EP0053707B1

EP0053707B1 - Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Fixieren von Tonerbildern

Info

Publication number: EP0053707B1
Application number: EP81109006A
Authority: EP
Inventors: Roland Dr. Moraw; Günther Schädlich
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1980-12-03
Filing date: 1981-10-27
Publication date: 1985-09-11
Also published as: DE3045485A1; DE3172254D1; EP0053707A3; JPS57128371A; EP0053707A2; US4462675A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Fixieren eines mit einem Suspensionsentwickler sichtbar gemachten latenten elektrostatischen Bildes auf einem Träger durch Wärme und unter Verdampfen der Entwicklerflüssigkeit, wobei die verdampfende Entwicklerflüssigkeit abgesaugt, kondensiert, abgeschieden und aufgefangen wird, und eine hierfür geeignete Vorrichtung.
Sichtbar gemachte latente elektrostatische Bilder, sogenannte Tonerbilder, die durch Flüssigentwicklung von Ladungsbildern verschiedenen Ursprungs, beispielsweise in elektrostatischen Druckern mit Hilfe von Schreibelektroden, durch Elektronenstrahlaufzeichnung, Röntgenstrahlaufzeichnung in Ionisationskammern oder - was weit verbreitet ist - durch Aufladung und Belichtung von Photoleiterschichten entstehen, werden im allgemeinen thermisch fixiert. Es sind Verfahren bekannt, bei denen das erzeugte Tonerbild auf der Photoleiterschicht fixiert wird, wie dies bei mit Zinkoxid beschichteten Papieren oder bei elektrophotographischen Druckplatten der Fall ist, bzw. bei denen das Tonerbild vom primären Träger, wie etwa der Photoleiterschicht, auf einen Kopieträger aus Papier oder Folie übertragen wird und anschließend die Fixierung erfolgt. Nach dem letzteren Prinzip arbeitet ein großer Teil der gebräuchlichen Bürokopiergeräte. Zur thermischen Fixierung, was gleichbedeutend mit Trocknen ist, von feuchten Kopien unter umweltfreundlichen Verhältnissen gehört auch beispielsweise die sogenannte Tintenstrahlaufzeichnung, bei der ein informationsmäßig gesteuerter und modulierter Tintenstrahl auf einen Träger gerichtet ist.
Wegen der Bedeutung, die die elektrophotographische Bürokopiertechnik heute erreicht hat, ist diese das bevorzugte, wenn auch nicht ausschließliche Anwendungsgebiet der thermischen Fixiertechnik. Ohne damit eine Einschränkung zu verbinden, bezieht sich die Beschreibung der Erfindung auf diese Technik.
Aus der DE-A-2 330 537 ist eine Einrichtung zum Trocknen von ein naßentwickeltes Bild tragendem Material bekannt. Diese Einrichtung weist eine Kammer auf, in der das Material erwärmt und die Flüssigkeit verdampft wird. Aus der Kammer wird die Flüssigkeitsdampf en_thaltende Luft abgesaugt. In einer Kühl- und Kondensationseinrichtung wird die Luft gekühlt und der Flüssigkeitsdampf verflüssigt. Bei der Kopienentnahme kann es bei dieser Einrichtung zu einer unkontrollierten Luftzufuhr in den Trocknungskreislauf kommen.
In der DE-B-2 226 309 ist eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Entwicklerträgerflüssigkeit beschrieben, die in einem naßentwickelnden Kopiergerät verdampft. In einer Kühleinrichtung dieser Vorrichtung wird der Trägerflüssigkeitsdampf beim Hindurchströmen soweit abgekühlt, daß es zu einer Nebelbildung kommt. Der Nebel wird durch das elektrische Feld einer Felderzeugungseinrichtung geleitet. In dem elektrischen Feld bilden sich größere Tröpfchen aus dem Trägerflüssigkeitsnebel, die sich in der Kühleinrichtung niederschlagen, als Flüssigkeit ausgetragen und der Entwicklungseinrichtung zugeführt werden.
