DE19857044C2 - Farbauftragsfixierung - Google Patents
FarbauftragsfixierungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Fixierung eines Farbauftrages auf einem blattartigen und/oder
endlosen Träger, insbesondere von Tonerpulver auf Kopierpapier
und/oder Laserdruckpapier, wobei der Farbauftrag erwärmt wird,
um eine dauerhafte Verbindung mit dem Träger zu erzielen. Unter
"endlos" wird verstanden, daß einzelne Abschnitte des Trägers
im Unterschied zu einzelnen Blättern ohne Zwischenraum mit an
deren Abschnitten zusammenhängen. Dabei können die Abschnitte
beispielsweise an vorperforierten Linien voneinander getrennt
werden. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines
Mittels zur Fixierung des Farbauftrages. Bei der Fixierung
findet insbesondere auch eine Vernetzung des Toners statt.
Bei der Fixierung eines Farbauftrages auf einem blattartigen
Träger soll der Farbauftrag dauerhaft mit dem Träger verbunden
werden. Die Dauerhaftigkeit schließt jedoch nicht aus, daß der
Farbauftrag, beispielsweise zur Korrektur eines Gesamtbildes,
ganz oder teilweise von dem Träger wieder entfernt wird. Der
Träger kann nicht nur aus herkömmlichem Papier, sondern auch
aus Spezialpapier mit Harzbestandteilen, Folie und/oder jegli
chem anderen Trägermaterial bestehen.
Bei Kopiergeräten ist es bekannt, ein Pulver aus schwarzen oder
andersfarbigen Farbpartikeln (Tonerpulver) mittels elektrophotographischer
Verfahren auf Kopierpapier aufzubringen, so daß
die Umrisse und evtl. die Farbe des aus Tonerpulver bestehenden
Farbauftrages einem Originalbild entsprechen. Das Tonerpulver
wird unmittelbar nach seinem Aufbringen auf das Kopierpapier
durch elektrostatische Kräfte, Adhäsion und/oder durch seine
Gewichtskraft an der gewünschten Stelle des Kopierpapiers
gehalten. Anschließend wird das Tonerpulver fixiert, indem das
Kopierpapier mit dem Tonerpulverauftrag durch den Zwischenraum
eines Fixierwalzenpaares gefördert wird. Zumindest eine der
beiden Fixierwalzen wird aktiv geheizt, das heißt, durch eine
Heizung auf eine Temperatur erwärmt und gehalten. Die
Temperatur der Walzenoberfläche reicht aus, um das Tonerpulver
zu schmelzen und eine feste Verbindung des Tonerpulvers mit dem
Kopierpapier zu bewirken.
Bei der Fixierung mittels eines Fixierwalzenpaares kommt es auf
einen guten Wärmeübergang zwischen den Fixierwalzen und dem
Tonerpulver, bzw. dem Kopierpapier, an. Der Abstand zwischen
den beiden Fixierwalzen wird daher so eingestellt, daß die
Oberflächen der Fixierwalzen das Kopierpapier bzw. das Toner
pulver unter einem Anpreßdruck kontaktieren. Der Anpreßdruck
kann zusätzlich zu der Erwärmung zur Fixierung beitragen, indem
das geschmolzene Tonerpulver in die Kopierpapieroberfläche hin
eingedrückt wird. Hierdurch wird eine Verzahnung der Tonerober
flächen mit der Kopierpapieroberfläche bewirkt.
Das gleiche oder ähnliche Verfahren zur Fixierung von Farbauf
trägen werden beispielsweise bei Laserdruckern angewendet.
Es ist bekannt, daß bei Fixierverfahren, die in der beschrie
benen Weise oder in anderer Weise eine Kontakterwärmung des
Farbauftrages und/oder des blattartigen Trägers bewirken, eine
Aufwärmzeit benötigt wird, in der die Heizung den Kontaktkör
per, insbesondere die aktiv beheizte Fixierwalze, auf Be
triebstemperatur erwärmt. Ist beispielsweise ein Kopiergerät
oder ein Laserdrucker bereits seit einiger Zeit ausgeschaltet,
muß zunächst gewartet werden, bis die Betriebstemperatur
erreicht ist. Aus diesem Grund wird die Heizung auch nicht
ausgeschaltet, wenn nur kurze Unterbrechungen zwischen zwei
Fixiervorgängen zu erwarten sind oder möglich sind. Die Heizung
wird daher üblicherweise erst nach einigen Minuten abgeschaltet
oder in einen Bereitschaftsmodus versetzt, in dem die
Kontaktvorrichtung eine geringere Temperatur als
Betriebstemperatur behält.
In der DE 25 32 253 wird eine Wärmeschmelzefixiereinrichtung
für Tonerbilder unter Verwendung einer Infrarot-
Strahlungsquelle beschrieben, bei der zwischen der Infrarot-
Strahlungsquelle und dem zu fixierenden Tonerbild ein
plattenförmiges Bauteil angeordnet ist, das die kurzwellige
Infrarot-Strahlung der Bestrahlungsquelle teilweise
absorbiert und als langwellige Infrarot-Strahlung abgibt.
Laut dieser Lehre ist die Wellenlänge einer Infrarot-
Strahlung, welche die höchste prozentuale Absorption durch
weißes Papier ergibt, 3 Mikrometer höher. Eine Substanz,
welche Infrarot-Strahlung mit einem Scheitelwert in einem
derartigem Bereich abgibt bzw. ausstrahlt, hat eine
Farbtemperatur von etwa 1000 Kelvin.
