DE1967223C2 - Kontakt-Hitzefixiervorrichtung für elektrofotografische Tonerbilder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontakt-Hitzefixiervornchtung für elektrofotografische Tonerbilder mit einer Fixierwalze, die mit dem auf einem Bildträger befindlichen, auf diesem zu fixierenden Tonerbild aus thermoplastischen Tonerteilchen in Kontakt bringbar ist und auf der ein Überzug aus einem das Absetzen von Tonerteilchen verhindernden Material aufgebracht ist, und mit einer Heizvorrichtung, um die Oberfläche der Fixierwalze auf eine zur Fixierung der Tonerteilchen auf der Bildunlerlage ausreichende Temperatur zu erwärmen.

Eines der meist bevorzugten Verfahren zum Erhitzen von Tonerbildern, um diese in einen Bildträger einzuschmelzen, besteht darin, das Tonerbild in direkten Kontakt mit einer heißen Oberfläche, wie etwa einer erhitzten Walze zu bringen. Da hierbei jedoch das Tonerpulver durch die Erwärmung klebrig wird, werden Teile des auf dem Bildträger befindlichen Tonerbildes verschoben oder bleiben an der Oberfläche der erhitzten Walze kleben, so daß dieser an der Walzenoberfläche klebende Teil des Tonerbildes teilweise auf den nächstfolgenden Bildträger übertragen wird, wenn dieser zur Fixierung des nächstfolgenden Tonerbildes mit der Walze in Kontakt gebracht wird.

Gleichzeitig bleiben aber von diesem zweiten Bildträger wiederum Teile des auf diesem Bildträger vorliegenden Tonerbildes an der Walzenoberfläche hängen.

Aufgrund der Tatsache, daß jeweils ein Teil eines zu fixierenden Tonerbildes an der erhitzten Oberfläche der Walze hängen bleibt, hat sich eine gewisse Ablehnung von Berührungsfixiervorrichtungen zugunsten von anderen Wärmefixiervorrichtungen ergeben, die sich jedoch nicht besonders für ein Hochgeschwindigkeitskopierverfahren eignen, wie etwa spulenförmige Strahlenheizvorrichtungen mit Reflektoren. Diese Strahlungsheizer mit Reflektoren und andere Arten von Heizvorrichtungen wie etwa eine Heizvorrichtung mit umlaufender erhitzter Luft haben den Nachteil, daß eine große Menge Wärme an die umgebende Vorrichtung abgeleitet wird und daß deshalb die Wärmeübertragung auf das Tonerbild einen niedrigen Wirkungsgrad aufweist.

. C'~ " Bei einer Kontakt-Hitzefixiervorrichtung der ein-■'*"*■ gangs genannten Art (US-PS 32 56 002) wird zur Verhinderung eines Klebenbleibens von Tonerteilchen an der Fixierwalze ein Material auf Tetrafluoräthylenharzbasis verwandt Dieses Material hat die physikalisch*; Eigenschaft, daß einige klebrig gemachte, elektrofotografische Entwicklungsmaterialien im wesentlichen an ihm haften, was jedoch nicht erwünscht ist. Um bei der Verwendung einer mit solchem Material überzogenen Walze das Anhaften von' Tonerteilchen zu verhindern, wird auf die Oberfläche der Walze gewöhnlich ein dünner Film aus einem Siliconöl mit Hilfe eines öllaufbringdochtes aufgebracht Eine derartige Anordnung erfordert jedoch einen ölvorrat, eine Dochtanordnung und die periodische Säuberung dieser Vorrichtungen. Ein weiterer Nachteil einer derartigen Anordnung besteht in dem Platz, den der Vorratsbehälter, der Docht und die zugehörigen Anordnungen benötigen, und dieser Platz entspricht nahezu dem der gesamten Fixierwalzen und ihrer Zubehörteile.

