DE10064558A1

DE10064558A1 - Fixing toner applied to paper or card by setting up vibrations in the melted toner image e.g. by applying ultrasonic waves

Info

Publication number: DE10064558A1
Application number: DE10064558A
Authority: DE
Inventors: Domingo Rohde
Original assignee: NexPress Solutions LLC
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: DE10064558B4

Abstract

Vibrations are set up in the melted toner image. The vibrations are produced without mechanical contact with the melted toner image and/or the substrate (paper or card). An ultrasound device may be used to apply ultrasonic waves to the melted toner. An Independent claim is included for a digital printer or copier, including a vibration device for generating vibrations in the melted toner.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fixieren mindestens eines auf ein Substrat, ins besondere Papier oder Karton, übertragenen, aufschmelzbaren Toners, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Maschine, insbesondere digitale Druck- oder Kopiermaschine, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 3.The invention relates to a method for fixing at least one on a substrate, ins special paper or cardboard, transferred, fusible toner, according to the generic term of claim 1 and a machine, in particular digital printing or copying machine, according to the preamble of claim 3.

Ein bekanntes Verfahren ist das elektrostatische Drucken, bei dem ein latentes elektrostati sches Bild durch aufgeladene Tonerpartikel entwickelt wird. Diese werden auf ein Bil dempfängersubstrat, im Folgenden kurz Substrat, übertragen. Nachfolgend wird das ent wickelte und auf das Substrat übertragene Bild fixiert, indem die Tonerpartikel erhitzt und aufgeschmolzen werden. Zum Aufschmelzen der Tonerpartikel werden häufig berührende Verfahren eingesetzt, bei denen die Tonerpartikel in Berührungskontakt mit entsprechen den Einrichtungen, beispielsweise heißen Rollen oder Walzen, gebracht werden. Nachteilig hierbei ist, dass der Aufbau, die Wartung und die Betriebskosten dieser berührend arbei tenden Heizeinrichtungen aufwendig und somit kostenintensiv sind. Mithin ist die Ver wendung von Silikonöl als Trennmittel erforderlich, das ein Anhaften des aufgeschmolze nen Toners an der Heizeinrichtung verhindern soll. Ferner ist die durch die berührenden Heizeinrichtungen verursachte Fehler rate relativ hoch.A known method is electrostatic printing, in which a latent electrostatic is developed by charged toner particles. These are on a bil the receiving substrate, hereinafter referred to as substrate. This is explained below wrapped and fixed image transferred to the substrate by heating the toner particles and be melted. To melt the toner particles are often touching Process used in which the toner particles correspond in contact with the facilities, such as hot rolls or rollers, brought. adversely here is that the construction, maintenance and operating costs of these are touching heating devices are complex and therefore costly. So the Ver Use of silicone oil as a release agent is necessary to ensure that the melted adhesive prevent toner on the heater. Furthermore, the touching Heaters caused errors rate relatively high.

Zum Fixieren des beispielsweise auf Papier übertragenen Toners sind ferner berührungslos arbeitende Heizeinrichtungen und Verfahren bekannt, bei denen die Tonerpartikel bei spielsweise mit Hilfe von Wärme-/Mikrowellenstrahlung oder mit Heißluft geschmolzen werden, damit sie mit dem Papier verkleben.To fix the toner, for example transferred to paper, are also contactless working heaters and processes known in which the toner particles for example with the help of Heat / microwave radiation or with hot air are melted so that they with the Glue paper.

Bei den berührenden und den nicht berührenden Aufschmelzverfahren werden beispiels weise Toner verwendet, deren Glasübergangstemperatur (T_G) in einem Bereich von 45°C bis 75°C liegt. Die Glasübergangstemperatur, in der der Toner - ausgehend vom festen Zu stand - beginnt weich zu werden, ist durch die Wahl der Rohstoffe und durch Zugabe von bestimmten Zusätzen zu dem Toner beeinflussbar. In einer mindestens eine Heizeinrich tung aufweisenden Fixiereinrichtung für den Toner wird sowohl der Toner als auch das Substrat selbst aufgeheizt. Um eine gute Fixierung des Toners auf dem Substrat gewährlei sten zu können, muss die Oberflächentemperatur des Substrats im Bereich der Glasübergangstemperatur des Toners oder darüber liegen. Der Toner erreicht beziehungsweise über schreitet die Glasübergangstemperatur (T_G) bereits im Bereich der Heizeinrichtung.In the contacting and non-contacting melting processes, for example, toners are used whose glass transition temperature (T _G ) is in a range from 45 ° C. to 75 ° C. The glass transition temperature at which the toner - starting from the solid state - begins to become soft can be influenced by the choice of raw materials and by the addition of certain additives to the toner. In a fixing device for the toner having at least one heating device, both the toner and the substrate itself are heated. In order to ensure a good fixation of the toner on the substrate, the surface temperature of the substrate must be in the range of the glass transition temperature of the toner or above. The toner already reaches or exceeds the glass transition temperature (T _G ) in the area of the heating device.

