DE1597885A1

DE1597885A1 - Verfahren und Einrichtung zur Fixierung von Pulverbildern

Info

Publication number: DE1597885A1
Application number: DE1967R0047096
Authority: DE
Inventors: Aser Gilbert A; Hallagan John A; Schwartz Edward A; Vecchio George D Del
Original assignee: Rank Xerox Ltd
Current assignee: Xerox Ltd
Priority date: 1966-10-11
Filing date: 1967-10-10
Publication date: 1970-10-01
Also published as: DE1597885C3; AT293871B; DK123893B; BE704925A; DE1597885B2; GB1193355A; ES345919A1; NL6713690A; SU372852A3; SE322690B; CH470698A; US3519253A; PL79260B1; JPS5130468B1

Description

SANK XEROX LIMIiEED

Rank Xerox House

338, Euston Road

London , E.W. 1

England :

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Fixierung eines xerographischen Pulverbildes, insbesondere durch Hitzeverschmelzung.

Im engeren Sinne betrifft die Erfindung eine verbesserte, mit Strahlungswärme arbeitende Hitzefixiereinrichtung,, mit der Kunstharz-Pulverbilder relativ geringer Dichte fixfert werden können. Beim xerographischen Verfahren wird eine Bildplatte, die aus einem photoleitfähigen Isolierstoffüberzug auf einer leitfähigen Unterlage besteht, mit einer elektrostatischen Ladung versehen und dann mit einem Lichtbild belichtet, wodurch der photoleitfähige Überzug in den belichteten Flächenteilen leitfähig wird, so daß die elektrostatische Ladung zur Erzeugung eines

— 2 —

00 98 40/1667

latenten Bildes selektiv abgeleitet wird. Das latente Bild wird mit einer Anzahl pigmentierter Kunstharze sichtbar gemacht, die speziell zu diesem Zweck entwickelt wurden. Die Harze oder Toner werden von dem auf der Bildplatte vorhandenen latenten Bild entsprechend der jeweils vorhandenen Ladungsmenge elektrostatisch angezogen, so daß die Flächenteile geringer Ladungskonzentration eine geringe Tonerdichte enthalten, während Flächenteile größerer Ladungskonzentration entsprechend dichter gefärbt sind. Das entfe wickelte Bild wird dann auf ein Bildblatt übertragen und dauerhaft fixiert. In den meisten Fällen wird das Bild auf ein Papierblatt übertragen und der Toner zur Fixierung durch Hitzeeinwirkung geschmolzen, so daß er sich mit den Papierfasern verbindet.

Das selektive Fixieren, wie es im folgenden beschrieben wird, besteht in einer Fixierung der mit hoher Tonerdichte bedeckten Flächenteile, wobei die Flächenteile geringer Tonerdichte ausgeschlossen werden. Das selektive Fixieren stellte sich jedoch als ziemlieh schwieriges Verfahren zur Hitzefixierung von Bildteilen geringer Tonerkonzentration heraus. Es wurde gefunden, daß diese Flächenteile geringer Tonerdichte keine ausreichende Energie absorbieren, um eine richtige Fixierung innerhalb der dafür relativ kurzen Zeit in automatischen xerographischen Maschinen zu erreichen. Versuche zur Übertragung größerer Energie auf die Flächenteile geringer Tonerkonzentration durch Erhöhung der Stärke der infraroten Strahlung während der Einwirkungszeit führten dazu, daß die Bildträgerfläche vor Breichen einer richtigen Fixierung zerstört wurde. Ferner absorbieren Bilder hoher Tonerkonzentration einen zu starken Anteil dieser Energie, wodurch sie buchstäbli ch

009840/1667 _ ₃ _

explodieren oder durch die Papierunterlage hindurchbrennen, bevor die Flächenteile geringer Tonerkonzentration fixiert sind.

Für die xerographische Hitzefixierung wünscht man sich, daß im Idealfalle die Temperatur der Bildunterlage so nahe wie möglich an die Schmelztemperatur des xerographischen Entwicklerpulvers herangebracht wird, so daß sie während des Fixiervorganges mehr als Wärmequelle denn als Wärmeaufnehmer wirkt. Eine starke infrax >te Strahlung im kürzeren Wellenlängenbereich verbessert die Ab- ™ Sorptionseigenschaften des Toners gegenüber denen der Papierunterlage, so daß es unmöglich ist, dieselbe Temperatur in beiden Stoffen durch Strahlungswärme innerhalb der kurzen Fixierzeit zu erreichen.

Zur Vermeidung einiger der beschriebenen Probleme bei der schnellen selektiven Infrarotfixierung wurde der Versuch einer Vorerwärmung der Papierunterlage vor Einwirkung der infraroten Strahlung durchgeführt. In der US-Patentschrift 3 187 162 ist beschrieben, wie | ein Band des zur Bildaufnahme dienenden Papiers über eine erhitzte Platte geführt wird, so daß ausreichende Wärme durch Leitung auf das Paier übertragen und ein selektives Fixierverfahren begünstigt wird. Bei schnell arbeitenden xerographischen Maschinen ist jedoch eine sehr wirksame Wärmeleitung hierzu erforderlich, um die EiIdunterlage innerhalb der relativ kurzen, zur selektiven Fixierung zu Verfügung stehenden Zeit zu erreichen. Die schnelle Bewegung einer Bildunterlage über eine erhitzte Platte bewirkt die Bildung von Luftgrenzschichten zwischen der Eildunterlage und der Platte,

BADORiGiNAl 0098ΛΠ/ 1667

die diese schnelle und wirksame Wärmeübertragung durch Leitung verhindern. Je schneller die Bewegungsgeschwindigkeit der Bildunterlage über die Platte ist, um so stärker wird die Bildung einer Grenzschicht begünstigt. Es ist zu erkennen, daß der Grad oder der Umfang der Selektivität durch diese Grenzschichten stark eingeschränkt wird, da infolge gasförmiger Grenzschichten eine Steuerung der Wärmeleitung zum Papier hin schlecht möglich ist.

