Elektrofotografische Druckvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine elektrofotografische Druckvorrichtung mit einer Entwicklereinheit und einem Fotoleiter, wobei der Fotoleiter direkt oder unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer Transfermedien mit einem zu bedruckenden Substrat im Bereich einer Transferzone in Verbindung steht, wobei dem Substrat wenigstens ein Lademittel zugeordnet ist, und wobei das Substrat mittels einer Transportvorrichtung durch die Transferzone transportierbar ist.
Eine derartige Druckvorrichtung ist aus der DE 1 98 49 500 A1 bekannt. Hierbei ist eine Entwicklereinheit verwendet, in der ein Toner bevorratet ist. Der Entwicklereinheit ist eine Fotoleiter-Trommel zugeordnet. Diese kann mittels einer Belichtungsvorrichtung an ihrer Oberfläche aktiviert werden, so dass ein Tonerauftrag möglich wird. Die Fotoleiter-Trommel steht über eine Kontaktlinie in Verbindung mit einer Transferwalze. Unter Zuhilfenahme von Coronen wird der Toner von der Fotoleiter-Trommel auf die Transferwalze übertragen. Die Transferwalze rollt auf der Oberfläche eines Substrates ab, das es zu bedrucken gilt. Dabei wird der Toner unter Zuhilfenahme einer an der Substratunterseite
angeordneten Corona auf die Substratoberfläche übertragen. Bei dieser Anordnung finden zwei Transfervorgänge des Tonerbildes statt. Der erste Transfervorgang (TR1 ) entsteht beim Übergang von der Fotoleiter-Trommel auf die Transferwalze, der zweite (TR2) beim Übergang des Toners auf das Substrat. Bei den Transfervorgängen erfolgt jeweils keine vollständige Übertragung des Toners. Es muss jedoch angestrebt werden, eine möglichst hohe Übertragungsrate zu erzielen, damit klare, konturenscharfe Druckbilder erzeugt werden können. Dabei ist die Coronenausgestaltung und -anordnung im Bereich des Transfervorganges TR2 von Bedeutung. Es muss sichergestellt werden, dass die zu bedruckende Obefläche des Substrates in ausreichendem Maße elektrostatisch aufgeladen wird . Insbesondere bei flächigen Substraten mit größerer Wandungsstärke kommt es dann zu ungenügenden Aufladungen, wenn das Substrat aus einem elektrisch schlecht leitenden Material besteht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrofotografische Druckvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der eine effektive Übertragung des Toners auf die Substratoberfläche stattfindet, unabhängig von Materialstärke des Substrates und von deren chemischen Beschaffenheit.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Lademittel auf der der zu bedruckenden Oberfläche des Substrats zugewandten Seite angeordnet ist und auf diese zu bedruckende Oberfläche unmittelbar einwirkt.
Dadurch, dass das Ladungsmittel in Abkehr vom Stand der Technik nicht mehr auf die Unterseite des Substrates, sondern direkt auf die zu beschichtende Oberfläche einwirkt, wird eine zuverlässige Aufladung erreicht. Diese ist dann unabhängig von der Beschaffenheit des Substrates aufbringbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Lademittel als Primär-Lademittel in Transportrichtung vor und ein Sekundär- Lademittel im Bereich hinter der Transferzone angeordnet ist, und dass das Primär- und das Sekundär-Lademittel auf die zu bedruckende Oberfläche des Substrats einwirken.
Bei dieser Anordnung wird das Substrat zunächst dem Primär-Lademittel zugeführt. Es kann dann an seiner zu bedruckenden Fläche elektrostatisch aufgeladen werden. Anschließend wird das Substrat durch die Transferzone geführt. Dabei erfolgt dann ein Tonerauftrag auf die zu bedruckende Oberfläche. Bei fortschreitendem Transport verlässt das Substrat das Primärlademittel. Abhängig von der Größe des Substrates und des Druckbildes kann es dann dabei vorkommen, dass der Tonerübertrag auf das Substrat noch nicht abgeschlossen ist. Das Sekundär-Lademittel verhindert dann einen Ladungsabfall, indem es das Substrat nachlädt. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige und effektive Übertragung des Tonermateriales über den gesamten Beschichtungsvorgang hinweg sichergestellt werden.