In der DE-AS 32 07 985 A1 wird ein Reflektorgehäuse mit einer
Vielzahl von aneinander grenzenden Flächenstücken für eine
Wärmefixiereinrichtung zum elektrophotographischen Kopieren
beschrieben. Innerhalb des Reflektorgehäuses befindet sich
eine stab- oder röhrenförmige Wärmestrahlungsquelle,
beispielsweise eine Xenon-Blitzröhre oder eine während des
Fixierungsvorganges kontinuierlich strahlende Heizwendel.
In der EP 0 0629 998 B1 wird eine Vorrichtung zum Schmelzen
von Tonern beschrieben, die außer einer Infrarot-
Strahlungsquelle Reflektorbauteile geringer Masse aufweist
und derart konstruiert ist, dass die Betriebstemperatur der
Vorrichtung innerhalb weniger Sekunden erreicht ist. Die
Infrarot-Strahlungsquelle ist beispielsweise eine Quarzlampe
mit einer Leistung von 400 bis 800 Watt.
Da die aktiv beheizte Kontaktvorrichtung durch Wärmestrahlung
und/oder durch Wärmeleitung und/oder durch Konvektion Wärme
verliert, muss darauf geachtet werden, dass die Vorrichtung
zum Auftragen des Farbauftrages und der noch nicht
aufgetragene Farbauftrag nicht erwärmt werden. Andernfalls
würde das Material des Farbauftrages bereits vor dem
Auftragen auf den blattartigen Träger einer Wärmebehandlung
unterzogen, die das Auftragen in der gewünschten Weise
verhindert oder erschwert.
Eine weitere Folge der Kontakterwärmung ist, dass meist der
gesamte blattartige Träger in erheblichem Maße erwärmt wird.
In weiteren, auf die Fixierung folgenden Verfahrensschritten
muss die hohe Trägertemperatur einkalkuliert werden.
Insbesondere müssen Vorrichtungsteile temperaturbeständig
ausgelegt werden und müssen unter Umständen Abkühlungsphasen
abgewartet werden.
Auch ist die Betriebstemperatur der Kontaktvorrichtung durch
ihre Art und Bauweise begrenzt, mit der Folge, dass auch die
Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Taktrate begrenzt ist. Ein
weiterer Grund für ein Limit der Betriebstemperatur liegt
darin, dass das Papier auf etwa dieselbe Temperatur oder
sogar auf eine höhere Temperatur als der Toner erwärmt wird
und dass das Papier bei Überschreiten einer bestimmten
Maximum-Temperatur beschädigt oder zerstört wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Fixierung eines Farbauftrages auf eine
blattartigen und/oder endlosen Träger der eingangs genannten
Art anzugeben, bei dessen Ausführung bzw. Betrieb eine für
die Fixierung nicht erforderliche Erwärmung von Vorrichtungs
teilen und/oder des blattartigen Trägers vermeidbar ist oder
zumindest reduziert wird. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung ist es, die Verwendung eines
entsprechenden Mittels zur Erwärmung des Farbauftrages
anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruches 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 11 und eine Verwendung mit den Merkmalen des
Anspruches 19 gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der
jeweils abhängigen Ansprüche.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung liegt darin, dass der
Farbauftrag mit Infrarotstrahlung bestrahlt wird, so dass der
Farbauftrag durch Absorption zumindest eines Teils der
Infrarotstrahlung erwärmt wird, wobei die Infrarotstrahlung
von einer Strahlungsquelle emittiert wird, die eine
Emissionstemperatur von 2500 Kelvin oder höher hat. Bei
diesen Emissionstemperaturen kann eine höhere Strahlungs
flussdichte der von dem Farbauftrag absorbierten Infrarot
strahlung erreicht werden, da die emittierende Oberfläche der
Strahlungsquelle Strahlung mit größerer Strahldichte
emittiert als bei niedrigeren Emissionstemperaturen. Somit
kann eine höhere Erwärmungsleistung erreicht werden als bei
niedrigeren Emissionstemperaturen. Insbesondere bei den
heutzutage immer schneller arbeitenden Kopiergeräten wird
durch die Erfindung ein wesentlicher Engpass beseitigt, das
heißt, der die Kopierfolge limitierende Zeitfaktor.
verringert. Weiterhin verschiebt sich das spektrale Maximum
der emittierten Strahldichte gemäß dem Wienschen
Verschiebungsgesetz mit zunehmender Oberflächentemperatur des
Emitters zu kürzeren Wellenlängen und wird die in Prozent
ausgedrückte Verteilung der emittierten Strahlungsenergie
schärfer, das heißt, ein bestimmter Prozentsatz der
Strahlungsenergie wird in einem immer schmaleren
Spektralbereich um die Wellenlänge maximaler spektraler
Strahldichte herum emittiert. Auf diese Weise lassen sich
spektral unterschiedliche optische Eigenschaften,
insbesondere Absorptions- und Reflexionseigenschaften, der
an der Strahlungserwärmung beteiligten Vorrichtungsteile, des
Farbauftrages und des Trägers besser im Sinne einer gezielten
Erwärmung ausnutzen. Vorrichtungsseitig wird hierzu
vorgeschlagen, eine Strahlungsquelle zum Erzeugen von
Infrarotstrahlungen vorzusehen und einen Bestrahlungsbereich
vorzusehen, in den der Träger einbringbar ist, um dort der
Infrarotstrahlung ausgesetzt zu werden, so daß der
Farbauftrag erwärmt wird.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Infrarot
strahlung derart einstellbar und/oder steuerbar ist, daß eine
gezielte Erwärmung nur der für die Fixierung des Farbauftrags
auf dem Träger erforderlichen Materie bewirkt wird. Eine
gezielte Erwärmung schließt allerdings nicht aus, daß auch
Bereiche des Trägers, die keinen Farbauftrag tragen,
erwünschtermaßen miterwärmt werden, beispielsweise um der
Fixierung nachfolgende Verfahrensschritte vorzubereiten oder
um den Träger zu trocknen. Je nach Art und Material des
Farbauftrages findet durch die Erwärmung auch eine Vernetzung
des Farbauftrages statt.