In xerographischen Maschinen wird als Bildunterlage am meisten Papier verwendet, das vorher auf die Größe für Dokumente, Hauptbücher, Rechnungen usw. zugeschnitten wird, die allge^in angewendet werden. Die Bewegung eines derartigen relativ kleinen, nicht starren Blattes über eine erhitzte Platte ohne Bildung einer Grenzschicht zwischen den beiden Flächen ist extrem schwierig, wenn nicht unmöglich. Die Vorderkante eines schnell bewegten Papierblattes wirkt wie der Bug eines Bootes derart, daß eine Grenzschicht von Luft und/oder Gas um das Papier gebildet wird. Wie zu erkennen ist, wird die Bildung der Grenzschicht durch immer schnellere Bewegung eines Papierblattes über eine erhitzte Platte begünstigt.

Die Steuerung der Temperatur, auf die das Papier vorerwärmt wird, war bisher gleichfalls ein Problem, da mit der Wärmeübertragung viele unkontrollierte Veränderliche auftreten. Beispielsweise war es unmöglich, die Geschwindigkeit, mit der Wärme auf wärmeaufnehmende Teile wie eine Papxerlagerungsexnrxchtung o.a. übergeht, zu bestimmen. Änderungen im.Feuchtigkeitsgehalt der Bildunterlage ver-

840/1667 "⁵~

Ursachen gleichfalls unvorhersehbare Verän-derliche, die sich· auf das Problem der Vorerwärmung auswirken. Dies heißt, daß bei sich änderndem Feuchtigkeitsgehalt des Papiers die zur Entfernung der Feuchtigkeit erforderliche Menge zugeführter Wärme gleichfalls veränderlich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Hitzefixierung eines Pulverbildes auf einer Papierunterlage zu verbessern. jj

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur selektiven Fixierung durch Wärme schmelzbarer, auf einer Bildunterlage lose anhaftender Tonerbilder unterschiedlicher Tonerdichte. Dieses Verfahren ist gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß eine zum Transport der Bildunterlage in thermischen Kontakt mit einer Quelle infraroter Strahlung vorgesehene bewegliche Fläche erhitzt wird, daß die Bildunterlage mit der erhitzten beweglichen Fläche in einen zur Vermeidung gasförmiger Grenzschichten zwischen ihnen ausreichenden Kontakt gebracht wird, der eine schnelle urd wirksame War- ™ meübertragung zwischen den sichfoerührenden Flächen bewirkt, und daß die bewegliche Fläche mit einer zur Fixierung der Tonerbilder durch Einschmelzung ausreichenden Ge-schwindigkeit durch den Strahlungsbereich der Quelle infraroter Strahlung bewegt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an. Hand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 die schematische Darstellung einer automatisch arbeitenden xerographischen Kopiermaschine, die mit einer zur Durchführung

009840/1887

des erfxndungsgemäßen Verfahrens geexgneten Einrichtung ausgerüstet ist,

Fig.2 einen Teilschnitt 2-2 der in Fig.1 gezeigten Hitzefixiereinrichtung,

Fig.3 den Verlauf von für die xerographische Hitzefixierung wichtigen Größen über der Wellenlänge zusammen mit den infraroten Eigenschaften der in I¹Xg. 1 gezeigten Einrichtung, und

fc B"ig.4- die Seitenansicht der Einrichtungen zur Klimasteuerung, wobei eine teilweise gebrochene Darstellung gewählt wurde, um das Innere der Maschine zu zeigen.

In einer schnell arbeitenden xerographischen Haschine steht eine sehr geringe Zugriffszeit zur selektiven Hitzefixierung eines Tonerbildes auf einer Bildunterlage zur Verfügung, und daher muß eine wirksame und schnelle Wärmeübertragung erreicht v/erden. Wärmeübertragung durch Strahlung mit einer Quelle hoher Temperatur, die infrarote Energie in Form elektromagnetischer Wellen abgibt, ermöglicht einen schnellen und wirksamen Energieübergang auf eine wärmeaufnehmende Fläche. Diese Energie muß jedoch durch das aufnehmende Material schnell absorbiert werden, d.h. der die Energie empfangende Körper muß einen hohen Prozentsatz der auf seine Oberfläche auftreffenden Energie schnell absorbieren. Xerographische Bildpulver, die im folgenden auch als "Toner" bezeichnet sind, können ca. 94- # &eT auf sie auftreffenden infraroten Strahlung schnell absorbieren, was von der Wellenlänge der auftreffenden Energie unabhängig ist. Man kann daher sagen, daß xerographischer

- 7 -009840/1617

Toner wie ein schwarzer Körper wirkt, da er für infrarote Wärmeenergie sehr gut aufnahmefähig ist.

Es ist jedoch schwierig, mit Strahlungswärme eine Fixierung von Flächenteilen geringer Tonerdichte zu erreichen, da die in diesen Flächenteilen für die Strahlungswärme zu Verfügung stehende Absorptionsfläche relativ klein ist. Ferner kann relativ wenig der absorbierten Energie im Inneren der Flächenteile geringer Tonerdichte gespeichert werden, da die Tonermenge in diesen Bildteilen M gleichfalls gering ist. Es wurde gefunden, daß durch Erhöhung der Stärke der infraroten Strahlung bis zu einem Punkt, bei dem eine Fixierung von Bildteilen geringer Tonerdichte erreicht wird, eine zu starke Erhitzung der Bildteile hoher Tonerkonzentration auftritt, wodurch Tonerexplosionen und/oder ein Durchbrennen der Bildteile durch das Papier auftritt.