Aus der US-PS 28 51 373 ist eine Kontakt-Hitzefixiervorrichtung bekannt, bei der das ein Tonerbild tragende Bildempfangsmaterial zwischen zwei sich berührenden Walzen hindurchbewegt wird, von denen wenigstens eine geheizt ist Die beiden Walzen tragen einen Gummiüberzug. Daß möglicherweise Tonerteilchen an den Oberflächen der Walzen zurückbleiben können, wird in dieser Druckschrift nicht erörtert. Es wird auch nicht angegeben, welche Art von Gummi geeignet ist. Vielmehr scheint der Gummiüberzug auf den Walzen lediglich dazu zu dienen, eine zuverlässige Berührung zwischen dem Bildempfangsmaterial und der Walzenoberfläche sicherzustellen, damit eine ausreichende Wärmemenge auf das Tonerbild für dessen Einschmelzung übertragen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontakt-Hitzefixiervorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß auch bei einer einfacheren Ausgestaltung das Anhaften von Tonerteilchen at: der Oberfläche der Fixierwalze wirksam verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Überzug aus einer bei Raumtemperatur vulkanisierenden Verbindung besteht. Bei der erfindungsgemäßen Hitze-Fixiervorrichtung hat sich in überraschender Weise herausgestellt, daß durch die Verwendung einer bei Raumtemperatur vulkanisierenden Verbindung für den Überzug der Fixierwalze verhindert werden kann, daß Tonerteilchen so an dieser anhaften. Während es bei einer Kontakt-Hitzefixiervorrichtung gemäß der US-PS 32 56 002 erforderlich ist, ein zusätzliches Medium, dort z. B. öl, zu verwenden, um der noch geringen Neigung des Anhaftens von Tonerteilchen zu begegnen, ist eine solche Maßnahme bei der Kontakt-Hitzefixiervorrichtung nach der Erfindung nicht erforderlich. Damit entfallen auch jegliche weiteren Einrichtungen zum Aufbringen dieses Mediums, so daß sich eine äußerst einfache Ausgestaltung der Kontakt-Hitzefixiervorrichtung ergibt, mit der klare und scharfe Bilder erhalten werden.

Be^; einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht der Überzug aus einem bei Raumtemperatur vulkanisierenden Silicon-Kautschuk. Dieses Material hat sich als besonders geeignet erwiesen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

19 673223

F i g. 1 schematisch eine für die automatische Hochgeschwindigkeitskopierung geeignete elektrofotografische Reproduktionsmaschine, die eine Ausführungsform einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Kontakt-Hitzefixiervorrichtung zeigt,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Kontakthitzefixier-Vorrichtung von der Vorderseite der Maschine aus gesehen, F i g. 3 eine Seitenansicht der Kontakthitzefixiervorrichtung teilweise im Schnitt und

F i g. 4 eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt der in der Vorrichtung verwendeten Rollen.

Zum grun-Jaätzlichen Verständnis der Erfindung wird die in F i g. 1 dargestellte Kopier- und Reproduktionsmaschine, in der die gemäß der Erfindung ausgebildete Fixiervorrichtung eingebaut werden kann, näher erläutert. Bei allen elektrofotografischen Verfahren und Vorrichtungen, wie z. B. bei der hier gezeigten elektrofotografischen Maschine, wird das Lichtbild eines zu reproduzierenden Originals auf die sensitivierte Oberfläche einer elektrofotografischen Aufzeichnungsplatte projiziert, um dort ein elektrostatisches Ladungsbild zu erzeugen. Anschließend wird das Ladungsbild mit entgegengesetzt geladenem Entwicklermaterial entwickelt, so daß ein dem Ladungsbild auf der Plattenoberfläche entsprechendes elektrofotografisches Pulverbild entsteht. Das Pulverbild wird dann elektrostatisch auf einen Bildträger übertragen, auf dem es mit Hilfe einer Hitzefixiervorrichtung aufgeschmolzen wird, wodurch das Pulverbild dauerhaft an dem Bildträgermaterial anhaftet.

Bei der gezeigten Maschine wird ein zu kopierendes Original D auf eine transparente Platte gelegt, die fc-st an einer mit 10 bezeichneten Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist und sich am linken Ende der Maschine befindet Die von einem optischen System projizierten Bildstrahlen belichten die fotoleitfähige Fläche einer elektrofotografischen Aufzeichnungsplatte, die hier als ein mit 11 bezeichnetes flexibles fotoleitfähiges Band ausgebildet ist.