Vorzugsweise liegen die Infrarotstrahlung oder ihre
wesentlichen, die Erwärmung bewirkenden Strahlungsanteile im
nahen Infrarot. Unter nahem Infrarot wird derjenige
Spektralbereich elektromagnetischer Strahlung verstanden, der
zwischen dem sichtbaren Wellenlängenbereich und etwa 1,4
Mikrometer Wellenlänge liegt. Insbesondere liegen 80% der
Strahlungsenergie im Wellenlängenbereich von 0,8 bis 1,8 µm.
Besonders bevorzugt
wird, daß die Infrarotstrahlung oder ihre wesentlichen, die
Erwärmung bewirkenden Srahlungsanteile, im Wellen
längenbereich zwischen dem sichtbaren Bereich und 1,0
Mikrometer Wellenlänge liegen.
In vorteilhafter Weise werden bei einer Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Verfahrens der Farbauftrag und der Träger
derart ausgewählt, dass sich ihre Absorptionseigenschaften
für die Absorption von Infrarotstrahlung spektral
unterscheiden. Vorzugsweise weist der Träger im nahen
Infrarot einen geringen Absorptionsgrad auf, beispielsweise
einen Absorptionsgrad von 0,1 bis 0,2 und weist der
Farbauftrag im nahen Infrarot einen Absorptionsgrad auf,
beispielsweise einen Absorptionsgrad von 0,7 bis 0,9. Die
Strahlungsenergie, die auf den Träger und den darauf
befindlichen Farbauftrag eingestrahlt wird, wird daher
überwiegend von dem Farbauftrag absorbiert. Auf diese Weise
findet eine gezielte Erwärmung des Farbauftrages statt.
Vorzugsweise wird die Infrarotstrahlung vor dem Auftreffen
auf dem Farbauftrag spektral gefiltert, und wird die
Filterung
derart auf die Absorptionseigenschaften des Trägers und des
Farbauftrages abgestimmt, daß die Erwärmung des Trägers ver
nachlässigbar klein ist. Als Spektralfilter kommen beispiels
weise optische Gitter, spektral selektiv transparente Materia
lien, wie Glas, und spektral unterschiedlich brechende Mate
rialien mit geeigneter Formgebung, beispielsweise Prismen, in
Frage. Insbesondere werden bei der Filterung längerwellige
Strahlungsanteile der Infrarotstrahlung herausgefiltert, um die
Erwärmung des Trägers zu minimieren. Bevorzugtermaßen weist die
erfindungsgemäße Vorrichtung einen Spektralfilter zum Heraus
filtern von Strahlungsanteilen der Strahlungsquelle auf, wobei
der Spektralfilter zwischen der Strahlungsquelle und dem
Bestrahlungsbereich angeordnet ist. Bei einer Weiterbildung ist
der Spektralfilter ein plattenartiger, durch Absorption
bestimmter spektraler Strahlungsanteile wirkender Filter,
insbesondere eine Quarzglasscheibe.
Bevorzugt wird weiterhin, daß die Erwärmung des Farbauftrages
mittels Infrarotstrahlung in kurzer Zeit, insbesondere inner
halb von Sekundenbruchteilen oder von wenigen Sekunden, statt
findet. In diesen Fällen kann eine unerwünschte Durchwärmung
des Trägers wirksam vermieden werden, wobei auch die flache
Form des Trägers hilfreich ist. Insbesondere findet eine nen
nenswerte Erwärmung des Trägers nur unmittelbar an den Grenz
flächen der Trägeroberfläche und des Farbauftrages statt. Eine
solche lokal begrenzte Erwärmung kann durchaus erwünscht sein,
um eine feste Verbindung mit dem Farbauftrag zu erhalten.
Bei einer Weiterbildung werden von dem Träger und dem Farb
auftrag nicht absorbierte, reflektierte Strahlungsanteile der
Infrarotstrahlung in Richtung des Trägers bzw. des Farbauf
trages zurückreflektiert. Auf diese Weise wird die nicht bzw.
noch nicht absorbierte Strahlungsenergie zurückreflektiert und
zumindest teilweise von dem Farbauftrag absorbiert.
Eine weitere Möglichkeit, die von einer Strahlungsquelle
emittierte Infrarotstrahlung effektiv für die Erwärmung des
Farbauftrages zu nutzen, besteht darin, daß von der Strahlungsquelle
nicht in Richtung des Trägers bzw. des Farbauftrages
emittierte Infrarotstrahlung in Richtung des Trägers bzw. des
Farbauftrages reflektiert wird. Vorrichtungsseitig ist hierzu
vorzugsweise ein Primärreflektor zum Reflektieren der erzeugten
Infrarotstrahlung und zum Konzentrieren der Infrarotstrahlung
in dem Bestrahlungsbereich vorgesehen, in den der Träger
einbringbar ist. Bei einer Weiterbildung ist ein Sekun
därreflektor zum Zurückreflektieren von Strahlungsanteilen der
Infrarotstrahlung, die von dem Träger und dem Farbauftrag nicht
absorbiert und in Richtung des Sekundärreflektors reflektiert
werden, in Richtung des Trägers vorgesehen.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist
diese einen Rückreflektor auf, der aus Sicht der Strahlungs
quelle hinter dem Bestrahlungsbereich angeordnet ist. Der
Rückreflektor dient der Reflexion von Strahlung, die von der
Strahlungsquelle emittiert wird, in Richtung des Trägers.