Wie bereits bemerkt, wirken xerographische Entwicklungpulver als schwarze Körper, da sie einen hohen Prozentsatz aller infraroten Energie unabhängig von deren Wellenlänge absorbieren. Ein wirk- " samer Strahler infraroter Energie, der einen hohen Prozentsatz der verfügbaren inneren Energie in Strahlungswärme umsetzt, konzentriert diese Energie innerhalb eines schmalen Wellenlängenbandes am kürzeren Ende des infraroten Spektrums. Beispielsweise setzt ein Wolframfaden, der als gute Quelle infraroter Strahlung bekannt ist, ca. 86 # der verfügbaren inneren Energie in infrarote Energie um, wenn er mit einer Temperatur von ca. 2 260° C arbeitet und die so erzeugte Energie innerhalb eines schmalen Wellenläng-enbandes mit einem Mittelpunkt von ca. 1,1 Mikron konzentriert ist.

009840/1667 _ - _

In Fig.3 sind die verschiedenen wichtigen Parameter der xerographischen Infrarotfixierung in Form eines Schaubildes dargestellt. Die Kurven zeigen Energiewerte über der Wellenlänge in Prozenten eines theoretischen Energiewertes, so daß die einzelnen Parameter· miteinander verglichen werden können. Es ist zu erkennen, daß Papier einen hohen Prozentsatz infraroter Energie bei W llenlängen größer als 3,0 Mikron absorbiert, daß die Absorptionskurve jedoch für infrarote Energie kürzerer Wellenlängen schnell abfällt. Im Gegensatz hierzu ist die Absorption xerographischen Pulvers oder Toners relativ konstant, da der Toner über 90 % aller empfangener infraroter Energie unabhängig von deren Wellenlänge absorbiert. Es sei besonders bemerkt, daß die Strahlungsemissionskurve für eine Strahlungsquelle hoher Temperatur von 2 260° C, dem Temperaturbereich einer Quarzlampe hoher Temperatur, einen hohen Prozentsatz der abgegebenen Nutzenergie bei einer Wellenlänge konzentriert zeigt, bei der Papier extrem schlechte Absorptionseigenschaften hat. Ein Vergleich der drei Kurven zeigt, daß die stark wirksame bei kürzeren Wellenlängen erzeugte infrarote Energie vom xerographischen Pulver schnell absorbiert wird, jedoch auf das xerographische Papier nur eine geringe oder keine Wärmewirkung ausübt.

Wie aus der Kurve gemäß Fig.3 hervorgeht, wird infrarote Energie,die auf ein Tonerbild auftrifft, schnell in innere Energie umgesetzt. Ist jedoch die Temperatur der Bildunterlage geringer als diejenige des Tonerbildes, so wirkt die Unterlage als ein wärmeaufnehmender Körper und entzieht den Bildteilen die Wärme. Je größer der

009840/1667

Temperaturunterschied zwischen den beiden Stoffen ist, um so mehr Wärmeenergie wird durch Leitung vom Toner auf die Bildunterlage übertragen. Wie zu erkennen ist, ist die Wärmeableitung in Flächenteilen geringer Tonerdichte kritisch, da jede geringe Wärmeableitung durch die begrenzt verfügbare innere Energie den Unterschied zwischen einem fixierten und einem nichtfixierten Zustand bedeuten kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung einer Infrarotquelle hoher Temperatur zur schnellen Fixierung von Bildteilen ^ geringer Dichte möglich, indem die Papierunterlage vorbehandelt wird. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Temperatur der Bildunterlage genau steuert, wodurch der Wärmeverlust der Bildteile geiinger Dichte gesteuert wird. Dies bedeutet, daß bei steigender Papiertemperatur die Wärmeableitung von den Bildteilen geringer Dichte geringer wird, wodurch in Flächenteilen geringer Konzentration eine größere Energiemenge verfügbar ist.

In Fig.1 ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung J in einer schie 11 arbeitenden xerographischen Kopiermaschine dargestellt. Vor der Eingabe in die Maschine befinden sich die Papierblätter in einer Aufnahmeeinrichtung 10. Diese dient nicht nur zur Versorgung der Maschine mit Papier, sondern auch zur Vorbehahd» lung des Papiers vor der Infrarotfixierung. Die Aufnahmeeinrich«· tung ist mit einer Temperatursteuerung und einer_t Feuchtigkeitssteuerung versehen, die den Feuchtigkeitsgehalt im Papier auf einem bestimmten Wert halten. Der Feuchtigkeitsgehalt des Papier^ ist Mne der viöleh Veränd&rl ic&en* die bei mangelnder

zu einer falschen und oft unbefriedigenden Hitzefixierung führen. Obwohl ganz trockenes Papier wegen der Brandgefahr in der Fixierzone unerwünscht ist, soll es jedoch auch nicht zu feucht sein, da die Wärmeenergie dann zur Entfernung der Feuchtigkeit statt zur Vorerwärmung des Papiers verbraucht wird. Bei kurzer Zugriffszeit ist eine solche Verschwendung untragbar.

