DE102012103342A1

DE102012103342A1 - Verfahren zum Betreiben eines Digitaldruckers unter Beaufschlagung einer Gegendruckwalze mit elektrischen Ladungen sowie zugehöriger Digitaldrucker

Info

Publication number: DE102012103342A1
Application number: DE201210103342
Authority: DE
Inventors: Christian Kopp; Stefan Röhl; Andreas Bayer; Alexander Breitenbach; Andrä le Coutre
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2013-10-17

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Digitaldruckers (10), zum beidseitigen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers (20) mit Tonerpartikeln (328, 330), die mit Hilfe eines Flüssigentwicklers aufgebracht werden, werden auf die Oberfläche der Gegendruckwalze (126) des zweiten Druckwerks (12) elektrische Ladungen (336) mit gleicher Polarität wie die Polarität der Ladung der Tonerpartikel (330) aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Digitaldruckers zum beidseitigen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Tonerpartikeln, die mit Hilfe eines Flüssigentwicklers aufgetragen werden, insbesondere eines Hochgeschwindigkeitsdruckers zum Bedrucken von bahn- oder bogenförmigen Aufzeichnungsträgern. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Digitaldrucker.
Bei solchen Digitaldruckern wird ein latentes Ladungsbild eines Ladungsbildträgers mit Hilfe eines Flüssigentwicklers mittels Elektrophorese eingefärbt. Das so entstandene Tonerbild wird mittelbar über ein Transferelement oder unmittelbar auf den Aufzeichnungsträger übertragen. Der Flüssigentwickler weist in einem gewünschten Verhältnis Tonerpartikel und Trägerflüssigkeit auf. Als Trägerflüssigkeit wird vorzugsweise Mineralöl verwendet. Um die Tonerpartikel mit einer elektrostatischen Ladung zu versehen, werden dem Flüssigentwickler Ladungssteuerstoffe hinzugefügt. Zusätzlich werden weitere Additive zugegeben, um beispielsweise die gewünschte Viskosität oder ein gewünschtes Trocknungsverhalten des Flüssigentwicklers zu erhalten.
Solche Digitaldrucker sind schon lange bekannt, beispielsweise aus WO 03/065126 A1 , US 2002/0064403 A1 , DE 42 21 401 A1 , DE 100 60 712 A1 , DE 10 2010 015 985 A1 , DE 10 2008 048 256 A1 oder DE 10 2009 060 334 A1 .
In der DE 198 36 022 A1 ist ein Verfahren zum Bestäuben von bedruckten Bogen aus Papier beschrieben. Ein Aufzeichnungsträgers wird im Bereich der Gegendruckwalze mit elektrischen Ladungen beaufschlagt. Auf diese Weise wird eine bessere Haftung eines auf eine Seite des Aufzeichnungsträgers aufzubringenden Puders erreicht, wodurch die Trocknung der bedruckten Bogenseite beschleunigt wird. Bei der elektrischen Aufladung ist der Aufzeichnungsträger zwischen der Gegendruckwalze und der Quelle der elektrischen Ladungen angeordnet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und einen mit einem Flüssigentwickler arbeitenden Digitaldrucker anzugeben, bei dem beim Bedrucken der zweiten Seite eines Aufzeichnungsträgers die Qualität des noch nicht fixierten Druckbildes auf der ersten Seite erhalten bleibt.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren durch den Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei der Erfindung ist ein erstes Tonerbild auf eine erste Seite eines Aufzeichnungsträgers (z.B. seine Vorderseite) durch ein erstes Druckwerk aufgedruckt. In einem zweiten Druckwerk wird nachfolgend ein zweites Tonerbild auf die zweite Seite des Aufzeichnungsträgers (z.B. seine Rückseite) ebenfalls elektrophoretisch aufgebracht, wobei vorher die Mantelfläche einer im zweiten Druckwerk angeordneten Gegendruckwalze, die in Kontakt mit dem noch nicht fixierten ersten Tonerbild kommt, mit elektrischen Ladungen mit gleicher Polarität wie die Polarität der Ladungen der Tonerpartikel des ersten Tonerbildes beaufschlagt wird. Der Aufzeichnungsträger wird zwischen einer das Tonerbild tragenden Walze und der Gegendruckwalze hindurchgeführt.
Auf der der zweiten Seite gegenüberliegenden ersten Seite des Aufzeichnungsträgers befindet sich bereits ein erstes Tonerbild, dessen Tonerpartikel noch eine ausreichend hohe elektrophoretische Mobilität aufweisen, um in einem elektrischen Feld wandern zu können. Beide Seiten des Aufzeichnungsträgers werden mit gleichartigen Tonerpartikeln bedruckt. Demgemäß weisen die Tonerpartikel des ersten und zweiten Tonerbildes elektrische Ladungen mit gleicher Polarität auf.
An einer Umdruckstelle, an der das zweite Tonerbild auf den Aufzeichnungsträger transferiert wird, ist einer Transferwalze die Gegendruckwalze gegenüberliegend angeordnet. Zwischen diesen Walzen befindet sich der zu bedruckende Aufzeichnungsträger. Das zur elektrophoretischen Übertragung der Tonerpartikel benötigte elektrische Feld wirkt zwischen Transferwalze und Gegendruckwalze. Aufgrund von Feldkräften werden die Tonerpartikel des zweiten Tonerbildes von der Transferwalze auf die zweite Seite des Aufzeichnungsträgers übertragen. In diesem Feld wandern auch Tonerpartikel des ersten Tonerbildes aufgrund ihrer noch vorhandenen elektrophoretischen Mobilität bis zur Gegendruckwalze und schlagen sich dort nieder, was einerseits die Bildqualität des ersten Tonerbildes negativ beeinflusst und andererseits die Gegendruckwalze mit Tonerpartikeln verschmutzt. Durch Aufbringen von elektrischen Ladungen mit der gleichen Polarität wie die Ladungen der Tonerpartikel auf die Gegendruckwalze werden diese Tonerpartikel elektrostatisch durch Coulomb-Kräfte von der Gegendruckwalze abgestoßen, was dazu führt, dass weniger Tonerpartikel vom ersten Tonerbild zur Gegendruckwalze wechseln und dadurch deren Verschmutzung minimiert und die Qualität des ersten Tonerbildes und somit auch des Druckbilds auf der ersten Seite verbessert wird.
Die Coulomb-Kräfte zeigen nichtlineares Verhalten und nehmen bei kleinen Abständen zwischen einander abstoßenden Ladungen zu. Durch das Aufbringen der Ladungen direkt auf die Mantelfläche der Gegendruckwalze ist ihre Wirkung auf die elektrophoretisch mobilen Tonerpartikel des Tonerbildes der ersten Seite wegen des kleinen Abstandes relativ groß. Dagegen ist ihre Wirkung auf die geladenen Tonerpartikel des Tonerbildes der zweiten Seite wegen des relativ großen Abstandes relativ klein, so dass der Übertragungsvorgang beim elektrophoretischen Übertragen des zweiten Tonerbildes nicht gestört oder nur unwesentlich beeinträchtigt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Efindung werden die elektrischen Ladungen in Form von Ionen auf die Oberfläche der Gegendruckwalze mittels eines Korotrons aufgebracht. Mithilfe des Korotrons ist die aufzubringende Ladungsmenge über den zugeführten elektrischen Strom relativ einfach zu steuern. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Korotron auch kaskadierbar, d.h. es sind dann zwei oder mehr Korotrondrähte im Korotron vorhanden. Auch mehrere Korotrone sind möglich.
