DE1816174C3 - Vorrichtung zum Einschmelzen von Tonerpartikeln auf einem Informationsträger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum !Einschmelzen von Tonerpartikeln auf einem Informationsträger, die auf diesem elektrostatisch gehalten sind, mit einer Wärmequelle und zwei synchron anfreibba.ren Walzen, durch deren Druckspalt der Informationsträger zum Andrücken der erweichten Tonerpartikeln an den Informationsträger hindurchführbar ist.

Hierbei ist es bekannt, die Tonerpartikeln durch beheizte Druckwalzen einzuschmelzen. Sie wirken zugleich auf die Tonerpartikeln und den Informationsträger mit hohen Temperaturen ein, wobei die Tonerpartikeln gleichzeitig erweicht und eingeschmolzen werden. Um ein genügend gutes Einschmelzen zu erreichen, muß der Informationsträger relativ langsam zwischen den beheizten Walzen hindurchbewegt werden, so daß die hohe Temperatur relativ lange auf beide einwirkt. Dadurch kann der Informationsträger seine Farbe ändern oder beschädigt, z. B. versengt, werden.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird der Informationsträger zwar schneller befördert, doch auf einem breiten Streifenbereich hohen Temperaturen ausgesetzt, z. B. durch Dampf oder Wärmestrahlung, wobei durch das Erwärmen eines breiten Streifens die obenerwähnten Nachteile ebenfalls auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Einschmelzen von Tonerpartikeln auf einem Informationsträger zu schaffen, die auf diesem elektrostatisch gehalten sind, mittels deren ein schnelles aber wirkungsvolles und schonendes Einschmelzen der Tonerpartikeln auf dem Informationsträger bewirk! wird.

Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingang: genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daC die der Oberfläche des Informationsträgers, die die Tonerpartikeln trägt, zugekehrte Walze als Trornme mit für Wärmestrahlung optisch durchlässigem Mante ausgebildet ist und daß in der Trommel, gegenüber ihrei Umlaufbewegung stationär, eine langgestreckt« Wärmestrahlungsquelle angeordnet ist, der eine opti sehe Einrichtung zugeordnet ist, die die Wärmestrah lung der Wärmestrahlungsquelle in einer Linie auf den Informationsträger fokussiert, die sich, in Durchlaufrich tung gesehen, in einem Abstand vor dem Druckspal befindet und parallel zu diesem verläuft.

Diese Einrichtung bietet den Vorteil, nur dii Informationsträgeroberfläche, insbesondere die Toner partikeln, in einem sehr schmalen Bereich einer durcl die Fördergeschwindigkeit des Informationsträger genau dosierbaren Wärmestrahlung auszusetzen. Ge genüber den bekannten Vorrichtungen hat dies de Vorteil, daß keine Farbänderungen des Informations trägers auftreten können und daß auch eine Beschäd

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Fig.2 einen abgebrochen dargestellten vertikalen Längsschnitt durch ein Ende des Ausführungsbeispiels

nachFig. t,

Fig.3 ein einfaches Schaltbild des Ausführungsbeispiels nach den F i g. 1 und 2.

Ein Informationsträger 10 besteht aus einem Material, wie z. B. Papier, und weist eine Oberfläche S auf, auf der Tonerpartikeln bildweise durch elektrostatische Kräfte leicht festgehalten sind. Der Informationsträger 10 kann von Hand oder mit geeigneten Fördermitteln in einen Druckspalt 56 zwischen einer Trommel 11 und einer Walze 12 eingeführt werden. Der Informationsträger muß so eingeführt werden, daß die die Tonerpartikeln tragende Oberfläche S des Informationsträgers der Trommel 11 zugewandt ist. Die Trommel 11 und die Walze 12 dienen dazu, den Informationsträger zwischen ihrem Druckspalt 56 hindurchzufördern.

Die Trommel 11 besitzt einen Glas- oder Quarzmantel 13 (Fig.2) mit einer hohen Durchlässigkeit für Wärmestrahlung. Der Mantel 13 wird an jedem Ende von je einer Lagerscheibe 14 festgehalten, von denen jede drehbar durch zwei Lager 15 gelagert ist. Beide Lager 15 einer Lagerscheibe 14 ruhen auf einer Achse 16, die an einer Stütze 17 befestigt ist, die ein Teil des Gestells der Einschmelzvorrichtung sein kann. Von den beiden Lagerscheiben 14 bildet eine einen zylindrischen Ansatz 18, der entweder direkt mittels eines Riemens 19 oder mittels anderer geeigneter Kraftübertiagungsmittel mit einem Motor 20 verbunden ist. Außerdem besitzt eine Lagerscheibe 14 einen Bund 21, der einen Zahnkranz 22 bildet.

