DE1063029B

DE1063029B - Verfahren und Vorrichtung zur Waermefixierung xerographischer Pulverbilder

Info

Publication number: DE1063029B
Application number: DEI13351A
Authority: DE
Inventors: Richard Charles Allen; David Dewey Roshon Jun; John Harvey Lego
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1956-06-14
Filing date: 1957-06-13
Publication date: 1959-08-06
Also published as: FR1187000A; BE558347A; US2807703A

Description

Es ist in der Xerographie üblich, das durch elektrostatische Kräfte auf der zu bedruckenden Unterlage haftende Pulverbild auf diese aufzuschmelzen, indem das Pulverbild zusammen mit der Druckunterlage bis über den Schmelzpunkt des Pulvers erhitzt werden. Die hierfür benötigten Temperaturen liegen über 100° C, meist auch noch über 150° C. Bei diesen Verfahren wird der Siedepunkt des Wassers erheblich überschritten, daher wird der Unterlage Feuchtigkeit entzogen. Insbesondere für Druckunterlagen, an deren. Maßhaltigkeit und Formbeständigkeit besonders hohe Anforderungen gestellt werden, wie z. B. Lochkarten, ist dieses Verfahren nicht anwendbar, da der Verzug und die Verwerfung der Karte nach einer derartigen Fixierung die Toleranzgrenze überschreitet.

Es sind weitere Verfahren bekanntgeworden, bei denen die Fixierung ohne Erwärmung nur durch Druck oder durch Einwirkung chemischer Lösungsmittel bewirkt wird. Den unter Anwendung von Druck arbeitenden Verfahren ist eine ungenügende Fixierung zu eigen, selbst wenn der Druck so hoch gewählt wird, daß der Bildträger bleibend verformt wird. Bei den chemischen Fixierverfahren ist es möglich, eine gute Fixierung ohne wesentliche Veränderung des Feuchtigkeitsgehaltes des Bildträgers zu erzielen. Die chemischen Verfahren benötigen zu ihrer Durchführung jedoch einen verhältnismäßig hohen apparativen Aufwand. Durch die oft toxische Wirkung des chemischen Lösungsmittels müssen hinsichtlich der Bedienung solcher Maschinen bestimmte Bedienungsanleitungen und Sicherheitsvorkehrungen eingehalten werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung vermeidet die angeführten Nachteile, indem nur das Pulverbild eine zum Schmelzen des Pulvers ausreichende Temperatur erhält, während gleichzeitig die Temperatur des Bildträgers unterhalb des Siedepunktes des Wassers gehalten wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß kurzzeitig eine reine Infrarotstrahlung auf ein Pulverbild gelenkt wird, dessen Infrarotabsorptionskoeffizient höher ist als der des Bfldträgers. Um eine genaue Dosierung zu sichern, kann dabei ein stärkemäßig genau definierter Infrarotstrahlblitz, ζ. Β. durch eine geeignete Lampe, erzeugt werden. Eine Unterstützung des Prinzips der selektiven Erwärmung des Pulverbildes und seines Trägers ergibt eine Fokussierung der Infrarotstrahlen in einer Brennlinie, die noch oberhalb des Trägers, jedoch innerhalb des daraufliegenden Pulverbildes liegt.

Eine weitere, insbesondere für kontinuierlich und schnell transportierte Bildträger gute Ergebnisse liefernde Vorrichtung besteht in einer sehr dicht an der Ultrarotstrahkmgsquelle verlaufenden Bewegungs-Verfahren und Vorrichtung

zur Wärmefixierung xerographischer

Pulverbilder

Anmelder:

IBM Deutschland

Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. Juni 1956

David Dewey Roshon juii.,
Richard Charles Allen und John Harvey Lego,

Endicott N. Y. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

bahn für dieselben, bei der durch gleichzeitige Kühlluftumspülung der Bildträger unterhalb des Siedepunktes des Wassers gehalten wird. Vorteilhaft wird dabei die Rückseite des Trägers durch eine Unterdruckvorrichtung oder durch elektrostatische Anziehung gegen eine Führungsfläche gezogen, so daß der sehr enge Abstand zur Infrarotquelle genügend genau eingehalten wird.