In einem Ausführungsbeispiel werden die elektrischen Ladungen mit einer Ladungswalze, auch als Charge Roller bezeichnet, auf die Oberfläche der Gegendruckwalze aufgebracht. Eine Ladungswalze enthält eine elektrisch leitfähige Walze, die eine Potentialdifferenz zur Gegendruckwalze aufweist. Sind beispielsweise positive Ladungen auf die Gegendruckwalze aufzubringen, so hat die Ladungswalze ein positiveres Potential als die Gegendruckwalze. Entsprechend hat die Ladungswalze ein negativeres elektrisches Potential als die Gegendruckwalze, wenn negative elektrische Ladungen auf die Gegendruckwalze aufgebracht werden sollen. Der Ladungsübertrag von Ladungswalze zur Gegendruckwalze kann durch Funkenüberschlag stattfinden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Ladungswalze und die Gegendruckwalze Kontakt miteinander, so dass ein gleichmäßiger funkenfreier Ladungsübertrag stattfindet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird auf der Oberfläche der Gegendruckwalze vor dem Aufbringen der elektrischen Ladungen mittels einer Vorrichtung ein vorbestimmtes elektrisches Potential eingestellt, vorzugsweise Massepotential. Diese Vorrichtung ist beispielsweise eine elektrisch leitende oder mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche ausgestatte Walze, an der das vorbestimmte Potential anliegt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vorgenannte Vorrichtung in eine im Digitaldrucker bereits vorhandene Reinigungseinrichtung für die Gegendruckwalze integriert wird. Durch diese Bauform wird der im Digitaldrucker nur beschränkt vorhandene Platz optimal genutzt.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Sensor zum Erfassen des elektrischen Potentials der Oberfläche der Gegendruckwalze vorhanden. Vorzugweise ist dieser Sensor eine Potentialsonde. Diese Potentialsonde ist in Drehrichtung der Gegendruckwalze gesehen in einem Bereich nach dem Aufbringen der elektrischen Ladungen und vor der Umdruckstelle nahe der Gegendruckwalze angeordnet. Die Potentialsonde ermittelt das elektrische Potential der Oberfläche der Gegendruckwalze und gibt ein entsprechendes Signal aus. Dieses Signal wird vorzugsweise einem Regelkreis zugeführt, der die Ladungsaufbringung auf die Gegendruckwalze so einstellt, dass das elektrische Potential der Oberfläche der Gegendruckwalze einen vorgegebenen Sollwert oder eine definierte Flächenladungsdichte bzw. einen definierten Ladungsbeleg erreicht. Durch diese Regelung wird das Abwandern der Tonerpartikel des ersten Tonerbildes zur Gegendruckwalze besonders effektiv vermieden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die elektrischen Ladungen in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit der Gegendruckwalze auf diese aufgebracht. Die elektrischen Ladungen fließen wegen nicht vollständiger elektrischer Isolierung langsam von der Oberfläche der Gegendruckwalze wieder ab. Bei einer niedrigen Rotationsgeschwindigkeit der Gegendruckwalze ist die Zeit für das Abfließen der Ladungen bis zum Erreichen der Umdruckstelle relativ lang. Um den erhöhten Ladungsabfluss zu kompensieren, werden bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten mehr Ladungen als bei hohen Drehgeschwindigkeiten aufgebracht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung umfasst einen optischen Sensor, an den der Aufzeichnungsträger vor der Umdruckstelle des zweiten Tonerbildes vorbeigeführt und das erste Tonerbild erfasst wird. Vorzugsweise ermittelt der Sensor mindestens eine der folgenden Eigenschaften des ersten Tonerbildes: Einfärbegrad, Art der Farbe (Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz) und/oder die Dicke der Farbschicht. Entsprechend dieser vom optischen Sensor erfassten Daten wird die Ladungsaufbringung auf die Gegendruckwalze gesteuertIst ein großer Anteil des ersten Druckbildes eingefärbt (hoher Einfärbegrad), so wird die Ladungsmenge auf die Oberfläche der Gegendruckwalze erhöht, weil die Menge an Tonerpartikel ebenfalls groß ist. Auch hier wird die aufzubringende elektrische Ladungsmenge vergrößert, um der Wanderbewegung der Tonerpartikel entgegenzuwirken. Die aufzubringende Ladungsmenge kann auch abhängig von der verwendeten Farbe (Gelb, Magenta, Cyan, Schwarz) eingestellt werden, um eine unterschiedliche elektrophoretische Mobilität der farbabhängigen Tonerpartikel zu berücksichtigen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Oberfläche der Gegendruckwalze mit einer elektrisch wirksamen Schicht versehen. Eine Gummischicht mit hoher elektrischer Isolierung auf der Oberfläche der Gegendruckwalze ist vorteilhaft. In diesem Fall bleiben die aufgebrachten elektrischen Ladungen näherungsweise ortsfest auf der Oberfläche der Gegendruckwalze, und es ist möglich, die Oberfläche der Gegendruckwalze selektiv mit unterschiedlichen Potentialen zu versehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Digitaldrucker zum Ausführen des Verfahrens angegeben. Die mit dem Digitaldrucker erreichbaren technischen Vorteile stimmen mit den beim Verfahren beschriebenen überein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht eines Digitaldruckers bei einer beispielhaften Konfiguration des Digitaldruckers,
2 einen schematischen Aufbau eines Druckwerks des Digitaldruckers nach 1,
3 einen schematischen Aufbau eines Druckwerks,
4 eine schematische Darstellung einer Aufladung der Gegendruckwalze mittels eines Korotrons,
5 eine Formel zur Ermittlung einer Zeitkonstanten,
6 ein Ersatzschaltbild einer Gegendruckwalze mit teilleitfähiger Beschichtung, und
7 eine schematische Darstellung einer Aufladung der Gegendruckwalze mittels einer Ladungswalze.
Gemäß 1 weist ein Digitaldrucker 10 zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers 20 ein oder mehrere Druckwerke 11a–11d und 12a–12d auf, die ein Tonerbild (Druckbild 20'; siehe 2) auf den Aufzeichnungsträger 20 drucken. Als Aufzeichnungsträger 20 ist – wie dargestellt – ein bahnförmiger Aufzeichnungsträger 20 von einer Rolle 21 mit Hilfe eines Abwicklers 22 abgewickelt und dem ersten Druckwerk 11a zugeführt. In einer Fixiereinheit 30 wird das Druckbild 20' auf den Aufzeichnungsträger 20 fixiert. Anschließend kann der Aufzeichnungsträger 20 auf eine Rolle 28 mit Hilfe eines Aufwicklers 27 aufgewickelt werden. Eine solche Konfiguration wird auch als Rolle-Rolle-Drucker bezeichnet.
In der in 1 dargestellten, bevorzugten Konfiguration wird der bahnförmige Aufzeichnungsträger 20 mit vier Druckwerken 11a bis 11d auf der Vorderseite und mit vier Druckwerken 12a bis 12d auf der Rückseite vollfarbig bedruckt (eine sogenannte 4/4-Konfiguration). Hierzu wird der Aufzeichnungsträger 20 von dem Abwickler 22 von der Rolle 21 abgewickelt und über ein optionales Konditionierwerk 23 dem ersten Druckwerk 11a zugeführt. In dem Konditionierwerk 23 kann der Aufzeichnungsträger 20 mit einem geeigneten Stoff vorbehandelt oder beschichtet werden. Als Beschichtungsstoff (auch als Primer bezeichnet) können vorzugsweise Wachs oder chemisch gleichwertige Stoffe verwendet werden.
Dieser Stoff kann vollflächig oder nur auf die später zu bedruckenden Stellen des Aufzeichnungsträgers 20 aufgetragen werden, um den Aufzeichnungsträger 20 für das Bedrucken vorzubereiten und/oder das Saugverhalten des Aufzeichnungsträgers 20 beim Aufbringen des Druckbildes 20' zu beeinflussen. Damit wird verhindert, dass die später aufgebrachten Tonerpartikel oder die Trägerflüssigkeit nicht zu sehr in den Aufzeichnungsträger 20 eindringen, sondern im Wesentlichen an der Oberfläche verbleiben (Farb- und Bildqualität wird dadurch verbessert).
Anschließend wird der Aufzeichnungsträger 20 zunächst der Reihe nach den ersten Druckwerken 11a bis 11d zugeführt, in denen nur die Vorderseite bedruckt wird. Jedes Druckwerk 11a–11d bedruckt den Aufzeichnungsträger 20 üblicherweise in einer anderen Farbe oder auch mit anderem Tonermaterial, wie z.B. MICR-Toner, der elektromagnetisch gelesen werden kann.
Nach dem Bedrucken der Vorderseite wird der Aufzeichnungsträger 20 in einer Wendeeinheit 24 gewendet und den restlichen Druckwerken 12a–12d zum Bedrucken der Rückseite zugeführt. Optional kann im Bereich der Wendeeinheit 24 ein weiteres Konditionierwerk (nicht dargestellt) angeordnet sein, durch das der Aufzeichnungsträger 20 für den Rückseitendruck vorbereitet wird, wie beispielsweise ein Anfixieren (teilweises Fixieren) oder sonstiges Konditionieren des zuvor bedruckten Vorderseitendruckbildes (bzw. der gesamten Vorderseite oder auch Rückseite). Somit wird verhindert, dass das Vorderseitendruckbild beim weiteren Transport durch die nachfolgenden Druckwerke mechanisch beschädigt wird. Jedoch ist zu beachten, dass durch ein Anfixieren der Aufzeichnungsträger, z.B. Papier, schrumpfen kann und dadurch Passer-Probleme auftreten können, was zu vermeiden ist.
Um einen Vollfarbendruck zu erzielen, werden zumindest vier Farben (und damit zumindest vier Druckwerke 11, 12) benötigt, und zwar beispielsweise die Grundfarben YMCK (Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz). Es können auch noch weitere Druckwerke 11, 12 mit speziellen Farben (z.B. kundenspezifische Farben oder zusätzliche Grundfarben, um den druckbaren Farbraum zu erweitern) verwendet werden.
