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(11) | EP 0 472 134 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Verfahren und Vorrichtung für die Übertragung von Bebilderungsablagerungen von der Oberfläche eines ferroelektrischen Aufnahmeelementes auf die eines Empfangselementes Method and device for transferring an image layer from the surface of a ferroelectric recording element to a receiving element Méthode et dispositif pour le transfert d'une couche image depuis la surface d'un élément d'enregistrement ferroélectrique vers un élément de réception |
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[0001] Die Erzeugung eines Tonerbild-Belags auf der Oberfläche eines ferroelektrischen Aufnahmeelementes durch interne Polarisation ist bekannt, wobei ein permanentes latentes Bild ein- oder auf dessen Oberfläche aufgeprägt wird. Diese Polarisation kann entweder positiv sein, wobei positiv geladene Tonerteilchen abgestoßen werden, oder negativ, wobei positive Tonerteilchen angezogen und fixiert werden. Das latente Bild kann auch eine Kombination beider Typen von Polarisation sein.
[0002] Der Tonerbild-Belag wird sodann auf ein Empfangselement übertragen, entweder direkt oder mittels eines intermediären Offset-Übertragungselements. Elektrostatische Übertragung ist eine allgemein bekannte Übertragungsmethode. Auf Toner- und Übertragungsmethoden, die zur Verwendung bei ferroelektrischen Aufnahmeelementen geeignet sind, wird in der EP 0 458 230 A2 hingewiesen.
[0003] Aus der US-A- 3 899 969 ist bereits ein Druckverfahren bekannt, bei dem ein pyroelektrischer Film als Druckform dient. Der pyroelektrische Film wird beispielsweise von einem Ferroelektrikum wie Bleizirkonat-Titanat oder Polyvinylidenfluorid gebildet. Eine mit diesem Film beschichtete Walze taucht in eine Tonerlösung mit elektrisch geladenen Partikeln ein. Diese werden von den polarisierten und geladenen Bild-Anteilen auf dem pyroelektrischen Film angezogen und bei Drehung der Walze direkt auf ein Blatt Papier übertragen, das die Mantelfläche einer zweiten Walze bedeckt. Diese Walze berührt die erste Walze dort, wo diese die Tonerlösung gerade verlassen hat. Weil die Tonerlösung aus einem Mineralöl mit einem relativ hohen Siedepunkt, niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Wärmekapazität besteht, ist es bei den üblichen, hohen Druckgeschwindigkeiten nicht möglich, daß ausreichend viel der bei der Umdrehung der Walze aus dem Tonerbad mitgerissenen Tonerflüssigkeit verdampft, bevor der auf dem pyroelektrischen Film abgeschiedene Tonerbelag auf das Papier übertragen wird. Daher kühlt sich der pyroelektrische Film nicht durch den Entzug von Verdampfungswärme ab.
[0004] Die elektrostatische Übertragung von Bildbelägen von Oberflächen getonter Aufnahmeelemente ist eine anerkannte Methode, wenn es um eine kleine Anzahl von Kopien geht oder wenn das ferroelektrische Element periodisch neuerlich polarisiert wird, da Übertragungsspannung und -druck nur ausgeglichen werden müssen, um eine maximale Übertragungsleistung zu erzielen. Derartige Übertragungsbedingungen können jedoch zu einer Verschlechterung des latenten Bildes auf der Oberfläche des Aufnahmeelementes und dementsprechend zu einer Verminderung der Bildqualität in jenen Fällen führen, wo es notwendig ist, eine Vielzahl von Kopien von einem einzigen latenten Bild zu erzeugen.
[0005] Die gegenwärtige Erfindung vermittelt ein Verfahren und eine Vorrichtung, wobei die Nachteile der elektrostatischen Übertragung dadurch überwunden werden, daß das elektrostatische Übertragungsfeld wesentlich reduziert und sogar total eliminiert wird.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[0006] Die Tatsache, daß die elektrischen Eigenschaften ferroelektrischen Materials durch Erhöhung der Temperatur gesteigert werden können, ist bekannt. Auch die Oberflächenladung nimmt als Folge der Temperatur zu. Dieser pyroelektrische Effekt ist beachtlich. Die nachweisliche Oberflächenspannung auf dem ferroelektrischen Aufnahmeelement erhöht sich bis zum 10-fachen durch ein geringes Ansteigen der Temperatur und fällt wiederum, wenn die Temperatur sinkt. Wird die Temperatur weiter gesenkt, so kann die Oberflächenspannung auf Null sinken und sodann auf die entgegengesetzte Polarität.