Der Glanz des fixierten Toners ist maßgeblich davon abhängig, inwieweit er im aufge schmolzenen Zustand zerflossen ist. Je ebener die Toneroberfläche ist, desto größer ist der Glanz des Toners. Zerfließt der Toner nur unzureichend, so dass er eine unebene Toner oberfläche aufweist, ist der Glanz entsprechend geringer.The gloss of the fixed toner largely depends on the extent to which it is applied melted state has melted. The flatter the toner surface, the larger it is Luster of the toner. The toner runs out insufficiently, making it an uneven toner surface, the gloss is correspondingly lower.

In manchen Fällen wird dem zu fixierenden Toner soviel Energie zugeführt, um ihn aufzu schmelzen, dass es im Schmelzbad des durch Erwärmung verflüssigten Toners zu Gasein schlüssen kommt, hervorgerufen durch aus dem Substrat in Form von Dampf austretende Feuchtigkeit. Die Blasenbildung im Schmelzbad, wird auch als "blistering" bezeichnet wird, führt zu nicht gewünschten Unebenheiten in der Tonerbildoberfläche und somit zu einer Beeinflussung des Tonerbildglanzes.In some cases, so much energy is supplied to the toner to be fixed that it is consumed melt that there is gas in the melt pool of the toner liquefied by heating conclusions, caused by steam escaping from the substrate Humidity. Bubble formation in the weld pool is also known as "blistering" leads to undesirable unevenness in the toner image surface and thus to an influence on the toner image gloss.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Maschine der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen die obengenannten Nachteile vermieden werden können.It is an object of the invention, a method and a machine of the aforementioned Specify the type in which the above disadvantages can be avoided.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, das die Merkmale des An spruchs 1 aufweist. Das Verfahren dient zum Fixieren mindestens eines auf ein Substrat übertragenen Toners. Das Substrat kann beispielsweise ein Bogen oder eine kontinuierliche Bahn, bestehend aus Papier oder Karton, sein. Der Toner, der sowohl ein Trockentoner als auch ein Flüssigtoner sein kann, ist aufschmelzbar, das heißt, er wird flüssig, wenn über seine Glasübergangstemperatur erwärmt wird. Der Toner kann unter anderem mindestens ein Polymer und Farbpigmente sowie weitere Inhaltsstoffe aufweisen und aushärtbar sein. Im Zusammenhang mit der hier vorliegenden Erfindung wird unter dem "Aushärten" des Toners verstanden, dass dieser Toner auf oder über seinen Glasumwandlungspunkt hinaus erhitzt wird, so dass die Tonerteilchen verschmelzen, die Polymerketten miteinander ver netzen und daher länger werden, wodurch die Glasübergangstemperatur und auch die Vis kosität des Toners größer werden. Diese Eigenschaftsänderungen führen dazu, dass der Toner ab einer bestimmten Kettenlänge nicht mehr auf dem Substrat zerfließt, sondern eher gummiähnliche Eigenschaften aufweist. Diese Vernetzung des Tonermaterials wird als "Aushärten" bezeichnet. Das Aufschmelzen und das Aushärten des Toners beziehungswei se Tonerbildes, wie vorstehend beschrieben, wird im Folgenden kurz als das Fixieren des Toners bezeichnet.To solve the problem, a method is proposed that the characteristics of the An has claim 1. The method serves to fix at least one on a substrate transferred toner. The substrate can be, for example, an arc or a continuous one Web, consisting of paper or cardboard. The toner that is both a dry toner and A liquid toner can also be melted, which means that it becomes liquid when over its glass transition temperature is heated. Among other things, the toner can at least a polymer and color pigments and other ingredients and be curable. In connection with the present invention, the "curing" of the Toners understood that this toner was at or beyond its glass transition point is heated so that the toner particles fuse, the polymer chains ver together wet and therefore become longer, whereby the glass transition temperature and the Vis of the toner. These property changes mean that the From a certain chain length, toner no longer flows on the substrate, but rather rubber-like properties. This networking of the toner material is called "Hardening" called. The melting and curing of the toner, respectively This toner image, as described above, is hereinafter briefly referred to as the fixing of the Referred to as toner.

Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im aufgeschmolzenen Tonerbild Vibratio nen erzeugt werden. Diese Vibrationen Unterstützen den Austrag von Luft- und/oder Wasserblasen in dem aufgeschmolzenen Tonerbild, was insbesondere bei Tonerbildern vorteil haft ist, die eine oder mehrere Tonerschichten mit einer relativ großen Dicke aufweisen. Ferner Unterstützen die Vibrationen das Zerfließen des aufgeschmolzenen Toners, so eine sehr glatte, ebene Toneroberfläche realisiert werden kann, die einen hohen Glanz aufweist. Durch die Vibrationen kann daher ohne weiteres auch der Glanz des Tonerbildes gezielt beeinflusst werden. Weist das Tonerbild mehrere, gegebenenfalls aus verschiedenen Tonern gebildete Tonerschichten auf, kann die Verbindung zwischen den einzelnen Toner schichten verbessert werden.The process is characterized in that vibratio in the melted toner image NEN are generated. These vibrations support the discharge of air and / or water bubbles in the melted toner image, which is particularly advantageous for toner images is adherent, which have one or more toner layers with a relatively large thickness. Furthermore, the vibrations help the melted toner to flow away very smooth, flat toner surface can be realized, which has a high gloss. The vibrations can therefore also easily target the gloss of the toner image to be influenced. If the toner image has several, possibly different ones Toners formed on toner layers, the connection between the individual toners layers can be improved.

In bevorzugter Ausführungsform werden die Vibrationen im aufgeschmolzenen Tonerbild mit Hilfe einer entsprechenden Vibrationserzeugungseinrichtung erzeugt, die vorzugsweise weder mit dem aufgeschmolzenen Tonerbild noch mit dem Substrat mechanischen Kontakt aufweist. Die Vibrationen werden also berührungslos im Tonerschmelzbad erzeugt, bei spielsweise indem das aufgeschmolzene Tonerbild mit Ultraschall beaufschlagt wird. Durch die Vibrationen im Tonerschmelzbad können sich auf der Oberfläche des Tonerbil des Mikrowellen bilden, die die Oberflächenrauigkeit und somit den Glanz des Tonerbildes beeinflussen. Durch Beeinflussen der Amplitude des Ultraschalls kann daher eine Steue rung des Tonerbildglanzes realisiert werden.In a preferred embodiment, the vibrations in the melted toner image generated with the help of a corresponding vibration generator, which preferably neither with the melted toner image nor with the substrate mechanical contact having. The vibrations are generated in a contactless manner in the toner melting bath, at for example by applying ultrasound to the melted toner image. The vibrations in the toner melt pool can affect the surface of the toner image of the microwaves form the surface roughness and thus the gloss of the toner image influence. By influencing the amplitude of the ultrasound, a control can therefore tion of the toner image gloss can be realized.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass nachdem der "Ausgasvorgang" abgeschlossen ist, keine Vibrationen mehr im Tonerschmelzbad erzeugt werden, so dass sich bei entsprechender flüssiger Phase des Tonerbildes die auf seiner Oberfläche gebildeten Mikrowellen glätten können, so dass ein hoher Glanz erzielbar ist. Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikrowellenbildung auf der Tonerbildoberfläche durch variieren der Vibrationen gezielt beeinflusst wird, so dass sich auf der Tonerbildoberfläche eine gewünschte Rauhigkeit einstellt. Dieser Zustand wird dann beim Abkühlen des Toners beziehungsweise durch fortschreitende Vernetzung der Polymerketten des Toners quasi eingefroren. Der Glanz des Tonerbildes ist dadurch ent sprechend geringer als der eines nach der ersten Ausführungsvariante des Verfahrens fi xierten Tonerbild.In an advantageous embodiment of the method it is provided that after the "Outgassing" is completed, no more vibrations are generated in the toner melt are so that the corresponding liquid phase of the toner image on the Surface microwaves can smooth so that a high gloss can be achieved. According to another embodiment it is provided that the microwave formation on the Toner image surface is influenced by varying the vibrations in a targeted manner, so that sets a desired roughness on the toner image surface. This condition will then when the toner cools down or through progressive crosslinking of the Polymer chains of the toner are almost frozen. The gloss of the toner image is thereby ent speaking less than that fi after the first embodiment of the method xed toner image.

