschicht 262 auf der ersten Reinigungsrolle 259 entspricht dem vorbestimmten Abstand. Überständiger Toner auf der ersten Tonerschicht der ersten Reinigungsrolle 259 wird zu der zweiten Tonerschicht auf der zweiten Reinigungsrolle 260 übertragen. Überständiger Toner aus der zweiten Tonerschicht 263 auf der zweiten Reinigungsrolle 260 wird durch die Öffnungen 266 in das interne Reservoir 264 der zweiten Reinigungsrolle 260 gedrückt. Das interne Reservoir 264 der zweiten Reinigungsrolle 260 dient als Reservoir für den überständigen Toner von der ersten Reinigungsrolle 259 und der zweiten Reinigungsrolle 260.
Die erste und die zweite Reinigungsrolle 259, 260 werden zu Beginn mit der ersten und der zweiten Tonerschicht 262, 263 beschichtet. Während des Betriebs der Reinigungsstation 58 werden die Rollen 259, 260 erhitzt, bis die erste und die zweite Tonerschicht 262, 263 haftend oder klebrig werden. Die erste und die zweite Reinigungsrolle können durch das Übertragungsglied 50 erhitzt werden, wobei ein zusätzliches Heizen durch einen Strahlungsreinigungsheizer 265 vorgesehen werden kann, der nur für die Rolle 259 gezeigt ist. Tonerpartikeln und andere Verunreinigungen auf dem Übertragungsglied 50 haften an der klebenden ersten Tonerschicht 262 auf der ersten Reinigungsrolle 259. Wenn die Dicke der ersten Tonerschicht aufgrund der Akkumulation der Tonerpartikeln von dem Übertragungsglied 50 zunimmt, wird überständiger Toner zu der zweiten Tonerschicht 263 auf der zweiten Reinigungsrolle 260 übertragen. Der überständige Toner wird durch den Druck zwischen der ersten und der zweiten Reinigungsrolle 259, 260 in das interne Reservoir 264 der zweiten Reinigungsrolle 260 gedrückt. Das interne Reservoir 264 der zweiten Reinigungsrolle 260 verlängert die Lebensdauer des Reinigungssystems 58 zwischen Routineserviceprüfungen. Das Reinigungssystem 58 reinigt in den meisten Betriebsumgebungen das Übertragungsglied 50 in einem einzigen Durchlauf und bereitet das Übertragungsglied auf den Empfang eines neuen zusammengesetzten Tonerbildes vor.
Die erste und die zweite Reinigungsrolle 259, 260 sind vorzugsweise aus einem verschleißfesten, thermisch leitenden Material wie etwa Stahl ausgebildet, können aber auch aus Messing, Aluminium, rostfreiem Stahl usw. ausgebildet sein. Die Rollen können mit einem elastomerischen Material beschichtet sein. Die Reinigungsrolle 259 wird vorzugsweise durch das Übertragungsglied 50 erhitzt, um die erste Tonerschicht 262 auf der ersten Reinigungsrolle 259 in einem teilweise geschmolzenen Zustand zu halten. Der Betriebstemperatur bereich der ersten Tonerschicht 262 muss ausreichend hoch sein, um den Toner zu schmelzen, d.h. über 100°C. Eine zu niedrige Temperatur der Tonerschicht hat zur Folge, dass der Toner nicht an der ersten Reinigungsrolle haften kann und an anderem Toner haften bleibt. Die Temperatur muss außerdem ausreichend niedrig sein, allgemein unter 180°C, damit die Tonerschicht nicht geteilt wird. Der teilweise geschmolzne Toner wird durch die Temperatur des Übertragungsglieds 50 in einem für die Reinigung optimalen Temperaturbereich von 100–180°C gehalten, wobei ein zusätzliches Heizen bei Bedarf durch eine Reinigungsheizeinrichtung 265 vorgesehen werden kann. Die zweite Tonerschicht 263 wird durch einen Kontakt mit der ersten Tonerschicht 262 vorzugsweise in allgemein demselben Temperaturbereich wie die erste Tonerschicht 262 gehalten. Ein zusätzliches Heizen kann durch zusätzliche Reinigungsheizeinrichtungen (nicht gezeigt) vorgesehen werden. Die zwei Reinigungsrollen können entfernt werden, wenn sie nicht in Betrieb sind. Ein möglicher Betriebsmodus sieht vor, dass nur die Rolle 260 periodisch in Kontakt gebracht wird, um den akkumulierten übermäßigen Toner zu entfernen. Während der periodischen Entfernung des überständigen Toners von der Rolle 259, wird die Rolle 259 von dem Übertragungsband 50 gelöst.