[0007] Wir haben diese Phänomen als nützlich für die Übertragung von Bildern von Oberflächen von ferroelektrischen Aufnahmeelementen gefunden. In den anfänglichen Experimenten wurde ein Standard-polarisiertes Bild getont und danach unter leichtem Druck auf Papier übertragen. Dies wurde erreicht, indem Papier auf das getonte ferroelektrische Material gelegt und die Übertragung durch Rollen mittels einer kleinen Metallwalze über die hintere Oberfläche des Papiers vorgenommen wurde. Ein sehr unscharfes Bild des Hintergrundbelages wurde auf das Papier übertragen und der Bildbelag auf der ferroelektrischen Oberfläche erhalten. Die Metallwalze wurde sodann in eine Mischung von Trockeneis und Aceton eingetaucht, bis sie eine Temperatur von ungefähr 0°C erreichte. Die vorherige Übertragungsmethode wurde sodann mit der unterkühlten Walze wiederholt. Eine gute Übertragung des Bildbelages wurde ohne Schärfeverlust erreicht. In beiden Fällen wurde keine Übertragungsspannung verwendet.
[0008] Weitere Experimente wurden sodann durchgeführt, um die wirksamste Übertragungstemperatur zu ermitteln. In dieser Versuchsserie wurde das ferroelektrische Aufnahmeelement vor der Abbildung auf 25°C erhitzt. Das Bild wurde mittels eines in einer Flüssigkeit gelösten Toners, welcher über die Oberfläche gegossen wurde, getont. Keinerlei Vorkehrung wurde getroffen, um den Hintergrundnebel zu entfernen. Ein Übertragungselement, bestehend aus einem Blatt Papier, wurde über das belichtete aufnahmeelement gelegt, und der Kontakt hiermit wurde durch ein 100 g-Gewicht für die unterschiedliche Temperaturdruckanwendung hergestellt. Es zeigte sich, daß, wenn die Temperatur des Gewichtes 25°C war, d.h. dieselbe wie die Temperatur des Aufnahmeelementes, nur der Hintergrundnebel auf das Übertragungselement übertragen wurde. Für folgende Versuche wurde die Temperatur der Druckanwendung auf verschieden Temperaturen gesenkt. Es zeigte sich, daß bei 20°C eine mittelmäßige bis gute Bildübertragung erzielt wurde, und bei 15°C nahm die Übertragungswirksamkeit in Bezug auf die Bildqualität beachtlich zu. Bei 10°C war die verbesserte Bildschärfe ganz offensichtlich. Was den Hintergrundnebel betrifft, zeigte sich, daß die Übertragungsdichte geringer war, je mehr die Temperatur gesenkt wurde. Je niedriger die Temperatur, umso niedriger war die Hintergrunddichte des übertragenen Bildes. Eine weitere Reduzierung der Temperatur ergab eine geringe Verbesserung der Bildqualität und eine Reduzierung des Hintergrundnebels.
[0009] Bei diesen statischen Tests wurde ermittelt, daß eine scharfe Bildübertragung mit minimalem Hintergrundnebel durch einen Temperaturunterschied zwischen dem ferroelektrischen Aufnahmeelement und dem Übertragungsdruckgerät von 15°C erzielt werden kann, wobei das Übertragungsdruckgerät die niedrigere Temperatur aufweisen soll.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
[0010] Die Anwendung dieser Erkenntnisse auf den Dauerbetrieb wird nun mit Bezug auf die Zeichnung, Figur 1, beschrieben, wonach das ferroelektrische Aufnahmeelement 2 auf der äußeren Oberfläche eines Metallzylinders 1 montiert und so angeordnet ist, daß er mittels eines nicht sichtbaren Antriebes in der angezeigten Richtung gedreht werden kann. Das ferroelektrische Aufnahmeelement 2 trägt das permanente elektrostatische latente Bild 3 auf seiner äußeren Oberfläche.