In Fig.4 isVdie Papieraufnahmevorrichtung 10 deutlicher dargestellt, Innerhalb des Gehäuses 89 ist ein Tisch 81 vorgesehen, der in

ψ einem beweglichen Rahmen 83 montiert ist. Rollen 82 ermöglichen ein Anheben oder Absenken des Tisches längslührungsschienen 78, die im Rahmen befestigt sind. Während das Papier von der Oberseite des Stapels 80 abgenommen wird, wird eine Scheibe 84 über das Seil gedreht und bewegt den Tisch aufwärts, wodurch die Oberseite des Papierstapels innerhalb eines relativ konstanten Pegels bleibt. Beim Betrieb der Einrichtung liegt auf der Oberseite des Papierstapels ein Blattfühler (nicht dargestellt) auf, der zwischen zwei Schaltern beweglich ist, die mit einem Antriebsmotor (nicht dar-

fc gestellt) verbunden sind, der die Scheibe 84 antreibt. Wird mit dem Blattfühler ein zu niedriger Stapel festgestellt, so wird durch Betätigung des untersten Schalters der Motor eingeschaltet, so daß der Tisch 81 auf die gewünschte Betriebshöhe gebracht wird. Ist diese erreicht, so wird ein zweiter Ausschalter betätigt, der den Motor zum Stillstand bringt. Die einstellbare Führung 87 ermöglicht die Eingabe von Papi&rblättern veränderlicher Größe sowie eine richtige Ausrichtung der Vorderkanten der Blätter innerkaSs des PSJpiere tafäel« *

- tT-

Ein Saugfuß 90 steht über ein Rohr mit einem Unterdrucksystem in · Verbindung, das an der Fußöffnung eine Saugwirkung erzeugt. Ein Nockensystem wirkt zusammen mit dem Saugfuß derart, daß das Papier vom Stapel entnommen und in den Spalt zwischen einer Antriebsrolle 91 und einer Andruckrolle 92 der Vakuumlagereinrichtung 12 gebracht wird. Auf der Achse 95 ist ein Kipphebel 94 befestigt, der synchron mit dem Antrieb der xerographischen Maschine (Fig.1) bewegt wird. Der Kipphebel 94 dient zur Betätigung des Nockenstösels 96. Dieser bewegt über das Gelenk 97 den Saugarm j nach oben und gleichzeitig nach vorne, so daß ein von diesem gehaltenes Papierblatt in den Spalt zwischen den Transportrollen gebracht wird. Eine genauere Beschreibung eines geeigneten Vakuum-Transportsystems findet sich in der US-Patentschrift 3 241 830.

Durch Steuerung der Atmosphäre innerhalb des Gehäuses 79 wird der Feuchtigkeitsgehalt des darin enthaltenen Papiers auf einem vorgegebenen Wert gehalten. Beim Betrieb der Einrichtung überwacht der Humidistat 100 dauernd den Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre innerhalb des Gehäuses 79. Steigt dieser Feuchti^: eitsgehalt über % einen vorgegebenen Wert an, so wird Wärmeenergie zugeführt, wodurch die relative Feuchtigkeit verringert wird. Es wird Wärmeenergie zur Dampfmischung hinzugefügt, um die Temperatur auf eiie η Punkt zu erhöhen, bei dem eine psj-ycnrometrische Streuung zwischen der trockenen und der feuchten Temperatur der Atmosphäre eine relative Luftfeuchtigkeit innerhalb der vorgegebenen Grenzen erzeugen oder, mit anderen Worten, die Temperatur ohne die Zugabe von Dampf zur Verringerung der relativen Luftfeuchtigkeit erhöht

- 12 009840/1667

wird. Die Wärmeenergie wird mit Heizkissen 102 und 103 zugeführt, die im oberen Teil und am Boden des Gehäuses 79 vorgesehen sind und durch den Thermostat 101 gesteuert werden.

Um weiterhin zu gewährleisten, daß die Papierblätter innerhalb des Stapels sich im richtigen Zustand befinden, wird trockene Heißluft um das Papier geblasen, bevor es an das Vakuumfördersystem 12 übergeben wird. Komprimierte Luft wird in die Heizkammer 105 durch das Rohr 106 geleitet, wo sie auf den gewünsch-

^ ti en Wert erhitzt wird. Die innerhalb der Kammer durch Leitung der Luft zugeführte Wärme wird durch den Thermostat 107 geregelt, der durch den Humidistat 100 gesteuert wird. Die erhitzte Luft wird in ein Rohrsystem 108 geleitet, durch das sie dann in die vordere und die seitliche Auflockerungseinrichtung 109 und 110 gelang t . Diese sind am Papierstapel im Gehäuse derart angeordnet, daß die heißen Gase durch die obersten Blätter des Stapels geblasen werden, wodurch die gesamte Oberfläche des Blattes dar gesteuerten Atmosphäre ausgesetzt wird, bevor das

) Blatt in die in Pig.i dargestellte xerographische Maschine transponiert wird.

Auf Anforderung wird das Papier mit der Vakuum-Transporteinrichrung 12 an die Bildübertragungsstelle 15 der xerographischen Maschine transportiert. Das Papier wird mit der Einrichtung 14 ausgerichtet und dann mit der xerographischen Trommel 13 in Berührung gebracht. Die Trommel 13 dreht sich mit derselben Umfangsgeschwindigkeit wie der Transportmechanismus 12 und enthält auf

- 13 -

00984Π/1667

BAD ORiGINAL

ihrer Oberfläche ein latentes Bild, das zuvor mit xerographischem Entwicklerpulver sichtba^gemacht wurde. Das Pulverbild wird elektrostatds ch auf die Papierunterlage übertragen, indem die Rückseite des Papiers, die nicht mit dem Pulverbild in Berührung steht, einer Ionenentladung des Übertragungskorotrons ausgesetzt wird, die so stark ist, daß das Bild von der Trommel auf das Papier gebunden wird. Nach der Bildübertragung wird der Bildträger von der Trommel mittels einer Anblaseinrichtung 18 entfernt und mit der Bildseite nach oben auf ein Vakuum-Fördersystem 19 gebracht.