Das Übertragungsglied 50 wird in dem zylindrischen Pfad der Druckrolle 84 angetrieben. Alternativ kann ein Antrieb durch die Führungsrolle 74 vorgesehen oder verbessert werden. Das Zwischenübertragungsglied 12 wird vorzugsweise durch den Druckkontakt mit dem Übertragungsglied 50 angetrieben. Der Antrieb an dem Zwischenübertragungsglied 12 wird vorzugsweise von dem Antrieb des Übertragungsglied 50 erhalten, wobei der Haftkontakt zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und dem Übertragungsglied 50 genutzt wird. Der Haftkontakt veranlasst, dass sich das Übertragungsglied 50 und das Zwischenübertragungsglied 12 synchron zueinander in dem zweiten Übertragungswalzenspalt 48 bewegen. Der Haftkontakt zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und den Tonerbild-Erzeugungsstationen 22, 24, 26 und 28 kann durch das Übertragungsglied 50 über das Zwischenübertragungsglied 12 angetrieben werden. Alternativ hierzu wird das Zwischenübertragungsglied 12 unabhängig angetrieben. Wenn das Zwischenübertragungsglied unabhängig angetrieben wird, puffert ein Bewegungspuffer (nicht gezeigt), der das Zwischenübertragungsglied 12 kontaktiert, die relative Bewegung zwischen dem Zwischenübertragungsglied 12 und dem Übertragungsglied 50. Das Bewegungspuffersystem kann ein Spannsystem mit einem Regelsystem zum Aufrechterhalten einer guten Bewegung des Zwischenübertragungsglieds 12 am ersten Übertragungswalzenspalt 40 unabhängig von der am zweiten Übertragungswalzenspalt 48 auf das Zwischenübertragungsglied 12 übertragenen Bewegungsunregelmäßigkeit umfassen. Das Regelsystem kann Ausrichtungssensoren zum Erfassen der Bewegung des Zwischenübertragungsglieds 12 und/oder zum Erfassen der Bewegung des Übertragungsglieds 50 umfassen, um ein Ausrichtungs-Timing für die Übertragung des zusammengesetzten Bildes auf das Substrat 70 zu ermöglichen.
Eine Glanzverbesserungsstation 110 ist vorzugsweise hinter dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 in der Prozessrichtung vorgesehen, um die Glanzeigenschaften der Dokumente 72 wahlweise zu verbessern. Die Glanzverbesserungsstation 110 umfasst gegenüberliegende Fixierungsglieder 112, 114, die dazwischen einen Glanzwalzenspalt 116 definieren. Der Glanzwalzenspalt 116 kann eingestellt werden, um eine Wahlmöglichkeit für die Glanzverbesserung vorzusehen. Insbesondere können die Fixierungsglieder durch Nocken bewegt, sodass der Walzenspalt ausreichend groß ist, damit ein Dokument ohne wesentlichen Kontakt mit einem der Fixierungsglieder 112, 114 hindurchgehen kann und dementsprechend kein Glanz vorgesehen wird. Wenn der Bediener eine Glanzverbesserung wählt, werden die Fixierungsglieder 112, 114 durch Nocken in eine Druckbeziehung bewegt, um den Walzenspalt 116 zu bilden. Der Grad der Glanzverbesserung kann durch den Bediener durch eine Einstellung der Temperatur der Fixierungsglieder 112, 114 gewählt werden. Höhere Temperaturen der Fixierungsglieder 112, 114 haben eine verstärkte Glanzverbesserung zur Folge. US-A-5,521,688 beschreibt eine Glanzverbesserungsstation mit einer Strahlungsfixiereinrichtung.