Das fotoleitfähige. Selen enthaltende Band 11 ist beweglich am Maschinenrahmen gelagert und wird in Pfeilrichtung mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben. Während dieser Bewegung des Bandes wird das Lichtbild des Originals auf die elektrofotografische Fläche des Bandes geblitzt. Die Blitzlichtbelichtung mit dem Lichtbild entlädt die fotoleitfähige Schicht in den von Licht beaufschlagten Bereichen, so daß auf dem Band ein elektrostatisches Ladungsbild des vom Original projizierten Lichtbildes zurückbleibi. Bei der weiteren Bewegung des Bands gelangt das elektrostatische Ladungsbild durch eine Entwicklungsstation B, in der eine mit 14 bezeichnete Entwicklungseinrichtung angeordnet ist. Die Entwicklungseinrichtung gibt auf den oberen Teil des Bands 11 Entwicklermaterial, das über das sich nach unten bewegende Band 11 kastcadiert, um das elektrostatische Ladungsbild zu entwickeln. Beim Kaskadieren des Entwicklermaterials über die elektrofotografische Fläche werden Tonerteilchen auf der Oberfläche des Bandes abgelagert, die. dann das Pulverbild bilden.

Das entwickelte elektrostatische Bild wird an eine Übertragungsstation C weiterbewegt, wo ein Blatt Bildempfangsmaterial mit einer mit dem sich bewegenden Band synchronen Geschwindigkeit bewegt wird, um die Übertragung des Pulverbilds zu ermöglichen. An dieser Station ist eine mit 16 bezeichnete Blattfördermechanik vorgesehen, die Papierblätter von einer mit 18 bezeichneten Papierzuführmechanik zum entwickelten Bild auf dem Band 11 in der Station Cbewegt

Nach dem Abziehen des Blatts vom Band wird dieses zu einer mit 20 bezeichneten Hitzefixiervorrichtung bewegt, an der das übertragene elektrofotografische Pulverbild auf dem Bildempfangsmaterial dauerhaft fixiert wird. Nach diesem Hitzefixieren wird die fertige Kopie von einem Förderband 21 zu einer geeigneten Sammelstelle außerhalb der Maschine gebracht

Zum Antrieb des fotoleitfähigen Bandes 11 in

jo zeitlicher Abhängigkeit von der Blitebeüchtung durch das zu kopierende Original, zum Fördern und Kaskadieren des Tonermaterials, zum Trennen und Zuführen der Papierblätter, zu ihrem Transport durch die Übertragungsstation C und durch die Fixierstation sind Antriebsvorrichtungen vorgesehen, die in einer solchen zeitlichen Folge arbeiten, daJ3 jeweils Kopien des gerade zu kopierenden Originals hergestellt werden.

Damit dürfte die grundsätzliche Arbeitsweise einer elektrofotografischen Kopiermaschine ausreichend erläutert sein, um die z. B. bei einer solchen Maschine angewendete Kontakthitzefixiervorrichtung verstehen zu können.

Wie in den F i g. 2 bis 4 gezeigt, arbeitet die Hitzefixiervorrichiung 20 mit heißen Anpreßrollen.
Das direkte Kontakt-Hitzefixieren eines Pulverbildes auf einem Blatt Papier wird durch Hindurchbewegen eines das Pulverbild tragenden Blatts zwischen einer aufgeheizten unteren Rolle 30 und einer oberen Rolle 31, die während des Aufschmelzvorgangs sich unter gegenseitigem Druck drehen, durchgeführt. Der das Pulverbild tragende Bildträger wird mit Hilfe von Führungsrollen 32, die zwischen der Transporteinrichtung 16 und der Fixiervorrichtung 20 vorgesehen sind, in den Schlitz zwischen den Rollen 30 und 31 geführt.
Wie in den F i g. 3 und 4 gezeigt ist, weist die untere Rolle 30 einen tragenden metallischen Zylinder 33 dünner Wandstärke auf, der an beiden Enden mit Kappen aus einem wärmeisolierenden Material verschlossen ist. Jede der Kappen 34 ist auf einer Welle 35 befestigt, die die Rolle 30 drehbar in der Fixiervorrichtung 20 lagert. Die Enden der Welle 35 sind daher drehbar in Lagern 36 gehalten. Die Aufheizung der unteren Rolle 30 erfolgt bei dieser dargestellten Ausführungsform mit Hilfe von Strahlungsenergie, die von außen mit Hilfe einer weiter unten noch erläuterten Lampe zugeführt wird.