In den bekannten elektrophotographischen Bürokopierern mit Flüssigentwicklung ist das Kernstück das photoleitfähige Medium, das als Platte, Band oder meistens als Trommel eingesetzt wird. Im vorliegenden Fall ist sein spezieller Aufbau aus organischen oder anorganischen Materialien oder aus einer oder mehreren, gegebenenfalls isolierenden Schichten unerheblich. Allgemein wird die photoleitfähige Schicht zuerst elektrostatisch durch eine Korona aufgeladen und bildmäßig belichtet. Das dabei entstandene latente elektrostatische Bild wird mit Hilfe von pigmentiertem Puder, sogenanntem Trokkentoner, oder in Form von Flüssigtoner zum Beispiel mit Hilfe einer Entwicklungselektrode sichtbar gemacht. Der Suspensionsentwickler setzt sich nach allgemeiner Erfahrung aus einer Dispergierflüssigkeit, wie vorzugsweise einem aliphatischen Kohlenwasserstoff, mit verschiedenen Zusätzen zusammen, u. a. mit einem feinteiligen, aufgeladenen Pigment. Bei den meisten Kopiergeräten vermindert man die Schichtdicke des Flüssigentwicklers auf dem Photoleiter etwa durch eine Dosierwalze oder durch Aufsprühen von Ladungen von einer Korona. Zum Übertragen des Tonerbildes vom Photoleiter auf den Kopieträger wie Papier wird der Kopieträger an den Photoleiter herangeführt, wobei man zur elektrostatischen Unterstützung der Übertragung rückseitig mit einer Korona auflädt. Bei der Übertragung nimmt der Kopieträger außer dem Pigment in bildmäßiger Verteilung auch einen großen Teil der Dispergierflüssigkeit vollflächig auf. Das Tonerbild ist erst nach Verdampfen der Entwicklerflüssigkeit wischfest. Deshalb erwärmt man die Kopie, beispielsweise durch eine Heizplatte. Durch einen Luftstrom von einem Ventilator, der an geeigneter Stelle im Kopiergerät montiert ist, der beispielsweise auch zur Lampenkühlung dient, wird die verdampfte Entwicklerflüssigkeit durch im Gehäuse angebrachte Schlitze nach außen geblasen. Die getrocknete Kopie wird dann auf einer Bühne abgelegt. Die Photoleiteroberfläche wird anschließend für den nächsten Kopierzyklus von Toner- bzw. Flüssigkeitsresten und Restladungen befreit bzw. gereinigt, etwa durch eine Schaumstoffwalze mit einer elastischen Lippe und durch Einwirkung einer mit Wechselspannung betriebenen Korona.
Es ist ein Nachteil der beschriebenen Kopiertechnik mit Flüssigentwicklung, daß die von der Kopie verdampfte Entwicklerflüssigkeit an die Umgebung abgegeben wird. Obwohl die Entwicklerflüssigkeit, beispielsweise ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, als solche nicht toxisch ist, stellt die Anreicherung der Umgebung mit verdampfter Flüssigkeit eine unerwünschte Umweltbelastung dar.
Aufgabe der Erfindung ist es, im Rahmen der Herstellung von Kopien auf elektrophotographischem oder elektrographischem Wege mit Flüssigentwicklung ein Verfahren zum Fixieren des Tonerbildes anzugeben, das den Austrag an Entwicklerflüssigkeit eines Suspensionsentwicklers vermeidet bzw. vermindert und auf diesem Wege die Kopiertechnik unter Verwendung von Suspensionsentwicklern umweltfreundlicher gestaltet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Entwicklerflüssigkeitsdampf mit Hilfe eines feinteiligen Transportmittels ausgefällt wird. Dabei ist das Transportmittel feinteiliges Wasser.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit im Bereich der Fixierung vorhandener Düsenanordnung, durch welche die verdampfende Entwicklerflüssigkeit abgesaugt wird, und mit nachgeordneten Einrichtungen zum Kondensieren, Abscheiden und Auffangen der Flüssigkeit zeichnet sich dadurch aus, daß zum Kondensieren eine Sprüheinrichtung für feinteiliges Transportmittel und zum Absaugen der verdampfenden Entwicklerflüssigkeit eine äußere, nach zwei Richtungen ausgerichtete Düsenanordnung im Austrittsbereich der Kopie vorhanden sind.
Demgemäß kann die von der Kopie verdampfte Entwicklerflüssigkeit durch innere Düsen im Heizbereich wie durch äußere Düsen in Bewegungsrichtung der Kopie hinter dem Heizbereich abgesaugt werden. Der abgesaugte Dampf kann sofort hinter den Düsen in einem Fallrohr kondensiert und abgeschieden werden, beispielsweise durch Nebelbildung und durch elektrostatische Filterung. Zur Erhöhung der Effizienz können als Entwicklerflüssigkeiten solche mit Verdampfungszahlen von über etwa 70(Ether gleich 1) eingesetzt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 5 näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Kopiervorrichtung,
Fig. 2 im Schnitt eine Düsenanordnung zum Absaugen von Entwicklerflüssigkeitsdampf,
Fig. 3 eine Anordnung zum Ausfällen von Entwicklerflüssigkeitsdampf mit Hilfe eines Transportmittels,
Fig.4 eine Absaugvorrichtung für den Entwicklerflüssigkeitsdampf aus einem Gemisch mit Luft, und
Fig. 5 in schematischer Ansicht das Zusammenwirken eines Abscheiders und einer Absaugvorrichtung in einem Kreislauf eines Luft-Entwicklerflüssigkeitsdampfgemisches.

