DE69020047T2

DE69020047T2 - Druckfixierungs- und Entwicklungsgerät.

Info

Publication number: DE69020047T2
Application number: DE69020047T
Authority: DE
Inventors: James D Rise
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1989-05-24
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: US5092235A; EP0399643A3; EP0399643B1; DE69020047D1; JPH037393A; EP0399643A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckfixierungs- und Entwicklungsgerät des Walzentyps, bei dem zu behandelndes, tintenhaltiges, bogenartiges Material durch einen Hochdruck- Walzenspalt, der von einem Walzenpaar gebildet wird, geführt wird, sowie eine Walze für ein derartiges Gerät.
Es ist bekannt, bogenartiges Material, auf dem ein Bild fixiert oder entwickelt werden soll, durch einen Hochdruck-Walzenspalt zu führen, der von einem Walzenpaar gebildet wird. Üblicherweise sind die äußeren Enden wenigstens einer der zwei Walzen mit einer druckaufbringenden Last beladen, die in einer Richtung senkrecht zur Achse der Walze aufgebracht ist. Diese Last wird auch in einer Richtung aufgebracht, die die Walzen vorspannt und zusammenführt, um den Spalt zu bilden. Durch die Anwendung einer Last auf diese Weise ergeben sich Biegemomente in der belasteten Walze. Die Biegemomente bewirken, daß die Walze in ihrem Mittelpunkt abgelenkt wird oder sich durchbiegt, so daß der Fixier- oder Entwicklungsdruck im Mittelpunkt des Spaltes verringert oder minimal ist. Diese Durchbiegung am Mittelpunkt der Walze wird stärker, wenn ein Bogen eines zu bedruckenden Mediums im Spalt eingeführt wird. Als Ergebnis erfolgt die Fixierung von Tonern und Drucktinte auf dem zu bedruckenden Medium ungleichmäßig. Es sind dann an den Enden des Spaltes höhere Werte des Drucks erforderlich als sie üblicherweise zur Fixierung von Tonern und Druckfarben benötigt werden, um eine ausreichende Druckfixierung am Spaltmittelpunkt zu gewährleisten.
Im Stand der Technik sind auch Geräte bekannt, bei denen die Walzen schräg angeordnet sind, d.h. ihre Längsachsen nicht parallel zueinander gelagert sind, um die Durchbiegung der Fixierwalzen zu kompensieren. Durch eine schräge Anordnung der Walzen können sich die Walzenenden bei ihrer Durchbiegung unter Last umeinanderwickeln, was zu einem gleichmäßigeren Druck entlang des Spaltes führt. Durch schräges Anordnen der Walzen ergeben sich jedoch auch Kräfte, die auf das zu bedruckende Medium in einer Richtung wirken, die im wesentlichen senkrecht zum Weg des Mediums sind. Aufgrund dieser seitlichen Kräfte kann das Medium bei seinem Verlauf durch den Spalt knittern oder sich einrollen. Außerdem ist ein derartiges Gerät üblicherweise auf das Druckfixieren bei einem Druckwert begrenzt. Zum Beispiel bewirken höhere Druckwerte eine höhere Durchbiegung in den Walzen, was einen höheren Schrägheitswinkel erfordert, um eine Uneinheitlichkeit entlang des Spaltes zu vermeiden.
Andere Lösungen wurden in dem Bestreben eingeführt, das Problem der Durchbiegung von Fixierwalzen bei Anwendung einer Kraft auf die Enden der Walzen zu überwinden. Bei Fixierwalzen mit großem Durchmesser verringert sich zwar die Durchbiegung, sie wird aber nicht beseitigt. Fixierwalzen mit großem Durchmesser wirken sich jedoch negativ auf das Gewicht, die Kosten und die Dimensionen des Gerätes aus. Eine Zusatzwalze oder -walzen in Druckkontakt mit den Druckfixier- und Entwickungswalzen wurde ebenfalls verwendet, um die Druckfixierwalzen entlang des Spaltes zusammenzudrücken. Derartige Systeme mit einer oder mehreren Zusatzwalze(n) benötigen jedoch zusätzlichen Raum für die Zusatzwalzen und zusätzliche Komponenten im Vergleich zu einem Zweiwalzensystem.
Ein weiteres, im Stand der Technik vorgeschlagenes Verfahren besteht in der Verwendung einer Walzen die am Mittelpunkt ausgebaucht ist, um die lastbedingte Durchbiegung zu kompensieren. Derartige ausgebauchte Walzen haben jedoch an ihren Mittelpunkten eine höhere Oberflächengeschwindigkeit als an ihren Enden. Diese Differenz in der Oberflächengeschwindigkeit trägt zu einem Verknittern des Mediums bei und begrenzt die Vielseitigkeit dieser Geräte bei der Handhabung verschiedener Typen von Substraten.
Ein spezifischeres Beispiel aus dem Stand der Technik, das U.S.-Patent Nr. 4,363,862 (Giorgini), beschreibt ein Gerät zum Fixieren von Tonerpulverbildern auf bogenartigem Material. Nach Giorgini sind eine nicht nachgebende Druckwalze und eine nachgebende Zusatzwalze mit zueinander schräg verlaufenden Längsachsen gelagert. Die Druckwalze ist aus einem steifen, nicht nachgebenden Material, beispielsweise Stahl, mit einer nicht nachgebenden äußeren Schicht mit einer unregelmäßigen Oberfläche, die eine Vielzahl beliebig dimensionierter kuppelartiger Erhebungen aufweist. Chrom ist ein Beispiel dieses Oberflächenmaterials. Es ist beschrieben, daß die Zusatzwalze einen Überzug aus nachgebendem Material über einem Mittelkern aufweist. Organische polymere Substanzen sind als für diese Hülle geeignet angegeben, wobei Nylon 6/6, glasgefülltes Ny- lon, Hartgummi und Azetalharz besonders erwähnt sind. Der Kern dieser Zusatzwalze ist als ein steifes, nicht nachgebendes Material beschrieben.
Im U.S.-Patent Nr. 4,768,050 (Beery) ist ein Paar Druckwalzen beschrieben, die in Verbindung mit dem "Mead"-Abbildungsverfahren verwendet werden, bei dem lichtempfindliche Mikrokapseln von den Walzen zerbrochen werden, um das Bild zu erzeugen. Dieses Gerät weist eine erste Walze auf mit einem Hohlmantel, dessen axialer Mittelteil einen Ladebereich bildet. Eine Ladewelle verläuft durch den Mantel und ist nur am mittleren Ladebereich mit dem Mantel verbunden. Die innere Oberfläche des Mantels ist teilweise verjüngt, und es ist beschrieben, daß sie die Durchbiegung des Mantelabschnittes der Walze steuert, wenn die Walze an ihren Enden belastet wird. Die Walzen definieren eine Arbeitszone und sind an ihren Enden abgehoben, um Nichtarbeitsbereiche zu ergeben. Bei diesem Aufbau muß aufgrund der hohen Drucke an den Walzenenden der Arbeitsbereich kleiner als die Breite der Walzen sein, da ansonsten bogenartiges Material, das durch die Walzen verläuft, beschädigt werden kann. Daher ist dieses Gerät nicht vielseitig genug, was die wirkungsvolle Handhabung von bogenartigem Material verschiedener Breiten anbelangt.
Im U.S.-Patent Nr. 4,356,764 (Haugen) ist ein Paar Walzen beschrieben, die jeweils einen Mittelkern mit gleichförmigem Durchmesser und einen äußeren Hohlmantel aufweisen. Druckübertragungswalzen tragen die Mäntel auf ihren entsprechenden Kernen, wobei die Übertragungswalzen an vier beabstandeten Stellen mit den gelagerten Mänteln in Eingriff gehen. Da der Mantel an einzelnen Stellen durch die Übertragungswalzen getragen wird, wäre ein nicht gleichmäßiger Druck entlang des Spaltes zu erwarten. Dies ist besonders dann zu erwarten, wenn einer der äußeren Zylindermäntel aus einem elastischen Material hergestellt ist, beispielsweise Gummi mit einer Durometer-Härte von ca. 35-60, wie es bei einer Ausführungsform dieses Gerätes erwähnt ist.