Den metallischen Zylinder 33 der Rolle 30 umgibt eine wärmeisolierende Silikonkautschukschicht 37 mit einer ausreichenden radialen Wandstärke und einer gewissen Nachgiebigkeit, um eine Einbuchtung zu ermöglichen, wenn sich die obere Rolle 31 an diese anpreßt. Es kann auch jedes andere, hochtemperaturfeste, wärmeisolierende Material für die Schicht 37 verwendet werden, wie z. B. Glas, Gewebe oder keramische Formen, die etwas nachgiebig gemacht werden können, wie auch hochtemperaturbeständige Schaumstoffe oder abgedichtete elastische Hülsen, die stark nachgiebig gemacht werden können. Die Schicht 37 ist ihrerseits wieder mit einem dünnen überzug 38 einer bei Raumtemperatur vulkanisierenden Verbindung mit guten Abweisungseigenschaften überzogen. Falls dieses Material als solches stark reflektierend ist, wird es vorzugsweise mit 5 Gewichtsprozent eines bei Raumtemperatur vulkanisierenden Silikongummis mit guten Zug-, Reiß- und Ablöseeigenschaften gemischt, der die Reflexionsgüte des Grundmaterials vermindert, ohne die Abweisungseigenschaften zu beeinflussen, wodurcjj das Wärmeaufnahmevermögen des Überzugs

38 mit der¹ Schicht 37 stark verbessert wird. Die Reflexionsgüte kann auch durch Beimischungen von Ruß oder Farben zum abweisenden Material vermindert werden. Der Überzug 38 wirkt als Abweisungsmitt'el für die harzigen Tonerteilchen, die während des Aufschmelzvorgahges mit dem Überzug in Kontakt gebracht werden. Die'Schicht 37 wirkt als Wärmeisolierung gegenüber der tragenden Struktur der Rolle -30. Ein Material für die Schicht 38, das geeignete Abweisungseigenschäften für die kürzlich hergestellten, bei niedriger Temperatur schmelzenden Tonerteilchen hat, ist ein bei Raumtemperatur vulkanisierendes Siliconkautschukmaterial.

Die obere Rolle 31 weist einen metallischen Zylinder 40 auf, der auf einer Welle 41 durch Kappen gehallen ist, die an jedem Ende der Rolle die innere Fläche des Zylinders mit der Welle verbinden. Ein Überzug 43 eines adhesiven, isolierenden Materials, wie z. B. Polytetrafluorethylen, umgibt den Zylinder 40 und muß eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, um ein Eindrücken der Materialien 37 und 38 auf der Rolle 30 beim Andrücken zu bewirken. Die Welle 41 ist an jedem Ende in geeigneten Lagern gelagert, die in Platten 44 und 45 angebracht sind, wobei diese wiederum schwenkbar an den Seitenplatten 25 und 26 angelenkt sind. Jede der Platten 44 und 45 ist zur Ausführung einer begrenzten Schwenkbewegung um eine gemeinsame Achse über eine mit der Seitenplatte 25 verbundene Schwenkachse 46 und eine mit der Seitenplatte 26 verbundene Schwenkachse 47 drehbar gelagert. Werden die Platten 44 und 45 in der gleichen Richtung um eine durch die Schwenkachsen 46 und 47 festgelegte Drehachse geschwenkt, so wird die obere Rolle 31 relativ zur unteren geheizten Rolle 30 verschoben.

