DE10053585C2 - "Vorrichtung zum elektrofotografischen Bedrucken von Substraten" - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrofotografischen Bedrucken von Substraten, insbesondere plattenförmigen Werkstücken, bei der ein entwickeltes Tonerbild von einem walzenförmigen Fotoleiter auf ein Substrat übertragbar ist.

Die DE 196 46 348 A1 zeigt eine derartige Vorrichtung, bei der der walzenför­ mige Fotoleiter ein starres Tragteil besitzt, auf das eine nachgiebige Beschich­ tung aufgebracht ist. Diese Beschichtung ist von einer fotoleitfähigen Schicht überzogen. Die flexible Beschichtung ist elektrisch leitend ausgebildet und hierzu mit einem antistatischen Material dotiert.

Der Grundaufbau des walzenförmigen Fotoleiters aus einem Grundkörper mit darauf aufgebrachter flexibler Beschichtung ist auch aus der US 3,994,726 bekannt. Die flexible Beschichtung ist unter Zwischenlage einer Leitschicht von einer fotoleitfähigen Schicht umgeben.

Diese bekannten Fotoleiter sind kompliziert im Aufbau und in der Herstellung, da sie mehrere Schichten aufweisen, die die Lebensdauer des Fotoleiters nachteilig beeinflussen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art den Fotoleiter so auszubilden, dass auf eine gesonderte leitfähige Beschichtung verzichtet werden kann, was zu einem über längere Zeit stabilen Aufbau führt und dass geringe Unebenheiten des Substrates ausgeglichen werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, das der Fotoleiter auf einem starren Tragteil eine flexible Beschichtung aufweist, dass über der flexi­ blen Beschichtung eine fotoleitfähige Schicht angeordnet ist, dass die flexible Beschichtung in ihrem radial außenliegenden Oberflächenbereich elektrisch leitend dotiert ist und dass die elektrische Leitfähigkeit dieses Oberflächen­ bereiches höher ist, als die des darunter liegenden Bereiches.

Da die elektrische leitfähige Schicht einstückig in die flexible Beschichtung integriert ist, fällt sie als gesonderte Schicht im Aufbau des walzenförmigen Fotoleiters weg, was die Stabilität und damit die Lebensdauer des Fotoleiters erhöht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Tragteil aus einem rohrförmigen Körper mit ausreichender Stabilität, beispielsweise beste­ hend aus Gusseisen, Edelstahl, Aluminium, kohlenfaserverstärktem Kunststoff (CFK), glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder Keramikmaterial (z. B. Al₂O₃) gebildet ist. Das Tragteil weist dann eine ausreichende Stabilität auf.

Die flexible Beschichtung kann aus unterschiedlichen Materialien, nämlich aus Kautschuk-, Silikon-, Neopren- oder Silikonschaum-, Urethan-, Acryl-, Vinyl-, oder EPDM-Material bestehen. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass eine gleichmäßige und nahezu vollständige Tonerübertragung auf das Substrat mög­ lich wird. Vor allem EPDM-Material ist sehr gut als Material für eine flexible Beschichtung geeignet. Die vorgenannten Kunststoff-Materialien haben hohe elastische Rückstellkräfte. Sie eignen sich insbesondere deswegen, weil sie über lange Zeit ermüdungsfrei arbeiten.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die flexible Beschichtung an ihrem Außenumfang zylindrisch ausgebildet ist, sich um den Außenmantel des Trag­ teils herum erstreckt und mit diesem verbunden ist.

Die Aufbringung der flexiblen Beschichtung ist so vorgenommen, dass die flexible Beschichtung stoffschlüssig mit dem Tragteil verbunden, insbesondere aufvulkanisiert, ist.

Es kann auch vorgesehen sein, dass das Tragteil elektrisch leitend ist, dann kann die Ladung von der flexiblen Beschichtung in das Tragteil überführen. Hier kann sie dann mit üblichen Ladungsableitvorrichtungen abgeführt werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die fotoempfindliche Schicht von einer dielektrischen Ladungstransportschicht überdeckt ist. Diese dielektrische Ladungstransportschicht muss die Verformun­ gen der flexiblen Beschichtung ebenfalls durchführen können und darf beim Auftreffen des Fotoleiters nicht beschädigt werden. Diese Anforderungen erfüllen insbesondere folgende Materialien, die für die Isolatorschicht verwendet werden können: Polyacryl-, Icer-Plus-, Carborid-, Ormorere- oder PTFE-Material.