Das Papier wird mit dem lose anhaftenden Tonerbild mittels des Bandtransportes 19 mit einer erhitzten Rolle 20 in Berührung gebracht. Der Bandantrieb 19 ist· unter einem Winkel gegenüber der

angeordnet
Horizontalen /und wirkt zusammen mit dem gebogenen Führungsteil

21 derart, daß das Papier gebogen wird. Dieser Zustand bewirkt eine Vorspannung des Papiers, so daß es eine ausreichende Starre besitzt, mit der es in innigen Kontakt mit der erhitzten Rolle 20 gebracht wird, wozu der Antrieb durch das Transportsystem 19 J dient.

Die Erwärmung der Papierunterlage durch Wärmeleitung wird durch elektrostatische Bindung des Papiers an der erhitzten Rolle 20 erreicht. Die elektrostatische Bindung des Papiers an derRolle verhindert die Bildung einer Grenzschicht aus Luft oder Gas, die zwischen der erhitzten Fläche und der Papierunterlage auftreten könnte. Die Rolle, die auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, bewirkt einen Wärmeübergang direkt auf das Papier mit einer

009840/1667

gesteuerten konstanten Geschwindigkeit. Bei bekannter Temperatur der Wärmequelle und der Papierunterlage, die in der Papieraufnahmeeinrichtung 10 vorbehandelt wurde, kann der Wärmeübergang zwischen den beiden Körpern leicht bestimmt werden. Durch Veränderung des Temperaturunterschiedes zwischen beiden Körpern kann die Geschvändigkeit der Wärmeübertragung gesteuert werden.

Wie aus Fig.2 hervorgeht, ist die erhitzte Rolle 20 im Rahmen drehbar gelagert und wird mit derselben Umfangsgeschwindigkeit getrieben wie der Transport 19, wozu der Antriebsmotor 26 (Fig.1) zusammen mit der Antriebsscheibe 27 dient. Die Rolle besteht aus einem Metallzylinder 30, auf dem ein Überzug 29 aus einem elektrisch isolierenden Stoff vorgesehen ist. Vorzugsweise besteht d er Überzug aus Tetrafluoräthylen, das unter der Bezeichnung "Teflon" erhältlich ist und bekanntlich ausgezeichnete Lösungsoder Abhäsionseigenschaften bei hohen Temperaturen sowie relativ gute Wärmeübertragungseigenschaften besitzt. Der Zylinder 30 besteht aus Kupfer, Aluminium oder jedem anderen Metall guter Wärmeübertragungseigenschaften.

Das gebogene Papierblatt wird mit der Teflonfläche der Rolle mit dar Bildseite nach oben in innige Berührung gebracht. Das Papier wird dann elektrostatisch an der Teflonoberfläche durch Einwirkung geladener Ionen der Korotroneinrichtung 28 gebunden. Ein Vorbehandlungskorotron 31, das in Fig.1 vor dem Berührungspunkt zwisehen Papier und Rolle 20 angeordnet ist, bereitet die nichtleitende Oberfläche für die Aufnahme des Papiers vor. Sie erzeugt eine

- 15 009840/1687

Koronaentladung entgegengesetzter Polarität zu derjenigen des Bindungskorotrons und "bringt diese Ladung auf die nichtleitende Oberfläche der Rolle auf. Die entgegengesetzte Ladung kompensiert zunächst alle noch auf der Rolle vorhandenen unerwünschten Ladungen, die die Papierblätter abstoßen würden. Ferner wird eine zusätzliche Kraft erzeugt, die eine festere Bindung des Papiers in Kontakt mit der Rolle bewirkt. Dies bedeutet, daß ein entgegengesetzt geladenes Feld auj&6.ie nichtleitende Oberfläche vor der Papierberüisrung aufgebrach"t?wird, wodurch ein « Feld zur Anziehung der von dem Bindungskorotron erzeugten Ionen vorhanden ist, wodurch wiederum eine Kraft erzeugt wird, die ein Blatt Papier in innigem Kontakt mit der Rolle hält.

In Fig.2 ist die geheizte Rolle 20 mit einem Heizelement 35 versehen, das sich auf der F.ittellinie der Rolle befindet und mit einer Temperatursteuerung 33 elektrisch verbunden ist. Der Metall zylinder JO ist an beiden Enden mittels Kappen 31 und 32 verschlossen, in denen Lagerelemente zur Drehung der Rolle vorgesehen sind. Eine Saugleitung 37 ist auf dem Maschinenteil 24 be- ^ festigt und steht in Verbindung mit der Luftkammer 36, die durch den holJen Zylinder unddie hohle Achse 35 gebildet wird. Die Saugleitung 37 ist mit einer motorgetriebenen Unterdruckpumpe 3^ verbunden, die die Umgebungsluft durch die Luftkammer 36 pumpt. Ein konstanter Vorrat relativ kühler Umgebungsluft wird durch eine Anzahl von Luftöffnungen 39 in der Kappe 32 zugeführt.