Vorteilhafterweise wird der Reflektor bzw. werden die Reflek
toren aktiv gekühlt. Insbesondere weist der Reflektor bzw.
weisen die Reflektoren einen Reflektorkörper mit einem darin
angeordneten Hohlraum auf, um vorzugsweise eine Flüssigkeits
kühlung des jeweiligen Reflektors von einer Innenseite der
Reflektorfläche zu ermöglichen. Durch die Kühlung wird die von
den Reflektoren emittierte Strahlung minimiert und so eine gute
Steuerbarkeit der Bestrahlung des blattartigen Trägers bzw.
seines Farbauftrages gewährleistet. Weiterhin wirken gekühlte
Reflektoren als Schutzschilder gegen eine unerwünschte Erwär
mung von Vorrichtungsteilen, die bei dem Prozeß der Erwärmung
nicht erwärmt werden sollen. Die Kühlung, insbesondere die
Flüssigkeits- und/oder Gaskühlung wird zweckmäßigerweise nicht
nur bei Reflektoren angewendet, sondern allgemein bei einem
Teil oder mehreren Teilen der Vorrichtung, die die Intensität,
Richtung und/oder Wellenlänge der von der Strahlungsquelle
emittierten Infrarot-Strahlung beeinflussen. Dies sind insbe
sondere auch Spektralfilter und/oder strahlungsdurchlässige
Umhüllungen einer Strahlungsquelle, die zwangsläufig einer
Erwärmung durch Absorption eines Teils der durch sie
hindurchtretenden Strahlung unterliegen.
Insbesondere bei Kopiervorrichtungen oder bei Laserdruckern
werden die Farbaufträge einer Mehrzahl von blattartigen Trägern
nacheinander fixiert, indem die blattartigen Träger nacheinan
der in den Fixierbereich gefördert werden. Dabei können mehr
oder weniger große zeitliche Abstände auftreten. Bei einer
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Mehr
zahl der blattartigen Träger mit Farbaufträgen nacheinander
durch einen Bestrahlungsbereich gefördert, in dem die Infrarot
bestrahlung stattfindet, und wird die Infrarotbestrahlung
abhängig von der Förderung, insbesondere abhängig von dem
Durchqueren eines Trägers durch den Bestrahlungsbereich,
gestartet und gestoppt. Dabei kann die Bestrahlung insbesondere
schon vor dem Eintreten eines blattartigen Trägers in den
Bestrahlungsbereich gestartet werden. Ein wesentlicher Vorteil
dieser Weiterbildung ist, daß die Bestrahlungsquellen in den
Pausenzeiten keine unnötige Erwärmung von Vorrichtungsteilen
und anderer Materie bewirkt. Weiterhin wird Energie gespart.
Enthält der Farbauftrag Farbpartikel unterschiedlicher Farbe,
beispielsweise blau, rot und grün, und werden die Farbauf
tragsteile unterschiedlicher Farbe in aufeinanderfolgenden
Prozeßschritten jeweils zunächst aufgetragen und dann fixiert,
wird vorzugsweise die Infrarotbestrahlung spektral auf unter
schiedliche Absorptionseigenschaften des jeweiligen Farb-
Teilauftrages abgestimmt. So werden insbesondere bereits
fixierte Teile des Farbauftrages weniger stark erwärmt als noch
nicht fixierte Teile, oder werden im günstigsten Fall gar nicht
mehr erwärmt. Die Anpassung der Infrarotstrahlung an die
Absorptionseigenschaften erfolgt insbesondere durch Filterung
und/oder Anpassung der Emissionstemperatur eines Wärme
strahlers.
Zur Erwärmung des Farbauftrages wird erfindungsgemäß die Ver
wendung einer Infrarotlampe vorgeschlagen. Vorzugsweise ist die
Infrarotlampe eine Halogenlampe. Besonders bevorzugt wird eine
Infrarotlampe, die einen Glühkörper zur Strahlungsemission
aufweist, der bei Emissionstemperaturen von 2500 K oder höher,
insbesondere bei Emissionstemperaturen von 2900 K oder höher,
betreibbar ist. Insbesondere ist die Infrarotlampe als Röhren
strahler mit einem sich linienartig in einer strahlungsdurch
lässigen Röhre, vorzugsweise in einer Quarzglasröhre, er
streckenden Glühfaden ausgebildet ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Infrarotlampe mit
einem plattenartigen, durch Absorption bestimmter spektraler
Strahlungsanteile wirkenden Spektralfilter, insbesondere mit
einer Quarzglasscheibe, kombiniert, wobei der Spektralfilter
zwischen der Strahlungsquelle, d. h., dem Glühkörper, und dem
Bestrahlungsbereich angeordnet ist, in dem der blattartige
Träger angeordnet wird. Hierbei wird ein Zwischenraum zwischen
der Strahlungsquelle und dem Spektralfilter von einem Kühlgas
zwangsweise durchströmt. Der Spektralfilter dient dabei der
Abgrenzung des Strömungsraumes gegen den Raum, in dem sich der
Bestrahlungsbereich befindet. Durch eine derartige Zwangskon
vektionskühlung wird vorzugsweise außer dem Spektralfilter auch
eine etwaig vorhandene strahlungsdurchlässige Umhüllung der
Strahlungsquelle und/oder ein oder mehrere etwaig vorhandene
Reflektoren im Bereich der Strahlungsquelle gekühlt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele
beschränkt. Dabei wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug
genommen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Vorrichtung als Bestandteil eines Kopierers zum
Kopieren von auf Papier gedruckten Texten, Bildern
und dergleichen.