In Fig. 1 sind die wesentlichen Bestandteile einer Kopiervorrichtung wie Photoleitertrommel 1, Aufladungskorona 2, bildmäßige Belichtungszone 3, Suspensionsentwicklungsvorrichtung 4 mit einer Entwicklungselektrode 5 sowie eine Entwicklerflüssigkeitsschicht 6, Dosierwalze 7 und Kopieträger 8 dargestellt. Des weiteren sind eine Übertragungskorona 9, eine Heizplatte 10 zusammen mit dem darüberstreichenden Luftstrom 11, der zum Beispiel an Schlitzen 12 aus einem Gehäuse 13 austritt, und eine Ablagenbühne 14 eingezeichnet. Die Photoleiteroberfläche wird mit Hilfe einer Schaumstoffwalze 15 und einer Wischerlippe 16 von Tonerresten und durch eine Wechselstrom-Löschkorona 17 von Restladungen befreit.
Fig. 2 zeigt eine Düsenanordnung 18, die der Heizplatte 10 gegenüberliegt und durch welche die verdampfende Flüssigkeit abgesaugt wird. Es sind, wie noch beschrieben werden wird, Anordnungen zum Kondensieren und Abscheiden bzw. Auffangen der Flüssigkeit vorhanden. Die Düsenanordnung 18 zum Absaugen der verdampfenden Entwicklerflüssigkeit liegt innerhalb eines Gehäuses 13 im Wärmezufuhrbereich, während sich eine weitere Düsenanordnung 19, deren Düsen 19a und b nach zwei Richtungen ausgerichtet sind, im Anschluß an den Heizbereich außerhalb des Gehäuses 13 im Austrittsbereich der Kopie 8 befindet.
Die Düsenanordnung 19, in Durchlaufrichtung hinter der Heizplatte 10, kann gegebenenfalls auch vor dem Ausgabespalt, gebildet aus Ausgaberollen 20 und 21, bzw. der Wand des Gehäuses 13 liegen. Es hat sich gezeigt, daß erst nach der vollen Aufheizung des Kopieträgers 8, die, in Durchlaufrichtung gesehen, über der zweiten Hälfte der Heizplatte 10 erreicht wird, die Hauptmenge an Entwicklerflüssigkeit verdampft. Eine geringere Menge an Entwicklerflüssigkeit verdampft aber auch noch vom aufgeheizten Kopieträger, wenn dieser die Heizplatte 10 bereits verlassen hat. Diese Menge wird von der nachgeschalteten äußeren Düsenanordnung 19 abgesaugt. Bei nur senkrecht nach unten gerichteten Düsenöffnungen muß sich die äußere Düsenanordnung 19 weit über den Ausgabespalt bis über die Ablagebühne 14 in Fig. 1 erstrecken, um effektiv zu arbeiten. Dies wird beim Kopieren als störend empfunden, weil dadurch die Betrachtung der ausgetragenen Kopie behindert ist. Eine sehr kompakte Bauweise der äußeren Düsenanordnung 19 wird erhalten, wenn die nach unten gerichteten Düsenöffnungen 19a durch frontal angeordnete, waagerecht ausgerichtete Düsenöffnungen 19b ergänzt werden. Eine äußere Düsenanordnung 19 mit einem Überstand von einigen Zentimetern über die Gehäusewand hinaus arbeitet bereits sehr wirkungsvoll. Über einen oder mehrere Ansaugstutzen 22 wird die verdampfte, abgesaugte Entwicklerflüssigkeit abgeführt. In Fig. 2 sind die Seitenwände der Düsenanordnungen nicht ersichtlich. Sie erstrecken sich im allgemeinen bis dicht zum Kopieträger 8, gegebenenfalls an dem Kopieträger 8 und der Heizplatte 10 vorbei, tiefer nach unten.
Die Anordnung zum Aufheizen der feuchten Kopie wurde schematisch als ebene Heizplatte dargestellt. In den bekannten Kopiergeräten sind die Heizplatten zwecks besseren Andruckes gelegentlich gewölbt oder es werden auch beheizte Walzen verwendet. Die innere Düsenanordnung muß dann entsprechend gekrümmt bzw. gewölbt ausgebildet werden.