Eine konstante Steuerung der an der Oberfläche der Rolle 20 herrschenden 'Temperatur erfolgt durch den Thermistor 4-0 (Ii^. 1}

BAD ORIGINAL

- 16 -

009840/1667

der mit den Eeiz- und Kühleinrichtungen innerhalb der Rolle in Verbindung steht. Der Thermistor 40 ist mit einer Wärmesonde versehen, die mit der Oberfläche de- erhitzten Rolle in Berührung steht. Die dazu erforderliche Vorspannung wird durch einen aufliegenden Hebelarm erzeugt, der einen praktisch gleichmäßigen Druck der Sonde auf die Rollenoberfläche unabhängig von unregelmäßig auftretenden Bewegungen bewirkt. Da dieser Auflagedruck konstant ist, ist auch die erzeugte Reibungswärme konstant. Läßt man diese Wärme zu, so ist eine genaue Messung der Oberflächen-P temperatur der erhitzten Rolle möglich.

Beim Betrieb der Anordnung stellt der Thermistor 40 genau die Oberflächentemperatur der Rolle fest und bewirkt eine elektrische Signalgabe an die Temperatursteuerung 33, die auf eine bestimmte Temperatur voreingestellt wurde. Wird auf diese W ise festgestellt, daß die Temperatur der Rolle die vorgegebene Temperatur überschreitet, so wird die Vakuumpumpe betätigt, die wiederum relativ kühlere Umgebungsluft durch die Rolle leitet, bis die Gleichgewichtsfc bedingungen an der Oberfläche der Rolle wieder hergestellt sind. In ähnlicher Weise erfclgt bei Feststellung einer geringeren Temperatur an der Oberfläche der Rolle eine Einschaltung des Heizelementes 35» wodurch die Temperatur der Rolle wiedejfeuf den gewünschten Gleichgewichtszustand gebracht wird. Es ist zu erkennen, daß die Temperatur der Rollenoberfläche nicht nur dauernd überwacht sondern auch genau gesteuert wird, wodurch wiederum die Geschwindigkeit des Wärmeüberganges von der Rolle auf das auf ihr gebundene Papier gesteuert wird.

- 17 00984Π/1667 _BAD

In Fig.1 ist eine Quelle für infrarote Strahlung 42 dargestellt, die über der erhitzten Rolle 20 in thermischem Kontakt mit dieser angeordnet ist. Der Strahler 42 besteht aus einer Quarzlampe für hohe Temperatur, die in einem Reflektor 43 angeordnet ist, um den herum ein Rohrsystem 44 vorgesehen ist. Der Reflektor 43 hat eine relativ schmale öffnung, die oberhalb und in Längsrichtung der Rolle verläuft. Der Reflektor konzentriert die infrarote Energie der Strahlungsquelle längs eines relativ schmalen Bogenteiles der Oberfläche der Ä Rolle. Die innere Fläche des Reflektors ist mit einem Stoff hohen Reflexionsgrades überzogen, der ferner auch eine gute Wärmebeständigkeit hat. Hierzu dient beispielsweise Gold, Aluminium o.a. Das Rohrsystem 44 ist zur Entfernung von während dies Fixierens erzeugten Gasen aus dem Reflektor vorgesehen. Es wurde gefunden, daß die durch das Fixieren abgegebenen Gase sich in dem Reflektor sammeln und eventuell einen Film auf der Reflektoroberfläche bilden, der dessen Reflexionsgrad verringert und damit die Wirksamkeit der infraroten Strahlung ver- _% schlechtert. Eine Reihe von Rohröffnungen ist am Reflektor innerhalb des Gehäuses 44 vorgesehen, die in Längsrichtung der erhitzten Rolle 20 verlaufen. Die Gase werden aus dem Bereich der Infrarot-Fixiereinrichtung dauernd herausgesogen, und zwar durch diese Öffnungen hindurch, wodurch eine Bildung des genannten Films auf der Reflektoroberfläche verhindert wird.

Bei Drehung der erhitzten Rolle in der in Fig.1 gezeigten Richtung wird das vorbehandelte Papier, das an der Rolle mit del? Bildseite nach oben gebunden ist, in thermischen Kontakt mit

der von der Quarzlampe abgegebenen infraroten Strahlung gebracht. Die von der Lampe abgegebene Energie, die bei kürzeren Wellenlängen konzentriert ist, hat eine Intensität, die eine schnelle und wirksame Erhitzung des xerographischen Toners bei veränderlicher Tonerdichte ermöglicht.

Das-an der Rolle 20 fest anhaftende Papierblatt wird von dieser durch den Ablösearm 65 entfernt. Dieser Arm ist auf dem Maschi-

^ nenteil 70 nahe an der Rolle befestigt und ruht frei in dem in der Rolle 20 vorgesehenen Schlitz 67. Der Arm 65 ist auf einen Punkt zu abgeschrägt und derart gelagert, daß dieser Punkt unterhalb der Teflonfläche 29 liegt und auf die Unterseite des Papiers derart einwirkt, daß dieses von der Rolle abgestreift wird. Dabei wird es längs der Führungsteile 68 in Kontakt mit dem Vakuum-Transportsystem 52 (Fig.1) gebracht. In Fig.3 ist ein Lagerarm 69 gezeigt, der an dem Führungselement 68 befestigt ist und ein Aufbuckeln der Papierblätter verhindert, wenn diese längs des Führungselementes 68 mit dem

■ Transportsystem zusammengebracht werden.