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Reflektoranordnung
eines zweiten Ausführungsbeispiels.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist zwei Halogenlampen 1
auf, die jeweils einen Glühfaden 2 aus Wolframdraht haben. Die
Glühfäden 2 sind jeweils entlang der Zentrumslinie einer sich
senkrecht zur Bildrichtung erstreckenden Quarzglasröhre 8 an
geordnet. Mit den Halogenlampen 1 ist jeweils ein Primärref
lektor 4 kombiniert, der sich bei konstantem Querschnittsprofil
parallel zu der Quarzglasröhre 8 erstreckt. Bei eingeschalteter
Halogenlampe 1 reflektiert der Primärreflektor 4 von der Halo
genlampe 1 nicht in Richtung eines Bestrahlungsbereiches
emittierte Infrarotstrahlung in den Bestrahlungsbereich.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Momentaufnahme befindet sich ein
Blatt Kopierpapier 6 in dem Bestrahlungsbereich. Das Kopierpa
pier 6 wurde zuvor von rechts kommend in den Bestrahlungsbe
reich gefördert. Hierzu weist die Vorrichtung bzw. ein mit der
Vorrichtung kombinierter Kopierer eine Auftragswalze 10 und
eine Auftragsgegenwalze 11 auf. Die Rotationsachsen der Auf
tragswalze 10 und der Auftragsgegenwalze 11 sind parallel
zueinander ausgerichtet und derart positioniert, daß bei
gegenläufiger Rotationsbewegung der Walzen ein von rechts oben
in Fig. 1 zugeführtes Kopierpapier (Zuführrichtung ist mit
Pfeil angedeutet) von dem Walzenpaar nach links unten gefördert
wird. Ein Führungselement 12 sorgt dafür, daß das Kopierpapier
in eine horizontale Förderrichtung umschwenkt und so in den
Bestrahlungsbereich eintritt.
Die Auftragswalze 10 dient dem Auftrag von Tonerpulver auf
Kopierpapier 6, das durch den Zwischenraum zwischen der
Auftragswalze 10 und der Auftragsgegenwalze 11 hindurchgeför
dert wird. Durch ein elektrophotographisches Kopierverfahren
wird durch eine nicht gezeigte Einrichtung das Tonerpulver auf
die Auftragswalze 10 aufgebracht, und zwar entsprechend der
Schrift oder dem Bild des Originals, von dem eine Kopie erzeugt
werden soll. Beim Abrollen der Auftragswalze 10 wird das Toner
pulver im Bereich des Zwischenraums zu der Auftragsgegenwalze
11 auf das Kopierpapier 6 aufgebracht. Bis zum Eintritt in den
Bestrahlungsbereich haftet das Tonerpulver an dem Kopierpa
pier 6 aufgrund elektrostatischer Kräfte.
Beim Eintritt in den Bestrahlungsbereich kommt das Kopierpa
pier 6 an seiner Unterseite mit der Oberfläche eines Förder
bandes 13 in Kontakt und wird durch die endlos umlaufende
Bewegung des Förderbandes 13 durch den Bestrahlungsbereich
hindurchgefördert, bis das vordere Ende des Kopierpapiers 6 ein
Förderwalzenpaar 15, 16 erreicht. Dabei wird das Kopierpapier 6
durch ein weiteres Führungselement 14 unterstützt.
Das in Fig. 1 gezeigte Kopierpapier 6 trägt beispielhaft an
drei Stellen an seiner Oberseite Toner 7, der wie beschrieben
durch die Auftragswalze 10 auf das Kopierpapier 6 auf gebracht
wurde. Sowohl das Kopierpapier selbst als auch der Toner 7 sind
übertrieben dick dargestellt.
Kurz vor dem Eintritt des Kopierpapiers 6 in den Bestrahlungs
bereich, der ungefähr durch die Oberseite des Förderbandes 13
definiert ist, werden die Halogenlampen 1 eingeschaltet. Auf
grund der geringen thermischen Trägheit der Glühfäden 2 ist die
Betriebstemperatur der Glühfäden 2 innerhalb von Sekunden
bruchteilen nach dem Einschalten erreicht. Wenn das Kopierpa
pier 6 mit seiner Vorderkante in den Bestrahlungsbereich ein
tritt, steht zumindest annähernd die volle Strahlungsleistung
der Halogenlampen 1 zur Verfügung. Dementsprechend verändert
sich das von den Halogenlampen 1 emittierte Strahlungsspektrum
ab diesem Zeitpunkt bis zum Ausschalten der Halogenlampen 1 nur
noch geringfügig. Insbesondere beträgt die Schaltungsflußdichte
der auf das Kopierpapier 6 auftreffenden Strahlung mehr als 300 kW/m2.
Um die konstante Betriebstemperatur von etwa 2900 K an
der Oberfläche der Glühfäden 2 zu halten, wird der elektrische
Glühstrom durch die Glühfäden 2 geregelt.
Die Anzahl der erreichbaren Betriebsstunden der Halogenlampen 1
hängt entscheidend davon ab, daß Lampenteile wie die Halterun
gen der Glühfäden 2 an ihren Enden und Reflektorbauteile keinen
wesentlichen thermischen Wechselbelastungen ausgesetzt sind.
Daher werden die Halterungen der Glühfäden und die Reflektor
bauteile vorzugsweise aktiv gekühlt. Hierzu kommen Luftkühlun
gen und Flüssigkeitskühlungen in Frage.