Die untere Rolle 30 v/ird in der in F i g. 3 gezeigten Richtung durch die obere Rolle bei ihrem Andrücken angetrieben. Wird die Rolle 31 an die Rolle 30 angedrückt, so wird die der Welle 41 und der Rolle 31 erteilte Drehbewegung auch auf die untere Rolle 30 übertragen. Wie in F i g. 4 gezeigt, hat die obere Rolle 31 eine steifere Umfangsfläche als die untere mit der elastischen Schicht 37 versehene Rolle 30, so daß die beim Andrücken in der unteren Rolle 30 eine Einbuchtung 63 mit einer zu deren Antrieb ausreichenden Bogenlänge hervorruft. Besonders wichtig ist, daß die Bogenlänge der Einbuchtung 63 die Zeit und auch die Fläche vergrößert, innerhalb jener die untere Rolle 30 mit den aufzuschmelzenden Tonerteilchen in Kontakt ist wenn ein Tonerteilchen tragendes Papier zwischen die Rollen gelangt

Wie bereits erwähnt ist die untere Rolle 30 die geheizte Rolle innerhalb der Fixiervorrichtung. Ein in den Schlitz zwischen den Rollen durch die Transporteinrichtung 16 und die Führungsrollen 32 eingeführtes Blatt Papier trägt auf seiner unteren Oberfläche ein nichtfixiertes Pulverbild und bringt dieses in direkten Kontakt mit dem Abweisungsmaterial 38 auf der unteren Rolle. Die untere Rolle 30 erhält ihre Wärme von einer außerhalb angeordneten Quarzlampe 64 zugeführt die im Rahmen der Fixiervorrichtung über der Oberfläche der unteren Rolle angeordnet ist, so daß ihre Achse gewöhnlich parallel zu der Rolle ist Die Lampe 64 ist von einem Reflektor 65 umgeben, der sich ebenfalls Ober die gesamte Länge der Rolle erstreckt Die Lampe 64 ist im Reflektor mit geeigneten Klammern 66 gehalten, die ihrerseits mit Justierplatten 67 verbunden sind, die einstellbar in den Seitenplatten 25 und 26 gehalten sind. Die Platten 67 können gegenüber ihren Seitenplatten zum Ausrichten der Lampe 64 eingestellt werden, so daß die Lampe in Abhängigkeit der zum Aufschmelzen eines Tonerbildes auf dem jeweils zwischen den Rollen befindlichen Blatt erforderlichen Wärmemenge entweder auf die Rolle zu- oder aber von dieser fortbewegt werden kann.

Der Reflektor 65 kann die Form eines Gehäuses aufweisen, dessen längliche Öffnung Von der unteren Rolle 30 annähernd geschlossen wird. Dieses ermöglicht das Einschließen der von der Lampe 64 erzeugten Wärme und eine Zuführung dieser Wärme auf einen größeren Bereich der Rolle, wodurch fast die gesamte Wärmeenergie für die Hitzefixierung zur Verfügung steht. Sollte zusätzlich zu der von der Lampe 64 erzeugten Wärme weitere Wärme erforderlich sein, so ist im Reflektorgehäuse ein Fadenheizgerät 68 vorgesehen, das eine die Rolle 30 anstrahlende Stellung aufweist. Eine geeignete wärmeisolierende Abdeckung 69, die vorzugsweise halbkreisförmig ausgebildet und konzentrisch zur oberen Rolle angeordnet ist, ist an den oberen Kanten der Seitenplatten 25 und 26 angebracht und zwar unmittelbar über der oberen Rolle 31.