[0011] Die Tonergeberwalze 4, welche in der angezeigten Richtung rotiert, ist in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des ferroelektrischen Aufnahmeelementes 2 montiert. Ein Behälter 5, welcher flüssig dispergierte elektroskopische Tonerpartikel 6 enthält, ist unterhalb der Tonergeberwalze 4 montiert, damit die Tonergeberwalze 4 mit einer Schicht flüssig dispergierter elektroskopischer Tonerpartikel 7 überzogen werden kann, wenn die Tonergeberwalze 4 gedreht wird. Die Schicht flüssig dispergierter elektroskopischer Tonerpartikel 7 auf der Tonergeberwalze 4 ist ausreichend dick, um das ferroelektrische Aufnahmeelement 2 im Spalt 8 zu berühren, wodurch die Anziehung elektroskopischer Tonerpartikel 7 auf das elektrostatische latente Bild 3 ermöglicht wird und der Tonerbild-Belag 9 auf der Oberfläche des ferroelektrischen Aufnahmeelementes 2 gebildet wird.
[0012] Der Kühlschuh 10 ist dem ferroelektrischen Aufnahmeelement 2 gegenüber in der angezeigten Stellung montiert. Der Kühlschuh 10 wird beispielsweise durch den Durchlauf von Kohlendioxid durch ein im Kühlschuh 10 montiertes Rohr mit einem Einlauf 11 und einem Auslauf 12 gekühlt. Das Papier 13 wird so eingeführt, daß es mit der gekühlten Oberfläche des ferroelektrischen Aufnahmeelementes 2 durch eine Übertragungswalze 14 in Kontakt kommt und somit den getonten Bildbelag 15 auf der Oberfläche des Papiers 13 erzeugt. Ein Warmluft-Gebläse 16 wird verwendet, um die anfängliche Oberflächentemperatur des ferroelektrischen Aufnahmeelementes 2 wiederherzustellen und die ursprüngliche Polarität des elektrostatischen latenten Bildes 3 an der Oberfläche des ferroelektrischen Aufnahmeelementes 2 vor der neuerlichen Tonung zu erneuern.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
[0013] Unter Verwendung des in Figur 1 abgebildeten Apparates wurden eine Reihe von fortlaufenden Versuchen bei unterschiedlichen Druckgeschwindigkeiten durchgeführt. Die Oberflächentemperatur des ferroelektrischen Aufnahmeelementes 2 wurde mittels einer Infrarot - Kamera gemessen, und zwar unmittelbar nach der Tonung und unmittelbar vor der Übertragung, d.h. vor und nach dem Durchlauf des ferroelektrischen Aufnahmeelementes durch den Kühlschuh 10. In jedem Fall war die Bildübertragung auf das Papier 13 von hoher Dichte ohne Übertragung des Hintergrundnebels. Die Geberwalze 4 wurde keiner Übertragungsspannung ausgesetzt. Wie in Figur 1 dargestellt, wurde das Warmluft-Gebläse 16 verwendet, um die Oberflächentemperatur des ferroelektrischen Aufnahmeelementes 2 nach der Übertragung und vor der Wiederentwicklung zu erhöhen und damit die ursprüngliche Polarität des elektrostatischen latenten Bildes wiederherzustellen.
BEISPIEL 1
[0015] Die Druckgeschwindigkeit war 0,1 m/s. Die Temperatur der ferroelektrischen Oberfläche nach dem Tonen war 19°C, die vor der Übertragung auf 17°C reduziert wurde, d.h. ein Temperaturabfall von 2°C.
BEISPIEL 2
[0016] Die Druckgeschwindigkeit war 0,2 m/s. Die Temperatur der ferroelektrischen Oberfläche nach dem Tonen war auch 19°C und wurde vor der Übertragung auf 17,5°C reduziert, d.h. der Temperaturabfall war 1,5°C.
BEISPIEL 3
[0017] Die Druckgeschwindigkeit war 1,4 m/s. Die Temperatur der ferroelektrischen Oberfläche nach dem Tonen war 19°C und wurde vor der Übertragung auf 18°C reduziert, d.h. der Temperaturabfall war 1°C.
BEISPIEL 4
[0018] Die Druckgeschwindigkeit wurde auf 1,6 m/s erhöht. Die Temperatur der ferroelektrischen Oberfläche nach dem Tonen war 19°C und wurde vor der Übertragung auf 18,5°C reduziert, d.h. der Temperaturabfall war 1,5°C.
[0019] Die Temperaturunterschiede auf der Oberfläche, die nötig sind, um die offenbare Oberflächenpolarität auf der ferroelektrischen Oberfläche im laufenden Betrieb umzukehren, sind erstaunlich klein, und es wurde sogar eine gute Obertragung des Bildbelages in anderen Versuchen erreicht, wo die Oberflächentemperatur bei einer Druckgeschwindigkeit von fast 1 m/s um nur 0,3°C niedriger war.