Nach dem Druckwerk 12d ist eine Registereinheit 25 angeordnet, durch die Passermarken, die auf den Aufzeichnungsträger 20 unabhängig vom Druckbild 20' (insbesondere außerhalb des Druckbildes 20') gedruckt werden, ausgewertet werden. Damit lässt sich der Quer- und Längspasser (die Grundfarbpunkte, die einen Farbpunkt bilden, sollten übereinander oder örtlich sehr nahe beieinander angeordnet sein; dies wird auch als Farbpasser oder Vierfarbpasser bezeichnet) sowie das Register (Vorderseite und Rückseite müssen örtlich genau übereinstimmen) einstellen, damit ein qualitativ gutes Druckbild 20' erzielt wird.
Nach der Registereinheit 25 ist die Fixiereinheit 30 angeordnet, durch die das Druckbild 20' auf den Aufzeichnungsträger 20 fixiert wird. Bei elektrophoretischen Digitaldruckern wird als Fixiereinheit 30 vorzugsweise ein Thermotrockner verwendet, der die Trägerflüssigkeit weitgehend verdampft, damit nur noch die Tonerpartikel auf dem Aufzeichnungsträger 20 verbleiben. Dies geschieht unter Einwirkung von Wärme. Dabei können auch die Tonerpartikel auf den Aufzeichnungsträger 20 aufgeschmolzen werden, sofern sie ein infolge Hitzeeinwirkung schmelzbares Material, wie beispielsweise Harz, aufweisen.
Nach der Fixiereinheit 30 ist ein Zugwerk 26 angeordnet, das den Aufzeichnungsträger 20 durch alle Druckwerke 11a–12d und die Fixiereinheit 30 zieht, ohne dass ein weiterer Antrieb in diesem Bereich angeordnet ist. Denn durch einen Friktionsantrieb für den Aufzeichnungsträger 20 bestünde die Gefahr, dass das noch nicht fixierte Druckbild 20' verwischt werden könnte.
Das Zugwerk 26 führt den Aufzeichnungsträger 20 dem Aufwickler 27 zu, der den bedruckten Aufzeichnungsträger 20 aufrollt.
Zentral bei den Druckwerken 11, 12 und der Fixiereinheit 30 sind sämtliche Versorgungseinrichtungen für den Digitaldrucker 10 angeordnet, wie Klimatisierungsmodule 40, Energieversorgung 50, Controller 60, Module des Flüssigkeitsmanagements 70, wie Flüssigkeitssteuereinheit 71 und Vorratsbehälter 72 der verschiedenen Flüssigkeiten. Als Flüssigkeiten werden insbesondere reine Trägerflüssigkeit, hochkonzentrierter Flüssigentwickler (hoher Anteil von Tonerpartikeln im Verhältnis zur Trägerflüssigkeit) und Serum (Flüssigentwickler plus Ladungssteuerstoffe) benötigt, um den Digitaldrucker 10 zu versorgen, sowie Abfallbehälter für zu entsorgende Flüssigkeiten oder Behältern für Reinigungsflüssigkeit.
Der Digitaldrucker 10 ist mit seinen baugleichen Druckwerken 11, 12 modular aufgebaut. Die Druckwerke 11, 12 unterscheiden sich mechanisch nicht, sondern lediglich durch den darin verwendende Flüssigentwickler (Tonerfarbe oder Tonerart).
Der prinzipielle Aufbau eines Druckwerks 11, 12 ist in der 2 dargestellt. Ein solches Druckwerk basiert auf dem elektrofotografischen Prinzip, bei dem ein photoelektrischer Bildträger mit Hilfe eines Flüssigentwicklers mit geladenen Tonerpartikeln eingefärbt wird und das so entstandene Bild auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen wird.
Das Druckwerk 11, 12 besteht im Wesentlichen aus einer Elektrofotografiestation 100, einer Entwicklerstation 110 und einer Transferstation 120.
Kern der Elektrofotografiestation 100 ist ein photoelektrischer Bildträger, der an seiner Oberfläche eine fotoelektrische Schicht aufweist (ein sogenannter Fotoleiter). Der Fotoleiter ist hier als Walze (Fotoleiterwalze 101) ausgebildet und weist eine harte Oberfläche auf. Die Fotoleiterwalze 101 dreht sich an den verschiedenen Elementen zum Erzeugen eines Druckbildes 20' vorbei (Drehung in Pfeilrichtung).
Der Fotoleiter wird zunächst von allen Verunreinigungen gereinigt. Hierzu ist ein Löschlicht 102 vorhanden, das noch auf der Oberfläche des Fotoleiters verbliebenen Ladungen löscht. Das Löschlicht 102 ist abgleichbar (lokal einstellbar), um eine homogene Lichtverteilung zu erzielen. Damit kann die Oberfläche gleichmäßig vorbehandelt werden.
Nach dem Löschlicht 102 reinigt eine Reinigungseinrichtung 103 den Fotoleiter mechanisch ab, um gegebenenfalls noch auf der Oberfläche des Fotoleiters vorhandene Tonerpartikel, gegebenenfalls Schmutzpartikel und verbliebene Trägerflüssigkeit zu entfernen. Die abgereinigte Trägerflüssigkeit wird einem Sammelbehälter 105 zugeführt. Die gesammelte Trägerflüssigkeit und Tonerpartikel werden aufbereitet (gegebenenfalls gefiltert) und je nach Farbe einem entsprechenden Flüssigkeitsfarbvorrat, d.h. einem der Vorratsbehälter 72 zugeführt (vgl. Pfeil 105').
Die Reinigungseinrichtung 103 weist vorzugsweise eine Rakel 104 auf, die an der Mantelfläche der Fotoleiterwalze 101 in einem spitzen Winkel (etwa 10° bis 80° zur Auslaufoberfläche) anliegt, um die Oberfläche mechanisch abzureinigen. Die Rakel 104 kann sich quer zur Drehrichtung der Fotoleiterwalze 101 hin- und herbewegen, um die Mantelfläche möglichst verschleißarm auf der gesamten axialen Länge zu reinigen.
Anschließend wird der Fotoleiter durch eine Aufladevorrichtung 106 auf ein vorbestimmtes elektrostatisches Potenzial aufgeladen. Hierzu sind vorzugsweise mehrere Korotrone (insbesondere Glasmantelkorotrone) vorhanden. Die Korotrone bestehen aus zumindest einem Draht 106', an dem eine hohe elektrische Spannung anliegt. Durch die Spannung wird die Luft um den Draht 106' ionisiert. Als Gegenelektrode ist ein Schirm 106'' vorhanden. Die Korotrone werden zusätzlich mit Frischluft umspült, die durch spezielle Luftkanäle (Zuluftkanal 107 zur Belüftung und Abluftkanal 108 zur Entlüftung) zwischen den Schirmen zugeführt wird (siehe auch Luftströmungspfeile in 2). Die zugeführte Luft wird dann am Draht 106' gleichmäßig ionisiert. Dadurch wird eine homogene, gleichmäßige Aufladung der benachbarten Oberfläche des Fotoleiters erreicht. Mit trockener und erwärmter Luft ist die gleichmäßige Aufladung noch zu verbessern. Über die Abluftkanäle 108 wird Luft abgeführt. Gegebenenfalls entstandenes Ozon kann ebenfalls über die Abluftkanäle 108 abgesaugt werden.
Die Korotrone sind kaskadierbar, d.h. es sind dann zwei oder mehr Drähte 106' pro Schirm 106'' bei gleicher Schirmspannung vorhanden. Der Strom, der über den Schirm 106'' fließt, ist einstellbar und dadurch ist die Aufladung des Fotoleiters steuerbar. Die Korotrone können unterschiedlich stark bestromt werden, um eine gleichmäßige und ausreichend hohe Aufladung auf dem Fotoleiter zu erreichen.
Nach der Aufladevorrichtung 106 ist ein Zeichengenerator 109 angeordnet, der über optische Strahlung den Fotoleiter je nach gewünschtem Druckbild 20' pixelweise entlädt. Dadurch entsteht ein latentes Bild, das später mit Tonerpartikeln eingefärbt wird (das eingefärbte Bild entspricht dem Druckbild 20'). Vorzugsweise wird ein LED-Zeichengenerator 109 verwendet, bei dem eine LED-Zeile mit vielen einzelnen LEDs über die gesamte axiale Länge der Fotoleiterwalze 101 feststehend angeordnet ist. Die Anzahl der LEDs und die Größe der optischen Abbildungspunkte auf dem Fotoleiter bestimmen unter anderem die Auflösung des Druckbildes 20' (typische Auflösung liegt bei 600 × 600 dpi). Die LEDs können einzeln zeitlich und bezüglich ihrer Strahlungsleistung gesteuert werden. Somit können zum Erzeugen von Rasterpunkten (bestehend aus mehreren Bildpunkten oder Pixeln) Multilevelverfahren angewendet werden oder Bildpunkte zeitlich verzögert werden, um Korrekturen, beispielsweise bei nicht korrektem Farbpasser oder Register elektrooptisch durchzuführen.