Ein Teflondocht, der mit Silikonöl imprägniert ist, ist an einer Stelle hinter der Papierablösestelle vorgesehen. Er ist in einem Gehäuse 75 montiert, und berührt die Teflonoberfläche der Rolle 20. Es stellte sich heraus, daß restlicher Toner innerhalb der Maschine unter bestimmten Bedingungen von einer isolierten Fläche wie z.B. Teflon angezogen wird. Der an der Rolle anhaftende restliche·Toner würde eine innige Berührung d&r »it der Rolle Verhindern und etamit die b©£isifcä

«Ι t_oB1G)NAU

wünschten Grenzschichten begünstigen. Bei der Bewegung der Rolle über den Docht hinweg wird jeglicher noch anhaftender Toner entfernt. Außerdem wird eine dünne Schicht Silikonöl auf die Teflonrolle aufgebracht, die eine Bildung von Toneransammlungen erschwert.

Innerhalb der in Fig.1 gezeigten Maschine wird das fixierte Blatt mit einem Vakuum-Transport unter die Bürstenanordnung 50 gebracht, mit der restlicher oder nicht fixierter Toner von Jj der Bildfläche entfernt wird. Die Bürste y\, die aus synthetischen oder natürlichen Fasern bestehen kann, ist gegenüber der Transporteinrichtung 52 derart angeordnet, daß zwischen der Papierunterlage und den Bürstenfasern eine Wechselwirkung stattfindet. Eine Drehung der Bürste mit relativ hoher Geschwindigkeit in einer Richtung entgegengesetzt derjenigen des Papiertransports entfernt nicht fixierten restlichen Toner, der oft auch als "Hintergrundablagerung" bezeichnet wird. Der auf diese Weise entfernte restliche Toner wird mit einem Vakuumsystem abgesaugt, das unterhalb der Haube 53 einen Unterdruck erzeugt. \ Das fixierte und abgebürstete Papier wird dann nit einem Vakkum-Transport 60 in einen Aufnahmebehälter 61 gebracht..

Es sei bemerkt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das selektive Fixieren durch richtige Einstellung des Zustandes des Bildträgers verbessert wird. Durch die Vorbehandlung des Papiers können Bildflächenteile einer gewünschten Tonerdichte schnell und wirksam mitreis starker infraroter Energie kürzerer

BAD OBiGlNAt - 20 -

0098ΑΠ/1667

Wellenlängen fixiert werden. Die Vorbehandlung besteht aus einer Steuerung des Feuchtigkeitsgehaltes des Papiers und einer Erwärmung auf einen vorgegebenen Wert durch Wärmeleitung, wodurch das Bildträgermaterial wie eine einstellbare Wärmeaufnahmeeinrichtung wirkt. Der Feuchtigkeitsgek It des Papiers ändert sich bekanntlich von Tag zu Tag mit den sich ändernden Umgebungsbedingungen und beeinträchtigt die selektive Fixierung stark, falls er nicht in der beschriebenen Weise beeinflußtwird. Die Fixierung würde jich dann ändern, da die Erhitzung des Papiers durch Wärmeleitung sich mit wechselnder Feuchtigkeit gleichfalls ändern würde.

Eine schnelle und wirksame Erwärmung der Papierunterlage durch Wärmeleitung ist gemäß der vorliegenden Erfindung möglich durch Entfernung aller unnötigen wärmeaufnehmenden Anordnungen aus dem Bereich der Fixiereinrichtung und durch Vermeidung aller Grenzschichten zwischen der Wärmequelle und der Bildunterlage. Die elektrostatische Bindung einer Papierunterlage o.a. an einer erhitzten Teflonrolle p.a. vermeidet die Bildung von Grenzschichten, die die Wärmeleitung stark beeinträchtigen würden. Ferner werden unhandliche Einrichtungen zir Handhabung des Papiers vermieden. Da die Temperatur des Bildträgermaterials schnell und wirksam au^einen Wert erhöht wild, bei dem das Papier dem Toner wenig Wärme entnimmt, kann infrarote Energie einer Stärke zur selektiven Fixierung xerographiseher Bilder verwendet werden, die wirtschaftlich vertretbar ist. Daher ist es bei der vorliegenden Erfindung durch sorgfältig© Steuerung oder Ausschaltung der Veränderlichen bei der Wämeübertragung

00984ΠΠ667 - 21 -

möglich, Bilder geringer Tonerdichte selektiv zu fixieren, wie sie bei Halbtonbildern oder kontinuierlich getönten Bildern über unerwünschten Hintergrundablagerungen in einer schnell arbeitenden automatischen xerographischen Maschine erzeugt werden. Der unerwünschte und nicht fixierte Hintergrund kann durch Abbürsten o.a. zur Erzeugung ausgezeichneter Kopien leicht entfernt werden.

In einer automatischen xerographischen Maschine ähnlich dem

beschriebenen Ausführungsbeispiel werden 17 cm Papier pro ~ Sekunde auf einer erhitzte Rolle innerhalb 0,5 Sekunden auf eine Temperatur von 104° C erhitzt. Das vorbehandelte Papier wird an der infraroten Strahlungsquelle mit einer derartigen Geschwindigkeit vorbeibewegt, daß ein thermischer Kontakt mit einer Dauer von ca. 0,02 Sekunden stattfindet, wobei die Fixierung erreicht wird. Es stellte sich heraus, daß diese relativ kurze Zugriffszeit zurFixierung von Strichbildern mit mäßiger und starker Tonerdichte ausreicht, wenn die Strahlungsquelle mit ca. 1700 Watt arbeitet. Ähnlich reicht die Zugriffs- ä zeit zur schnellen und wirksamen Fixierung von Halbtonbildern oder kontinuierlich getönten Bilder geringer Dichte aus, wenn eine Infrarotquelle von 2500 Watt Leistung verwendet wird. Es sei bemerkt, daß die Änderung der zugeführten Leistung die Stärke der infraroten Energie der Quelle ändert, jedoch relativ geringe oder keine Auswirkung auf die Wellenlängen und relative Verteilung der Energie zeigt, was eine Anwendung der im Handel erhältlichen Infrarotlampen zur Durchführung der vorliegenden Erfindung ermöglich. Es ist daher vertretbar und

009840/1667

erwünscht, mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zwei Betriebsweisen zu ermöglichen. Für die erste Betriebsart wird eine geringe Leistung zur Reproduktion mäßiger und stark getönter Bilder wie Strichzeichnungen o.a. eingestellt, für die z^ite Betriebsart zur Reproduktion von Halbtonbildern o.a. eine höhere zugeführte Leistung.