Die Walze 12 besitzt einen Metallkern 23 (F i g. 2), auf dem eine gummielastische Hülse 24 befestigt oder ίο aufgeklebt ist. Die Hülse 24 ist vorzugsweise aus Silicongummi hergestellt und von einem wärmereflektierenden Material 25 ummantelt, z. B. von einer Folie aus rostfreiem Stahl, die wiederum mit einem wärmeisolierenden Material 26 bedeckt ist, damit sie relativ hohen Temperaturen widerstehen kann und keine Hitze vom Informationsträger 10 aufnimmt. Ein Ende der Walze 12 trägt einen Zahnkranz 27, der dauernd in den Zahnkranz 22 der Trommel 11 eingreift. Im Leerlauf befindet sich die Walze 12 in einer Stellung, bei der sie to die Trommel 11 nicht berührt, so daß der Druckspalt 56 offen ist, bei der jedoch die Zahnkränze 22 und 27 noch ineinandergreifen, um ein ständiges Umlaufen der Trommel 11 und der Walze 12 zu bewirken. Die Walze 12 ist drehbar zwischen zwei Hebeln 28 gelagert. Jeder Hebel ist um einen Bolzen 29 schwenkbar an der zugehörigen Stütze 17 gelagert. Einer der Hebel (Fig. 1) weist einen Arm 30 auf, dessen freies Ende schwenkbar mit einem Anker 32 eines Elektromagneten 33 verbunden ist. Eine am Arm 30 angreifende Zugfeder 3& 34 hält die Walze 12 in der Leerlaufstellung, bei der der Druckspalt 56 offen ist und bei der einer der Hebel 28 an einem Anschlagbolzen 35 ruht.

Die Walze 12 wird von dem Elektromagneten gegen die Trommel 11 bewegt, um den Druckspalt zu 35 schließen. Den Elektromagneten 33 steuert ein mit zwei Kontakten 36Λ und 36ß versehener Schalter 36, der in der Bewegungsbahn des Informationsträgers liegt, so daß er ein von der Vorderkante des Informationsträgers 10 beeinflußbares Steuerglied bildet. Wird der Informa-40 tionsträger 10 auf den Druckspalt 56 zu bewegt, so schließt er den Schalter 36, wodurch der Elektromagnet 33 erregt wird und ein Schließen des Druckspaltes veranlaßt. Der Elektromagnet 33 wird so lange in erregtem Zustand gehalten, so lange der Informa-45 tionsträger den Schalter 36 geschlossen hält, der mit einem herkömmlichen Verzögerer oder einem Haltestromkreis versehen sein kann, die den Stromfluö durch den Elektromagneten 33 jeweils erst dann unterbrechen, wenn das hintere Ende des Informationsträgers 50 den Druckspalt 56 verlassen hat. Diese federelastische Vorspannung der Walze 12 ermöglicht eine Bewegung der Walze 12 relativ zur Trommel 11, um den Druckspalt 56 an die jeweilige Stärke des Informationsträgers anzupassen. Wenn die Walze 12 an die 55 Trommel 11 heranbewegt ist, greifen die Zahnkränze und 27 voll ineinander ein, so daß sich die Walze 12 und die Trommel 11 synchron bewegen und den Informationsträger 10 mit gleichförmiger Bewegung durch ihren Druckspalt 56 hindurchfördern. Die Trommel 60 und die Walze 12 können auch durch ein Riemensystem oder andere Übertragungsmittel synchron bewegt werden, die eine gleichförmige Relativbewegung der Trommel 11 und der Walze 12 mit entgegengesetzter Umdrehungsrichtung bewirken, wenn der für den 65 Einschmelzvorgang vorbereitete Informationsträger in ihren Druckspalt eingeführt wird.

Eine linienförmige Wärmequelle 40 ist innerhalb der Trommel 11 zwischen den Stirnwänden 41 eines

Wannenreflektors 42 befestigt. Die Stirnwände 41 sind mit Schrauben 43 an den Achsen 16 festgemacht (F i g. 2). Die Längsachse der Wärmequelle 40 kann mit der Achse der Trommel 11 zusammenfallen oder zu ihr parallel verlaufen. Die Wärmequelle 40 ist vorzugsweise eine Wolfram-Glühfadenlampe. Auch können andere Arten von Heizstrahlern verwendet werden.