Die Verwendung von Druckfixierwalzen zum Aufschmelzen oder Verbreiten erstarrter Schmelztinte auf zu bedruckende Medien ist ebenfalls bekannt. Das japanische Patent Nr. 60-18,351 (Moriguchi et al.) und das U.S.-Patent Nr 4,745,420 (Gerstenmaier) sind zwei Beispiele dieser Art von Gerät. Der Aufbau von Druckwalzen ist in diesen zwei Patentschriften nicht beschrieben. Außerdem wird in dem Patent von Gerstenmaier ein Exzenter zur Änderung des auf die Walzen wirkenden Druckes eingesetzt. Andere Beispiele von mit Walzen arbeitenden Bildfixiergeräten aus dem Stand der Technik sind in den U.S.-Patenten Nr. 3,293,059 (Stowell), Nr. 3,566,076 (Fantuzzo) und Nr. 4,568,949 (Muranaka) beschrieben.
Das U.S.-Patent Nr. 4,372,247 (Calabrese) betrifft ein Gerät zur kalten Druckfixierung von Tonerpulver auf einem Substrat. Zwei parallele Walzen sind vorgesehen, die jeweils eine solide Welle haben, welche von einem Elastomermaterial umgeben ist, das eine steife äußere Metallummantelung trägt. Die Ummantelung und die Startwelle verlaufen koaxial. Druck wird auf eine der Wellen an ihren Enden aufgebracht. Bei diesem Gerät tritt der Nachteil auf, daß der Druck am Mittelpunkt des Spaltes geringer ist. In der GB 1 545 312 ist ein ähnlicher Aufbau aus dem Stand der Technik beschrieben, der denselben Nachteil hat.
In der EP-A-0 130 452 (Hoechst) ist ein Walzenfixiergerät mit einer Druckwalze und einer intern beheizten Fixierwalze offenbart. Die Fixierwalze hat eine beheizte mittlere Welle, die von einer mehrteiligen Ummantelung umgeben ist. Um die Welle herum befindet sich eine Aluminiumhülse mit variierendem Außendurchmesser. Diese Hülse umgibt ein Silikonelastomer, das den Konturen der Aluminiumhülse folgt und einen konstanten Außendurchmesser hat. Schließlich ist das Silikonelastomer mit einer äußeren Schicht eines schrumpfgepaßten Folienmaterials überzogen.
Druckfixierwalzen aus dem Stand der Technik, die dem Erfinder bekannt sind, unterliegen Problemen bei der Bearbeitung von Medien mit stark unterschiedlichen Dickentypen und/oder Breiten.
Obgleich eine Anzahl von Druckentwicklungs- und -fixiergeräten mit Walzen bekannt ist, besteht ein Bedarf an einem derartigen Gerät und an Walzen für ein solches Gerät, das in der Lage ist, diese und andere Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Fixier- und Entwicklungsgerät mit Walzen zur Verfügung gestellt, wie es im nachstehenden Anspruch 1 beschrieben ist.
Die Verteilung der Last entlang der Kontaktlinie, die den Spalt definiert, läßt sich für eine bestimmte Anwendung steuern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Linienlast so gesteuert, daß sie am Mittelpunkt der Linie geringfügig höher ist. Dieser Aufbau minimiert die Neigung des Mediums zu knittern, so daß stark variierende Arten von Medien bearbeitet werden können. Überdies läßt sich noch ein gleichmäßiges Aufschmelzen von Tinte erreichen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat der Kern ein zunehmendes Querschnittsmaß von den jeweiligen Enden des Kerns zu seinem Mittelpunkt hin. In einer spezifischeren Ausführungsform der Erfindung hat der Kern im Längsschnitt eine Bauchung in Form einer Trägerbiegungskurve eines einfach gestützten, gleichmäßig belasteten Trägers mit konstantem Querschnitt. In einer alternativen Ausführungsform nimmt das Querschnittsmaß des Kerns in diskreten Schritten von den Enden des Kerns zu seinem Mittelpunkt hin zu. In einer noch weiteren Ausführungsform kann der Kern von seinem Mittelpunkt zu seinem ersten und zweiten Ende hin verjüngt sein. In äquivalenter Weise kann die Hülse mit einem sich verändernden Querschnitt versehen sein, so daß sie am Mittelpunkt dicker ist als an den Enden, entsprechend der variierenden Dicke des Kerns. In jedem Fall ist die Linienlast am Mittelpunkt der Linie geringfügig höher.
Typischerweise hat eine Walze des Druckfixier- und -entwicklungsgeräts eine steife druckaufbringende Oberfläche&sub7; während die andere Walze eine nachgebende druckaufbringende Oberfläche hat, insbesondere, wenn Medien, die den Aggregatszustand wechselnde Tinte oder Schmelztinte enthalten, bearbeitet werden.
Als weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Elastomer vorzugsweise eine Durometer-Härte von ca. Shore A 30-60 und füllt den Raum zwischen der Hülse und dem Kern, um eine kontinuierliche Auflage für die Hülse und somit für die druckaufbringende Oberfläche bereitzustellen. In einer Form der Erfindung kann das Elastomer am Mittelpunkt der Walze bezogen auf die Enden der Walze komprimiert werden, um den Mittelabschnitt der Walze vorzuladen.
Die Walzen, die den Spalt bilden, sind mit ihren Längsachsen parallel zueinander ausgerichtet. Des weiteren können beide Walzen einen Aufbau haben, der eine Hülse, einen Kern und zwischen dem Kern und der Mülse eingefügtes Elastomermaterial umfaßt. Es wurde auch festgestellt, daß verbesserte Ergebnisse erhalten werden, wenn nur eine der Walzen dieser verbesserten Auslegung im Gerät enthalten ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Fixier- und Entwicklungsgerät mit Walzen zur Verfügung zu stellen, bei dem zu bearbeitendes tintenhaltiges, bogenartiges Material durch einen Hochdruckspalt verläuft, welcher durch ein Walzenpaar gebildet wird.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, eine große Vielzahl von Medien, beispielsweise Klarsichtfolien, Umschläge, Papier verschiedenen Typs einschließlich Zwiebelschalenpapier bis zu Karton von 216 g/m² (achzig Pfund) und mehr, einfaches und beschichtetes Papier, Zeichenpergament usw., zu bearbeiten, ohne diese Medien zu beschädigen.
Eine weitere bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein derartiges Gerät anzugeben, das in der Lage ist, Schmelztinte, die auf dem Medium erstarrt ist, zu komprimieren, völlig unabhängig davon, ob die Tinte in einer einzelnen Schicht, mehreren Schichten oder einer Kombination aus einer einzigen und mehreren Schichten auf einem Bogen eines Mediums vorhanden ist.
Eine noch weitere bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät dieses Typs anzugeben, welches in der Lage ist, den gewünschten Druck auf die Medien aufzubringen, unabhängig von der Dicke der Medien, ihrer Breite und der Dicke der Tinte auf den Medien.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gerät zur Verfügung zu stellen, bei dem der Liniendruck oder die Linienlast, der bzw. die am Mittelpunkt des Spalts auf die Medien wirkt, geringfügig höher ist als der Liniendruck, der an den Enden des Spalts auf die Medien wirkt.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und Zeichnungen.

Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Tintenstrahlgerätes zum Aufspritzen von Schmelztinte oder den Aggregatszustand wechselnde Tinte auf zu bedruckende Medien;
Fig. 2 ist eine Endansicht, zum Teil im Schnitt, entlang der Linie 2-2 aus Fig. 3, in der gezeigt ist, wie ein zu bedrukkendes Medium in den zwischen einem Walzenpaar gebildeten Spalt gemäß vorliegender Erfindung eintritt;
Fig. 3 zeigt eine seitliche Aufrißdarstellung, zum Teil im Schnitt, der Walzen aus Fig. 2, entlang der Linie 3-3 aus Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnittes von zwei Walzen gemäß vorliegender Erfindung, aus der zu sehen ist, wie der Rand eines Bogens eines Mediums zwischen den Walzen hindurchläuft;
Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht von zwei Walzen gemäß vorliegender Erfindung, in der die Bearbeitung von Medien, die sowohl einzelne als auch mehrere Schichten Tinte enthalten, dargestellt ist;
Fig. 6 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Typs von Halte-, Lade- und Treibmechanismus für ein Fixier- und Entwicklungsgerät des Walzentyps, das ein oder mehrere Walzen der vorliegenden Erfindung enthält;
Fig. 7 zeigt eine Seitenaufrißansicht, zum Teil im Schnitt, die eine andere Art von Kern für eine erfindungsgemäße Walze zeigt;
Fig. 8 zeigt eine Seitenaufrißansicht einer anderen Form von Kern für eine Walze der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 zeigt eine Seitenaufrißansicht, zum Teil im Schnitt, eines Kerns mit einem darauf aufgebrachten Elastomer, der so konfiguriert ist, daß er das Elastomer am Mittelpunkt einer Walze vorlädt, wenn der Kern und das Elastomer mit der Hülse kombiniert werden;
Fig. 10 zeigt eine Seitenaufrißansicht, zum Teil im Schnitt, des aus Kern und Elastomer bestehenden Aufbaus aus Fig. 9, wie er gerade in eine Hülse eingesetzt wird;
Fig. 11 zeigt eine Seitenaufrißansicht, zum Teil im Schnitt, in der eine andere Form von Walze gemäß vorliegender Erfindung dargestellt ist; und
Fig. 12 zeigt eine Seitenaufrißansicht, zum Teil im Schnitt, in der eine andere Form von Walze gemäß vorliegender Erfindung dargestellt ist.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Im allgemeinen umfaßt die vorliegende Erfindung ein Fixier - und Entwicklungsgerät des Walzentyps, bei dem zu bearbeitendes bogenartiges Material durch einen Hochdruckspalt verläuft, der von einem Walzenpaar gebildet wird, sowie eine Walze für ein solches Gerät. Das Gerät ist einsetzbar für die Fixierung von pulverförmigen Tonern auf Medien, für "Mead"-Verfahrensanwendungen, bei denen lichtempfindliche Mikrokapseln zerbrochen werden, wenn ein oder mehrere Blätter, die derartige Kapseln enthalten, zwischen den Walzen hindurchlaufen, und andere Anwendungen, in denen Druck zum Fixieren, Schmelzen oder Entwickeln von Bildern auf Medien eingesetzt wird. Die Erfindung ist besonders gut anwendbar auf das Fixieren von Bildern, die durch auf zu bedruckende Medien erstarrte Schmelztintentröpfchen gebildet wurden. In solchen Fällen, insbesondere bei farbigen Anwendungen, sind sowohl einzelne als auch mehrere Tintenschichten üblicherweise gleichzeitig auf dem Medium vorhanden. Um ein Bild hoher Qualität zu erzeugen, ist es wünschenswert, im wesentlichen gleichförmigen Druck auf Bereiche der Medien aufzubringen, die mehrere Schichten enthalten, und auf Bereiche, die einzelne Schichten von Tintentröpfchen enthalten. Bei der vorliegenden Erfindung wird die gewünschte Fixierung erstarrter Tröpfchen von den Aggregatszustand wechselnder Tinte selbst unter diesen Umständen erreicht. Der Einfachheit halber und ohne die breite Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung auf Bildfixier- und -entwicklungsgeräte im allgemeinen einzuschränken, ist die folgende Beschreibung auf die Verwendung des Geräts zur Fixierung erstarrter Tröpfchen von Schmelztinte auf Medien gerichtet.
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, hat ein Drucker einen Tintenstrahldruckkopf 14 mit einer Tintentropfenausstoßöffnung 16, aus der Tintentröpfchen, von denen eines mit 18 bezeichnet ist, in Richtung des Pfeils 20 auf einen Bogen eines Mediums zur Aufnahme der Tintentropfen ausgestoßen werden. Der Tintenstrahldruckkopf 14 kann jede beliebige Form haben und kann von dem Typ mit Tropfenausstoß bei Bedarf sein, bei dem der Tröpfchenausstoß nur als Reaktion auf den Erregungszustand eines zugehörigen Wandlers erfolgt. Der Tintenstrahler 14 kann ebenfalls einen kontinuierlichen Strahl haben und kann fakultativ mit einer Luftunterstützung zur Beschleunigung der Übertragung der Tintentröpfchen auf das Medium versehen sein. Ein geeigneter Tintenstrahldruckkopf ist im U.S.