Besonders hervorgehoben kann dabei das Material PTFE werden. Zur Erzielung gleichmäßiger Oberflächen wird dies im Sprühverfahren aufgetragen.

Die fotoempfindliche Schicht kann eine organische oder anorganische Halb­ leiterschicht oder eine dünne amorphe Silizium-Schicht, ggf. dotiert, sein oder aus Seien, Germanium, Kupfer-Indium-Diselenit (CIS) bestehen. Selen- und amorphe Siliziumbeschichtungen reagieren schon bei sehr geringen Lichtmen­ gen.

Es hat sich gezeigt, dass die flexible Beschichtung dann eine hohe Transferrate bei gleichzeitig guten Toleranzausgleichseigenschaften unterstützt, wenn sie eine Shorehärte A im Bereich von 25 bis 60 aufweist. Die Schichtdicke der flexiblen Beschichtung sollte insbesondere bei der Bedruckung von Glaswerk­ stoffen größer als 5 mm sein.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Seitendarstellung und im Schnitt eine Vorrichtung zum elek­ trofotografischen Bedrucken von Substraten und

Fig. 2 in schematischer Darstellung und im Vertikalschnitt einen Foto­ leiter der Vorrichtung gemäß der Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der plattenförmige Substrate 31 be­ druckt werden können. Die Substrate 31 sind unter Zwischenlage einer Isolier­ schicht 17 auf eine Transportvorrichtung 30 aufgelegt. Die Transportvorrich­ tung 30 kann beispielsweise ein linear verschiebbarer Tisch oder ein Förder­ band sein. Dem Substrat 31 ist eine Ladecorona 16 zugeordnet. Diese Lade­ corona 16 bringt in die Oberfläche des Substrates 31 eine positive Ladung ein.

Die Isolierschicht 17 besteht beispielsweise aus einer Mylar-Folie oder einem ähnlichen Material mit sehr guten elektrisch isolierenden Eigenschaften und gleichzeitiger mechanischer Widerstandsfähigkeit.

Oberhalb des Substrates ist ein elektrofotografisches System angeordnet. Die­ ses weist eine Entwicklereinheit 10 auf, die in bekannter Weise aufgebaut ist. In der Entwicklereinheit 10 ist ein Toner bevorratet. Die Entwicklereinheit 10 besitzt eine Entwicklertrommel 15, über die der Toner einem Fotoleiter 20 zugeleitet wird. Der Aufbau des Fotoleiters 20 lässt sich näher der Fig. 2 ent­ nehmen.

Wie diese Darstellung veranschaulicht, ist der Fotoleiter 20 walzenförmig aus­ gebildet und weist ein innenliegendes Tragteil 21 auf. Das Tragteil 21 ist als Rohr ausgebildet und besteht aus Aluminium. Gegebenenfalls kann der Kern auch noch aus Glas- oder Kohlefaser-verstärktem Kunststoff bzw. aus Keramik bestehen. Auf das Tragteil 21 ist eine flexible Beschichtung 22 aufgebracht. Die flexible Beschichtung 22 besteht vorliegend aus einem leitfähigem EPDM-Mate­ rial. Die Schichtdicke sollte mindestens 5 mm betragen, vorliegend wurde eine Schichtdicke von 20 mm gewählt. Die Härte der flexiblen Beschichtung 22 liegt im Bereich zwischen 25 und 60 Shorehärte A.

Die flexible Beschichtung 22 legt sich ringförmig um das Tragteil 21 und ist mit diesem stoffschlüssig verbunden. Der Außenumfang der flexiblen Beschichtung 22 ist von einem Schichtaufbau 23 umgeben. Der Schichtaufbau 23 ist dabei in der Wirkung dreilagig. In die flexible Beschichtung 22 ist zunächst eine elek­ trisch leitende Schicht aus Graphit oder Aluminium eindotiert. Die Dotierung der flexiblen Beschichtung 22 mit elektrischen, an deren Oberfläche leitfähigen Substanzen beschränkt sich auf die Außenbereiche der Beschichtung 22.