Der Reflektor 42 weist eine zylindrisch gewölbte, im Querschnitt elliptische innere Oberfläche 44 auf, die die Wärmestrahlung der Wärmequelle 40 sehr gut reflektiert und zu diesem Zweck platiert und poliert sein kann, um hochgradig reflektierend zu sein. Die Wärmequelle 40 ist im Innern des Reflektors 42 so angeordnet, daß vorzugsweise ihre Längsachse in der einen Brennlinie Fl der elliptischen Innenfläche des Reflektors 42 liegt, so daß sie in einer Linie F2 außerhalb der Trommel 11 abgebildet wird. Die Linie Fl und die Linie F2 sind im wesentlichen parallel zueinander, zur Achse der Trommel 11 und zu der Längsachse der Wärmequelle 40. Die Linie F2 liegt vorzugsweise in der Informationsträgeroberfläche S. Nach einem bekannten Prinzip sammelt ein solcher Reflektor 42 die von der Wärmequelle 40 und somit im wesentlichen von seiner Brennlinie Fl ausgestrahlte Wärmestrahlung in einem verhältnismäßig schmalen Streifen in der Linie F2. Damit wird praktisch die ganze von der Wärmequelle 40 ausgestrahlte Wärme auf einem in der bildtragenden Oberfläche S des Informationsträgers 10 liegenden schmalen Streifen gesammelt, der quer zur Bewegungsrichtung des Informationsträgers 10 liegt. Es hat sich gezeigt, daß es für die Arbeitsweise der Einschmelzvorrichtung günstig ist, wenn die Linie F 2 in Durchlauf richtung gesehen vor dem Druckspalt 56 auf dem Informationsträger 10 liegt. Die in F i g. 1 senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Brennlinie Fl und die Linie F2 sind zueinander parallel und liegen in der Hauptaxialebene des Reflektors 40. Die Hauptaxialebene des Reflektors 40 bildet mit der Bewegungsrichtung des Informationsträgers 10 (Fig. 1) einen spitzen Winkel. Der Abstand zwischen dem Druckspalt 56 und der Linie F2 beträgt annähernd 6,4 mm. Bei solch einem Abstand der Linie F2 vom Druckspalt 56 kann der Informationsträger 10 mit relativ hoher Geschwindigkeit gefördert werden und erlaubt zugleich ein gutes Einschmelzen der Tonerpartikeln auf dem Informationsträger 10, wobei die Fördergeschwindigkeit von verschiedenen Veränderlichen abhängt. Solche sind: Die Beschaffenheit der Tonerpartikeln, die erzeugte Wärmemenge der Wärmequelle 40 und andere. Die Erwärmung der Tonerpartikeln auf dem Informationsträger 10 vor dem Erreichen des Druckspaltes 56 erweicht die Tonerpartikeln in einem genügenden Maße, um sie im Druckspalt 56 auf dem Informationsträger einzuschmelzen. Da im Druckspalt die Walze 12 gegen die Trommel 11 gedrückt wird, unterstützt dieser Druck der Walze 12 den sauberen Einschmelzvorgang der Tonerpartikeln auf den Informationsträger 10.

Es hat sich gezeigt, daß eine höhere lineare Fördergeschwindigkeit des Informationsträgers 10 und zugleich ein sauberes Einschmelzen der Tonerpartikeln auf dem Informationsträger 10 erhalten werden können, wenn die Tonerpartikeln der Strahlung einer zusätzlichen Hilfswärmequelle 46 unterworfen werden, deren Wirkbercich noch vor dem der Wärmequelle 40 liegt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Hilfswärmequelle 46 in Durchlaufrichtung gesehen vor Linie F2 in dem Eckraum zwischen der Trommel 11 und der Bahn des Informationsträgers 10 angeordnet und kann teilweise von einem langgestreckten zylindrischen Reflektor 47 umfaßt sein, der ihre Wärme auf den Informationsträger 10 abstrahlt. Die Hilfswärmequelle 46 muß notwendigerweise recht klein sein und genügend tief im

S Eckraum zwischen der Trommel 11 und dem Informationsträger 10 angeordnet sein, damit die erwärmten Tonerpartikeln nicht wieder abkühlen, bevor sie die Linie F2 erreichen. Die Hilfswärmequelle 46 ist als Glühfadcnlampe dargestellt, doch kann dasselbe ebensogut mit einem Heizdraht oder einer ähnlichen Vorrichtung bewirkt werden, die es erlaubt, die Hilfswärmequelle 46 noch tiefer in den zuvor bezeichneten Eckraum einzuführen. Ein Reflektor 48 befindet sich unter der ebenen Bewegungsbahn des Informations-

ij trägers 10 (Fig. 1), um die Wärmestrahlung, die im Bereich der Linie F2 und von der Hilfswärmequelle 46 durch den Informationsträger 10 hindurchgedrungen ist, zu reflektieren oder um bei einem Fehlen des Informationsträgers 10 jeden Teil des darunterliegen-

k> den Mechanismus abzuschirmen.