-Patent Nr 4,727,378 (Le et al.) beschrieben. Im Fall von Schmelztinte oder den Aggregatszustand wechselnder Tinte wird erstarrte Tinte erhitzt, damit sie sich bei ihrem Ausstoß aus der Öffnung 16 im flüssigen Zustand befindet. Tintentröpfchen 24, 26 und 28 sind in Fig. 1 nach ihrer Aufbringung auf das Ziel oder Medium 22 dargestellt. Diese Punkte 24, 26 und 28 sowie andere Punkte auf dem Medium, gehen auf dem Medium eine Änderung des Aggregatszustand vom flüssigen in den festen Zustand ein. Auch ragen die Punkte etwas von der Oberfläche des Mediums ab, wobei diese Erhöhung in Fig. 1 übertrieben dargestellt ist. Bei gewissen Arten von Medien, zum Beispiel Folien, dringen die auf sie auftreffenden Tintentröpfchen nicht ausreichend ein. Als Folge hiervon stehen die Tröpfchen bei solchen Medien in stärkerem Maße ab als bei anderen Arten von Medien, die poröser sind, zum Beispiel einfaches Papier.
Im subtraktiven Primär(farben)system des Tintenstrahldruckes, werden Sekundärfarben (Rot, Grün und Blau) gebildet, indem Tröpfchen in zwei Primärfarben übereinander gespritzt werden. Im Fall von Tintenstrahlern mit den Aggregatszustand wechselnder Tinte ergibt dies Bereiche, die mit unterschiedlichen Dicken von Tinten überzogen sind, wie es durch die Punkte 26, 28 dargestellt ist, die in Fig. 1 übereinanderliegend gezeigt sind. Dieser Bereich des Mediums sollte mit der Dicke der einzelnen Tintenschicht, die durch das Tröpfchen 24 dargestellt ist, kontrastiert werden. Bei jeder Druckschmelz- oder -fixieranwendung ist es wünschenswert, daß ausreichend Druck auf die Tinte ausgeübt wird, obgleich auf dem Medium vorhandene Tintenschichten unterschiedliche Dicken haben können.
In Fig. 2 ist das mit Tinte beschickte Medium 22 bei seinem Verlauf in Richtung des Pfeils 30 auf einen Hochdruckspalt 32 hin, der zwischen einem Paar Walzen 40, 42 gebildet wird, dargestellt. Die Walze 40 besteht aus einer länglichen äußeren rohrförmigen Hülse 50, die eine äußere Druckaufbringungsoberfläche 52 hat. Die Oberfläche 52 ist üblicherweise glatt und hat eine gerade zylindrische Form. Obwohl Änderungen möglich sind, ist die dargestellte Hülse 50 über ihre Länge hinweg gleichmäßig dick. Ein länglicher Kern 54 ist in die Hülse 50 eingeschoben und verläuft entlang ihrer Länge. Der Kern 54 und die Hülse 50 verlaufen konzentrisch zueinander, d.h. ihre jeweiligen Längsachsen fallen zusammen. Ein Elastomermaterial 56 ist zwischen dem Kern und der Hülse aufgebracht, wobei dieses Elastomermaterial die Hülse auf dem Kern trägt. Als Ergebnis wird ein auf den Kern 54 wirkendes Drehmoment vom Elastomer 56 auf die Hülse übertragen, da der Kern und die Hülse über das Elastomer miteinander verbunden sind. Wenn eine der Walzen 40 oder 42 aus Stahl ist, wobei die andere Walze aus der beschriebenen Kombination aus Kern, Elastomer und Hülse besteht, und wenn nur die Stahlwalze angetrieben wird, dann wird nur sehr wenig Drehmoment durch das Elastomermaterial übertragen.
Der Kern 54 kann aus einem steifen, vorzugsweise nicht nachgebenden Material sein, beispielsweise Stahl. Indem die Oberfläche des Kerns etwas rauh gelassen wird, zum Beispiel nach der Oberflächenbearbeitung oder dem Guß, wird eine besser Haftung am Elastomer erzielt. Das Elastomermaterial 56 gibt nach, und hat eine bevorzugte Durometer-Härte zwischen Shore A 30 und 60, wobei ein Durometer-Wert von 35-45 meist bevorzugt ist. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, füllt das Elastomermaterial den gesamten Raum zwischen dem Kern und der Hülse, um eine kontinuierliche Auflage für die Hülse entlang der vollen Länge des Spaltes zu bilden. Das Elastomermaterial überträgt sowohl Drehmoment als auch Druck vom Kern auf die Hülse und hat in der Tat die Wirkung einer weichen Feder. Ein spezifisches Beispiel eines geeigneten Elastomers ist REN:C:O-Thane, erhältlich von der Firma Ciba-Geigy.
In der in Fig. 2 dargestellten Form der Erfindung ist die Hülse 52 vorzugsweise aus einem nachgebenden Material und vorzugsweise aus einem polymeren Material. Beispiele geeigneter Materialien für die Hülse 52 sind unter anderem Azetal-Homopolymer und Nylon 6/6 von der E.I. DuPont Corporation. Wie nachstehend ausgeführt ist, hat durch Verwendung einer nachgebenden Hülse 52 die Walze 40 die verbesserte Fähigkeit zur wirkungsvollen Behandlung von Papier, auf dem sich Tintenlagen unterschiedlicher Dicke befinden. Gleichzeitig wird der Druck zwischen den Walzen 40, 42 über die Länge des Spaltes aufrechterhalten, obgleich die Dicke der Tinte variiert. Außerdem ermöglicht die Verwendung einer nachgebenden Hülse, was wiederum nachstehend näher ausgeführt ist, eine Verformung der Walze am Rand des Mediums, um auf diese Weise auch die Gleichmäßigkeit des Liniendruckes über dem Rand des Mediums zu verbessern.