Die von den Halogenlampen 1 bei einer Glühfaden-Oberflächen
temperatur von 2900 K emittierte Strahlung besteht im wesent
lichen aus kurzwelliger Infrarotstrahlung. Längerwellige An
teile der emittierten Strahlung werden zumindest teilweise
durch die Quarzglasröhren 8 absorbiert. Ein zusätzlicher, in
Fig. 1 nicht dargestellter Spektralfilter kann vorgesehen sein,
um bestimmte Strahlungsanteile, die nach dem Durchtritt der
Strahlung durch die Quarzglasröhren 8 noch vorhanden sind,
herauszufiltern. Diese Strahlungsanteile bestehen insbesondere
in langwelligen Infrarotstrahlungsanteilen und in Strahlungs
anteilen, bei deren Wellenlänge das Kopierpapier 6, Bedruckun
gen oder bereits fixierter Toner einer anderen Farbe einen
hohen Absorptionsgrad aufweisen.
Wie mit Pfeilen angedeutet ist, wird die Strahlung von den
Infrarotlampen 1 in unterschiedliche Richtungen emittiert. Ein
Teil der Strahlung wird beispielsweise direkt in Richtung des
Toners 7 auf dem Kopierpapier 6 emittiert und von dem Toner 7
absorbiert. Ein anderer Teil der Strahlung wird in Richtung des
Primärreflektors 4 emittiert und von diesem in Richtung des
Toners 7 reflektiert. Ein weiterer Teil der Strahlung erreicht
direkt, oder nach Reflexion durch den Primärreflektor 4, Stel
len des Kopierpapiers 6, die keinen Farbauftrag tragen. Auf
grund des geringen Absorptionsgrades des Kopierpapiers 6 für
die emittierte und gegebenenfalls gefilterte Strahlung werden
diese Strahlungsteile im wesentlichen von dem Kopierpapier
reflektiert. Ein wesentlicher Teil der reflektierten Strahlung
trifft auf den Primärreflektor 4 oder auf einen Sekundärreflek
tor 5 an der Unterseite eines Reflektorkörpers 3, in dessen
rinnenförmigen Ausnehmungen die Halogenlampen 1 angeordnet
sind, wobei die Oberflächen der rinnenförmigen Ausnehmungen mit
einer reflektierenden Schicht beschichtet sind oder
vorzugsweise aus poliertem Aluminium bestehen, so daß der
Primärreflektor 4 gebildet ist. Von dem Primärreflektor 4 bzw.
von dem Sekundärreflektor 5 wird ein wesentlicher Teil der
auftreffenden Infrarotstrahlung wieder in Richtung des Kopier
papiers 6 zurückreflektiert. Dort trifft die Strahlung entweder
auf den Toner 7 oder auf Stellen des Kopierpapiers 6, die nicht
Toner tragen. Dementsprechend setzt sich mit einem Teil der
auftreffenden Strahlung die Reflexionskette fort. Im Ergebnis
wird der überwiegende Teil der von den Halogenlampen 1
emittierten Strahlung von dem Toner 7 absorbiert und in Wärme
umgesetzt.
Um zu vermeiden, daß erhebliche Anteile der emittierten
Strahlung den Bestrahlungsbereich seitlich, das heißt, in
Richtung der Auftragswalze 10, in Richtung der Förderwalzen 15,
16 oder in Richtungen quer zur Bildoberfläche, verlassen, sind
seitlich des Bestrahlungsbereiches vorzugsweise weitere
Reflektoren vorgesehen, die die Strahlung in den Bestrahlungs
bereich zurückwerfen. Alternativ oder zusätzlich kann der
Abstand des Reflektorkörpers 3 zu der Oberseite des Förder
bandes 13, an der sich das Kopierpapier 6 befindet, deutlich
geringer sein als in Fig. 1 dargestellt. Auch auf diese Weise
können Strahlungsverluste durch seitliches Austreten aus dem
Bestrahlungsbereich minimiert werden.
Fig. 2 zeigt eine Reflektoranordnung einer solchen Vorrichtung.
Außer dem bereits anhand von Fig. 1 beschriebenen Reflektor
körper 3 mit dem Primärreflektor 4 und dem Sekundärreflektor 5
weist die Reflektoranordnung insgesamt 4 Seitenreflektorkörper
23 auf, von denen aufgrund der Schnittdarstellung jedoch nur
zwei dargestellt sind. Die anderen, nicht dargestellten Sei
tenreflektorkörper befinden sich oberhalb und unterhalb der
Bildebene von Fig. 2 auf Höhe der dargestellten Seitenreflek
torkörper 23. Die Seitenreflektorkörper weisen an ihrer
Bestrahlungsraumseite Sekundärreflektoren 21 auf, die
vorzugsweise eine Oberfläche von poliertem Aluminium haben.
Weiterhin ist in der Reflektoranordnung ein Rückreflektorkörper
24 mit einem Rückreflektor 22 vorgesehen. Der Rückreflektor 22
ist auf die Rückseite des durch unterbrochene Linien darge
stellten blattartigen Trägers gerichtet. Bei der gezeigten
Reflektoranordnung ist der durch die Reflektoren 4, 5, 21, 22
umrandete Bestrahlungsraum nahezu vollständig geschlossen.
Daher treten allenfalls geringfügige Strahlungsverluste durch
Austritt von Strahlung aus dem Bestrahlungsraum auf. Insgesamt
ist der Anteil der Strahlung, die indirekt, d. h., über zumin
dest eine Reflexion, ausgehend von der Strahlungsquelle auf den
blattartigen Träger oder dessen Farbauftrag auftrifft, größer
als 60% der emittierten Strahlung.
Der Reflektorkörper 3 weist einen nicht dargestellten Hohlraum
auf. Um den Primärreflektor 4 und den Sekundärreflektor 5 zu
kühlen, wird Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, durch den
Hohlraum hindurchgeleitet. Hierzu weist der Reflektorkörper 3
einen Eingangsanschluß 25 zum Einleiten der Flüssigkeit und
einen Ausgangsanschluß 26 zum Hinausführen der Flüssigkeit auf.