Der Zeichengenerator 109 weist eine Ansteuerlogik auf, die aufgrund der Vielzahl von LEDs und deren Strahlungsleistung gekühlt werden muss. Vorzugsweise wird der Zeichengenerator 109 flüssigkeitsgekühlt. Die LEDs können gruppenweise (mehrere LEDs zu einer Gruppe zusammengefasst) oder getrennt voneinander angesteuert werden.
Das durch den Zeichengenerator 109 erzeugte latente Bild wird durch die Entwicklerstation 110 mit Tonerpartikeln eingefärbt. Die Entwicklerstation 110 weist hierzu eine sich drehende Entwicklerwalze 111 auf, die eine Schicht Flüssigentwickler an den Fotoleiter heranführt (die Funktionsweise der Entwicklerstation 110 wird weiter unten näher erläutert). Da die Oberfläche der Fotoleiterwalze 101 relativ hart ist, die Oberfläche der Entwicklerwalze 111 relativ weich ist und die beiden gegeneinander gedrückt werden, entsteht ein dünner, hoher Nip (ein Spalt zwischen den Walzen), in dem die geladenen Tonerpartikel elektrophoretisch von der Entwicklerwalze 111 auf den Fotoleiter in den Bildstellen aufgrund eines elektrischen Feldes wandern. In den Nichtbildstellen geht kein Toner auf den Fotoleiter über. Der mit Flüssigentwickler gefüllte Nip weist eine Höhe (Dicke des Spalts) auf, die abhängig vom gegenseitigen Druck der beiden Walzen 101, 111 und der Viskosität des Flüssigentwicklers ist. Typischerweise liegt die Dicke des Nips im Bereich größer als etwa 2 µm bis etwa 20 µm (je nach Viskosität des Flüssigentwicklers können sich die Werte auch ändern). Die Länge des Nips beträgt etwa einige wenige Millimeter.
Das eingefärbte Bild dreht sich mit der Fotoleiterwalze 111 bis zu einer ersten Transferstelle, bei der das eingefärbte Bild auf eine Transferwalze 121 im Wesentlichen vollständig übertragen wird. Die Transferwalze 121 bewegt sich an der ersten Transferstelle (Nip zwischen Fotoleiterwalze 101 und Transferwalze 121) in dieselbe Richtung und vorzugsweise mit identischer Geschwindigkeit wie die Fotoleiterwalze 101. Nach dem Transfer des Druckbildes 20' auf die Transferwalze 121 kann das Druckbild 20' (Tonerpartikel) optional mittels einer Ladeeinheit 129, wie z.B. einem Korotron, nachgeladen oder aufgeladen werden, um die Tonerpartikel danach besser auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen zu können.
Der Aufzeichnungsträger 20 läuft in Transportrichtung 20'' zwischen der Transferwalze 121 und einer Gegendruckwalze 126 hindurch. Der Berührungsbereich (Nip) stellt eine zweite Transferstelle dar, in der das Tonerbild auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen wird. Die Transferwalze 121 bewegt sich im zweiten Transferbereich in dieselbe Richtung wie der Aufzeichnungsträger 20. Auch die Gegendruckwalze 126 dreht sich in diese Richtung im Bereich des Nips. Die Geschwindigkeiten der Transferwalze 121, der Gegendruckwalze 126 und des Aufzeichnungsträgers 20 sind an der Transferstelle aufeinander abgestimmt und vorzugsweise identisch, damit das Druckbild 20' nicht verschmiert wird. An der zweiten Transferstelle wird das Druckbild 20' aufgrund eines elektrischen Feldes zwischen der Transferwalze 121 und der Gegendruckwalze 126 elektrophoretisch auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen. Außerdem drückt die Gegendruckwalze 126 mit hoher mechanischer Kraft gegen die relativ weiche Transferwalze 121, wodurch die Tonerpartikel auch aufgrund der Adhäsion an dem Aufzeichnungsträger 20 haften bleiben.
Da die Oberfläche der Transferwalze 121 relativ weich und die Oberfläche der Gegendruckwalze 126 relativ hart ist, entsteht beim Abrollen ein Nip, in dem der Tonertransfer stattfindet. Unebenheiten des Aufzeichnungsträgers 20 können damit ausgeglichen werden, so dass der Aufzeichnungsträger 20 lückenlos bedruckt werden kann. Ein solcher Nip ist auch gut geeignet, um dickere oder unebenere Aufzeichnungsträger 20 zu bedrucken, wie es beispielsweise beim Verpackungsdruck der Fall ist.
Das Druckbild 20' sollte zwar vollständig auf den Aufzeichnungsträger 20 übergehen; dennoch können unerwünschterweise wenige Tonerpartikel auf der Transferwalze 121 verbleiben. Ein Teil der Trägerflüssigkeit verbleibt immer auf der Transferwalze 121 infolge der Benetzung. Die eventuell noch vorhandenen Tonerpartikel sollten durch eine der zweiten Transferstelle nachfolgende Reinigungseinheit 122 nahezu vollständig entfernt werden. Die noch auf der Transferwalze 121 befindliche Trägerflüssigkeit kann auch vollständig oder bis zu einer vorbestimmten Schichtdicke von der Transferwalze 121 entfernt werden, damit nach der Reinigungseinheit 122 und vor der ersten Transferstelle von der Fotoleiterwalze 101 auf die Transferwalze 121 gleiche Bedingungen durch eine saubere Oberfläche oder eine definierte Schichtdicke mit Flüssigentwickler auf der Oberfläche der Transferwalze 121 vorherrschen.
Vorzugsweise ist diese Reinigungseinheit 122 als Nasskammer mit einer Reinigungsbürste 123 und einer Reinigungswalze 124 ausgebildet. Im Bereich der Bürste 123 wird Reinigungsflüssigkeit (beispielsweise kann Trägerflüssigkeit oder eine eigene Reinigungsflüssigkeit verwendet werden) über eine Reinigungsflüssigkeitszufuhr 123' zugeführt. Die Reinigungsbürste 123 dreht sich in der Reinigungsflüssigkeit und "bürstet" dabei die Oberfläche der Transferwalze 121. Dadurch wird der auf der Oberfläche haftende Toner gelockert.
Die Reinigungswalze 124 liegt auf einem elektrischen Potenzial, das der Ladung der Tonerpartikel entgegengesetzt ist. Infolgedessen wird der elektrisch geladenen Toner durch die Reinigungswalze 124 von der Transferwalze 121 entfernt. Da die Reinigungswalze 124 die Transferwalze 121 berührt, nimmt sie auch auf der Transferwalze 121 verbliebene Trägerflüssigkeit zusammen mit der zugeführten Reinigungsflüssigkeit ab. Am Auslauf aus der Nasskammer ist ein Konditionierelement 125 angeordnet. Als Konditionierelement 125 kann – wie dargestellt – ein Rückhalteblech verwendet werden, das in einem stumpfen Winkel (etwa zwischen 100° und 170° zwischen Blech und Auslaufoberfläche) zur Transferwalze 121 angeordnet ist, wodurch Reste von Flüssigkeit auf der Oberfläche der Walze in der Nasskammer nahezu vollständig zurückgehalten werden und der Reinigungswalze 124 zum Entfernen über eine Reinigungsflüssigkeitsabfuhr 124' zu einem nicht dargestellten Reinigungsflüssigkeitsvorratsbehälter (bei den Vorratsbehältern 72) zuführt.
Statt dem Rückhalteblech kann auch eine nicht dargestellte Dosiereinheit dort angeordnet sein, die beispielsweise eine oder mehrere Dosierwalzen aufweist. Die Dosierwalzen haben einen vorbestimmten Abstand zur Transferwalze 121 und nehmen soviel Trägerflüssigkeit ab, dass sich eine vorbestimmte Schichtdicke nach den Dosierwalzen infolge des Abquetschens einstellt. Die Oberfläche der Transferwalze 121 wird dann nicht vollständig abgereinigt; es verbleibt vollflächig Trägerflüssigkeit einer vorbestimmten Schichtdicke. Abgenommene Trägerflüssigkeit wird über die Reinigungswalze 124 zurück zum Reinigungsflüssigkeitsvorratsbehälter geführt.
