Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen und Fixieren eines Farbauftrages, insbesondere eines Tonerpulvers auf einem plattenförmigen Träger, bei dem der auf der beschichteten Oberseite des Trägers aufgebrachte Farbauftrag durch Wärmeeinwirkung auf dem Träger fixiert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Verwendung einer Infrarot-Strahlung zum Erwärmen und Fixieren eines auf einem Papier oder blattförmigen Träger aufgebrachten Farbauftrages ist aus der
Ein weiteres Verfahren zur Tonerfixierung ist aus der
Bei diesem bekannten Verfahren wird dünnes Kopierpapier relativ schnell aufgeheizt, da es in der Regel auch ein Flächengewicht von < 100 g/m2 aufweist. Dickwandige plattenförmige Materialien, wie Glas- oder Keramikplatten, Kunststoffplatten usw. können auf diese Art nicht so ohne Weiteres aufgeheizt werden, da sie ein deutlich höheres Flächengewicht und daher eine deutlich höhere Wärmekapazität aufweisen.
Eine Wärmeschmelzvorrichtung ist auch aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem bzw. der schnell und effizient auf plattenförmigen Materialien mit hohem Flächengewicht Tonerpulver, insbesondere keramisches und duroplastisches Tonerpulver mit guter Haftung fixiert werden kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der Energieeintrag erfolgt dabei sowohl über die beschichtete Oberseite des Trägers als auch über die nicht beschichtete Unterseite des Trägers mit unterschiedlich wählbarer Beaufschlagung aus Infrarotstrahlung, Heissluftstrom und Mikrowellenstrahlung. Der Träger lässt einen Teil der Beaufschlagung durch und absorbiert einen Teil derselben. Die Beaufschlagung der Rückseite des Trägers bewirkt zum einen, dass durch teilweise Absorption sich das Material des Trägers gleichmäßig aufheizt, und zum anderen, dass an der Grenzfläche zwischen dem Farbauftrag und dem Träger eine erhöhte Absorption im Tonerpulver stattfindet, was zu einem besseren Aufschmelzen des Tonerpul-vers und damit auch zu einer besseren Haftung auf dem Träger führt. Der Energieeintrag ist auch weitgehend unabhängig vom Tonerbelegungsgrad und von der Art des Tonerpulvers, was bei Direktbedruckung unterschiedlicher Trägermaterialien mit unterschiedlichem Tonerpulver, wie thermoplastischen, duro-plastischen oder keramischen Tonerpulvern besonders vorteilhaft ist.
Insbesondere die Infrarot-Strahler erstrecken sich über den gesamten Farbauftrag des stillstehenden Trägers oder sie bilden eine Durchlaufstrecke, die mit der Geschwindigkeit des Trägers und ihrer Länge eine ausreichende Aufheiz- und Fixierzeit gewährleisten. Teilreflektoren bündeln die Strahlung auf den Farbauftrag und richten auch vom Träger reflektierte Strahlung wieder auf den Träger. Dabei können die der beschichteten Oberseite des Trägers zugeordneten Teilreflektoren zu einer Reflektoreinheit vereinigt sein.
In der Zeichnung dargestellt sind Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
Bei der Durchlaufvorrichtung nach Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren angewendet, denn der durchgeführte Träger 1 wird auf der beschichteten Oberseite 1.1 und der nicht beschichteten Rückseite der Unterseite 1.2 mit einer Infrarot-Strahlung beaufschlagt, die von Infrarot-Strahlern 3 ausgeht, die auf beiden Seiten des Trägers 1 angeordnet sind. Mehrere Infrarot-Strahler 3 sind in gleicher Teilung jedoch um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt der Ober- und Unterseite 1.1 und 1.2 des Trägers 1 zugeordnet. Dabei wird der Träger 1 von Transportwalzen 2 bewegt. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung und die Länge dieser "Durchlaufkammer" sind so abgestimmt, dass eine ausreichende Bestrahlungszeit und Fixierzeit gewährleistet wird. Die Infrarot-Strahler 3 sind jeweils in halbkreisförmigen Teilreflektoren 4.1 bzw. 4.2 angeordnet, so dass eine Bündelung der Strahlung in Richtung Träger 1 erfolgt und dass vom Träger 1 reflektierte Strahlung wieder zurück reflektiert wird. Die Teilreflektoren 4.1 auf der beschichteten Oberseite 1.1 des Trägers 1 sind zu einer Reflektoreinheit 4 vereinigt, während auf der nicht beschichteten Unterseite 1.2 des Trägers 1 die Teilreflektoren 4.2 stets zwischen zwei Transportwalzen 2 angeordnet sind.
Die Infrarot-Strahler 3 sind z.B. als Dunkelstrahler, Halogenstrahler, Quarz-strahler oder Carbonstrahler ausgebildet, deren Strahlungsmaximum zwischen 0,8 µm und 5 µm und jeweils deren Emissionstemperaturen zwischen 1000 K und 750 K liegen. Die Dicke des Trägers liegt im Bereich zwischen 3 mm und 8 mm gewählt werden. Glas oder Glaskeramik mit einer Transmission > 20 %, vorzugsweise > 50 %, für die kurzwellige Infrarot-Strahlung eignet sich besonders gut als Trägermaterial. Auch andere Materialien mit ausreichend großer Transmission für Infrarot-Strahlung sind mit gleich guter Wirkung verwendbar.
In einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Strahler als Keramikstrahler ausgebildet. Diese besitzen ein Strahlungsmaximum zwischen 3,5 und 4 µm und eine Strahlungstemperatur im Bereich zwischen 500 und 600°C.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der konstruktive Aufbau mit den Transportwalzen 2, den Infrarot-Strahlern 3 und den Teilreflektoren 4.1 und 4.2 praktisch gleich. Zur Erwärmung und Fixierung des Tonerpulvers auf der beschichteten Oberseite 1.1 des Trägers 1 wird zusätzlich jedoch noch ein Heißluftstrom 10 über den Farbauftrag dse Trägers 1 geleitet, der von einem Heißluftgebläse 6 in einem Leitungssystem 5 in Zirkulation gehalten wird. Die Teilreflektoren 4.1 der Reflektoreinheit 4 schließen Einströmkammern 11 ab, denen über Zuführleitungen 5.1 die Heißluft zugeführt wird. Die Heißluft tritt über Luftdurchtrittsöffnungen 7 der Teilreflektoren 4.1 aus den Einström-kammern 11 aus und heizt den Farbauftrag zusätzlich auf. Zwischen den Teilreflektoren 4.1 weist die Reflektoreinheit 4 Absaugöffnungen 8 auf, über die die Heißluft in Absaugkammern 12 eingesaugt wird. In den Absaugkammern 12 werden die eingesaugte Luft über Filter 9 geleitet und die enthaltenen Ver-unreinigungen zurückgehalten. Die von Verunreinigungen befreite und abgekühlte Luft gelangt über Absaugleitungen 5.2 wieder zum Heißluftgebläse 6 zurück, wo sie nach Erwärmung und Druckanhebung wieder dem Zirkulations-Kreislauf 5 zugeführt wird. Die Beaufschlagung des Farbauftrages mit zusätzlicher Heißluft bringt eine Verbesserung in der Aufheizzeit und damit auch der Tonerfixierung. Das Heißluftgebläse 6 kann als Radialgebläse ausgebildet sein, das axial die Luft aus den Absaugleitungen 5.2 ansaugt und aufgeheizt radial den Zuführleitungen 5.1 zuführt.
Wie erwähnt, kann das Verfahren auch in einer als Aufnahmekammer ausgebildeten Vorrichtung ohne Transportwalzen vorgenommen werden. Die Teilreflektoren 4.2 sind dann auch zu einer Reflektoreinheit vereinigt und der Träger 1 wird in die Aufnahmekammer gebracht und für eine vorgegebene Zeit der Infrarot-Strahlung zusammen mit Heißluftstrom und/oder einer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt. Die Kombination mit Heißluft und/oder Mikrowellenstrahlung kann nach Bedarf gewählt werden, wobei Material, Dicke und Transmissionsgrad des Trägers 1 zu berücksichtigen sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird die beschichtete Oberseite 1.1 des Trägers 1 zusätzlich mit einem gerichteten und gebündelten Heißluftstrom 10 beaufschlagt. Dabei wird der Träger 1 auf Transportrollen 2 an dem feststehenden Heißluftgebläse 6 vorbei bewegt, das in einem Gehäuse 15 untergebracht ist. Der vom Heißluftgebläse 6 erzeugte Luftstrom wird dabei noch über eine Heizung 13 erwärmt und über ein Leitelement 14 gezielt einer Ausströmöffnung 16 zugeführt. Das Leitelement 14 bildet mit dem Gehäuse 15 einen Ausströmkanal 17 und einen Einsaugkanal 18 für den Luftstrom 10.
In Fig. 4 ist zusätzlich eine Mikrowellenkammer 24 gezeigt, bei der über Verschlussorgane 25 der Träger 1 eingebracht und herausgenommen werden kann. Während der Beaufschlagung der nicht beschichteten Unterseite 1.2 des Trägers bleiben die Verschlussorgane 25 geschlossen. Die Mikrowellenkammer 24 ist nach außen abgeschirmt, so dass die Mikrowellenstrahlung nur im Innenraum auftritt. Der Transport des Trägers 1 in die und aus der Mikrowellenkammer 24 übernehmen Transportrollen 2. Zwischen den Transportrollen 2 sind Mikrowellenklystrons 23 angeordnet, die mittels eines Pyrometers 26 geregelt werden. Pyrometer, insbesondere solche, die im Spektralbereich mit Wellenlängen um die 5,5 µm bzw. im Bereich 7,5 bis 8,2 µm empfindlich sind, eignen sich besonders gut zur Überwachung der Oberflächentemperatur von Gläsern oder Glaskeramiken. Aufgrund der relativ guten Ankopplung von Trägermaterialien aus einer Alumosilikat-Glaskeramik in Hochquarzmischkristall-Modifikation (HQMK) ist eine Temperaturüberwachung besonders wichtig, um Überhitzungen des Tonermaterials und des Trägermaterials zu verhindern.
Pyrometer bieten weiterhin den Vorteil, dass sie relativ unempfindlich bezüglich Mikrowellenstrahlung sind.
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