In bevorzugter Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit oder als Bestandteil einer digitalen Druck- oder Kopiermaschine einsetzbar, also einer Maschine, die beispielsweise nach dem elektrographischen oder elektrophotographischen Prozess arbeitet. Das Verfahren ist grundsätzlich überall dort einsetzbar, wo mit Hilfe min destens eines Toners ein Substrat beschichtet oder ein Tonerbild auf ein Substrat übertra gen und dort fixiert wird. In a preferred embodiment, the method according to the invention is related can be used with or as part of a digital printing or copying machine, i.e. one Machine, for example, according to the electrographic or electrophotographic Process works. The method can basically be used wherever min least a toner coated a substrate or transferred a toner image to a substrate and fixed there.

Zur Lösung der Aufgabe wird auch eine Maschine, insbesondere digitale Druck- oder Ko piermaschine, vorzugsweise elektrographische oder elektrophotographische Druck- oder Kopiermaschine, zum Bedrucken eines Substrats unter Verwendung mindestens eines Toners vorgeschlagen, die die Merkmale des Anspruchs 3 aufweist. Die Maschine umfasst eine Fixiereinrichtung mit mindestens einer Heizeinrichtung zum Aufschmelzen des auf das Substrat übertragenen Tonerbilds. Die Maschine zeichnet sich durch eine Vibrations einrichtung zum Erzeugen von Vibrationen im aufgeschmolzenen Toner aus. Die von der im Bereich der Fixiereinrichtung angeordnete oder in die Fixiereinrichtung integrierte Vi brationseinrichtung erzeugten Vibrationen führen zu einem verbesserten Austrag von Luft- und/oder Wasserblaseneinschlüssen im mit Hilfe der Heizeinrichtung aufgeschmolzenen Toner. Es kann daher der Glanz des Tonerbildes ohne weiteres gezielt beeinflusst werden.A machine, in particular digital printing or knockout, is also used to solve the problem pier machine, preferably electrographic or electrophotographic printing or Copier, for printing on a substrate using at least one Proposed toner, which has the features of claim 3. The machine includes a fixing device with at least one heating device for melting the the substrate transferred toner image. The machine is characterized by a vibration device for generating vibrations in the melted toner. The of the Vi arranged in the area of the fixing device or integrated in the fixing device Vibrations generated vibrations lead to an improved discharge of air and / or inclusions of water bubbles in the melted with the help of the heating device Toner. The gloss of the toner image can therefore easily be influenced in a targeted manner.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vibrationseinrichtung eine Ultraschalleinrichtung zum Beaufschlagen des aufgeschmolzenen Toners mit Ultra schallwellen aufweist. Mittels des Ultraschalls wird das flüssige Tonermaterials zum Schwingen angeregt. Durch Steuerung der Amplitude des Ultraschalls sowie den Beginn und das Ende der Ultraschallbeaufschlagung ist der Glanz des Tonerbildes gezielt beein flussbar.According to a development of the invention, it is provided that the vibration device an ultrasound device for applying the melted toner with Ultra has sound waves. By means of ultrasound, the liquid toner material becomes Swing excited. By controlling the amplitude of the ultrasound as well as the start and the end of the ultrasound exposure specifically affects the gloss of the toner image flussbar.

In bevorzugter Ausführungsform ist die Heizeinrichtung derart ausgebildet, dass sie den auf das Substrat übertragenen Toner berührungslos aufschmilzt. Mit Hilfe der Heizein richtung kann beispielsweise elektromagnetische Strahlung, Mikrowellenstrahlung und/oder heiße Luft zum Aufschmelzen des Toners auf das Substrat aufgebracht werden.In a preferred embodiment, the heating device is designed such that it the toner transferred onto the substrate melts without contact. With the help of the heater direction can be, for example, electromagnetic radiation, microwave radiation and / or hot air to melt the toner are applied to the substrate.

Claims

1. A method for fixing a meltable toner onto a substrate, in particular paper or cardboard, wherein at least one toner image is transferred to and fixed on the substrate, characterized in that vibrations are generated in the melted toner image.

2. The method according to claim 1, characterized, that the vibrations have no mechanical contact with the melted toner image and / or the substrate are generated.

3. Machine, in particular digital printing or copying machine, for printing on one Substrate using at least one toner that has a fixing device at least one heating device for melting the transferred onto the substrate Toner image includes marked by a vibration device for generating vibrations in the melted toner.

4. Machine according to claim 3, characterized, that the vibrating device is an ultrasonic device for applying the having melted toner with ultrasonic waves.