Weitere Merkmale der Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung sind aus der zeichnerischen Darstellung und der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Es zeigt

Fig. 1 eine Fixiereinrichtung mit schnell durchlaufendem Bildträger und Kühlluftumspülung,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur elektrostatischen Aufspannung des Bildträgers in der Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansaugevorriehtung in der Einrichtung nach Fig. 1 mit Schlitzen,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Fixiereinrichtung, nach Fig. 1,

Fig. 5 einen durch zu starken Feuchtigkeitsentzug unbrauchbar gewordenen Bildträger;

Fig. 6 und 7 stellen den Ablauf des Einschmelzvorganges eines Pulverbildes dar;

Fig. 8 stellt eine Anordnung zur gefilterten impulsweisen Infrarotbestrahlung eines Pulverbildes dar;

909 580/358

Fig. 9 stellt eine Anordnung mit Fokussierung der Infrarotstrahlen in einer in Höhe des Pulverbildes liegenden Brennlinie dar.

. In der folgenden' Beschreibung umfaßt der Begriff des! xerographischen Pulvers alle Tönungsmittel für xerogiraphische Drucke, bei denen nach der Aufbringung auf einen Träger eine Fixierung durch Wärme erfolgt. Es fallen darunter also auch Tönungsmittel, die z. B. zunächst als Suspension in einer Flüssigkeit enthalten sind und nach Abgießen der Flüssigkeit von dem .niedergeschlagenen Pulverbild durch Wärme aufgeschmolzen werden. Bei den bekannten, aus mehreren Komponenten zusammengesetzten Tönungsmitteln... ist unter der Schmelztemperatur die Temperatur zu verstehen, bei der mindestens ein Bestandteil der Mischung schmilzt.

Es ist bekannt, daß Wasser für die Strahlung im nahen Infrarot durchlässig ist. Wenn also für die Wärmefixierung von Pulverbildern auf einer Karte eine strahlende Energie, wie z. B. die Strahlung nahe dem Infraroten, verwendet wird, ist der Feuchtigkeitsgehalt der Karte durchlässig für diese strahlende Energie. Dieser Teil der strahlenden Energie wird daher nicht in Wärmeenergie umgesetzt. Da alle Tönungsmittel pigmenthaltig sind und da die verwendeten Aufzeichnungsträger Glanzoberflächen haben und eine hellere Farbe als das eigentliche Pulver besitzen müssen, werden die Infrarotstrahlungen zum größten Teil von der Oberfläche derselben reflektiert, aber von dem Tönungsmittel absorbiert.

Als Tönungsmittelbestandteil können z. B. neutralisierte, feingepulverte Mischungen von künstlichen und natürlichen Harzen verwendet werden, denen einige Prozent, mindestens jedoch 5°/o schwarzer Farbpigmente (Ruß) zugefügt sind. Andere Mischungen, bei denen statt der natürlichen Harze künstliche Harze wie z. B. Polyvinylbutyrat mit thermoplastischen Formaldehydharzen miteinander gemischt und mit Farbstoffpulver innig vermengt sind, eignen sich ebenfalls für die vorgenannten Zwecke.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß eine nur zum Einschmelzen des Pulvers in einen Aufzeichnungsträger ausreichende Infrarotstrahlungsmeilge aufgebracht wird, die zu einer selektiven Erwärmung des Pulverbildes gegenüber dem Aufzeichnungsträger führt. Da die Übertragung von Wärmeenergie auf. den. Aufzeichnungsträger durch Leitung durch entsprechende Mittel sehr gering gehalten wird und da der Aufzeichnungsträger selbst im allgemeinen aus einem Material besteht, das strahlende Energie nicht leicht absorbiert, wird seine Temperatur unter dem Siedepunkt des Wassers gehalten. Daher bleibt ein beträchtlicher Teil der ursprünglichen Feuchtigkeit in dem Aufzeichnungsträger zurück, wodurch das Werfen und Krümmen desselben vermieden wird.
• Eine mikroskopische Untersuchung des Tönungsmittels 14 (Fig. 6), aus dem ein Pulverbild besteht, zeigt, daß vor der Fixierung die Pulverteilchen auf der Karte in mehr als einer Schicht angeordnet sind und daß bei Einwirkung der direkten Strahlung 15 einer InfrarotqueHe das Pulver (Fig. 7) nur auf der Oberfläche 16 des Bildes eine äußerst schnelle GIasi'erung aufweist. Obwohl dem Aussehen nach dieses unterfixierte Bild wie ein unverwischbares Pulverbild •wirkt, ist~ noch keine vollständige Fixierung eingetreten, weil nur die äußere Schicht geschmolzen ■wurde. Würde jetzt der Aufzeichnungsträger 51 von der Quelle strahlender Energie 15 entfernt, wäre das Pulverbild nicht dauerhaft mit der Karte verbunden. Es ist also eine zusätzliche Wärmeenergie nach der anfänglichen Glasierung der obersten Pulverschicht 16 erforderlich, um eine dauerhafte Fixierung des Pulverbildes auf seinem Träger zu bewirken. Dies kann durch eine genügend starke und genügend lange Einwirkung von strahlender Energie für das Schmelzen des ganzen Pulvermaterials geschehen. Dadurch wird auch die an den Aufzeichnungsträger angrenzende Pulverschicht sowie das Pulver zwischen dieser Schicht und der obersten Schicht durch Leitung