Die Erfindung wurde an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben, ist auf dieses jedoch nicht beschränkt. Alle Weiterbildungen oder Änderungen, die die beschriebenen Verbesserungen bewirken, werden durch den Grundgedanken der Erfindung umfaßt.

- 23--

009840/1667

Claims

1« Verfahren zur selektiven Fixierung durch Wärme schmelzbarer, auf einer Bildunterlage lose anhaftender Tonerbilder unterschiedlicher Tonerdichte, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Transport der Bildunterlage in thermischen Kontakt mit einer Quelle (42) infraroter Strahlung vorgesehene bewegliche Fläche (20) erhitzt wird, daß die Bildunterlage mit der erhitzten beweglichen Fläche (20) in einen zur Vermei- A dung gasförmiger Grenzschichten zwischen ihnen ausreichenden Kontakt gebracht wird, der eine schnelle und wirksame Wärmeübertragung zwischen den sich berührenden Flächen bewirkt, und daß die bewegliche Fläche (20) mit einer zur Fixierung der Tonerbilder durch Einschmelzung ausreichenden Geschwindigkeit durch den Strahlungsbereich der Quelle (42) infraroter Strahlung bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ,_; Bildunterlage auf der beweglichen Fläche (20) elektrostatisch gebunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß • ferner die Temperatur an der Oberfläche der erhitzten beweglichen Fläche (20) geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (42) infraroter Strahlung eine Energie abgibt, die um eine Spitzenwellenlänge kürzer als 3,0 Mikron konzentriert ist.

009840/1667 - 24 -

- 24- -

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Bildunterlage geregelt wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5i gekennzeichnet durch eine zum Transport der Bildunterlage vorgesehene bewegliche Fläche (20), die die Bildunterlage in thermischen Kontakt mit einer Quelle (4-2) infraroter Strahlung bringt, durch eine Einrichtung (35) zur Erwärmung der beweglichen Fläche (20), durch Vorrichtungen (19» 28) zur Erzeugung einer innigen Berührung zwischen Bildunterlage und beweglicher Fläche (20) , wodurch gasförmige Grenzschichten zwischen beiden vermieden und ein schneller und wirksamer Wärmeübergang bewirkt wird, durch eine zur Hitzefixierung der Tonerbilder vorgesehene Quäle (4-2) infraroter Strahlung

(26) und durch eine Transporteinrichtung/zur Bewegung der beweglichen Fläche (20) durch den Bereich der infraroten Strahlung mit einer zur Fixierung der Tonerbilder durch Einschmelzuiig ausreichenden Geschwindigkeit.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (42) infraroter Strahlung in einem Gehäuse angeordnet ist, das einen Reflektor (4-3) zur Konzentration der abgegebenen infraroten Energie auf die bewegliche Fläche (20) und eine Absaugeinrichtung (44) zur Entfernung der durch die Hitzefixierung erzeugten Gase aus dem Bereich des fiefiektörs (4-5) enthält. ·

- 25 -009840/166?

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Fläche (20) durch die Oberfläche (29) einer drehbaren Rolle (20) gebildet ist, und daß ferner

• eine !Temperatursteuerung (40,33) zur Feststellung der Ober-.flächentemperatur der Rolle (20), Einrichtungen (35*39) zur Erwärmung und Kühlung der Rolle (20) abhängigvon der Temperatursteuerung (33) zur Regulierung der Oberflächentemperatur und Antriebseinrichtungen (26,27) zur Drehung der Rolle (20) mit der genannten Geschwindigkeit vorgesehen sind. Λ

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (20) mit einem elektrisch isolierenden Stoff (29) überzogen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurcb/gekennzeichnet, daß die Rolle (20) mit einer Schicht (29) aus Tetrafluoräthylen überzogen ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Vorrichtungen (50) zur Entfernung restlichen und nicht fixierten Toners von der Bildunterlage nach der Fixierung vorgesehen sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (100,101,102,103) zur Steuerung des Feuchtigkeitsgehaltes der Bildunterlage und durch Einrichtungen (13, 15) zur Übertragung eines Tonerbildes auf diese Bildunterlage.

- 26 009840/1667

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (28) zur elektrostatischen Bindung der Bildunterlage an der erhitzten beweglichen Fläche (20) vorgesehen ist.

14·. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Vorrichtung (65,68) zur Ablösung einer elektrietatisch gebundenen Bildunterlage von der beweglichen Fläche (20) vorgesehen ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis14, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (50) zur Entfernung restlichen und nicht fixierten Toners von der das fixierte Bild tragenden Bildunterlage.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (50) zur Entfernung des restlichen und nicht fixierten Toners eine Bürste (51) enthalten, die mit synthetischen lasern versehen ist und mit der das fixierte Bild tragenden Bildfläche in scheuernde Berührung gebracht wird.

009840/1667

■ β* ·

Le e rs e ι te