Die Einwirkung des Primär- und/oder des Sekundärlademittels kann dabei kontaktgebunden oder kontaktlos stattfinden. Beispielsweise kann eine Ladebürste über die zu bedruckende Fläche gleiten oder eine Laderolle auf dieser abrollen. Besonders gute Ladeergebnisse lassen sich im kontaktlosen Ladeverfahren unter Verwendung einer Primär- bzw. einer Sekundär-Ladecorona erreichen. Als kontaktlose Lademittel lassen sich auch Ladungssprühköpfe mit Piezoeffekt- Ladungserzeugern einsetzen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Primär- und/oder die Sekundärcorona als Flächencoronen ausgebildet sind, die sich über die gesamte, sich quer zur Transportrichtung erstreckende Breite der zu bedruckenden Fläche des Substrates und zumindest teilweise über die Fläche in Transportrichtung erstrecken.
Mittels dieser Anordnung kann das Substrat großflächig geladen werden, wodurch ein schneller Ladungseintrag möglich wird . Damit können dann auch hohe Substrat-Vorschubgeschwindigkeiten gefahren werden.
Eine mögliche Erfindungsvariante kann dergestalt sein, dass die Primär-Ladecorona und/oder die Sekundär-Ladecorona einen Coronendrahthalter aufweisen, an dem mehrere nebeneinander angeordnete Coronendrähte gespannt gehalten sind und dass die Coronendrähte auf ein einheitliches elektrisches Potential gelegt sind. Dadurch, dass alle Coronendrähte auf einem einheitlichen Potential gehalten sind, kann ein gleichmäßiges elektrostatisches Spannungsbild erzeugt werden. Dabei kann es auch insbesondere vorgesehen sein, dass die Coronendrahthalter in ein Gehäuse eingebaut sind und gegenüber diesem elektrisch isoliert sind, dass das Gehäuse auf Gegenpotential gelegt ist und das das Gehäuse den Fotoleiter und/oder das Trans-fermedium gegenüber den Coronendrähten abschirmt. Das Gehäuse verhindert, dass die Coronendrähte das Ladungsbild auf der Bildtrommel bzw. auf der Transferwalze beeinflusst.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Coronendrähte als Einzeldrähte ausgebildet sind, die an einem ihrer Enden ein Federelement aufweisen, über das der Coronendraht an einen ersten Coronendrahthalter angehangen ist und dass das andere Ende des Coronendrahtes an einem gegenüberliegenden Coronendrahthalter befestigt ist. Damit kann sichergestellt werden, dass alle Coronendrähte einheitlich aufgespannt sind. Es wird dadurch verhindert, dass sie unterschiedlich stark durchhängen, wodurch ein uneinheitliches Ladungsbild auf der Substratoberfläche entstehen würde.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass wenigstens zwei der nebeneinander angeordneten Coronendrähte von einem durchgehenden Drahtstück gebildet ist, der jeweils an den Coronendrahthaltern umgelenkt ist, und dass die Coronendrähte einheitlich vorgespannt sind.
Um einen kontinuierlich einheitlichen Tonerübertrag zu gewährleisten, kann es vorgesehen sein, dass die Primär- und die Sekundär-Ladecorona das Substrat auf ein Potential mit gleichem Vorzeichen laden, wobei die Potentialhöhen auf der Oberfläche des Substrats sich um nicht mehr als 50 % des größeren Potentialwertes unterscheiden.
Wenn sowohl der Primär- als auch der Sekundärcorona jeweils ein eigenes Netzteil zugeordnet ist, dann lässt sich eine schnelle Flächenaufladung erreichen. Diese kann noch dadurch verbessert werden, wenn vorgesehen ist, dass der Primär- und/oder der Sekundärcorona jeweils mehrere Netzteile zugeordnet sind, die jeweils eine Gruppe von Coronendrähten mit Spannung versorgt.