Die Trennung der Fixierungs- und Glanzfunktionen bietet mehrere Betriebsvorteile. Durch die Trennung der Fixierungs- und Glanzfunktionen kann der Bediener den bevorzugten Glanzgrad auf dem Dokument 72 wählen. Eine hohe Glanzleitung für Farbsysteme erfordert allgemein höhere Temperaturen in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86. Außerdem sind gewöhnlich Materialien wie etwa VitonTM auf dem Übertragungsglied 50 erforderlich, die eine höhere Beständigkeit gegenüber Hitze und Verschleiß aufweisen und dementsprechend Verschleißprobleme vermeiden, die durch Änderungen in der Oberflächenrauheit des Übertragungsglieds entstehen. Die höheren Temperaturanforderungen und die Verwendung von besser gegenüber Hitze und Verschleiß beständigen Materialien macht allgemein hohe Ölauftragungsraten durch das Lösungsmittel-Verwaltungssystem 88 erforderlich. In Übertragungssystemen wie dem Drucker 10 können die erhöhten Temperaturen und die größeren Mengen an Öl auf dem Übertragungsglied 50 für einen hohen Glanz möglicherweise dazu führen, dass ein dickes, nicht-formanpassungsfähiges Übertragungsglied oder ein relativ dünnes Übertragungsglied verwendet werden muss. Ein relativ nicht-formanpassungsfähiges Übertragungsglied oder ein relativ dünnes Übertragungsglied weisen jedoch nicht den hohen Grad an Formanpassungsfähigkeit auf, der für ein gutes Drucken auf beispielsweise raueren Papieren erforderlich ist.
Die Verwendung der Glanzverbesserungsstation 110 reduziert oder beseitigt im wesentlichen das Erfordernis einer Glanzerzeugung in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86. Die Reduktion oder Beseitigung des Erfordernisses für eine Glanzerzeugung in dem dritten Walzenspalt 86 minimiert deshalb die Verschleißprobleme für die Materialien der Farbübertragungsglieder und ermöglicht eine lange Lebensdauer für ein Übertragungsglied 50 aus einfach verfügbarem Silikon oder anderen weichen Materialien. Weiterhin können relativ dicke Schichten auf dem Übertragungsglied 50 verwendet werden, wodurch die Lebensdauer des Übertragungsglieds 50 verlängert wird und eine gute Formanpassungsfähigkeit an rauere Substrate ermöglicht wird. Außerdem werden die Temperaturanforderungen für die Übertragungsmaterialien reduziert, wodurch auch die Ölanforderungen in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 reduziert werden.
Die Glanzverbesserungsstation 110 ist vorzugsweise ausreichend nahe an dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 positioniert, sodass die Glanzübertragungsstation 110 die erhöhte Dokumententemperatur verwenden kann, die in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 erzeugt wird. Die erhöhte Temperatur des Dokuments 72 reduziert die Betriebstemperatur, die für die Glanzverbesserungsstation 110 erforderlich ist. Die reduzierte Temperatur der Glanzverbesserungsstation 110 verbessert die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Glanzverbesserungsmaterialien.