Die Durchströmungsrichtung ist in Fig. 2 mit Pfeilen ange
deutet. Die Kühlflüssigkeit nimmt an der Innenseite der Ref
lektoren 4, 5 Wärme auf, die zwangsläufig durch Absorption
eines Teils der von den Reflektoren 4, 5 absorbierten Strah
lungsenergie entsteht. Bei einer alternativen Ausgestaltung
können auch die Seitenreflektorkörper 23 und/oder der Rück
reflektorkörper 24 in ähnlicher Weise gekühlt werden.
Unter erneutem Bezug auf Fig. 1 wird durch fortgesetzte För
derung des Kopierpapiers 6 dieses zu dem Förderwalzenpaar 15,
16 gefördert. Das Förderwalzenpaar 15, 16 erfüllt außer der
Förderfunktion noch zwei weitere Funktionen. Bei Tonern bzw.
Farbaufträgen, die außer durch Erwärmung auch durch Druck
fixiert werden, übt das Förderwalzenpaar 15, 16 den erfor
derlichen Druck auf den erwärmten Toner bzw. auf das Papier
aus. Weiterhin kühlt das Förderwalzenpaar 15, 16 den Toner 7
und das Kopierpapier 6 ab. Nachfolgende Bauteile des Kopierers
müssen deshalb nicht temperaturbeständig sein.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich wie
folgt zusammenfassen:
- - aufgrund der Erwärmung des Farbauftrages zumindest im wesentlichen durch Strahlungserwärmung kann gezielt die zu erwärmende Materie, insbesondere der Toner, erwärmt werden. Andere Materie, beispielsweise temperaturempfindliche Vorrichtungsbauteile, werden nicht zwangsläufig erwärmt.
- - durch Verwendung von Glühkörpern geringer thermischer Trägheit als Infrarot-Strahlungsemitter können die Einschaltzeiten verkürzt werden und kann Energie gespart werden.
- - durch gezielte Erwärmung möglichst nur des Farbauftrages kann ebenfalls Energie eingespart werden. Bei gleicher Heizleistung wird im Vergleich zu einer Kontakterwärmung eine schnellere Erwärmung bewirkt. Taktzeiten bei der sukzessiven Fixierung von Farbaufträgen auf einer Vielzahl von blattartigen Trägern (wie beim Kopieren eines Stapels von Dokumenten oder beim Laserdruck) können somit verkürzt werden.
- - bei Farbaufträgen mit unterschiedlichen Farben können Teile des Farbauftrages selektiv erwärmt und fixiert werden.
- - Vorrichtungsteile, die die Intensität, Richtung und/oder Wellenlänge der von der Strahlungsquelle emittierten Infrarotstrahlung beeinflussen, etwa Reflektoren oder Spektralfilter können aktiv gekühlt werden. Bei einer Kühlung durch Gas- bzw. Luftstrom ist es vorteilhaft, eine für die Strahlung durchlässige Platte oder einen plattenartigen Gegenstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Bestrahlungsbereich anzuordnen, um den Bereich der Strahlungsquelle zu kühlen, jedoch die Kühlgase von dem Bestrahlungsbereich fernzuhalten. Weiterhin kann der Kühlgasstrom durch geeignete Positionierung der strahlungsdurchlässigen Platte eine effektive Anströmung des Bereichs der Strahlungsquelle, insbesondere der Strahlungsquelle bzw. deren Umhüllung und/oder der dort angeordneten Reflektoren, bewirken. Die Platte gewährleistet eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit in dem zu kühlenden Bereich und verhindert, daß der Kühlgasstrom divergiert.
1
Halogenlampe
2
Glühfaden
3
Reflektorkörper
4
Primärreflektor
5
Sekundärreflektor
6
Kopierpapier
7
Toner
8
Quarzglasröhre
10
Auftragswalze
11
Auftragsgegenwalze
12
Führungselement
13
Förderband
14
Führungselement
15
Förderwalze
16
Förderwalze
21
Sekundärreflektor
22
Rückreflektor
23
Seitenreflektorkörper
24
Rückreflektorkörper
25
Eingangsanschluß
26
Ausgangsanschluß
Claims (21)
1. Verfahren zur Fixierung eines Farbauftrages (7) auf einem
blattartigen und/oder endlosen Träger (6), insbesondere
von Tonerpulver auf Kopierpapier und/oder Laserdruckpa
pier, wobei der Farbauftrag (7) erwärmt wird, um eine
dauerhafte Verbindung mit dem Träger (6) zu erzielen, und
wobei der Farbauftrag (7) mit Infrarotstrahlung bestrahlt
wird, so daß der Farbauftrag (7) durch Absorption min
destens eines Teils der Infrarotstrahlung erwärmt und
fixiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Infrarot-Strahlung von einer Strahlungsquelle (1)
emittiert wird, die eine Emissionstemperatur von 2500 K
oder höher hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Infrarotstrahlung oder ihre wesentlichen, die Er
wärmung bewirkenden Strahlungsanteile im nahen Infrarot
liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Infrarotstrahlung von einer Strahlungsquelle (1)
emittiert wird, die eine Emissionstemperatur von 2900 K
oder höher hat.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Farbauftrag (7) und/oder der Träger (6) derart
ausgewählt werden, daß sich ihre Absorptionseigenschaften
für die Absorption von Infrarotstrahlung spektral unter
scheiden, und daß durch Einstellung der spektralen Vertei
lung der eingestrahlten Infrarotstrahlung diese überwie
gend von dem Farbauftrag (7) absorbiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Infrarotstrahlung vor dem Auftreffen auf dem Farb
auftrag (7) spektral gefiltert wird und daß die Filterung
derart auf die Absorptionseigenschaften des Trägers (6)
und des Farbauftrages (7) abgestimmt wird, daß die Erwär
mung des Trägers (6) relativ zu der des Farbauftrags ver
nachlässigbar klein ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Filterung längerwellige Strahlungsanteile der
Infrarotstrahlung herausgefiltert werden, um die Erwärmung
des Trägers (6) zu minimieren.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß von dem Träger (6) und dem Farbauftrag (7) nicht ab
sorbierte, reflektierte Strahlungsanteile der Infrarot
strahlung in Richtung des Trägers (6) bzw. des Farbauftra
ges (7) zurückreflektiert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mehrzahl der blattartigen Träger mit Farbaufträ
gen nacheinander durch einen Bestrahlungsbereich gefördert
wird, in dem die Infrarotbestrahlung stattfindet, und daß
die Infrarotbestrahlung abhängig von der Förderung, insbe
sondere abhängig von dem Durchqueren eines Trägers durch
den Bestrahlungsbereich, gestartet und gestoppt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Teil oder mehrere Teile, die die Intensität, Rich
tung und/oder Wellenlänge der von einer Strahlungsquelle
(1) emittierten, in den Bestrahlungsbereich einfallenden
Infrarotstrahlung beeinflussen, flüssigkeits- und/oder
gasgekühlt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Farbauftrag durch die Infrarotbestrahlung vernetzt
wird.