Das Spannungspotential beträgt typisch zwischen 1 und 1 0 kV. Hierbei ist es dann besonders vorteilhaft, wenn vorgesehen ist, dass die Primär- und die Sekun- därcorona-Spannung getrennt voneinander einstellbar sind.
Damit sichergestellt ist, dass das Substrat beim Durchlauf durch die Transferzone stets zumindest von einer Ladecorona geladen wird, ist es vorgesehen, dass der Abstand der Primär-Ladecorona von der Sekundär-Ladecorona in Transportrichtung kleiner ist als die Erstreckung der zu bedruckenden Fläche des Substrates in diese Richtung .
Um zu verhindern, dass sich das Substrat über die Transportvorrichtung entlädt, kann es vorgesehen sein, dass das Substrat unter Zwischenlage eines Isolators auf die Transportvorrichtung aufgelegt ist. Die Zwischenlage besteht aus einem isoliertem hochdurchschlagfestem Kunststoff-Material (z. B. Polyimid, Poyamid, Epoxidharz, Hartpapier, Bakelit) . Für den industriellen Einsatz muß diese besonders verschleißfest sein. Denkbar sind auchAuflagen aus Keramik-Material (z.B. AI2O3) oder dünnem Glas.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Seitendarstellung und im Schnitt eine Vorrichtung zum elektrostatischen Bedrucken von insbesondere plattenformigen Substraten 30. Das Substrat 30 ist unter Zwischenlage eines Isolators 1 7 auf eine Transportvorrichtung 25 aufgelegt. Die Transportvorrichtung 25 kann beispielsweise ein linear verschiebbarer Tisch oder ein Förderband sein. Dem Substrat 30 sind als Lademittel eine Primär-Ladecorona 1 6 und eine Sekundär-Ladecorona 1 8 zugeordnet. Diese bringen eine Ladung in die Oberfläche des Substrates 30 ein .
Die Primär- und die Sekundär-Ladecorona 1 6 und 1 8 sind im Wesentlichen ähnlich aufgebaut, wobei die Primär-Ladecorona eine größere Bauweise besitzt. Die Primär- und die Sekundär-Ladecorona 1 6 und 1 8 sind als Flächencoronen ausgebildet. Sie weisen jeweils einen Coronendrahthalter 1 6.1 , 1 8.1 auf. Der Coronendrahthalter besitzt im Wesentlichen zwei zueinander paralle Kämme, zwischen denen Coronendrähte 1 6.2, 1 8.2 gespannt sind. Dabei sind die Coronendrähte 1 6.2, 1 8.2 an ihren Enden an den Zinken des Coronendrahthalters 1 6.1 , 1 8.1 , angehangen . Jeder Coronendraht 1 6.2, 1 8.2 weist an einem seiner Enden ein Federelement auf. Am anderen Ende ist eine Schlaufe vorgesehen. Mit der Schlaufe kann der Coronendraht 1 6.2, 1 8.2 in einen Kamm des Coronen-
drahthalters 1 6.1 , 1 8.1 eingehangen werden. Das Ende des Coronendrahtes 1 6.2, 1 8.2, welches das Federelement aufweist, kann an dem gegenüberliegenden Kamm angehangen werden. Dabei wird über das Federelement eine Spannung des Coronendrahtes 1 6.2, 1 8.2 im Coronendrahthalter 1 6. 1 , 1 8.1 erreicht. Da jedem Coronendraht 1 6.2, 1 8.2 ein gleiches Federelement zugeordnet ist, ist auch die Zugspannung in jedem einzelnen der Coronendrähte 1 6.2, 1 8.2 gleich. Damit wird erreicht, dass die Coronendrähte 1 6.2, 1 8.2 einheitlich straff gespannt sind. Wie die Zeichnung erkennen lässt, ist die primäre Ladecorona 1 6 im Mittenbereich des Coronendrahthalters 1 6.1 , 1 8.1 geteilt. Hier ist eine Isolation vor-gesehen. Damit werden zwei Sektionen von Coronendrähten 1 6.2, 1 8.2 gebildet. Jede dieser Sektion wird ein Netzteil zugeordnet, das die Coronendrähte 1 6.2, 1 8.2 mit Strom versorgt. Der Sekundär-Ladecorona 1 8 ist ebenfalls ein Netzteil zugeordnet. Der Coronendrahthalter 1 6.1 , 8.1 ist in einem Gehäuse 1 6.3, 1 8.3 untergebracht. Das Gehäuse 1 6.3, 1 8.3 weist einen Deckabschnitt auf, an den sich umlaufend eine in Richtung auf das Substrat 30 vorstehende Seitenwand 1 6.4 anschließt.