Die Reinigungswalze 124 selber wird durch eine nicht dargestellte Rakel mechanisch sauber gehalten. Abgereinigte Flüssigkeit inklusive Tonerpartikel werden für alle Farben durch einen zentralen Sammelbehälter aufgefangen, gereinigt und dem zentralen Reinigungsflüssigkeitsvorratsbehälter zur Wiederverwendung zugeführt.
Die Gegendruckwalze 126 wird ebenfalls durch eine Reinigungseinheit 127 gereinigt. Als Reinigungseinheit 127 können eine Rakel, eine Bürste und/oder eine Walze Verschmutzungen (Papierstaub, Tonerpartikelreste, Flüssigentwickler, etc.) von der Gegendruckwalze 126 entfernen. Die gereinigte Flüssigkeit wird in einem Sammelbehälter 128 gesammelt und dem Druckprozess gegebenenfalls gereinigt über eine Flüssigkeitsabfuhr 128' wieder zur Verfügung gestellt.
Bei den Druckwerken 11, die die Vorderseite des Aufzeichnungsträgers 20 bedrucken, drückt die Gegendruckwalze 126 gegen die nicht bedruckte Seite (und somit noch trockene Seite) des Aufzeichnungsträgers 20.
Dennoch können sich auf der trockenen Seite bereits Staub-/Papierpartikel oder andere Schmutzpartikel befinden, die dann von der Gegendruckwalze 126 entfernt werden. Hierzu sollte die Gegendruckwalze 126 breiter als der Aufzeichnungsträger 20 sein. Infolgedessen können auch Verschmutzungen außerhalb des Druckbereichs gut abgereinigt werden.
Bei den Druckwerken 12, die die Rückseite des Aufzeichnungsträgers 20 bedrucken, drückt die Gegendruckwalze 126 direkt auf das noch nicht fixierte, feuchte Druckbild 20' der Vorderseite. Damit das Druckbild 20' nicht von der Gegendruckwalze 126 abgenommen wird, muss die Oberfläche der Gegendruckwalze 126 Antihaft-Eigenschaften bezüglich Tonerpartikel und auch bezüglich der Trägerflüssigkeit auf dem Aufzeichnungsträger 20 aufweisen.
Die Entwicklerstation 110 färbt das latente Druckbild 20' mit einem vorbestimmten Toner ein. Hierzu führt die Entwicklerwalze 111 Tonerpartikel an den Fotoleiter heran. Um die Entwicklerwalze 111 selber mit einer vollflächigen Schicht einzufärben wird zunächst einer Vorratskammer 112 Flüssigentwickler von einem nicht dargestellten Mischbehälter (innerhalb der Flüssigkeitssteuereinheit 71) über eine Flüssigkeitszufuhr 112' mit einer vorbestimmten Konzentration zugeführt. Aus dieser Vorratskammer 112 wird der Flüssigentwickler einer Vorkammer 113 im Überfluss zugeführt (eine Art nach oben offener Wanne). Zur Entwicklerwalze 111 hin ist ein Elektrodensegment 114 angeordnet, das einen Spalt zwischen sich und der Entwicklerwalze 111 bildet.
Die Entwicklerwalze 111 dreht sich durch die nach oben offene Vorkammer 113 und nimmt dabei Flüssigentwickler mit in den Spalt. Überschüssiger Flüssigentwickler läuft aus der Vorkammer 113 zurück zur Vorratskammer 112.
Durch das durch die elektrischen Potenziale gebildete elektrische Feld zwischen dem Elektrodensegment 114 und der Entwicklerwalze 111 wird der Flüssigentwickler in dem Spalt in zwei Bereich aufgeteilt, und zwar ein Schichtbereich in der Nähe der Entwicklerwalze 111, in dem sich die Tonerpartikel konzentrieren (aufkonzentrierter Flüssigentwickler) und einen zweiten Bereich in der Nähe des Elektrodensegments 114, der an Tonerpartikeln verarmt ist (sehr niedrig konzentrierter Flüssigentwickler).
Anschließend wird die Schicht des Flüssigentwicklers weiter zu einer Dosierwalze 115 transportiert. Die Dosierwalze 115 quetscht die obere Schicht des Flüssigentwicklers ab, so dass danach eine definierte Schichtdicke an Flüssigentwickler von etwa 5 µm Dicke auf der Entwicklerwalze 111 verbleibt. Da sich die Tonerpartikel im Wesentlichen nahe der Oberfläche der Entwicklerwalze 111 in der Trägerflüssigkeit befinden, wird im Wesentlichen die außen liegende Trägerflüssigkeit abgequetscht oder zurückgehalten und letztendlich zu einem Sammelbehälter 119 zurückgeführt, aber nicht der Vorratskammer 112 zugeführt.
Infolgedessen wird überwiegend hochkonzentrierter Flüssigentwickler durch den Nip zwischen Dosierwalze 115 und Entwicklerwalze 111 gefördert. Es entsteht somit eine gleichförmig dicke Schicht an Flüssigentwickler mit etwa 40 Masseprozent Tonerpartikel und etwa 60 Masseprozent Trägerflüssigkeit nach der Dosierwalze 115 (je nach Druckprozessanforderungen können die Masseverhältnisse auch mehr oder weniger schwanken). Diese gleichförmige Schicht Flüssigentwickler wird in den Nip zwischen der Entwicklerwalze 111 und der Fotoleiterwalze 101 transportiert. Dort werden dann die Bildstellen des latenten Bildes mit Tonerpartikeln elektrophoretisch eingefärbt, während im Bereich von Nichtbildstellen kein Toner auf den Fotoleiter übergeht. Ausreichend Trägerflüssigkeit wird unbedingt zur Elektrophorese benötigt. Der Flüssigkeitsfilm spaltet sich nach dem Nip etwa mittig infolge Benetzung auf, so dass ein Teil der Schicht an der Oberfläche der Fotoleiterwalze 101 haften bleibt und der andere Teil (für Bildstellen im Wesentlichen Trägerflüssigkeit und für Nichtbildstellen Tonerpartikel und Trägerflüssigkeit) auf der Entwicklerwalze 111 verbleibt.
Damit die Entwicklerwalze 111 wieder unter gleichen Bedingungen und gleichmäßig mit Flüssigentwickler beschichtet werden kann, werden verbliebene Tonerpartikel (diese stellen im Wesentlichen das negative, nicht übertragene Druckbild dar) und Flüssigentwickler durch eine Reinigungswalze 117 elektrostatisch und mechanisch entfernt. Die Reinigungswalze 117 selber wird durch eine Rakel 118 gereinigt. Der abgereinigte Flüssigentwickler wird dem Sammelbehälter 119 zur Wiederverwendung zugeführt, dem auch der von der Dosierwalze 115 beispielsweise mittels einer Rakel 116 abgereinigte und der von der Fotoleiterwalze 101 mittels der Rakel 104 abgereinigte Flüssigentwickler zugeführt werden.
Der in dem Sammelbehälter 119 gesammelte Flüssigentwickler wird dem Mischbehälter über die Flüssigkeitsabfuhr 119' zugeführt. Dem Mischbehälter werden auch frischer Flüssigentwickler und reine Trägerflüssigkeit bei Bedarf zugeführt. In dem Mischbehälter muss immer genügend Flüssigkeit in gewünschter Konzentration (vorbestimmtes Verhältnis von Tonerpartikeln zu Trägerflüssigkeit) vorhanden sein. Die Konzentration wird in dem Mischbehälter ständig gemessen und abhängig vom Zufuhr von der Menge des abgereinigten Flüssigentwicklers und dessen Konzentration sowie von der Menge und Konzentration von frischem Flüssigentwickler bzw. Trägerflüssigkeit entsprechend geregelt.
Hierzu können aus den entsprechenden Vorratsbehältern 72 höchstkonzentrierter Flüssigentwickler, reine Trägerflüssigkeit, Serum (Trägerflüssigkeit und Ladungssteuerstoffe, um die Ladung der Tonerpartikel zu steuern) sowie abgereinigte Flüssigentwickler diesem Mischbehälter getrennt zugeführt werden.
Der Fotoleiter kann bevorzugt in Form einer Walze oder als Endlosband ausgebildet sein. Es kann dabei ein amorphes Silizium als Fotoleitermaterial oder ein organisches Fotoleitermaterial (auch als OPC bezeichnet) verwendet werden.
Statt eines Fotoleiters können auch andere Bildträger, wie magnetische, ionisierbare, etc. Bildträger verwendet werden, die nicht nach dem fotoelektrischen Prinzip arbeiten, sondern denen nach anderen Prinzipien latente Bilder elektrisch, magnetisch oder auf sonstige Weise aufgeprägt werden, die dann eingefärbt und letztendlich auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen werden.