Die Tonerpartikeln des Informationsträgers 10 haften leicht an einer erwärmten Walze oder Trommel an, von wo sie dann wiederum unerwünschterweise auf einen anderen Teil desselben Informationsträgers oder auf

2j einen anderen Informationsträger übertragen werden. Es hat sich gezeigt, daß durch Beschichtung der Oberfläche der Trommel 11 mit einem für Wärmestrahlen durchlässigen, die Tonerpartikeln abweisenden Material oder durch eine Deckhülse aus diesem auf der Oberfläche der Trommel 11 ein solches unerwünschtes Übertragen von Tonerpartikeln wesentlich verringert werden kann. Dieses Übertragen kann noch mehr verringert werden, wenn man einen Tonerpartikeln abstoßenden Flüssigkeitsfilm auf das die Tonerpartikeln abstoßende Material auf der Manteloberfläche der Trommel ti aufträgt. Es ist bekannt, daß ein Material, wie z. B. polymeres Tetrafluoräthylen als Beschichtung oder Deckhülse gemeinsam mit Siliconöl das Übertragen der Tonerpartikeln verhindert. Es wurde nun gefunden, daß durch einen Überzug 50 (F i g. 1) auf der Manteloberfläche der Trommel 11 aus Siliconlack und durch Auftragen eines Siliconölfilines auf den Überzug 50 ebenso eine Kombination eines Materials mit einer Flüssigkeit erhalten wird, die wirkungsvoll das un-

erwünschte Übertragen der Tonerpartikeln verhindert. Die die Tonerpartikeln abweisende Flüssigkeit, z. B. Siliconöl, ist in einer Wanne 51 angeordnet, aus der z. B. mittels eines Dochtes 52 die Flüssigkeit auf der gesamten Breite des Siliconlacküberzuges 50 auf der Manteloberfläche der Trommel 11 verteilt wird. Die Übertragung der Tonerpartikeln auf die Manteloberfläche der Trommel 11 kann ebenfalls durch das Auftragen oberflächenaktiver Fluorkohlenstoffe verhindert werden. Für das Material und die Flüssigkeit, die beide die Tonerpartikeln abweisen, ist in erster Linie erforderlich, daß sie für Wärmestrahlen sehr gute Durchlaßeigenschaften besitzen und weiterhin, daC keine chemische Reaktionen im für das Einschmelzer der Tonerpartikeln erforderlichen Temperaturbcreicl· stattfinden. Sowohl Siliconlack als auch Siliconö genügen diesen Anforderungen.

Weiterhin wurde festgestellt, daß ein hydrierte: Pflanzenöl und Glyceride als die Tonerpartikeli abweisende Flüssigkeiten benutzt werden können.
f'S Wird in der zuvor beschriebenen Einschmelzvorrich tung ein Schalter 55 geschlossen, dann wird ein Moto 20 erregt, der die Trommel 11 und die Walze 12 mittel der ineinander eingreifenden Zahnkränze 22 bzw. 2