Die Primär- und die Sekundär-Ladecorona 1 6 und 1 8 werden gegenüberliegend der zu bedruckenden Substratfläche 30 angeordnet. Damit können sie direkt auf die Oberfläche des Substrates 30 einwirken. Im Bereich zwischen der Primär- und der Sekundär-Ladecorona 1 6 und 1 8 ist ein Transfermedium 22 einer elektrofotogra- fischen Einheit angeordnet. Das Transfermedium 22 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Walzenkörper ausgebildet. Es kann jedoch auch als endlos umlaufendes Band ausgestaltet sein. Das Transfermedium 22 steht mit dem Substrat 30 im Bereich einer Kontaktzone 24 in Verbindung. In dem Transfermedium 22 ist eine Ladecorona 23 zugeordnet. Diese lädt die Oberfläche des Transfermediums 22 auf, wobei die Ladung eine zur Ladung des Substrates entgegengesetzte Polung aufweist.
Bei entsprechender Ausgestaltung des Fotoleiters 20 kann auch auf das Transfermedium 22 verzichtet werden.
Die elektrofotografische Einheit weist auch eine Entwicklereinheit 1 0 auf, die in bekannter Weise aufgebaut ist. In der Entwicklereinheit 1 0 ist ein Toner, beispielsweise ein keramischer Toner oder ein theromplastischer oder duromerischer Kunststoff-Toner bevorratet. Die Entwicklereinheit 10 besitzt eine Entwicklertrommel 1 5, über die der Toner einem Fotoleiter 20 zugeleitet wird . Der Fotoleiter
20 ist walzenförmig ausgebildet und steht im Bereich einer Kontaktzone 21 im linienförmigen Eingriff mit dem Transfermedium 22.
Oberhalb des Fotoleiters 20 ist eine Belichtungsvorrichtung 1 1 vorgesehen, die eine fotoempfindliche Schicht des Fotoleiters in bekannter Weise belichtet. Es entsteht hierdurch ein latentes elektrostatisches Ladungsbild. Infolge dieses Ladungsbildes können über elektrostatische Vorgänge Tonerteilchen von der Entwicklertrommel 1 5 auf die äußere Leiterschicht des Fotoleiters 20 aufgebracht werden. Die Tonerteilchen werden im Bereich der Kontaktzone 21 auf das Transfermedium 22 übertragen. Even-tuell noch an dem Fotoleiter 20 anhaftende Tonerreste werden mittels einer Reini-gungseinheit 1 4, die sich an die Kontaktzone
21 anschließt, entfernt. Ein an die Reinigungseinheit 1 4 anschließendes Löschlicht entlädt die fotoempfindliche Schicht des Fotoleiters. Diese fotoempfindliche Schicht wird dann mittels einer Ladecorona 1 2 wieder auf eine einheitliche Ladungsstruktur gebracht, so dass sie von der Belichtungsvorrichtung 1 1 erneut mit einem elektrostatischen Ladungsbild versehen werden kann . Während des Druckbetriebes wird das Substrat 30 mittels der Transportvorrichtung 25 gleichförmig linear verschoben. Dabei rollt das Transfermedium 22 entweder passiv oder angetrieben auf der zu bedruckenden Fläche des Substrates 30
ab. Dabei wird der Toner, welches sich auf dem Transfermedium 22 befindet, in der Transferzone 24 auf das Substrat 30 übertragen. Dieser Übertrag findet insbesondere deswegen statt, weil die primäre und die sekundäre Ladecorona eine vollflächige Aufladung der Substrat-Oberfläche wirken. Wie bereits oben erwähnt, ist diese Ladung entgegengesetzt gepolt zu der Ladung, die auf dem Transfermedium 22 vorliegt, so dass ein zuverlässiger Tonerübertrag mit hohem Wirkungsgrad stattfinden kann.