Somit ist die Hülse 52 in der Lage, sich der Dicke des Mediums und der auf dem Medium befindlichen Tinte anzupassen, und sie ist dennoch hart genug, um einen Hochdruckspalt zu bilden und um zu verhindern, daß die Drehmomentanforderungen zum Treiben der Walzen zu extrem werden.
In Fig. 2 ist die Walze 42 auch mit einem Mittelkern 60, einer äußeren rohrförmigen Hülse 62 mit einer äußeren Druckaufbringungsoberfläche 64 und einem Elastomermaterial 66, das die Hülse auf dem Kern hält, dargestellt. Die Walze 42 kann in ihrem Aufbau ähnlich der Walze 40 sein. In einer bevorzugten Form der Erfindung jeodch kann die Walze 42 aus massivem Stahl sein oder mit einer Hülse 62 aus einem steifen, nicht nachgebenden Material wie Stahl versehen sein. Als spezifisches Beispiel kann die Hülse 62 aus einem Material mit einer Rockwell- Härte ab dem oberen Bereich von 50 bis zum mittleren Bereich von 60 sein, wobei eine Rockwell-Härte von C-60 ein spezifisches Beispiel ist. Die Oberfläche 64 der Hülse 62 wird auf herkömmliche Art und Weise einer Endbearbeitung unterzogen, damit sie sehr glatt wird. Die Hülse 62 kann auf herkömmliche Art und Weise mit einer Chromschicht als Korrosionsschutz überzogen werden. Somit stellt die Walze 42 eine harte Oberfläche bereit, gegen die die tintenbeschichtete Oberfläche des Bogens 22 bei ihrem Verlauf durch den Spalt 32 gedrückt wird. Die Walze 42 kann einen anderen Durchmesser als die Walze 40 haben. Zum Beispiel kann eine Walze 42 mit relativ kleinem Durchmesser verwendet werden, ohne Zusatzwalze. Gleichzeitig bietet die Hülse 52 eine nachgebende Oberfläche zur Aufnahme des Mediums. Die entsprechenden Walzen 40, 42 sind in ihrer Drehung in der Richtung der Pfeile 70, 72 dargestellt, um das Medium 22 durch den Spalt 32 zu befördern. Im typischen Fall wird die Walze 42 angetrieben, während die Walze 40 ihren Antrieb durch Oberflächenkontakt mit der Walze 42 erfährt. Natürlich können die Walzen 40, 42 zum Zwecke des Antriebs über Zahnräder oder auf andere Weise miteinander verbunden werden oder separat angetrieben werden, falls dies gewünscht ist.
Es wird nunmehr auf die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform Bezug genommen. Die beiden dort dargestellten Kerne 54, 60 sind identisch und daher wird nur der Kern 54 beschrieben. Der Kern 54 kann hohl sein, ist im typischen Fall aber massiv und hat ein Querschnittsmaß, welches im Verlauf von den entsprechenden Enden des Kerns zum Kernmittelpunkt hin zunimmt. Insbesondere ist der dargestellte Kern 54 im Längsquerschnitt so ausgelegt, daß er eine Bauchung in Form einer Biegung eines einfach gestützten, gleichmäßig belasteten Trägers mit konstantem Querschnitt hat. Folglich, wenn die entsprechenden Enden des Kerns 54 in einer Richtung senkrecht zur Längsachse 80 des Kerns mit einer Last L belastet werden, trägt diese Konfiguration des Kerns dazu bei, das gewünschte Lastprofil über die gesamte Länge des Druckspaltes zu erhalten.
In einem spezifischen Beispiel, das zur Veranschaulichung der Kompaktheit der Walze angegeben wird, kann die Walze 40 einen Außendurchmesser von 442 mm (1,74 Inch) haben und ca. 310 mm (12,3 Inch) lang sein. Der Kern hat typischerweise einen Durchmesser von 20,2 mm (0,8 Inch) an den Enden des Kerns und einen Durchmesser von 35,4 mm (1,4 Inch) am Mittelpunkt des Kerns, wobei ein Spalt oder Raum von 1,3 mm (0,05 Inch) zwischen dem Kern und der Hülse am Mittelpunkt des Kerns vorgesehen ist. Dieser Spalt sowie der verbleibende Raum zwischen der Hülse und dem Kern, ist mit dem Elastomermaterial 56 gefüllt. Wenn eine Druckfixier- und -entwicklungsvorrichtung mit einer Last L belastet wird, beispielsweise einer Last, die ausreicht, um einen Druck von 4,7 bis 5,5 kg/m (85-100 Pfund pro laufendem Inch) entlang dem Spalt zu erzeugen, dann ist sie mit diesem Aufbau dazu verwendbar, um ein zu bedruckendes Medium entlang der vollen Breite des Spaltes zu bearbeiten. In diesem spezifischen Beispiel kann daher ein Medium mit einer Breite von 313 mm (12,3 Inch) bearbeitet werden. Gleichzeitig können aber auch schmalere Medien mit ausgezeichneten Ergebnissen bearbeitet werden, ohne daß hierzu erforderlich ist, daß das Medium zwischen den Enden des Spalts zentriert ist.