ίο von der der strahlenden Energie ausgesetzten obersten Schicht aus auf den Schmelzpunkt erhitzt.

In der Vorrichtung nach Fig. 1 bis 4 läuft der das Pulverbild enthaltende Aufzeichnungsträger (Lochkarte) unter der Führung von mit den bildfreien Rändern desselben zusammenarbeitenden Rollenpaaren 100 bis 109 durch die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung. In dieser sind eine Reihe von Infrarotheizlampen 416 dicht über der Bahn 485 der Aufzeichnungsträger 51 angeordnet. Da die Oberflächentemperatur der Lampe 416 etwa HOO⁰C beträgt, wird durch einen Luftstrom eines Gebläses (nicht gezeigt) Kühlluft aus den Ausgangsöfifnungen 417 und 418 durch verschiedene die Lampen 416 umgebende Luftwege und den Kanal 419 in die Abluftöffnung 421 befördert, so daß alle Teile der Fixiereinrichtung gekühlt werden. Außerdem wird durch die Röhre 422 die erhitzte Luft aus der Umgebung der Führungsflossen 423 entfernt.

Die eigentliche Fixierstation umfaßt das Aggregat

475. Es besteht aus einem einseitig offenen Gehäuse in V-Form, in dem sich außer der Kühlluftabsaugleitung 422 noch eine weitere Luftsaugleitung 424 befindet, die mit den innen hohlen Flossen 423 in Verbindung steht. Der Aufzeichnungsträger 51 wird durch Ansaugen an die Schlitze 285 der Flossen 423 in genauem vorherbestimmtem Abstand von der Lampenanordnung 416 gehalten. Da die Aufzeichnungsträger z. B. in einem Abstand von etwa 0,1 cm an der Lampenanordnung 416 mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 cm/sec vorbeibewegt werden, erfolgt eine Erwärmung des Pulverbildes auf etwa 120 -7- 150° C. Die Temperatur des Aufzeichnungsträgers bleibt einesteils wegen des geringeren Ultrarotabsorptionskoeffizienten seines Alaterials, andererseits wegen Unterbindung der durch Leitung auf den Aufzeichnungsträger gelangenden Wärme unter 100° C.

Gemäß Fig. 1 kann die Aufspannung der Aufzeichnungsträger 51 auch durch eine Platte 485 α erfolgen, in der eine Reihe von Bohrungen 485 b angeordnet sind, die mit dem Saugluftsystem 424 ο in Verbindung stehen. Die Bohrungen haben vorteilhaft einen Durchmesser von 0,07 bis 0,15 cm.

Eine elektrostatische Aufspannvorrichtung ist in Fig. 2 gezeigt. Der Aufzeichnungsträger 51 wird auf einer Anzahl von Stegen 20 geführt, die von der Gleichspannungsquelle 21 auf ein hohes Potential, z. B. 6000 -=- 10 000· Volt, aufgeladen werden. Der Aufzeichnungsträger 51 wird dadurch elektrostatisch gegen die Stege 20 gezogen.

In Fig. 5 ist ein zur weiteren Verwendung unbrauchbarer Aufzeichnungsträger 51 dargestellt, der durch Feuchtigkeitsentzug verworfen ist. Die Verwerfung bleibt, z. B. für die Zwecke der Lochkartenmaschinen, unbeachtlich, wenn entlang der Meßstrecken 10, 11 und 12 keine größeren Abweichungen als z. B. 0,3 cm von der Geraden gemessen werden.