Die Verwendung eines stark formanpassungsfähigen Übertragungsglieds 50 ist ein Beispiel dafür, dass eine gute Betriebstoleranz mit niedrigem Glanz erreicht werden kann. Kritische Parameter sind dabei ein ausreichend niedriger Durometer für die oberste Schicht des Übertragungsglieds 50, die vorzugsweise aus Gummi ausgebildet ist, sowie eine große Dicke für die Zwischenschichten des Übertragungsglieds 50, die vorzugsweise ebenfalls aus Gummi ausgebildet sind. Die bevorzugten Durometerbereiche hängen von der Dicke der zusammengesetzten Tonerschicht und der Dicke des Übertragungsglieds 50 ab. Der bevorzugte Bereich beträgt ungefähr 25 bis 55 Shore A und noch besser ungefähr 35 bis 45 Shore A. Bevorzugte Materialien können also durch viele Silikonformeln vorgesehen werden. Die Dickenbereiche der Deckschicht des Übertragungsglieds 50 liegen vorzugsweise bei mehr 0,25 mm und noch besser bei mehr als 1,00 mm. Für einen niedrigen Glanz sind allgemein dickere Schichten, eine bessere Lösung des Toners, eine Formanpassung an raue Substrate, eine längere Walzenspalt-Verweilzeit und eine verbesserte Dokumentabstreifung zu bevorzugen. In einer optionalen Ausführungsform wird ein geringer Grad an Oberflächenrauheit auf der Oberfläche des Übertragungsglieds 50 vorgesehen, um den Bereich der zulässigen Steifigkeit des Übertragungsmaterials für die Erzeugung eines niedrigen Glanzes zu vergrößern. Insbesondere bei Materialien mit einem größeren Durometer und/oder schmäleren Schichten besteht eine Tendenz zur Wiedergabe der Oberflächenstruktur des Übertragungsglieds. Die geringfügige Oberflächenrauheit des Übertragungsglieds 50 neigt also trotz hoher Steifigkeit zu einem niedrigen Glanz. Vorzugsweise weist das Übertragungsglied einen Oberflächenglanz von <30 GU auf.
Eine schmale Betriebstemperaturtoleranz für eine gute Fixierung bei niedrigem Glanz ließ sich bei einer Übertragung mit einer relativ hohen Tonermasse pro Fläche demonstrieren. Toner mit einer Größe von ungefähr 7 Mikrometer und in Tonermassen von ungefähr 1 mg/cm² erfordert eine Temperatur des Übertragungsglieds 50 von 110–120°C und ein Vorheizen des Papiers auf ungefähr 85°C, um Glanzgrade von <30 GU und gleichzeitig einen annehmbaren Schmiergrad von unter 40 zu erreichen. Bei der geringen Tonermasse pro Fläche ist jedoch ein höherer Temperaturbereich bei niedrigem Glanz in dem Übertragungssystem erforderlich. Die Verwendung eines kleinen Toners mit einer hohen Pigmentladung in Kombination mit einem formanpassungsfähigen Glied 50 gestattet eine niedrige Tonermasse pro Fläche für Farbsysteme, sodass die Betriebstemperaturtoleranzen bei niedrigem Glanz in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 erhöht werden. Toner mit einer Größe von ungefähr 3 Mikrometer und mit einer Tonermasse von ungefähr 0,4 mg/cm2 erfordert eine Temperatur des Übertragungsglieds 50 zwischen 110–150°C und ein Vorheizen des Papiers auf ungefähr 85°C, um Glanzgrade von <30 GU und gleichzeitig einen annehmbaren Schmiergrad unter 40 zu erreichen.
Die Glanzverbesserungsstation 110 umfasst vorzugsweise Fixierungsglieder 112, 114 aus VitonTM. Alternativ hierzu können harte Fixierungsglieder wie etwa dünne und dicke Teflon^TM-Hülsen/Beschichtungen auf steifen Rollen oder auf Bändern bzw. andere Beschichtungen auf Grundschichten aus Gummi für eine Glanzverbesserung nach der Übertragung verwendet werden. Die Fixierungsglieder 112, 114 weisen vorzugsweise eine Versteifung auf, die für die oberste Schicht des Übertragungsglieds 50 verwendet werden kann und einen hohen Grad an Oberflächenglätte aufweist (vorzugsweise >50 GU, und noch besser >70 GU). Die oberste Oberfläche kann alternativ hierzu strukturiert sein, um eine Struktur für die Dokumente 72 vorzusehen. Die Glanzverbesserungsstation 110 umfasst vorzugsweise ein Lösungsmittel-Verwaltungssystem (nicht gezeigt). Die Glanzverbesserungsstation kann weiterhin Abstreifmechanismen wie etwa eine Gebläseeinrichtung aufweisen, um das Abstreifen des Dokuments 72 von den Fixierungsgliedern 112, 114 zu unterstützen.