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Aufbau und bei einer Lagerung der Längsachse 80 der Walze 40 parallel zur Längsachse 84 der Walze 42 wird ferner zwischen den Walzen ein geringfügig höherer Druck am Mittelpunkt des Spalts erzielt als an den Enden des Spalts. Dieser Druck läßt sich durch Verringerung des Querschnittsmaßes des Kerns an seinem Mittelpunkt verringern bzw. durch Erhöhung des Querschnittsmaßes des Kerns an seinem Mittelpunkt erhöhen. Obwohl sich ein gleichmäßiger Druck über die volle Länge des Spalts als wünschenswert erwiesen hat, ist bei einer Ausgestaltung, bei der der Spaltdruck am Mittelpunkt der Walzen geringfügig höher ist als an den Enden der Walze, praktisch kein Knittern des zu bedruckenden Mediums aufgetreten. Vorzugsweise ist der Druck am Mittelpunkt der Walzen 1 % bis 40 % höher als der Druck an den Enden der Walzen, wobei eine Differenz von 10% bis 20% meist bevorzugt ist und eine Differenz von 15% eine besonders bevorzugte Differenz ist. Je höher die Druckdifferenz ist, desto besser widersteht das Gerät einem Knittern des Mediums und desto ungleichmäßiger ist die aufgeschmolzene Tinte. Umgekehrt gilt: Je geringer die Druckdifferenz ist, desto gleichmäßiger ist die aufgeschmolzene Tinte und desto größer die Wahrscheinlichkeit des Knitterns einiger Arten von Medien. (Das Problem des Knitterns ist jedoch bei der vorliegenden Erfindung immer noch minimal).
Wie in Fig. 4 gezeigt, verformt sich beim Verlauf des Mediums 22 durch den Spalt 32 die nachgebende Hülse 52, um den Rand 86 des Blattes 22 aufzunehmen. Folglich entsteht kein hoher lokaler Druck am Rand des Blattes. Ein hoher lokaler Druck würde zu einem Knittern oder Reißen des Blattes bei dessen Verlauf zwischen den Walzen führen. Es ist festgestellt worden, daß das Gerät gemäß vorliegender Erfindung dazu eingesetzt werden kann, Medien unterschiedlicher Breiten und Dicken zu bearbeiten. Zum Beispiel wurden Umschläge, Papier verschiedener Gewichtsbereiche von Zwiebelschalenpapier bis zu Karton von 216 g/m² (achzig Pfund), Zeichenpergament, Folienfilm und andere, mit Schmelztinte bedruckte Medien unter Verwendung des Gerätes gemäß vorliegender Erfindung bearbeitet.
Zurück zu Fig. 3: Die Walze 42 kann durch eine herkömmliche Walze, beispielsweise aus massivem Stahl oder dergleichen ersetzt werden. In einem solchen Fall lassen sich die Vorteile der Erfindung noch größtenteils erzielen, wenn eine Walze 40 der in Fig. 3 dargestellten Art in Verbindung mit der herkömmlichen Walze 42 verwendet wird. Wiederum dient die Walze 42 dazu, den gewünschten Liniendruck zu erzielen.
Es wird nunmehr zur weiteren Veranschaulichung der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung auf die Fig. 5 Bezug genommen. Darin ist ein Blatt eines zu bedruckenden Mediums 22 mit darauf befindlichen einfachen und doppelten Schichten von Tinte dargestellt, das durch den Spalt 32 verläuft. Aufgrund der elastischen Nachgiebigkeit der Hülse 42 wird praktisch der gesamte Bereich des Mediums mit der einzigen Tintenschicht (von der als Beispiel Tropfen 24 in dieser Figur dargestellt ist) und der gesamte Bereich, der die mehrfachen Tintenschichten enthält (von dem zwei Schichten 26 und 28 in dieser Figur gezeigt sind) einem Druck der Druckaufbringungswalzen 40, 42 ausgesetzt.
Wenn Druck auf diese Tintentropfen wirkt, verteilen sie sich auf dem Medium. Eine Steigerung von ca. 100 % der mit diesen Punkten überzogenen Fläche auf Folien ist eine spezifische Darstellung dieser Ergebnisse. Folglich lassen sich Farbbilder höherer Qualität erzielen, insbesondere bei der Druckbehandlung mehrerer Tintenschichten unter gleichzeitiger Druckbehandlung von Tintenschichten einer geringeren Dicke.
In Fig. 6 ist eine Vorrichtung zum Halten, Treiben und Anlegen von Druck an die Druckwalzen 40 und 42 gezeigt. In Fig. 6 ist eine Stahlwalze 40 mit einer Welle 60 über einer Walze 42 mit Hülse, Kern und Elastomer angeordnet dargestellt. Die Enden des Kerns 54 und die Enden der Welle 60 sind an einem Rahmen 88 gelagert, wodurch die entsprechenden Walzen 40, 42 drehbar gelagert sind. Ferner werden die Enden des Kerns 54 von einem verschiebbaren Blockabschnitt des Rahmens 88 getragen, so daß die Walze 42 nach oben auf die Walze 40 zu verschoben werden kann. Die Walzen werden an ihren entsprechenden Enden durch eine Feder oder einen anderen Vorspannmechanismus, von denen einer mit der Bezugsziffer 89 bezeichnet gezeigt ist, vorgespannt und zusammengelenkt. Die Walze 40 kann in Richtung des Pfeils 94 angetrieben werden, zum Beispiel durch einen Motor 90 und einen Riemen 92, der mit einer Scheibe 93 auf der Welle 60 verbunden ist. Ein Nockenelement 96 ist über eine Buchse 98 an einem Ende des Kerns 54 drehbar gelagert. Dieses Nockenelement hat eine Nockenoberfläche 