Als Zeichengenerator 109 können LED-Zeilen oder auch Laser mit entsprechender Scann-Mechanik verwendet werden.
Ebenso kann das Transferelement als Walze oder als Endlosband ausgebildet sein. Das Transferelement kann auch entfallen. Dann wird das Druckbild 20' unmittelbar von der Fotoleiterwalze 101 auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen.
Unter dem Begriff „Elektrophorese" ist die Wanderung der geladenen Tonerpartikel in der Trägerflüssigkeit infolge der Einwirkung eines elektrischen Feldes zu verstehen. Bei jedem Transfer von Tonerpartikel gehen die entsprechenden Tonerpartikel im Wesentlichen vollständig auf ein anderes Element über. Der Flüssigkeitsfilm wird nach dem Berühren der beiden Elemente etwa hälftig infolge der Benetzung der beteiligten Elemente gespalten, so dass etwa eine Hälfte auf dem ersten Element haften bleibt und der restliche Teil an dem anderen Element haften bleibt. Das Druckbild 20' wird übertragen und in dem nächsten Teil dann weitertransportiert, um im nächsten Transferbereich wiederum eine elektrophoretische Wanderung der Tonerpartikel zuzulassen.
Der Digitaldrucker 10 kann ein oder mehrere Druckwerke für den Vorderseitendruck und gegebenenfalls ein oder mehrere Druckwerke für den Rückseitendruck aufweisen. Die Druckwerke können in einer Linie, L-förmig oder U-förmig angeordnet werden.
Statt dem Aufwickler 27 können auch nicht dargestellte Nachverarbeitungseinrichtungen nach dem Zugwerk 26 angeordnet sein, wie Schneider, Falzer, Stapler, etc., um den Aufzeichnungsträger 20 in die endgültige Form zu bringen. Beispielsweise könnte der Aufzeichnungsträger 20 so weit bearbeitet werden, dass am Ende ein fertiges Buch entsteht. Die Nachverarbeitungsgeräte können ebenfalls in Reihe oder abgewinkelt davon angeordnet sein.
Der Digitaldrucker 10 kann – wie zuvor als bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben – als Rolle-Rolle-Drucker betrieben werden. Es ist auch möglich, den Aufzeichnungsträger 20 am Ende in Bögen zu schneiden und die Bögen anschließend zu stapeln oder in geeigneter Weise weiterzuverarbeiten (Rolle-Bogen-Drucker). Ebenso ist es möglich, einen bogenförmigen Aufzeichnungsträger 20 dem Digitaldrucker 10 zuzuführen und am Ende die Bögen zu stapeln oder weiter zu verarbeiten (Bogen-Bogen-Drucker).
Wird nur die Vorderseite des Aufzeichnungsträgers 20 bedruckt, so wird zumindest ein Druckwerk 11 mit einer Farbe benötigt (Simplexdruck). Wird auch die Rückseite bedruckt, so wird noch zumindest ein Druckwerk 12 für die Rückseite benötigt (Duplexdruck). Abhängig vom gewünschten Druckbild 20' auf Vorder- und Rückseite enthält die Druckerkonfiguration entsprechende Anzahl von Druckwerken für Vorder- und Rückseite, wobei jedes Druckwerk 11, 12 immer nur für eine Farbe oder eine Art von Toner ausgelegt ist.
Die maximale Anzahl der Druckwerke 11, 12 ist nur technisch bedingt durch die maximale mechanische Zugbelastung des Aufzeichnungsträgers 20 und die freie Zuglänge. Typischerweise sind beliebige Konfigurationen von einer 1/0-Konfiguration (nur ein Druckwerk für die zu bedruckende Vorderseite) bis zu einer 6/6-Konfiguration möglich, bei der je sechs Druckwerke für Vorder- und Rückseite des Aufzeichnungsträgers 20 vorhanden sein können. Die bevorzugte Ausführungsform (Konfiguration) ist in der 1 dargestellt (eine 4/4-Konfiguration), mit der der Vollfarbendruck für Vorder- und Rückseite mit den vier Grundfarben bewerkstelligt wird. Die Reihenfolge der Druckwerke 11, 12 bei einem Vier-Farben-Druck geht vorzugsweise von einem Druckwerk 11, 12, das hell (Gelb) druckt zu einem Druckwerk 11, 12, das dunkel druckt, also beispielsweise wird der Aufzeichnungsträger 20 in der Farbreihenfolge Y-C-M-K von hell nach dunkel bedruckt.
Der Aufzeichnungsträger 20 kann aus Papier, Pappe, Karton, Metall, Kunststoff oder sonstigen geeigneten und bedruckbaren Materialien hergestellt sein.
3 zeigt schematisch einen Aufbau eines Teils eines Druckwerks 12, das eine Transferwalze 121 und eine Gegendruckwalze 126 umfasst, zwischen denen ein Aufzeichnungsträger 20 in einer Umdruckstelle hindurchgeführt ist. Die Pfeile P1 und P2 geben die Bewegungsrichtung der Transferwalze 121 bzw. der Gegendruckwalze 126 um ihre jeweilige Rotationsachse 320 bzw. 322 an. Die Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers 20 ist mit dem Pfeil 20‘‘ bezeichnet.
Weiterhin umfasst das Druckwerk 12 ein Korotron 316. Das Korotron 316 wird mit einer Spannung von ca. +4kV (+4000 Volt) bis ca. +6kV, vorzugsweise +5,5 kV, gemessen gegen ein Massepotential, betrieben. Die Polarität der Spannung ist mit der Polarität (hier positive Polarität) der elektrischen Ladung der verwendeten Tonerpartikel identisch. Der Strom durch das Korotron 316 beträgt weniger als 10 mA, vorzugsweise etwa 1 mA. Die Transferwalze 121 weist ein elektrisches Potential von ca. –200V bis –500V, vorzugsweise –300V und die Gegendruckwalze 126 ein elektrisches Potential von ca. –1000V bis –2000V, vorzugsweise –1300V, jeweils gegen Massepotential gemessen, auf. Das Korotron 316 ist weiter unten in 4 genauer beschrieben.
Auf der Mantelfläche der Transferwalze 121 ist ein zweites Tonerbild 324 aufgetragen, das auf die in der 3 oben liegende zweiten Seite des Aufzeichnungsträgers 20 mittels eines elektrophoretischen Verfahrens aufgebracht werden soll. Auf der in der 3 nicht sichtbaren ersten Seite des Aufzeichnungsträgers 20 ist bereits ein noch nicht fixiertes erstes Tonerbild aufgebracht.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Aufladung der Oberfläche der Gegendruckwalze 126 mittels des Korotrons 316. Auf der der Gegendruckwalze 126 zugewandten ersten Seite des Aufzeichnungsträgers 20 ist bereits ein noch nicht fixiertes erstes Tonerbild 20‘ aufgebracht. Dieses erste Tonerbild 20‘ umfasst ebenso wie das zweite Tonerbild 324 positiv geladene Tonerpartikel, von denen jeweils eins pro Tonerbild 20‘ bzw. 324 beispielhaft mit einem Bezugszeichen 328 bzw. 330 bezeichnet ist.
Mittels eines elektrischen Feldes 332, hervorgerufen von einer Potentialdifferenz von etwa 500V bis 1800V, vorzugsweise 1000V, zwischen der Transferwalze 121 und der Gegendruckwalze 126 werden die Tonerpartikel 328 des zweiten Tonerbilds 324 von der Transferwalze 121 auf den Aufzeichnungsträger 20 durch einen elektrophoretischen Prozess transferiert, bei dem die geladenen Tonerpartikel migrieren. Dieses elektrische Feld 332 wirkt auch auf die Tonerpartikel 330 des ersten Tonerbilds 20‘ und diese werden davon teilweise durch Elektrophorese aus dem ersten Tonerbild 20‘ gelöst und an der Gegendruckwalze 126 abgelagert und haften an dieser an. Ein derartiges Tonerpartikel ist beispielhaft mit dem Bezugszeichen 334 gekennzeichnet. Ein Abwandern der Tonerpartikel 334 führt zu einer Verschmutzung der Gegendruckwalze 126 und zu einer Verringerung der Qualität des ersten Tonerbildes 20‘.
Das Korotron 316 weist einen Schirm 356 und einen Korotrondraht 358 auf. Am Korotrondraht 358 liegt ein Potential von vorzugsweise +5,5 kV und am Schirm 356 ein Potential von vorzugsweise +2 kV, jeweils gegen Masse gemessen, an, wodurch im Bereich des Korotrons 316 Luftmoleküle ionisiert und die so gebildeten positiv geladenen Ionen, die die aufzubringende elektrische Ladung haben, in Richtung der Gegendruckwalze 126 beschleunigt werden. Die ebenfalls durch das Korotron 316 gebildeten negativ geladenen Ionen verlassen das Korotron 316 nicht, sondern werden am Korotrondraht 358 sowie am Schirm 356 abgefangen und neutralisiert. Die aufzubringende Ladung ist beispielhaft mit dem Bezugszeichen 336 bezeichnet. Weiter unten werden weitere Möglichkeiten aufgezeigt, mit denen elektrische Ladungen 336 erzeugt und auf die Gegendruckwalze aufgebracht werden können.