[0020] Andere Kühl- und Heizmethoden können zusätzlich zu der hier dargestellten verwendet werden, wie z.B. eine Peltier-Zelle, wobei die kalten Anschlüsse verwendet werden können, um die ferroelektrische Oberfläche nach dem Tonen und vor der Übertragung zu kühlen, während die in der Nähe der heißen Anschlüsse erwärmte Luft auf die ferroelektrische Oberfläche nach der Übertragung und vor dem neuerlichen Tonen gerichtet werden kann, um die ursprüngliche Polarität des elektrostatischen latenten Bildes auf der ferroelektrischen Oberfläche wiederherzustellen.
[0021] Faktisch jeder flüssig dispergierte elektroskopische Toner, der für Bildübertragung geeignet ist, kann in der gegenwärtigen Erfindung verwendet werden, jedoch ist ein geeigneter Toner der in der EP 0 450 417 A1 genannte Toner für die Elektrophotographie. Dessen Zusammensetzung wird hier dargelegt:
- Elvax 210
- 10 g
- Pentalyn H
- 15 g
- 6 % Zirkonium-Octoat
- 10 g
- Isopar L
- 250 g
[0022] Obige Bestandteile werden durch Rühren bei geringer Geschwindigkeit auf 90°C erhitzt, um die Lösung der Feststoffe in der Lösung zu ermöglichen. Sodann wird
- Irgalite Blau LGLD
- 15 g
beigegeben.
[0023] Sodann wird er bei einer Temperatur von 90-100°C in einem geheizten Attritor für 2 Stunden gewalzt, wonach das Erhitzen eingestellt wird und das Walzen fortgesetzt wird, während das Gemisch auf Zimmertemperatur abkühlt.
[0024] Das Tonerkonzentrat wird für die vorliegende Erfindung auf Arbeitsstärke von 5 auf 100 ml Konzentrat pro Liter verdünnt.
[0026] Elvax 210 ist ein Äthylenvinylacetat-Copolymer mit einem Schmelzwert 355-465, Vinylacetatgehalt 27-29 %, von Union Carbide Australia Ltd.
[0027] Pentalyn H ist ein Pentaerythritol-Ester von Kolophon, pH-Wert 7-16, Schmelzbereich 102-110°C, von A.C. Hatrick Chemicals. Pty Ltd.
[0028] Isopar L ist ein isoparaffinischer Kohlenwasserstoff mit einem Siedetemperaturbereich 190-206°C, von Exxon Chemical Australia Pty Ltd.
[0029] Es sei hier erwähnt, daß nicht jedes ferroelektrische Material von Veränderungen der Oberflächentemperatur gleichmäßig beeinflußt wird. Obige Erkenntnisse beziehen sich auf Versuche, die unter Einsatz von ferroelektrischem Material aus Bleizirkonat-Titanat durchgeführt wurden.
[0030] Es sei darauf hingewiesen, daß die Temperaturunterschiede, die die Beispiele aufweisen, das Maximum darstellen, das bei verschiedenen Geschwindigkeiten unter Einsatz der Versuchsgeräte erreicht werden konnte. Rationellere Kühl- und Heizsysteme könnten vielleicht größere Temperaturunterschiede ermöglichen und und somit eine weiter verbesserte Druckqualität oder alternativ zu größerer Druckgeschwindigkeit führen.
- Tonen des elektrostatischen latenten Bildes auf der ferroelektrischen Oberfläche durch Anziehung flüssig dispergierter elektroskopischer Markierungspartikel bei einer ersten Temperatur,
- Abkühlung der ferroelektrischen Oberfläche mit dem Tonerbild-Belag auf eine zweite, niedrigere Temperatur
- Übertragung des Tonerbild-Belages von der ferroelektrischen Oberfläche auf das Empfangselement (13) mittels Kontakt des Tonerbild-Belags mit dem Empfangselement (13), wobei die zweite Temperatur mindestens 0,3° C niedriger ist als die erste Temperatur.