Optional kann die Tonerformel ein Wachs enthalten, um die Ölanforderungen für die Glanzverbesserungsstation 110 zu reduzieren.
Die Glanzverbesserungsstation 110 wird in Kombination mit einem Drucker 10 beschrieben, der ein Zwischenübertragungsglied 12 und ein Übertragungsglied 50 umfasst. Die Glanzverbesserungsstation 110 kann jedoch für einen beliebigen Drucker mit Übertragungssystemen zum Erzeugen von Dokumenten 72 mit geringem Glanz angewendet werden. Insbesondere kann es sich dabei um Übertragungssysteme handeln, die ein einzelnes Übertragungsglied verwenden.
Als Systembeispiel weist das Übertragungsglied 50 vorzugsweise eine Temperatur von 120°C in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 auf, wobei das Substrat 70 auf 85°C vorgeheizt wird. Daraus resultiert ein Dokument 72 mit einem Glanzwert von 20–30 GU. Die Fixierungsglieder werden vorzugsweise auf 120°C vorgeheizt. Die Temperatur des Fixierungsglieds 112, 114 kann vorzugsweise eingestellt werden, sodass verschiedene Glanzgrade in verschiedenen Druckdurchläufen in Übereinstimmung mit einer entsprechenden Auswahl durch den Benutzer angewendet werden können. Höhere Temperaturen der Fixierungsglieder 112, 114 steigern die Glanzverbesserung, während niedrigere Temperaturen die Glanzverbesserung auf den Dokumenten herabsetzen.
Die Fixierungsglieder 112, 114 sind vorzugsweise Fixierungsrollen, wobei die Fixierungsglieder 112, 114 aber alternativ hierzu auch Fixierungsbänder sein können. Die oberste Oberfläche jedes Fixierungsglieds 112, 114 ist relativ nicht-formanpassungsfähig und weist vorzugsweise einen Durometer über 55 Shore A auf. Die Glanzverbesserungsstation 110 sieht eine Glanzverbesserung vor, die mit niedrigem Glanz in dem dritten Übertragungswalzenspalt 86 verwendet wird. Der Drucker 10 erzeugt die Dokumente 71 vorzugsweise mit 10–30 GU (Gardner-Glanzeinheiten) nach dem dritten Übertragungswalzenspalt. Der Glanz auf den Dokumenten 72 variiert mit der Tonermasse pro Fläche. Die Glanzverbesserungseinheit 110 erhöht vorzugsweise den Glanz der Dokumente auf über ungefähr 50 GU, wenn das Lustro Gloss^TM-Papier von SD Warren Company verwendet wird.

Claims

Verfahren zum Übertragen eines Tonerbildes von einem Zwischenübertragungsglied (12) auf ein Übertragungsglied (50) an einem Übertragungswalzenspalt (48), mit folgenden Schritten: lokalisiertes Erhitzen des Zwischenübertragungsglieds (12) auf eine erste vorbestimmte Temperatur über der Umgebungstemperatur an dem Übertragungswalzenspalt (48), lokalisiertes Erhitzen des Übertragungsglieds (50) auf eine zweite vorbestimmte Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, an dem Übertragungswalzenspalt (48), und Übertragen eines Tonerbildes von dem Zwischenübertragungsglied (12) auf das Übertragungsglied (50) an dem Übertragungswalzenspalt (48) mit einer rheologischen Unterstützung der Übertragung, die durch eine Temperaturdifferenz über das Tonerbild erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste vorbestimmte Temperatur bei ungefähr 65°C liegt und die zweite vorbestimmte Temperatur bei ungefähr 155°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite vorbestimmte Temperatur ungefähr 90°C höher als die erste vorbestimmte Temperatur ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite vorbestimmte Temperatur niedriger als 160°C ist.