Beim Betrieb wird ein blatt- oder bandförmiger Bildträger, wie z. B. Papier, in den Schlitz zwischen den beiden Rollen 30 und 3! so eingeführt, daß sich das zu fixierende Tonerbild auf der unteren Fläche des sich horizontal bewegenden Bildträgers befindet Der äußeren Fläche der Rolle 30 wird Strahlungswärme von der Lampe 64 zugeführt. Das Schmelzfixieren wird durch die bereits beschriebenen Vorgänge und die Wirkung von niedrig schmelzenden Massen als Tonerteilchen erreicht Da die Wärme von der Lampe 64 und/oder dem Fadenheizer 68 von außen zugeführt wird, wirkt die Schicht 37 als Wärmesperre für die von außen zugeführte Wärme, wodurch fast alle Wärmeverluste an der Rolle 30, seiner Welle 35 und an seinen Lagern vermieden werden. Die metallischen Teile der unteren Rolle und ihrer Halterungen stellen daher keine Wärmesenke für die sich auf ihrer Oberfläche bildende Wärme dar. Bei dieser Anordnung wird daher nur eine sehr kleine Wärmemenge von der Lampe 64 benötigt urn das Wärmegleichgewicht auf der Rolle 30 infolge kleiner Wärmeverluste durch die Rollenhalterung aufrechtzuerhalten. Diese bewirkt daß praktisch die gesamte von der Lampe erzeugte Wärme mit Ausnahme geringer Strahlungs- und Konvektionsverluste für die Hitzefixierung verbraucht werden kann. Zusätzlich ist die Ansprechzeit für die Heizeinrichtungen der Fixiervorrichtung, damit diese zufriedenstellend arbeitet relativ schnell und die den Rollen zugeführte Wärme ist bei der Hochgeschwindigkeitskopierung ausreichend, um auch hohe Rollendrehzahlen zu ermöglichen. Darüber hinaus ist die Aufheizzeit bis die Rollenoberfläche die Aufschmelztemperatur aufweist äußerst kurz, nämlich in der Größenordnung von zwei oder drei Minuten, wobei weniger Energie benötigt wird als bei den bisherigen mit Rollen arbeitenden Fixiervorrichtungen. Da nur ein minimaler Wärmeverlust durch Abstrahlung und Wärmeleitung auftritt, kann die Speiseenergie für die Heizelemente im Vergleich zu den bisherigen Vorrichtungen, die gewöhnlich innerhalb der Rollen untergebrachte Heizelemente aufweisen, stark herabgesetzt werden. Durch die kleineren für die Heizelemente erforderlichen Speiseleistungen wird ihre Lebensdauer erhöht und die Brandgefahr verringert Da praktisch keine Wärme an die Wellen der Rollen abgegeben wird, erfahren die sie tragenden Lager ebenfalls nicht die Wärme, die sie bei innerhalb der

Rollen vorgesehenen Heizelementen bisher führen müssen.

Der Überzug 38 verhindert das Absetzen von Tonerteilchen und ein Ankleben derselben, wenn diese während der Hitzefixierung klebend sind, auf der Rolle 30 und eine Berührung anderer Teile des Bildträgers mit ihnen. Wie bereits festgestellt, muß von der Lampe 64 nur soviel Wärme zugeführt werden wie an die Tonerteilchen und das Bildträgermaterial bei der Hitzefixierung abgegeben wird, zuzüglich der sehr kleinen Wärmemenge, die beim Übergang auf das

Bildträgermaterial verlorengeht, und der zur Aufrechterhaltung des Wärmegleichgewichts nötigen Wärmemenge, die durch die minimalen, durch die Lagerung der Rolle bedingten Verluste erforderlich ist. Diese zuzuführende Wärmemenge kann zur Sicherstellung eines minimalen Wärmeverlustes sehr genau geregelt werden. Die Verwendung niedrig-schmelzender Massen für die Tonerteilchen bei der Hitzefixierung verhindert zusätzlich ein Absetzen von Tonerteilchen, da diese Temperatur genauer eingehalten werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

130234/12

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kontakt-Hitzefixiervorrichtung für elektrophotographische Tonerbilder mit einer Fixierwalze, die mit dem auf einem Bildträger befindlichen, auf diesem zu fixierenden Tonerbild aus thermoplastischen Tonerteilchen in Kontakt bringbar ist und auf der ein Überzug aus einem das Absetzen von Tonerteilchen verhindernden Material aufgebracht ist, und mit einer Heizvorrichtung, um die Oberfläche der Fixierwalze auf eine zur Fixierung der Tonerteilchen auf der Bildunterlage ausreichende Temperatur zu erwärmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (38) aus einer bei Raumtemperatur vulkanisierenden Verbindung besteht.

2. Vorrichtung nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (38) aus einem bei Raumtemperatur vulkanisierenden Silicon-Kautschuk besteht.