100 und einen nach außen ragenden Anschlagkontaktstift 103. Wenn die Walze 40 in der Richtung des Pfeils 94 getrieben wird, gehen die Walzen 40, 42 in Eingriff miteinander und das Nockenelement 96 dreht sich entgegen den Uhrzeigersinn in Fig. 6, bis der Stift 103 einen am Rahmen befestigten Anschlag 105 kontaktiert. In diesem Fall ist das Nockenelement 96 von einem Nockenelement 101 beabstandet, welches mit der Welle 60 verbunden ist, die Walzen 40, 42 sind zusammen und Druck wird durch die äußeren Oberflächen der Walzen über den Spalt hinweg aufgebracht. Wenn die Walze 40 in der Richtung entgegengesetzt zu Pfeil 94 angetrieben wird, wird das Nockenelement 96 durch die in Eingriff stehenden Walzen in Fig. 6 im Uhrzeigersinn gedreht. Wenn die Nockenoberfläche 100 mit dem Nockenelement 101 in Eingriff geht, schieben die Elemente 96, 101 die Walzen 40, 42 auseinander und nehmen die Last von den Druckoberflächen der Walzen. Im typischen Fall wird der Druck zu Zeiten nachgelassen, wenn das Gerät gerade nicht zur Bearbeitung von Papier verwendet wird, so daß sich keine flachen Punkte auf der äußeren Oberfläche der Hülse der Walze 42 bilden. Natürlich sind auch andere Mechanismen zum Antrieb und zur Druckaufbringung geeignet.
In Fig. 7 ist eine alternative Form der Walze 40 dargestellt. In dieser Figur sowie in den nachstehend beschriebenen restlichen Figuren haben Elemente, die den in Fig. 3 dargestellten Elementen entsprechen, gleiche Bezugszeichen und sind daher nicht im einzelnen beschrieben. In der in Fig. 7 dargestellten Form der Erfindung hat der Kern 54 ein zunehmendes Querschnittsmaß oder einen zunehmenden Durchmesser, d.h. von den entsprechenden Enden des Kerns zum Kernmittelpunkt hin. In diesem Fall jedoch verjüngt sich der Kern geradlinig vom Mittelpunkt des Kerns zu seinen jeweiligen Enden hin. Bei diesem Aufbau ist der Druck am Mittelpunkt der Walze geringfügig größer als der Druck an den Enden der Walze. Außerdem fällt die Druckverteilung über den Spalt hinweg zu den Enden der Walze hin im Vergleich zu der Ausführungsform aus Fig. 3 geringfügig stärker ab.
In Fig. 8 ist der Kern 54 mit einer äußeren Oberfläche dargestellt, die diskrete Abstufungen 110, 112, 114, 116, 118, 120 und 122 hat, im Gegensatz zu einer kontinuierlich gekrümmten oder gebogenen Oberfläche, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Wiederum nimmt das Querschnittsmaß von den äußeren Enden des Kerns zum Kernmittelpunkt hin zu. Bei jeder Abstufung (d.h. 110-112) entlang der Länge des Kerns wird eine Differenz im Druck des Spaltes an der Oberfläche der Hülse im Bereich der Abstufung erwartet. Je kleiner und zahlreicher die Abstufungen sind, desto mehr verhält sich der Kern so, als seien keine Abstufungen vorhanden.
In Fig. 11 hat der Kern 54 einen gleichmäßigen Querschnitt, wobei die Hülse 50 wiederum vom Elastomer 56 auf dem Kern getragen wird. Obgleich sie weniger erwünscht ist als die voranstehend erläuterten Typen von Aufbau, trägt auch diese Kombination einer von dem Elastomer 56 auf dem Kern 54 getragenen Hülse 50 dazu bei, günstige Ergebnisse im Vergleich zu massiven Walzen zu erzielen. Es können auch härtere Elastomere am Mittelpunkt der Walze als an den Walzenenden verwendet werden, um den Liniendruck am Mittelpunkt der Walzen zu erhöhen.
In Fig. 12 ist die Dicke der Hülse 50 verändert, wobei die Hülse am Mittelpunkt dicker ist als an den Enden. In diesem Fall hat die innere Oberfläche der Hülse eine ähnliche Form wie die äußere Oberfläche des Kerns 54 in Fig. 3. Wiederum kann die innere Oberfläche der Mülse 54 im Querschnitt die Form einer Biegung eines einfach gestützten Trägers haben. Auch kann bei der Hülse die innere Oberfläche wie die äußere Oberfläche der Kerne der anderen Beispiele konfiguriert sein. Das Ergebnis ist ein Liniendruck, der am Mittelpunkt des Kerns geringfügig höher ist als an den Kernenden.
In den Fign. 9 und 10 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der das Elastomer 56 auf dem Kern 54 gebildet ist, wobei das Querschnittsmaß des Elastomers sich in Richtung zum Kernmittelpunkt hin erhöht. In Fig. 9 ist das Elastomer in seinem Längsquerschnitt derart geformt, daß es eine Bauchung ähnlich der Bauchung des Kerns aus Fig. 3 hat. Wenn, wie in Fig. 10 gezeigt, der aus Kern und Elastomer bestehende Aufbau (in Richtung des Pfeils 130) in die Hülse 50 eingesetzt werden, wird der am weitesten in der Mitte befindliche Abschnitt des Elastomers zusammengedrückt. Dies führt dazu, daß der Liniendruck am Mittelpunkt leicht höher ist als an den Enden, was die Neigung einiger Papiersorten zum Knittern verringert.