Damit kommen der flexiblen Zwischenschicht zwei Aufgaben zu:
Zum einen muss sie eine elektrisch leitende Verbindung zur flexiblen Beschich­ tung 22 herstellen. Zum anderen muss sie einen Toleranzausgleich durchführen können.

Über die flexible Zwischenschicht ist eine fotoempfindliche Schicht, beispiels­ weise eine OPC-Beschichtung (OPC = Organic photo conductor) gegeben. Diese wiederum ist von einer Isolatorschicht umhüllt. Die Isolierschicht besteht vorzugsweise aus einem PTFE-Material. Dieses wird zur Erreichung einer gleich­ mäßigen Schichtdicke im Sprühverfahren aufgebracht.

Die einzelnen Schichten des Fotoleiters 20 sind elektrisch leitend ausgebildet. Wie Fig. 1 erkennen lässt, kann über eine Belichtungsvorrichtung 11 die foto­ empfindliche Schicht des Schichtaufbaues 23 belichtet werden. Es entsteht dann in bekannter Weise ein latentes elektrostatisches Ladungsbild. Infolge dieses Ladungsbildes können über elektrostatische Vorgänge Tonerteilchen von der Entwicklertrommel 15 auf die äußere Leiterschicht des Fotoleiters 20 auf­ gebracht werden.

Wie Fig. 1 erkennen lässt, setzt der Fotoleiter 20 entlang einer linien- oder streifenförmigen Kontaktzone auf der Oberfläche des Substrates 31 auf. Die Transportvorrichtung 30 wird synchron mit dem Antrieb des Fotoleiters 20 ge­ steuert. Dabei dreht sich der Fotoleiter 20 um seine Mittellängsachse im Uhr­ zeigersinn. Bei der Rotation des Fotoleiters 20 wird der auf der Fotoleiter-Au­ ßenfläche befindliche Toner auf die Oberfläche des Substrates 31 übertragen. Die Übertragungsvorgänge werden dabei von der Ladecorona 16 unterstützt, die eine Ladung in das Substrat 31 einbringt. Diese Ladung des Substrates 31 ist dabei entgegengesetzt der Ladung, die in der fotoempfindlichen Schicht vor­ herrscht.

Wenn nun in der Oberfläche des Substrates 31 Oberflächenunebenheiten vorlie­ gen, so vermag die flexible Beschichtung 22 des Fotoleiters 20 diese auszu­ gleichen. Dabei können insbesondere punktuelle Unebenheiten in der Oberfläche ausgeglichen werden. Darüber hinaus können auch bis zu einem gewissen Grad flächige Unebenheiten ausgeglichen werden. Diese entstehen dann, wenn die fehlerhafte Oberflächenstruktur des Substrates 31 gegenüber der Mittellängs­ achse des Fotoleiters 20 geneigt ist.

Im Anschluss an die Kontaktzone des Fotoleiters 20 mit dem Substrat 31 wird der Fotoleiter 20 an seiner Außenseite mittels einer Reinigungseinheit 14 von verbleibenden Tonerresten befreit. Ein anschließendes Löschlicht 13 entlädt die fotoempfindliche Schicht. Die fotoempfindliche Schicht wird dann mittels einer Ladecorona wieder auf eine einheitliche Ladungsstruktur gebracht, so dass sie von der Belichtungsvorrichtung 11 erneut mit einem elektrostatischen Ladungs­ bild versehen werden kann.