Die elektrischen Potentiale am Korotron 316 sind so gewählt, dass ein Großteil der im Korotron 316 gebildeten positiven Ionen die Luftstrecke zur Gegendruckwalze 126 überwindet. Dadurch kommen die Ionen in Kontakt mit der elektrisch nicht leitfähigen oder nur teilleitfähigen Oberfläche der Gegendruckwalze 126 und lagern sich dort ab. Dadurch stellt sich an der Mantelfläche der Gegendruckwalze 126 ein elektrisches Potential ein. Ist zur Einstellung eines entsprechenden Potentials ein einziges Korotron 316 nicht ausreichend, werden in anderen Ausführungen der Erfindung mehrere Korotrone 316 nebeneinander verwendet.
Das Korotron 316 umfasst mindestens einen dünnen Draht 358 aus einem elektrisch leitenden Material mit hohem Schmelzpunkt, beispielsweise Wolfram, sowie den elektrisch leitfähigen Schirm 356. Ab einer elektrischen Potentialdifferenz von ca. 3kV (3000 Volt) zwischen dem Draht 358 und Schirm 356 entstehen am Draht 358 so hohe elektrische Feldstärken, dass die umgebende Luft ionisiert wird und es tritt eine Koronaentladung auf. Eine höhere Potentialdifferenz zwischen dem Draht 358 und dem Schirm 356 führt zu einem Stromfluss zwischen dem Draht 358 und dem Schirm 356. Die maximal einstellbare Potentialdifferenz im Korotron 316 ist durch die elektrische Durchschlagsfestigkeit der Luft, ca. 3kV/mm, und dem kleinsten Abstand zwischen Draht 358 und Schirm 356 gegeben.
Die elektrische Ladung der im Korotron 316 erzeugten Ionen wird durch die Potentiale von Draht 358 und Schirm 340 eingestellt. Sollen positive Ladungen 336 auf die Gegendruckwalze 126 aufgebracht werden, also positiv geladene Ionen erzeugt werden, hat es sich in Versuchen als geeignet erwiesen, am Draht 358 ein Potential von etwa +6kV und am Schirm 356 ein Potential von etwa +2kV einzustellen.
Die elektrischen Ladungen 336 wirken aufgrund der gleichen Polarität abstoßend auf die Tonerpartikel 330, so dass für diese Tonerpartikel 330 die Wirkung des elektrischen Feldes 332 vorzugsweise kompensiert, zumindest aber reduziert ist. Da die Ladungen 336 als Punktladungen wirken, nimmt das von ihnen erzeugte elektrische Feld mit zunehmenden Abstand von der Mantelfläche der Gegendruckwalze 126 ab, so dass der elektrophoretische Umdruckprozess des zweiten Tonerbilds 324 von der Transferwalze 121 zum Aufzeichnungsträger 20 nicht oder im Wesentlichen nicht beeinträchtigt ist.
5 zeigt eine Formel zur Bestimmung einer Zeitkonstanten τ, die das Abfließen der Ladungen 336 von der Oberfläche der Gegendruckwalze 126 beschreibt. Hierbei ist ε_r die relative Dielektrizitätskonstante der Oberfläche, ε₀ die allgemeine Dielektrizitätskonstante von 8,85·10^–12 As/Vm und R_s der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand. Ein hoher Wert für τ bedeutet, dass nur wenige der aufgebrachten Ladungen 336 vor Erreichen der Umdruckstelle von der Oberfläche der Gegendruckwalze 126 abfließen.
In 6 ist ein Ersatzschaltbild 340 der Gegendruckwalze 126 mit teilleitfähiger Beschichtung 338 um einen Kern 326 gezeigt. Als Ersatzschaltbild 340 ergibt sich eine Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes 342 und eines Kondensators 344. Eine Seite des Kondensators 344 wird durch die Mantelfläche der Gegendruckwalze 126 gebildet. Der Widerstand 342 wird von der Geometrie der Gegendruckwalze 126 und deren spezifischen elektrischen Oberfläche und Widerstand R_s beeinflusst. Durch das Aufbringen der elektrischen Ladungen 336 wird der Kondensator 344 geladen und entlädt sich durch Abfließen der Ladungen 336 über den Widerstand 342.
Die Beschichtung 338 hat eine Dicke von etwa 0,1 mm bis ca. 0,3 mm, hier etwa 0,2 mm. Die Dielektrizitätskonstante ε_r beträgt ca. 20 und der spezifische elektrische Widerstand R_s etwa 10⁸ bis 10⁹ Ωcm, in diesem Ausführungsbeispiel etwa 3·10⁸ Ωcm. Daher fließen die vom Korotron 316 aufgebrachten Ladungen 336 langsam wieder ab. Dieser Ladungsabfluss lässt sich näherungsweise als ein exponentieller Abfall mit einer Zeitkonstante τ von etwa 54 ms (Millisekunden) beschreiben, was bedeutet, dass alle 54 ms etwa 2/3 der zu Beginn dieses Zeitraums vorhandenen Ladungen 336 abgeflossen sind. Die Zeitkonstante τ kann mittels der in 5 dargestellten Formel ermittelt werden.
Um den in Zusammenhang mit 4 beschriebenen Effekt auf die Tonerpartikel 330 zu erreichen, ist mindestens eine minimale Dichte der Ladungen 336 an der Umdruckstelle, also in dem Bereich des elektrischen Feldes 332 notwendig. Die Ladungsdichte auf der Gegendruckwalze 126 wird beispielsweise mittels einer in 7 dargestellten Potentialsonde 346 ermittelt. In dieser Ausführung des Druckwerks 12 werden die Ladungen 336 mittels einer Ladungswalze 348 auf die Gegendruckwalze 126 aufgebracht. Von den abfließenden Ladungen ist eine exemplarisch mit dem Bezugszeichen 350 gekennzeichnet.
Die Ladungswalze 348 ist eine elektrisch leitfähige Walze mit einem elektrischen Potential von ca. 200 bis 600 V, typischerweise 400 V, höher als das Potential der Gegendruckwalze. Eine Ladungsübertragung von der Ladungswalze 348 zur Gegendruckwalze 126 kann durch Funkenschlag oder durch Kontakt stattfinden.
Die Menge der abfließenden Ladungen 350 ist von der Zeitkonstante τ, also den Materialparametern der Beschichtung 338, dem Ort der Aufladung und der Rotationsgeschwindigkeit der Gegendruckwalze 126 abhängig. Je höher die Dielektrizitätskonstante ε_r und/oder der spezifische elektrische Widerstand R_s der Beschichtung 338 ist, umso weniger Ladungen 336 fließen ab. Auch eine höhere Drehgeschwindigkeit der Gegendruckwalze 126 und eine Anordnung des Korotrons 316 nahe der Umdruckstelle verringern den Ladungsabfluss, denn zwischen dem Aufbringen der Ladungen 336 und dem Erreichen der Umdruckstelle, in dem die Ladungen 336 die Abwanderung der Tonerpartikel 330 minimieren sollen, verstreicht weniger Zeit.
Eine optische Sonde 352 ermittelt die Farbe und den Einfärbegrad des ersten Tonerbilds 20‘. Aus diesen Daten wird ein Sollpotential der Ladungen 336 auf der Beschichtung 338 an der Umdruckstelle ermittelt. Ein hoher Einfärbegrad bedeutet, dass viele Tonerpartikel 330 vorhanden sind. Ebenso kann die elektrophoretische Mobilität der Tonerpartikel 330 von deren Farbe (Yellow, Cyan, Magenta und Schwarz) abhängig sein. Die Potentialsonde 346 ermittelt das Istpotential der Beschichtung 338. Entsprechend dieser beiden Messgrößen wird der Auftrag von Ladungen 336 eingestellt.
Weiterhin ist in 7 eine Entladewalze 354 dargestellt. Mittels dieser Entladewalze 354 werden die nicht abgeflossenen Ladungen 336 entfernt und dadurch eine definierte Oberflächenladung der Gegendruckwalze 126 hergestellt. Diese Entladewalze 354 kann auch benutzt werden, wenn die Ladungen 336 mittels des Korotrons 316 aufgebracht werden. In bevorzugten Ausführungen ist die Entladewalze 354 in der Reinigungseinheit 127 enthalten und entfernt nicht nur die Ladungen 336, sondern auch die Tonerpartikel 334.