11. Vorrichtung zur Fixierung eines Farbauftrages (7) auf
einem blattartigen und/oder endlosen Träger (6),
insbesondere von Tonerpulver auf Kopierpapier und/oder
Laserdruckpapier, wobei der Farbauftrag (7) erwärmt wird,
um eine dauerhafte Verbindung mit dem Träger (6) zu
erzielen, mit
einer Strahlungsquelle (1) zum Erzeugen von Infrarotstrahlung und
einem Bestrahlungsbereich, in den der Träger (6) ein bringbar ist, um dort der Infrarotstrahlung ausge setzt zu werden, so daß der Farbauftrag erwärmt und fixiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlungsquelle (1) eine Temperaturstrahlungs quelle ist, welche bei Emissionstemperaturen von 2500 K oder höher betreibbar ist.
einer Strahlungsquelle (1) zum Erzeugen von Infrarotstrahlung und
einem Bestrahlungsbereich, in den der Träger (6) ein bringbar ist, um dort der Infrarotstrahlung ausge setzt zu werden, so daß der Farbauftrag erwärmt und fixiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlungsquelle (1) eine Temperaturstrahlungs quelle ist, welche bei Emissionstemperaturen von 2500 K oder höher betreibbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
gekennzeichnet durch
einen Primärreflektor (4) zum Reflektieren der erzeugten
Infrarotstrahlung und zum Konzentrieren der Infrarotstrah
lung in dem Bestrahlungsbereich.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
gekennzeichnet durch
einen Sekundärreflektor (5) zum Zurückreflektieren von
Strahlungsanteilen der Infrarotstrahlung, die von dem Trä
ger (6) und dem Farbauftrag (7) nicht absorbiert und in
Richtung des Sekundärreflektors (5) reflektiert werden, in
Richtung des Trägers (6).
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Reflektor (4, 5, 21, 22) bzw. die Reflektoren
einen einen Hohlraum aufweisenden Reflektorkörper (3, 23,
24) haben zur Flüssigkeitskühlung des jeweiligen Reflek
tors (4, 5, 21, 22) von einer Innenseite der Reflektorflä
che.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
gekennzeichnet durch
einen Spektralfilter zum Herausfiltern von Strahlungsan
teilen der Strahlungsquelle (1), der zwischen der Strah
lungsquelle (1) und dem Bestrahlungsbereich angeordnet
ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spektralfilter ein plattenartiger, durch Absorp
tion bestimmter spektraler Strahlungsanteile wirkender
Filter ist, insbesondere eine Quarzglasscheibe.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Zwangskonvektionskühleinrichtung zum Kühlen eines
strahlungsdurchlässigen Bestandteils der Vorrichtung mit
tels eines Kühlgases, insbesondere zum Kühlen des Spektralfilters
und/oder zum Kühlen einer einen Glühkörper der
Strahlungsquelle (1) umgebenden Umhüllung vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus Sicht der Strahlungsquelle (1) hinter dem Bestrah
lungsbereich ein Rückreflektor (22) zum Reflektieren von
Strahlungsanteilen vorgesehen ist.
19. Verwendung einer Infrarotlampe zur Fixierung eines Farb
auftrages (7) auf einem blattartigen und/oder endlosen
Träger (6), insbesondere von Tonerpulver auf Kopierpapier
und/oder Laserdruckpapier, wobei der Farbauftrag durch von
der Infrarotlampe (1) erzeugte Infrarotstrahlung aufgrund
von Strahlungsabsorption erwärmt wird und eine dauerhafte
Verbindung mit dem Träger eingeht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Infrarotlampe (1) bei Emissionstemperaturen von
2500 K oder höher betreibbar ist.
20. Verwendung nach Anspruch 19,
wobei die Infrarotlampe (1) eine Halogenlampe ist und
einen Glühkörper (2) zur Strahlungsemission aufweist, der
bei Emissionstemperaturen von 2900 K oder höher, betreib
bar ist.
21. Verwendung nach Anspruch 19 oder 20,
wobei die Infrarotlampe (1) als Röhrenstrahler mit einem
sich linienartig in einer strahlungsdurchlässigen Röhre
(8), insbesondere in einer Quarzglasröhre, erstreckenden
Glühfaden (2) ausgebildet ist.
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Owner name: ADVANCED PHOTONICS TECHNOLOGIES AG, 83052 BRUCKMUE |
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D2 | Grant after examination | ||
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8331 | Complete revocation |