- ein drehendes, zylindrisches Element (1), welches an seiner äußeren Oberfläche eine Schicht (2) aus ferroelektrischem Material aufweist, die ein elektrostatisches latentes Bild trägt;
- eine Tonungsstelle, bestehend aus einer Walze (4), die mit Abstand in unmittelbarer Nähe der äußeren Oberfläche der Schicht (2) aus dem ferroelektrischen Material angeordnet ist, wobei die Walze (4) teilweise in eine Lösung (6) dispergierter elektroskopischer Markierungspartikel eingetaucht und derart rotierend angeordnet ist, daß sich eine Ansammlung flüssig dispergierter elektroskopischer Markierungspartikel in dem Spalt (8) zwischen der Walze (4) und dem zylindrischen Element (1) bildet;
- eine entfernt von der Tonungsstelle angeordnete Übertragungsstelle, bestehend aus einer Walze (14), die so angeordnet ist, daß sie ein Empfangselement (13) mit der Oberfläche des Aufnahmeelements (2) in Kontakt halten kann, wobei das Empfangselement (13) Papier ist;
- eine Kühlvorrichtung (10) in der unmittelbaren Nähe der Oberfläche der Schicht (2) aus dem ferroelektrischen Material, wobei sich die Kühlvorrichtung (10) in Drehrichtung des zylindrischen Elements (1) hinter der Tonungsstelle und vor der Übertragungsstelle befindet, und
- eine Heizvorrichtung (16), die auf die Schicht (2) aus dem ferroelektrischen Material wirkt und sich hinter der Übertragungsstelle und vor der Tonungsstelle befindet.
- toning the electrostatic latent image on the ferroelectric surface by attracting liquid-dispersed electroscopic marking particles at a first temperature,
- cooling the ferroelectric surface with the toner image coating to a second, lower temperature,
- transferring the toner image coating from the ferroelectric surface to the receiving element (13) by means of contact of the toner image coating with the receiving element (13), the second temperature being at least 0.3°C lower than the first temperature.
- a rotating cylindrical element (1) which has on its outer surface a layer (2) of ferroelectric material which carries an electrostatic latent image;
- a toning point comprising a roller (4) which is arranged with a spacing in the immediate vicinity of the outer surface of the layer (2) of ferroelectric material, the roller (4) being partially immersed into a solution (6) of dispersed electroscopic marking particles and arranged to rotate in such a way that an accumulation of liquid-dispersed electroscopic marking particles is formed in the gap (8) between the roller (4) and the cylindrical element (1);
- a transfer point arranged at a distance from the toning point, comprising a roller (14) which is arranged in such a way that it can keep a receiving element (13) in contact with the surface of the recording element (2), the receiving element (13) being paper;
- a cooling device (10) in the immediate vicinity of the surface of the layer (2) of ferroelectric material, the cooling device (10) being located in the direction of rotation of the cylindrical element (1) behind the toning point and in front of the transfer point, and
- a heating device (16) which acts on the layer (2) of ferroelectric material and is located behind the transfer point and in front of the toning point.
- application d'un toner à l'image électrostatique latente située sur la surface ferroélectrique par application de particules électroscopiques de marquage, dispersées dans un liquide, à une première température,
- refroidissement de la surface ferroélectrique portant la couche d'image de toner à une seconde température inférieure,
- transfert de la couche d'image de toner, de la surface ferroélectrique à l'élément de réception (13) au moyen du contact de la couche d'image de toner avec l'élément de réception (13), la seconde température étant inférieure d'au moins 0,3°C à la première température.
- un élément cylindrique rotatif (1), qui possède, sur sa surface extérieure, une couche (2) formée d'un matériau ferroélectrique, qui porte une image électrostatique latente;
- un poste d'application du toner, qui est constitué par un cylindre (4) qui est disposé à distance, mais à proximité immédiate de la surface extérieure de la couche (2) formée d'un matériau ferroélectrique, le cylindre (4) étant immergé partiellement dans une solution (6) de particules électroscopiques dispersées de marquage et étant disposé de manière à pouvoir tourner de sorte qu'il se forme une accumulation de particules électroscopiques de marquage dispersées dans un fluide, dans la fente (8) présente entre le cylindre (4) et l'élément cylindrique (1);
- un poste de transfert, qui est situé dans une position éloignée du poste d'application du toner et qui est constitué par un cylindre (14), qui est disposé de telle sorte qu'il peut maintenir un élément de réception (13) en contact avec la surface de l'élément d'enregistrement (2), l'élément de réception (13) étant du papier;
- un dispositif de refroidissement (10) situé à proximité immédiate de la surface de la couche (2) en matériau ferroélectrique, le dispositif de refroidissement (10) étant situé, dans le sens de rotation de l'élément cylindrique (1), en aval du poste d'application du toner et en amont du poste de transfert, et
- un dispositif de chauffage (16), qui agit sur la couche (2) formée d'un matériau ferroélectrique et est situé en aval du poste de transfert et en amont du poste d'application du toner.