Bei zusätzlich vorhandenen Andruckwalzen, die in Kontakt mit der Heizplatte 10 stehen, müssen diese entsprechend klein gebaut werden, damit sie unter die innere Düsenanordnung 18 passen. Die Walzen können dann von einer Düsenkammer, ähnlich wie eine Düsenkammer 23, welche eine obere Ausgaberolle 20 und eine zugehörige Gegenrolle 21 umschließt, umgeben sein. Falls erforderlich, können in die Düsenanordnungen weitere Vorrichtungen zur Förderung der Verdampfung, beispielsweise Strahler eingebaut sein. Die Düsenanordnungen 18, 19 sind um ein Scharnier 24 schwenkbar. Bei Förderschwierigkeiten im Heizungsbereich können die Düsenanordnungen 18, 19 daher zur besseren Zugänglichkeit zu der Heizplatte 10, in deren Bereich es zu Papierstaus kommen kann, weggeschwenkt werden.
In einem Ausführungsbeispiel wurde an einem gebräuchlichen elektrophotographischen Kopiergerät eine Düsenanordnung gemäß Fig. 2 erprobt. Bei ausgeschalteter Heizung und ohne Absaugen wurde eine mittlere Gewichtszunahme der Kopien durch aufgenommene Entwicklerflüssigkeit von 0,11 g pro DIN A4-Kopie erhalten. Die Entwicklerflüssigkeit war ein aliphatischer Kohlenwasserstoff mit einem Siedebereich von etwa 155-180°C und einer Verdunstungszahl von etwa 36. Anschließend wurde bei eingeschalteter Heizung der verdampfende Kohlenwasserstoff in einer Menge von 0,2 m³/min abgesaugt und das Dampf-Luft-Gemisch durch eine Kühlfalle geleitet. Die Gewichtszunahme der Kühlfalle betrug 0,09 g/DIN A4-Kopie. Das . entspricht einem Wirkungsgrad der Absaugung von 82%. Bei einem aliphatischen Kohlenwasserstoff mit einem Siedebereich von etwa 180-210°C und einer Verdunstungszahl von etwa 150 als Dispergiermittel betrugen die entsprechenden Werte 0,13 g/DIN A4-Kopie bzw. 0,12 g/ DIN A4-Kopie, was einem Wirkungsgrad der Absaugung von 92% entsprach. Ein solches Ergebnis ist jedoch erst erreichbar, wenn der aliphatische Kohlenwasserstoff durch Destillation von niedriger siedenden Anteilen befreit ist. Es wurde festgestellt, daß bei größerer Verdunstungszahl der Entwicklerflüssigkeit die sekundären Verluste durch Verdampfen aus der Kühlfalle geringer sind und der Wirkungsgrad der Absaugung ansteigt. Ohne äußere Düsenanordnung 19 ist der Wirkungsgrad um etwa 25% kleiner.
In Fig. 3 ist eine Anordnung dargestellt, in der Dampf eines Dispergiermittels mit Hilfe von feinteiligen Transportmitteln, vorzugsweise nicht mischbaren Flüssigkeiten, wie Wasser oder Glykolen, ausgefällt wird. Das Gemisch aus Luft und Entwicklerflüssigkeitsdampf wird über einen Abzugstutzen 22 von der Düsenanordnung 19 zum Absaugen von Entwicklerflüssigkeitsdampf einem fallenden Rohr 25 zugeführt, das mit einem Kondensationsrohr 47 verbunden ist. In das Kondensationsrohr 47 wird aus einer Sprühvorrichtung 48 feinunterteiltes Wasser eingesprüht. Unter feinunterteiltem Wasser ist Wasserdampf oder zerstäubtes, d. h. vernebeltes Wasser zu verstehen. Die Sprühvorrichtung 48 besteht aus einem Verdampfer oder aus einem Zerstäuber mit einer Düse. Das Gemisch aus feinunterteiltem Transportmittel und Entwicklerflüssigkeitsdampf kondensiert sehr gut, so daß das Kondensationsrohr 47 nur mit Luftkühlung betrieben werden kann. In einem Auffanggefäß 24 scheiden sich zum Beispiel in einer oberen Schicht 49 die Entwicklerflüssigkeit und in einer unteren Schicht 50 das Transportmittel ab. Das Transportmittel aus der Schicht 50 kann vom Boden des Auffanggefäßes 27 abgezogen und einem Kreislauf der Sprühvorrichtung 48 (nicht gezeigt) wieder zugeführt werden.
Sowohl bei der Dampfbildung als auch bei der Zerstäubung wird etwa das fünffache Volumen an Transportflüssigkeit benötigt, um einen Volumenteil an Entwicklerflüssigkeit mit einem Wirkungsgrad von etwa 95% abzuscheiden. Bei einem Volumenverhältnis von zwei zu eins beträgt der Wirkungsgrad immer noch etwa 65%. Es ist ein erheblicher Vorteil des Verfahrens, daß auch Entwicklerflüssigkeiten mit relativ niedrigen Verdunstungszahlen um 35 mit derart guten Wirkungsgraden abgeschieden werden können.
Das Gemisch aus Luft und Entwicklerflüssigkeitsdampf wird über einen Abscheider 45 geführt und danach im Kreistauf zurück zur Absaug-Düsenanordnung 19 geleitet. Der Abscheider 45 muß nur den größten Teil des Entwicklerflüssigkeitsdampfes abscheiden, nicht jedoch Luft. Die an Dampf verarmte Luft reichert sich auch bei einem gewissen Restgehalt wieder mit zusätzlichem Dampf an.
Eine Absaugvorrichtung bei Kreislaufführung des Luftstromes ist in Fig. 4 skizziert. Die Absaugvorrichtung besteht aus einer Düsenanordnung 18 über der Heizplatte 10 und einer weiteren Düsenanordnung 19, die noch innerhalb des Gehäuses 13 liegt. Nahe dem Kopierblatteinlaß, oder insbesondere nahe dem Kopierblattauslaß, gegebenenfalls auch an beiden Stellen, wird durch einen Stutzen 41 und durch einen aus einer oberen Wand 39 und einer Zwischenwand 40 gebildeten Kanal die im Kreislauf geführte Luft eingeleitet. Die Anordnung ist durch eine untere Bodenplatte 38 abgeschlossen. Abdichtungen aus elastischem Material wie Federblechen 41 schirmen den Einlaß und Auslaß für die Ko^pierblätter ab. Um das noch feuchte Tonerbild nicht zu verwischen, bildet ein Walzenpaar 21,43 den Eingangsspalt, dessen obere, dem Tonerbild zugekehrte Transportwalze 43 an der Oberfläche gerändelt ist, d. h. spitz strukturiert ist. Die Walze 43 drückt mit ihren Spitzen in eine darüber befindliche elastische, abdichtende Walze 44. Die obere Transportwalze 20 eines weiteren Walzenpaars 20, 21 trennt die Düsenanordnungen 18, 19 voneinander, während ein Ausgangswalzenpaar 20, 21 den Ausgabeschlitz des Gehäuses 13 abdichtet.
Der Kreislauf ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Das Luft-Entwicklerflüssigkeitsdampfgemisch gelangt über den Stutzen 22 und das geneigte Rohr 25 zum Abscheider 45, der durch Kühlen, Nebelbildung und Ausfällen mit einem feinunterteilten Transportmittel dem Gemisch den Entwicklerflüssigkeitsanteil entzieht. Die an Entwicklerflüssigkeitsdampf verarmte Luft wird über das Zuluftrohr 46 und den Stutzen 41 der Absaugvorrichtung wieder zugeführt.
Je größer der Wirkungsgrad des Abscheiders 45 ist, desto kompakter und kleinräumiger kann die Vorrichtung gebaut werden, wobei im günstigsten Fall die Absaugvorrichtung und die Abscheidevorrichtung eine Geräteeinheit nahezu ohne Verbindungsleitungen bilden.

Claims

1. Verfahren zum thermischen Fixieren eines mit einem Suspensionsentwickler sichtbar gemachten latenten, elektrostatischen Bildes auf einem Träger durch Wärme und unter Verdampfen der Entwicklerflüssigkeit, wobei die verdampfende Entwicklerflüssigkeit abgesaugt, kondensiert, abgeschieden und aufgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwicklerflüssigkeitsdampf mit Hilfe eines feinteiligen Transportmittels ausgefällt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportmittel feinteiliges Wasser ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum thermischen Fixieren eines mit einem Suspensionsentwickler sichtbar gemachten latenten, elektrostatischen Bildes nach Ansprüchen 1 und 2, mit im Bereich der Fixierung vorhandener Düsenanordnung, durch welche die verdampfende Entwicklerflüssigkeit abgesaugt wird, und mit nachgeordneten Einrichtungen zum Kondensieren, Abscheiden und Auffangen der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kondensieren eine Sprüheinrichtung (48) für feinteiliges Transportmittel und zum Absaugen der verdampfenden Entwicklerflüssigkeit eine äußere, nach zwei Richtungen ausgerichtete Düsenanordnung (19a, 19b) im Austrittsbereich der Kopie (8) vorhanden sind.