Claims

1. Druckfixierungs- und Entwicklungsgerät des Walzentyps, bei dem zu behandelndes bogenartiges Material (22) durch einen Hochdruck-Walzenspalt geführt wird, welcher von einer ersten (40) und einer zweite Walze (42) gebildet wird, wobei das Gerät folgendes umfaßt:

eine erste Walze (40) mit einer ersten Längsachse (80), ersten und zweiten Enden, und einer ersten druckaufbringenden Außenfläche (52);

eine zweite Walze (42) mit einer zweiten Längsachse (84), ersten und zweiten Enden, und einer zweiten druckaufbringenden Außenfläche (64);

eine Haltevorrichtung (88) zum Halten der ersten und der zweiten Walze in einer Stellung, bei der die erste Längsachse (80) parallel zu der zweiten Längsachse (84) ist und die erste druckaufbringende Fläche (52) gegen die zweite druckaufbringende Fläche (64) drückt, um einen ein Medium aufnehmenden Walzenspalt (32) zwischen den sich berührenden Abschnitten der ersten und der zweiten druckaufbringenden Oberflächen zu bilden, wobei die Haltevorrichtung (88) eine Lastvorrichtung (89) zum Aufbringen einer Last auf die Enden mindestens eines der ersten (54) und zweiten Kerne (60) umfaßt, um die erste druckaufbringende Fläche (52) gegen die zweite druckaufbringende Fläche (64) zu drängen; und

wobei mindestens eine der ersten (40) und zweiten Walze (42) folgendes aufweist:

(a) eine erste längliche rohrförmige Hülse (50) mit einer ersten druckaufbringenden Außenfläche (52) und einer ersten Längsachse (80), wobei die erste Hülse aus einem steifen Material besteht;

(b) einen ersten länglichen Kern (54), der innerhalb der ersten rohrförmigen Hülse (50) angeordnet ist und dessen Längsachse mit der ersten Längsachse (80) ausgerichtet ist, wobei der erste Kern einen Mittelabschnitt hat und ein erstes und ein zweites Ende; und

(c) einem Elastomermaterial (56), welches sich zwischen dem ersten Kern (54) und der ersten Hülse (50) befindet, wobei das Elastomermaterial die erste Hülse auf dem ersten Kern hält; und

die mindestens eine der Walzen von der Lastvorrichtung belastet wird;

dadurch gekennzeichnet, daß:

die mindestens eine der Walzen eine Vorrichtung zum Erhöhen des Druckes im Zentrum des Walzenspaltes im Verhältnis zu dem Druck an den Enden des Walzenspaltes umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine der ersten (40) und zweiten Walzen (42) einen Kern (54) hat, dessen Querschnittsmaß sich von den Enden des Kerns zum Kernmittelpunkt hin erhöht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine der ersten und zweiten Walzen eine Hülse (62) aufweist, deren Dicke von den Enden der Hülse zum Hülsenmittelpunkt hin zunimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Kern (54) in seinem Querschnitt in einzelnen Stufen von den Enden des Kern zum Kernmittelpunkt hin zunimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich der Kern (54) von seinem Mittelpunkt zu seinem ersten und seinem zweiten Ende hin verjüngt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, wodurch sich für den Kern (54) im Querschnitt ein äußerer Verlauf in Form einer Biegung eines einfach gestützten, gleichmäßig belasteten Trägers mit konstantem Querschnitt ergibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, wodurch sich für die Hülse (62) im Querschnitt ein innerer Verlauf in Form einer Biegung eines einfach gestützten, gleichmäßig belasteten Trägers mit konstantem Querschnitt ergibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Elastomer (66) eine mittels Durometer bestimmte Härte im Bereich von Shore A 30 bis 60 hat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Elastomer (66) den Raum zwischen der Hülse (62) und dem Kern (60) ausfüllt, um eine kontinuierliche Lagerung der druckaufbringenden Fläche (64) zu gewährleisten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Elastomer (66) am Mittelpunkt der Walze bezüglich der Enden der Walzen komprimiert wird, um das Elastomer am Mittelpunktsabschnitt der Walze vorzubelasten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Elastomer (66) am Kernmittelpunkt härter ist als das Elastomer an den Enden des Kerns.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Elastomer (66) in Ringen ausgebildet ist, die an dem Kern befestigt sind.