In anderen Ausführungen hat die Gegendruckwalze 126 zwischen dem Walzenkern und der Beschichtung 338 eine zusätzliche Isolationsschicht. Diese Schicht minimiert den Abfluss der Ladungen 336 und erhöht die Zeitkonstante τ.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung werden andere Möglichkeiten zur Ladungsübertragung auf die Gegendruckwalze genutzt. So ist es möglich, die Ladungen 336 durch eine triboelektrische Aufladung, also durch Reibungselektrizität auf die Gegendruckwalze zu bringen. Eine weitere Möglichkeit ist es, eine entsprechende chemische Reaktion an der Oberfläche der Gegendruckwalze ablaufen zu lassen; von der Oberfläche der Gegendruckwalze geladene Partikel oder Komponenten absorbieren zu lassen; an der Oberfläche der Gegendruckwalze ein elektrisches Feld anzulegen, in dem Ladungen getrennt werden; die Oberfläche der Gegendruckwalze induktiv aufzuladen; eine Plasmaentladung im Bereich der Oberfläche der Gegendruckwalze ablaufen zu lassen oder die Oberfläche der Gegendruckwalze entsprechend der aufzubringenden Ladung zu dotieren.
Mit der hier beschriebenen Erfindung kann eine Vielzahl von technischen Vorteilen erreicht werden. So wird beispielsweise beim zweiseitigen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers beim Bedrucken der zweiten Seite eine Verschmutzung der jeweiligen Gegendruckwalze in den die zweite Seite bedruckenden Druckwerken verringert. Dies entlastet eine jeweilige Reinigungseinheit der Gegendruckwalze, so dass diese einfacher aufgebaut werden, oder die Gegendruckwalze vollständig gereinigt werden kann.
Weiterhin wird ein qualitativ höherwertiges Druckbild der zuerst bedruckten Seite des Aufzeichnungsträgers erreicht, da weniger Tonerpartikel aus dem noch nicht fixierten Druckbild zur Gegendruckwalze wechseln. Weiterhin kann auf eine Zwischenfixierung des ersten Tonerbildes und eine dazugehörige Fixiereinrichtung verzichtet werden.
Bezugszeichenliste

10: Digitaldrucker
11, 11a–11d: Druckwerk (Vorderseite)
12, 12a–12d: Druckwerk (Rückseite)
20: Aufzeichnungsträger
20': erstes Druckbild (Toner)
20'': Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers
21: Rolle (Eingabe)
22: Abwickler
23: Konditionierwerk
24: Wendeeinheit
25: Registereinheit
26: Zugwerk
27: Aufwickler
28: Rolle (Ausgabe)
30: Fixiereinheit
40: Klimatisierungsmodul
50: Energieversorgung
60: Controller
70: Flüssigkeitsmanagement
71: Flüssigkeitssteuereinheit
72: Vorratsbehälter
100: Elektrofotografiestation
101: Fotoleiterwalze
102: Löschlicht
103: Reinigungseinrichtung (Fotoleiter)
104: Rakel (Fotoleiter)
105: Sammelbehälter (Fotoleiter)
105', P1, P2: Pfeil
106: Aufladevorrichtung (Korotron)
106': Draht
106'': Schirm
107: Zuluftkanal (Belüftung)
108: Abluftkanal (Entlüftung)
109: Zeichengenerator
110: Entwicklerstation
111: Entwicklerwalze
112: Vorratskammer
112': Flüssigkeitszufuhr
113: Vorkammer
114: Elektrodensegment
115: Dosierwalze (Entwicklerwalze)
116: Rakel (Dosierwalze)
117: Reinigungswalze (Entwicklerwalze)
118: Rakel (Reinigungswalze der Entwicklerwalze)
119: Sammelbehälter (Flüssigentwickler)
119': Flüssigkeitsabfuhr
120: Transferstation
121: Transferwalze
122: Reinigungseinheit (Nasskammer)
123: Reinigungsbürste (Nasskammer)
123': Reinigungsflüssigkeitszufuhr
124: Reinigungswalze (Nasskammer)
124': Reinigungsflüssigkeitsabfuhr
125: Konditionierelement (Rückhalteblech)
126: Gegendruckwalze
127: Reinigungseinheit (Gegendruckwalze)
128: Sammelbehälter (Gegendruckwalze)
128': Flüssigkeitsabfuhr
129: Ladeeinheit (Korotron an Transferwalze)
316: Korotron
320, 322: Rotationsachse
324: zweites Tonerbild
326: Kern
328, 330: Tonerpartikel
332: elektrisches Feld
334: Tonerpartikel
336: elektrische Ladung
338: Beschichtung
340: Ersatzschaltbild
342: Widerstand
344: Kondensator
346: Potentialsonde
348: Ladungswalze
350: elektrische Ladung
352: optische Sonde
354: Entladewalze
356: Schirm
358: Korotrondraht
ε₀: allgemeine Dielektrizitätskonstante
ε_r: relative Dielektrizitätskonstante
τ: Zeitkonstante
R_S: spezifischer elektrischer Widerstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 03/065126 A1 [0003]
US 2002/0064403 A1 [0003]
DE 4221401 A1 [0003]
DE 10060712 A1 [0003]
DE 102010015985 A1 [0003]
DE 102008048256 A1 [0003]
DE 102009060334 A1 [0003]
DE 19836022 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Digitaldruckers (10), der mindestens ein mit Flüssigentwickler arbeitendes Druckwerk (12) aufweist und zuerst eine erste Seite eines Aufzeichnungsträgers (20) und danach dessen zweite Seite bedruckt, bei dem der Flüssigentwickler Tonerpartikel (328, 330) und Trägerflüssigkeit enthält, das Druckwerk (12) eine Gegendruckwalze (126) aufweist, die beim Umdruck der zweiten Seite in Kontakt mit einem noch nicht fixierten Tonerbild (20‘) auf der ersten Seite gebracht wird, dessen Tonerpartikel (330) eine elektrische Ladung einer vorgegebenen Polarität aufweisen, und bei dem auf die Mantelfläche der Gegendruckwalze (126) elektrische Ladungen (336) mit gleicher Polarität wie die Polarität der Ladung der Tonerpartikel (330) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrischen Ladungen (336) auf die Oberfläche der Gegendruckwalze (126) mittels eines Korotrons (316) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrischen Ladungen (336) auf die Oberfläche der Gegendruckwalze (126) mittels einer Ladungswalze (348) aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor dem Aufbringen der elektrischen Ladungen (336) die Oberfläche der Gegendruckwalze (126) mittels einer Vorrichtung (354) auf ein vorbestimmtes Potential eingestellt wird, vorzugsweise Massepotential.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein von den elektrischen Ladungen (336) an der Oberfläche der Gegendruckwalze (126) erzeugtes Potential mittels eines Sensors (346) bestimmt wird, und bei dem das Aufbringen der elektrischen Ladungen abhängig vom Signal des Sensors (346) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Aufbringen von elektrischen Ladungen (336) abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit der Gegendruckwalze (126) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Tonerbild (20‘) mittels eines optischen Sensors (352) erfasst wird und das Aufbringen von elektrischen Ladungen (336) abhängig von den vom optischen Sensor (352) erfassten ersten Tonerbild (20‘) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Tonerpartikel durch elektrophoretische Übertragung auf den Aufzeichnungsträger aufgebracht werden.
Digitaldrucker (10) zum beidseitigen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers(20) mit Tonerpartikeln (228), die mit Hilfe eines Flüssigentwicklers (226) aufgetragen werden,
der Digitaldrucker (10) mindestens ein Druckwerk (11, 12) aufweist und beide Seiten des Aufzeichnungsträgers (20) nacheinander bedruckbar sind, der Flüssigentwickler (226) Tonerpartikel (228), Trägerflüssigkeit (230) und Ladungssteuerstoff enthält,
das Druckwerk (12) eine Gegendruckwalze (126) aufweist, die beim Umdruck der zweiten Seite Kontakt mit einem noch nicht fixierten Tonerbild (20‘) auf der ersten Seite hat, dessen Tonerpartikel (330) eine elektrische Ladung einer vorgegebenen Polarität aufweisen,
und bei dem vor dem Umdruckbereich nahe der Mantelfläche der Gegendruckwalze (126) eine Ladungseinheit angeordnet ist, die auf die Mantelfläche der Gegendruckwalze (126) elektrische Ladungen (336) mit gleicher Polarität wie die Polarität der Ladung der Tonerpartikel (330) aufbringt.
Digitaldrucker nach Anspruch 9, bei dem das Druckwerk (12) die Tonerpartikel auf den Aufzeichnungsträger elektrophoretisch überträgt.