Im Folgenden werden einige Beispiele angeführt, die bevorzugte Anwendungen der vorstehend beschriebenen Vorrichtung näher erläutern:

• 1. Bedruckung von plattenförmigem Glas-, Glaskeramik- oder Keramik-Werk­ stoff mit keramischen Tonern zu Dekorationszwecken:
  Der Toner wird nach dem Bedrucken in der Regel vorfixiert und anschlie­ ßend bei Temperaturen zwischen 500 und 1000°C eingebrannt. Anwen­ dungsbeispiele sind: dekorierte Glaskeramik-Kochflächen, dekorierte Glaskeramik-Kaminsichtscheiben, dekorierte Glasprodukte, wie Herdvor­ satzscheiben, Bedienpanels, Duschkabinengläser, Glasschilder, Glastüren, Glasfliesen, Möbelgläser etc., dekorierte Keramik-Artikel wie Fliesen.
• 2. Bedruckung von plattenförmigen Kunststoff-Werkstoffen oder Glas- bzw. Glaskeramik-Werkstoffen mit thermoplastischen und/oder duroplastischen Tonern zu Dekorationszwecken. Der Toner wird nach dem Bedrucken in der Regel vorfixiert und anschließend bei Temperaturen von 120 bis 200°C, vorzugsweise bei 150 bis 180°C eingebrannt. Anwendungs­ beispiele sind: dekorierte Kunststoff-Oberflächen aus Thermoplast oder duroplastischem Material, wie beispielsweise Kunststoffoberflächen im Möbel- oder Hausgerätebereich, Tischplatten, Fassadenplatten, oder Glas-Werkstoffe, wie beispielsweise Schilder.
• 3. Bedrucken von Glas-, Glaskeramik- oder Kunststoffoberflächen zur geziel­ ten Modifikation der Oberflächeneigenschaften, beispielsweise zur Be­ druckung von elektrischen leitfähigen Schichten oder dergleichen. Mit dieser Anordnung können insbesondere plattenförmige Werkstoffe mit leichten Unebenheiten, insbesondere Glas- oder Glaskeramik-Substrate, effektiv bedruckt werden. Durch Anpassung der Shore-Härtung der flexiblen Beschichtung können auch leicht strukturierte Oberflächen, z. B. genoppte Oberflächen oder Platinen mit bereits vorhandenen Leiterbah­ nen, sicher bedruckt werden. Ohne Beschränkung lassen sich damit auch Papier, Pappe, Kunststofffolien, Metallfolien etc. bedrucken.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum elektrofotografischen Bedrucken von Substraten (31), insbesondere plattenförmigen Werkstücken, bei der ein entwickeltes Tonerbild von einem walzenförmigen Fotoleiter (20) auf ein Substrat übertragbar ist, wobei
der Fotoleiter (20) auf einem starren Tragteil (21) eine flexible Beschich­ tung (22) aufweist,
über der flexiblen Beschichtung (22) eine fotoleitfähige Schicht angeord­ net ist und
die flexible Beschichtung (22) in ihrem radial außenliegenden Oberflä­ chenbereich elektrisch leitend dotiert ist, und wobei die elektrische Leit­ fähigkeit dieses Oberflächenbereichs höher ist, als die des darunter lie­ genden Bereiches.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Tragteil (21) aus einem rohrförmigen, steifen Körper, beste­ hend aus Gusseisen, Edelstahl, Aluminium, kohlenstoffverstärktem Kunststoffteil (CFK), glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder Kera­ mikmaterial gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der auf das Tragteil (21) als flexible Beschichtung (22) eine Schicht aus Kautschuk, Silikon-, Neopren- oder Silikonschaum-, Urethan-, Acryl-, Vinyl, oder EPDM-Material aufgebracht ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die flexible Beschichtung (22) an ihrem Außenumfang zylindrisch ausgebildet ist, sich um den Außenmantel des Tragteils (21) herum erstreckt und mit diesem verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die flexible Beschichtung (22) stoffschlüssig mit dem Tragteil (21) verbunden, insbesondere aufvulkanisiert, ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die fotoempfindliche Schicht von einer dielektrischen Ladungs­ transportschicht überdeckt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Ladungstransportschicht aus einem Polyacryl-, Carborid-, Ormocere oder einem PTFE-Material besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die fotoempfindliche Schicht aus einem organischen fotoempfind­ lichen Material (OPC) besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die fotoempfindliche Schicht aus anorganischem fotoleitendem Material, beispielsweise Seien oder Silizium besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die flexible Beschichtung eine Shorehärte A im Bereich von 25 bis 60 aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die flexible Beschichtung eine Schichtdicke größer als 5 mm aufweist.