Wie die Zeichnung erkennen lässt, ist der Abstand in Transportrichtung zwischen der Primär- und der Sekundär-Ladecorona 1 6 und 1 8 kleiner gewählt als die Erstreckung des Substrates in dieser Richtung . Damit ist sichergestellt, dass das Substrat 30 beim gesamten Durchlauf durch die Transferzone 24 ständig geladen wird. Wenn das Substrat den Ladungsbereich der Primär-Corona 1 6 verlässt, so steht es auf jeden Fall in Verbindung mit dem Ladungsbereich der Sekundär- Ladecorona 1 8.
Im Folgenden werden einige Beispiele angeführt, die bevorzugte Anwendungen der vorstehend beschriebenen Vorrichtung näher erläutern:
1 . Bedrucken von plattenformigen Glas-, Glaskeramik- oder keramischen Werkstoffen mit keramischen Tonern zu Dekorationszwecken. Der Toner wird nach dem Bedrucken in der Regel vorfixiert und anschließend bei Temperaturen zwischen 500 und 1 000 ° Celsius eingebrannt. Anwendungsbeispiele sind: dekorierte Glaskeramik-Kochflächen, dekorierte Glaskeramik- Kaminschichtscheiben, dekorierte Glasprodukte wie Herdvorsatzscheiben, Bedienpaneels, Duschkabinengläser, Glasschilder, Glastüren, Glasfliesen, Möbelgläser, dekorierte Keramik-Artikel wie Fliesen etc.
Bedrucken von plattenformigen Kunststoff-Werkstoffen oder Glas- bzw. glaskeramischen Werkstoffen mit thermoplastischen und/oder duroplastischen Tonern zu Dekorationszwecken. Der Toner wird nach dem Bedrucken in der Regel vorfixiert und anschließend bei Temperaturen von 1 20 bis 200° Celsius vorzugsweise bei 1 50 bis 1 80° Celsius eingebrannt. Anwendungsbeispiele sind : dekorierte Kunststoff-Oberflächen aus Thermoplasten oder duro-plastischen Materialien, wie beispielsweise Kunststoffoberflächen im Möbel- oder Hausgerätebereich, Tischplatten, Fassadenplatten oder Glas-Werkstoffe wie beispielsweise Schilder.
Bedrucken von Glas-, Glaskeramik- oder Kunststoff-Oberflächen zur gezielten Modifikation der Oberflächeneigenschaften, beispielsweise zur Bedruckung von elektrisch leitfähigen Schichten, zur Oberflächenhärtung oder derg leichen . Danach sch ließen sich in der Regel ebenfal ls Temperprozesse zum Einbrennen, Sintern etc. an.
Mit dieser Anordnung können insbesondere plattenförmige Werkstoffe effektiv bedruckt werden. Fertigungsbedingte leichte Unebenheiten in der Substrat-Ober-fläche werden durch die erfindungsgemäße Anordnung ausgeglichen. Zum Ausgleich von Oberflächen-Unebenheiten kann auch das Transfermedium noch mit einer flexiblen Beschichtung versehen sein, die auf die Oberfläche des Substrates aufgesetzt ist. Ebenso kann die Oberfläche des Fotoleiters 20 mit eine flexiblen Beschichtung versehen sein. Dann lässt sich der Fotoleiter 20 ohne Verwendung eines Transfermediums 22 direkt auf die Oberfläche des Substrates 23 aufsetzen.
Mit der Aufladung von der zu bedruckenden Seite wird erreicht, dass eine Tonerübertragung weitgehend unabhängig vom Substrat-Material und von der Materialdicke erfolgt. Durch Anpassung der Coronaspannung kann ggf. eine individ uel le An passung an das Su bstratmaterial und an d ie Materialdicke erfolgen.