In der Fig, 8 ist eine Vorrichtung zur impulsweisen gefilterten Bestrahlung eines auf einem Aufzeichnungsträger 51 befindlichen Pulverbildes gezeigt. Bei dieser

Anordnung werden keine großen Anforderungen an die räumlich exakte Führung des Aufzeichnungsträgers 51 gestellt. Ein Aufzeichnungsträger 51 mit einem Pulverbild 14 wird durch die Transportrollen 71 bis 74 an der Blitzlampe 75 vorbeabewegt und in das Ablegefach 80 befördert. Zwischen der Blitzlampe 75 und dem Aufzeichnungsträger 51 befindet sich eine Wärmeübertragungsschranke 76, die z. B. aus einer wassergefüllten flachen Glasrohre besteht. Die Schranke 76 ist daher durchlässig für Infrarotstrahlen, verhindert aber die anderweitige Wärmeübertragung von der Blitzlampe auf den Aufzeichnungsträger. Durch eine Abführanordnung, z. B. einen Kartenhebel 78, 79, wird der Kontakt 77 geschlossen, sobald sich ein Aufzeichnungsträger in der gewünschten Position befindet. Die erforderliche Blitzlampenspannung von z. B. 2000 V wird aus dem Netz 90 über einen Transformator 91, Gleichrichter V1 an dem Kondensator Cl bereitgestellt. Beim Schließen des Schalters 77 wird die Gasröhre G1 gezündet und die Blitzlampe 75 erregt. Da bei entsprechender Kühlung solche Blitzlampen etwa lOOmal pro Sekunde erregt werden können, ist es möglich, entsprechend schnell hiiitereinanderfolgende Pulverbilder zu fixieren.

Eine weitere Vorrichtung zur selektiven Erwärmung des Pulverbildes zeigt Fig. 9. Ein Aufzeichnungsträger 51 mit einem Pulverbild 14 wird durch Transportrollen 81 bis 84 an einer eine röhrenförmige Lampe 86 enthaltenden Fixiervorrichtung vorbeibewegt. Der in der Lampe 86 befindliche geradlinige Heizfaden wird durch das Reflexionsgehäuse 85 in einer Brennlinie innerhalb des Pulverbildes 14 abgebildet. Damit wird die strahlende Energie auf das Pulverbild konzentriert und bringt das Pulver ohne übermäßige Erwärmung des Aufzeichnungsträgers zum Schmelzen. Je nach Notwendigkeit können zusätzliche Kühlmittel der vorher beschriebenen Art angewendet werden, um Wege unerwünschter Wärmeübertragung zu sperren.

Allgemein ist den beschriebenen Vorrichtungen gemeinsam, daß die Einwirkung infraroter Strahlung nur während eines sehr kurzen Zeitabschnittes erfolgt. Um die nötige Energie aufzubringen, müssen Quellen hoher Strahlungsenergie verwendet werden. Da das Pulverbild in direktem Kontakt mit seinem Träger steht, wird auch Wärme durch Leitung vom Pulver auf die Unterlage übertragen. Bei einer zu langsamen Erwärmung des Pulverbildes würde daher mehr Energie von dem Pulverbild an das zu bedruckende Material verlorengehen, d. h., die selektive Erwärmung geht in eine gleichmäßige Erwärmung mit ihren nachteiligen Folgen des Feuchtigkeitsentzuges über.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wärmefixierung xerographischer Pulverbilder, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bilderzeugung ein Pulver verwendet wird, dessen Infrarot-Absorptionskoeffizient erheblich höher als der des Bildträgers ist, und daß nach der Entwicklung auf das Bild kurzzeitig eine Infrarotstrahlung zur Einwirkung gebracht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlen einer Blitzlampe durch eine wassergefüllte Glaslinse auf das Pulverbild geleitet werden.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung der Blitzlampen unter Steuerung (77) des Aufzeichnungsträgers erfolgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung der Infrarotquelle so fokussiert ist, daß sich der Sammelpunkt der Strahlen dicht oberhalb des Aufzeichnungsträgers, jedoch innerhalb des auf dem Aufzeichnungsträger liegenden Pulverbildes befindet.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Pulverbild zumindest teilweise bedeckte Aufzeichnungsträger auf seiner Bahn unter den Infrarotlampen durch Uiiterdrucksaugschlitze oder -sauglöcher in genauem Abstand zu den Infrarotlampen gehalten wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß d'er mit einem Pulverbild zumindest teilweise bedeckte Aufzeichnungsträger durch elektrostatische Aufspannung auf seiner Bahn unter den Infrarotlampen in genauem Abstand zu diesen gehalten wird.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Anordnung von Kühlmitteln zur Verhinderung unerwünschter Wärmeübertragungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen