DE10064558B4

DE10064558B4 - Method for fixing toner on a substrate and machine for printing on a substrate

Info

Publication number: DE10064558B4
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: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: DE10064558A1

Abstract

Verfahren zum Fixieren eines auf ein Substrat, insbesondere Papier oder Karton, übertragenen, aufschmelzbaren Toners, wobei mindestens ein Tonerbild auf das Substrat übertragen und darauf fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass im aufgeschmolzenen TonerbildVibrationen erzeugt werden.Method for fixing a meltable toner transferred to a substrate, in particular paper or cardboard, wherein at least one toner image is transferred to the substrate and fixed thereon, characterized in that vibrations are generated in the melted toner image.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fixieren mindestens eines auf ein Substrat, insbesondere 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 to a substrate, especially paper or cardboard, transferred, meltable toner, according to the generic term of claim 1 and a machine, in particular digital printing or Copy machine, according to the generic term of claim 3.

Ein bekanntes Verfahren ist das elektrostatische Drucken, bei dem ein latentes elektrostatisches Bild durch aufgeladene Tonerpartikel entwickelt wird. Diese werden auf ein Bildempfängersubstrat, im Folgenden kurz Substrat, übertragen. Nachfolgend wird das entwikkelte 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 entsprechenden Einrichtungen, beispielsweise heißen Rollen oder Walzen, gebracht werden. Derartiges ist beispielsweise aus der JP 1-316 780 A und der JP 60-122 975 A bekannt, wobei die verwendeten Walzen mit Hilfe eines Ultraschall-Vibrators zusätzlich in Vibrationen versetzt werden können. Aus der US 53 90 013 und der US 53 39 147 sind zudem Heizeinrichtungen bekannt, bei denen mit dem Tonerbild kontaktierende Heizelemente mittels Ultraschall erhitzt werden. Nachteilig hierbei ist, dass der Aufbau, die Wartung und die Betriebskosten dieser berührend arbeitenden Heizeinrichtungen aufwendig und somit kostenintensiv sind. Mithin ist die Verwendung von Silikonöl als Trennmittel erforderlich, das ein Anhaften des aufgeschmolzenen Toners an der Heizeinrichtung verhindern soll. Ferner ist die durch die berührenden Heizeinrichtungen verursachte Fehlerrate relativ hoch.A known method is electrostatic printing, in which a latent electrostatic image is developed by charged toner particles. These are transferred to an image receiver substrate, hereinafter substrate for short. The developed image and transferred to the substrate is subsequently fixed by heating and melting the toner particles. To melt the toner particles, touching methods are frequently used, in which the toner particles are brought into contact with corresponding devices, for example hot rollers or rollers. Such is known, for example, from JP 1-316 780 A and JP 60-122 975 A, it being possible for the rollers used to be additionally set in vibration using an ultrasonic vibrator. From the US 53 90 013 and the US 53 39 147 Heating devices are also known in which heating elements contacting the toner image are heated by means of ultrasound. The disadvantage here is that the construction, maintenance and operating costs of these touching heating devices are complex and thus cost-intensive. It is therefore necessary to use silicone oil as a release agent, which is intended to prevent the melted toner from adhering to the heating device. Furthermore, the error rate caused by the touching heaters is relatively high.

Zum Fixieren des beispielsweise auf Papier übertragenen Toners sind ferner berührungslos arbeitende Heizeinrichtungen und Verfahren bekannt, bei denen die Tonerpartikel beispielsweise mit Hilfe von Wärme-/Mikrowellenstrahlung oder mit Heißluft geschmolzen werden, damit sie mit dem Papier verkleben. Zum Beispiel ist eine derartige, mit Mikrowellen arbeitende Heizeinrichtung aus der DE 26 45 765 B1 bekannt.For fixing the toner, for example transferred to paper, contactless heating devices and methods are also known in which the toner particles are melted, for example with the aid of heat / microwave radiation or with hot air, so that they stick to the paper. For example, such a heating device working with microwaves is known from US Pat DE 26 45 765 B1 known.

Bei den berührenden und den nicht berührenden Aufschmelzverfahren werden beispielsweise 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 Zustand- 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 gewährleisten zu können, muss die Oberflächentemperatur des Substrats im Bereich der Glasübergangstemperatur des Toners oder darüber liegen. Der Toner erreicht beziehungsweise überschreitet die Glasübergangstemperatur (T_G) bereits im Bereich der Heizeinrichtung.The contacting and non-contacting melting processes use, for example, toners whose glass transition temperature (T _G ) is in a range from 45 ° C. to 75 ° C. The glass transition temperature at which the toner begins to soften, starting from the solid state, 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 aufgeschmolzenen 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 Toneroberfläche aufweist, ist der Glanz entsprechend geringer.The gloss of the fixed toner is essential depends on, to what extent it melted in the molten state. The flatter the toner surface is the bigger the gloss of the toner. melts the toner is insufficient to have an uneven toner surface, the gloss is correspondingly lower.

In manchen Fällen wird dem zu fixierenden Toner soviel Energie zugeführt, um ihn aufzuschmelzen, dass es im Schmelzbad des durch Erwärmung verflüssigten Toners zu Gaseinschlüssen 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, the toner to be fixed fed so much energy to melt it that it liquefied in the melt of the by heating Toner to gas inclusions comes, caused by emerging from the substrate in the form of steam Humidity. Bubble formation in the weld pool is also called "blistering" is called, leads to unwanted ones Bumps in the toner image surface and thus an influence of the toner image gloss.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Maschine der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen eine ebene Tonerbildoberfläche erzielt werden kann.It is an object of the invention To specify methods and a machine of the type mentioned at the outset, with which a flat toner image surface can be achieved.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, das die Merkmale des Anspruchs 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 vernetzen und daher länger werden, wodurch die Glasübergangstenperatur und auch die Viskosität 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 beziehungsweise Tonerbildes, wie vorstehend beschrieben, wird im Folgenden kurz als das Fixieren des Toners bezeichnet.A method is proposed to solve the problem, having the features of claim 1. The procedure is for Fixing at least one toner transferred to a substrate. The substrate can be, for example, an arc or a continuous path made of paper or cardboard. The toner that is both a dry toner and also a liquid toner can be melted, that is, it becomes liquid when over its Glass transition temperature heated becomes. The toner can include at least one polymer and color pigments as well as other ingredients and be curable. In connection with the present invention under the "curing" of the toner understood that this toner is on or above its glass transition point is heated so that the toner particles fuse together Network polymer chains with each other and therefore become longer, which increases the glass transition temperature and also the viscosity of the toner become larger. These property changes to lead that the toner is no longer on the substrate after a certain chain length melts, rather rubber-like properties having. This crosslinking of the toner material is referred to as "curing". Melting and curing the toner or toner image, as described above, is hereinafter referred to as fixing the toner.

Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im aufgeschmolzenen Tonerbild Vibrationen erzeugt werden. Diese Vibrationen unterstützen den Austrag von Luft- und/oder Was serblasen in dem aufgeschmolzenen Tonerbild, was insbesondere bei Tonerbildern vorteilhaft 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 Tonerschichten verbessert werden.The process is characterized by this that vibrations are generated in the melted toner image. Support these vibrations the discharge of air and / or water bubbles in the melted Toner image, which is particularly advantageous for toner images that one or more toner layers with a relatively large thickness exhibit. Support further the vibrations the flowing away of the melted toner, so a very smooth, flat toner surface is realized that has a high gloss. Through the vibrations can therefore also easily target the gloss of the toner image to be influenced. If the toner image has several, if necessary layers of toner formed from different toners, the connection be improved between the individual toner layers.

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, beispielsweise indem das aufgeschmolzene Tonerbild mit Ultraschall beaufschlagt wird. Durch die Vibrationen im Tonerschmelzbad können sich auf der Oberfläche des Tonerbildes Mikrowellen bilden, die die Oberflächenrauigkeit und somit den Glanz des Tonerbildes beeinflussen. Durch Beeinflussen der Amplitude des Ultraschalls kann daher eine Steuerung des Tonerbildglanzes realisiert werden.In a preferred embodiment the vibrations in the melted toner image are reduced using a corresponding vibration generating device, which preferably neither with the melted toner image nor with the substrate mechanical Has contact. The vibrations are therefore non-contact generated in the toner melting bath, for example by melting the Ultrasound is applied to the toner image. Through the vibrations in the toner melting bath themselves on the surface of the toner image form microwaves, the surface roughness and thus affect the gloss of the toner image. By influencing The amplitude of the ultrasound can therefore be controlled by the toner image gloss will 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 entsprechend geringer als der eines nach der ersten Ausführungsvariante des Verfahrens fixierten Tonerbild.In an advantageous embodiment the method provides that after the "outgassing process" completed, no more vibrations are generated in the toner melt bath be so that with a corresponding liquid phase of the toner image the on its surface smooth microwaves formed can, so that a high gloss can be achieved. According to another embodiment it is envisaged that the microwave formation on the toner image surface by vary the vibrations is deliberately influenced, so that on the toner image surface a desired one Roughness sets. This condition is then when the Toner or by progressive crosslinking of the polymer chains of the toner almost frozen. The gloss of the toner image is thereby correspondingly less than that of the first embodiment process fixed 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 mindestens eines Toners ein Substrat beschichtet oder ein Tonerbild auf ein Substrat übertragen und dort fixiert wird.In a preferred embodiment is the inventive method in connection with or as part of a digital printing or copier can be used, i.e. a machine that, for example after the electrographic or electrophotographic process is working. The method can basically be used wherever with With the help of at least one toner coated or a substrate Transfer the toner image onto a substrate and is fixed there.

Zur Lösung der Aufgabe wird auch eine Maschine, insbesondere digitale Druck- oder Kopiermaschine, 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 Vibrationseinrichtung zum Erzeugen von Vibrationen im aufgeschmolzenen Toner aus. Die von der im Bereich der Fixiereinrichtung angeordnete oder in die Fixiereinrichtung integrierte Vibrationseinrichtung 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.To solve the problem too a machine, in particular a digital printing or copying machine, preferably electrographic or electrophotographic printing or copying machine, for printing on a substrate using at least proposed a toner having the features of claim 3. The machine comprises a fixing device with at least one heating device for melting the toner image transferred onto the substrate. The Machine is characterized by a vibrating device for generating from vibrations in the melted toner. The one in the area arranged in the fixing device or in the fixing device Vibrations generated by the integrated vibration device lead to a improved discharge of air and / or Water bubble inclusions in the toner melted with the help of the heating device. It can therefore, the gloss of the toner image is easily influenced become.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vibrationseinrichtung eine Ultraschalleinrichtung zum Beaufschlagen des aufgeschmolzenen Toners mit Ultraschallwellen 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 beeinflussbar.After a further development of the invention it is provided that the vibration device is an ultrasonic device to apply ultrasonic waves to the melted toner having. Ultrasound turns the liquid toner material into vibrations stimulated. By controlling the amplitude of the ultrasound as well as the The beginning and the end of the ultrasound exposure is the shine of the toner image can be influenced in a targeted manner.

In bevorzugter Ausführungsform ist die Heizeinrichtung derart ausgebildet, dass sie den auf das Substrat übertragenen Toner berührungslos aufschmilzt. Mit Hilfe der Heizeinrichtung 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 transfers the one transferred to the substrate Contactless toner melts. With the help of the heating device, for example, electromagnetic Radiation, microwave radiation and / or hot air for melting the Toner can be applied to the substrate.

Claims

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

A method according to claim 1, characterized in that the Vibrations without mechanical contact to the melted toner image and / or the substrate are generated.

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

Machine according to claim 3, characterized in that the vibration device an ultrasonic device to act on the melted Has toner with ultrasonic waves.