synchron umlaufen läßt. Gleichzeitig fließt der Strom durch die Wärmequellen 40 und 46, die von einem Thermostaten Γ gesteuert werden, der ihre Wärmeerzeugung im Leerlauf auf einen zur Bereitschaft erforderlichen Betrag begrenzt. Wird der Informationsträger 10 mit seinen einzuschmelzenden Tonerpartikeln in Richtung auf den Druckspalt 56 bewegt, so betätigt er zuerst den Schalter 36, wobei sich die Kontakte 36Λ ß schließen. Hierdurch wird der Elektromagnet 33 durch den Kontakt 36Λ erregt und bewegt die Walze 12 zum Schließen des Druckspaltes 56, so daß die Trommel 11 und die Walze 12 synchron umlaufen, noch bevor der Informationsträger 10 im Druckspalt 56 erfaßt wird. Der Kontakt 36ßüberbrückt den Thermostaten T und führt die volle Spannung an die Wärmequellen 40 und 46, um die nötige Wärmeabgabe zum Einschmelzen der Tonerpartikeln zu erhalten. Wird der Informationsträger 10 gegen den Druckspalt bewegt, so werden die Tonerpartikeln zuerst durch die Wärmestrahlung der Wärmequelle 46 erwärmt und dann der vom Reflektor 42 gebündelten Wärmestrahlung ausgesetzt, so daß zu dem Zeitpunkt, wenn die Tonerpartikeln den Druckspalt 56 erreichen, sie so klebrig geworden sind, daß sie im Druckspall nur noch zusammengedrückt und auf die Oberfläche des Informationsträgers gepreßt werden müssen, um den Einschmel/.prozeß abzuschließen. Für den Fachmann ist es einleuchtend, daß wegen der Wärmebehandlung der Tonerpartikeln vor dem Druckspalt 56 die Temperatur des transparenten Mantels 13 nicht so hoch zu sein braucht, wie das der Fall sein müßte, wenn nur die Walze 11 den vollen Einschmelzvorgang der Tonerpartikel auf den Informationsträger bewirken sollte. Dei Abstand der Linie F2 vom Druckspalt 56 kann variier! werden, um ein optimales Einschmelzen in Einklang mii der Fördergeschwindigkeit des Informationsträgers K zu gewährleisten. Bei einem Abstand von 6,4 mn zwischen dem Druckspalt 56 und der Linie F2 kann di< lineare Fördergeschwindigkeit des Informationsträger 10 z. B. ungefähr 25,4 mm pro Sekunde betragen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

709 M

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einschmelzen von Tonerpartikeln auf einem Informationsträger, d if diesem elektrostatisch gehalten sind, mit einer armequelle und zwei synchron antreibbaren Walzen, durch deren Druckspalt der Informationsträger zum Andrücken der erweichten Tonerpartikeln an den Informationsträger hindurchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die der Oberfläche (S) des Informationsträgers (10), die die Tonerpartikeln trägt, zugekehrte Walze als Trommel (11) mit für Wärmestrahlung optisch durchlässigem Mantel (13, 50) ausgebildet ist, und daß in der Trommel (11), gegenüber ihrer Umlaufbewegung stationär, eine langgestreckte Wärmestrahlungsquelle (40) angeordnet ist, der eine optische Einrichtung (42, 44) zugeordnet ist, die die Wärmestrahlung der Wärmestrahlungsquelle (40) in einer Linie (F2) auf dem Informationsträger (10) fokussiert, die sich, in Durchlaufrichtung gesehen, in einem Abstand vor dem Druckspalt (56) befindet und parallel zu diesem verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (50) des Mantels (13) der Trommel (11) aus einem für Wärmestrahlung durchlässigen Material besteht, das die Tonerpartikeln abweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (51, 52) zum Auftragen einer die Tonerpartikeln abweisenden Flüssigkeit auf die Oberfläche des Trommelmantels (13,50) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (50) des Trommelmantels aus polymerern Tetrafluoräthylen oder Siliconlack besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (12), die mit der Trommel (11) den Druckspalt (56) bildet, eine gummielastisch nachgebende Oberfläche aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (12), die mit der Trommel (11) den Druckspalt (56) bildet, eine Schicht aus wärmereflektierendem Material (25) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus wärmereflektierendem Material (25) von einer Schicht aus wärmeisolierendem Material (26) ummantelt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (12), die mit der Trommel (11) den Druckspalt (56) bildet, aus einer Leerlaufstellung, in der sie die Trommel (11) nicht berührt, in eine Arbeitsstellung, in der sie federelastisch an der Trommel (U) anliegt, bewegbar gelagert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bewegen der Walze (12) aus der Leerlaufstellung in die Arbeitsstellung ein von der Vorderkante des Informationsträgers (10) beeinflußbares Steuerglied (36) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 9_: dadurch gekennzeichnet, daß sie als optische Einrichtung einen Wannenreflektor (42) aufweist, dessen reflektierende Oberfläche eine innere, im Querschnitt elliptische Zylinderfläche ist, daß die Längsachse der Wärmestrahlungsquelle (40) im wesentlichen mit der einen Brennlinie (Fl) der elliptischen Zylinderfläche zusammenfällt und die andere Brennlinie derselben als Linie (F2) in der Bewegungsbahn der die Tonerpartikeln tragenden Oberfläche (S)des Informationsträgers (10) liegt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Hilfswärmequelle (46) aufweist, deren Wirkbereich noch vor der Linie (F2) liegt, in der die Wärmestrahlung der Wärmestrahlungsquelle (40) fokussiert ist.