DE19827211C1

DE19827211C1 - Fixierstation zum Fixieren von Tonerbildern auf einem Trägermaterial mit einer bewegbaren Klappenvorrichtung

Info

Publication number: DE19827211C1
Application number: DE19827211A
Authority: DE
Inventors: Gerd Goldmann; Andreas Eckardt; Guenter Rosenstock
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2000-01-20
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: US6085060A

Abstract

Beschrieben wird eine Fixierstation zum Fixieren von Tonerbildern auf einem Trägermaterial (10). Zwischen einer Wärmestrahlungsquelle (12a, 12b) und dem Trägermaterial (10) sind jeweils eine Klappenvorrichtung (16a, 16b) mit mehreren Klappen (17) angeordnet, die in eine offene und eine geschlossene Stellung schwenkbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fixierstation zum Fixieren von Tonerbildern auf einem Trägermaterial, mit einer Heizvorrich tung mit mindestens einer Wärmestrahlungsquelle, die Strah lung in Richtung des Trägermaterials aussendet, und mit einer Abdeckvorrichtung, mit der ein unerwünschtes Auffallen von Strahlung auf das Trägermaterial verhindert werden kann.

Bei elektrografischen Druckern oder Kopierern muß das von einem Zwischenträger, im allgemeinen einem Fotoleiter, auf das Trägermaterial, im allgemeinen Papier, übertragene Toner bild fixiert werden, d. h. es muß wisch- und abriebfest mit dem Trägermaterial verbunden werden. In der Elektrofotografie wird heute üblicherweise die Wärme-Druck-Fixierung einge setzt. Diese ist, wenn keine Vorheizung, z. B. mithilfe eines Heizsattels, des Trägermaterials vorgenommen wird, in der Verarbeitungsgeschwindigkeit auf ca. 0,5 m/s bis 0,7 m/s be schränkt. Beim Duplexdruckbetrieb, bei dem die Vorderseite und die Rückseite eines Trägermaterials bedruckt wird, ist der Fixierprozeß relativ schwierig, denn beide Seiten sind mit noch verwischbaren Tonerbildern belegt. Eine hohe Fixier qualität bei gleichzeitiger Fixierung der Vorderseite und der Rückseite des Trägermaterials kann nur mit relativ weichen Fixierwalzen, z. B. Silikonwalzen, erreicht werden. Diese Fi xierwalzen haben eine geringe Lebensdauer und sind unwirt schaftlich. Daher kommen derartige weiche Fixierwalzen nur bei Druckern mit relativ niedrigem Druckvolumen zum Einsatz. Da auf beiden Seiten des Trägermaterials weiche Fixierwalzen eingesetzt werden, ist die Führung des Trägermaterials pro blematisch. Derartige Fixierwalzen eignen sich daher nicht bei der Weiterverarbeitung von Endlospapier.

Aus den genannten Gründen ist es wünschenswert, Tonerbilder möglichst kontaktlos zu fixieren, wobei ein relativ breites Spektrum an Trägermaterial eingesetzt werden kann. Ein weite res Ziel der kontaktlosen Fixierung besteht darin, eine hohe Fixierqualität ohne Verwischeffekte zu erreichen.

Es ist eine kontaktlose Fixiermethode bekannt, bei der mithilfe eines Lösungsmittels das Tonermaterial aufgeweicht wird, damit es sich besser mit den Fasern des Trägermaterials verbindet. Wenn jedoch farbiger Toner verwendet wird, kann es geschehen, daß die Farbpigmente unterschiedlich stark gelöst werden, was zu einem farbabhängigen Verschmieren der Toner bilder führen kann. Außerdem entstehen die bekannten Umwelt probleme beim Einsatz von Lösungsmitteln.

Eine andere bekannte kontaktlos arbeitende Fixiermethode ist die sogenannte Blitzlichtfixierung, bei der der Toner mithil fe energiereicher Lichtimpulse auf dem Trägermaterial fixiert wird. Die Wellenlänge der Strahlung liegt meist im sichtbaren bis ultravioletten Bereich des Spektrums. Da die verschiede nen Farbtoner in diesem Wellenlängenbereich unterschiedlich stark absorbieren, ist eine Blitzlichtfixierung für Mehrfar bendruck nicht geeignet.

Eine weitere Fixierstation ist aus der EP-A-0 629 930 be kannt. Die Fixierstation wird für einen elektrostatischen Drucker verwendet, um Tonermaterial auf Papier zu fixieren. Die Abdeckvorrichtung dient dazu, das Auftreffen von Strah lung während einer Aufwärmphase oder während eines Still stands des Trägermaterials zu verhindern. Im geschlossenen Zustand der Abdeckvorrichtung sind die Wärmestrahlung aussen denden aktiven Flächen der Wärmestrahlungsquelle vom Träger material abgewandt. In diesem Zustand umgibt die Abdeckvor richtung die Wärmestrahlungsquelle, so daß die Aufwärmphase verkürzt wird. Im Normalbetrieb, bei dem infolge der auftref fenden Wärmestrahlung das Tonermaterial auf dem Trägermateri al fixiert wird, ist die Wärmestrahlungsquelle dem Trägerma terial zugewandt und Strahlung kann ungehindert auf das Trä germaterial auftreffen.

In der JP 09-0334307 ist eine Fixiereinrichtung dargestellt, die mithilfe einer kontaktlosen Wärmestrahlungsquelle das Druckbild auf dem Papier fixiert. Nach Fertigstellung, Unterbrechung oder infolge eines Beförderungsstopps erfolgt das Abschalten der Heizvorrichtung und das sofortige Abschirmen des Papiers. Die Reflektoren, die zum Abschirmen des Papiers dienen, werden gleichzeitig zwischen Heizvorrichtung und Papier geschwenkt. Sie sind nicht einzeln steuerbar. Es ist nur ein Schutz des Papiers vor Verbrennung bzw. vor Verfärbung gewährleistet. Eine gleichbleibende Qualität der Fixierung ist mit dieser Anordnung während der Start- und Stoppvorgänge nicht möglich. Definierte Expositionszeiten sind während diesen Vorgängen nicht gewährleistet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Fixierstation anzugeben, die eine hohe Druckqualität durch angepaßte Expositionszeiten auch während der Start- und Stoppvorgänge gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprü chen angegeben.

Gemäß der Erfindung enthält die Heizvorrichtung eine Wär mestrahlungsquelle, wodurch der Fixiervorgang kontaktlos er folgt. Probleme im Zusammenhang mit der Führung und der Druckbeaufschlagung von Fixierwalzen werden somit umgangen. Die Verwendung einer Wärmestrahlungsquelle hat jedoch den Nachteil, daß das Aufheizen und das Abkühlen des Trägermate rials mit einer relativ hohen Zeitkonstante verbunden ist, wodurch beim Start des Drucks, bei Stillstand des Trägermate rials oder beim intermittierenden Druck Probleme entstehen können. Gemäß der Erfindung wird eine Klappenvorrichtung vor geschlagen, deren Klappen Strahlung von der Strahlungsquelle zum Trägermaterial durchlassen oder abdecken. Die Klappen sind längs der Transportrichtung des Trägermaterials angeordnet. Im geschlossenen Zustand bilden die Klappen in einer parallelen Ebene zum Trägermaterial eine geschlossene Trennschicht zum Abschirmen der Wärmestrahlung. Die Anordnung der Klappen längs des Aufzeichnungsträgers und die einzeln betätigbaren Klappen ermöglichen eine gezielte Steuerung der Wärmestrahlung in Abhängigkeit der Transportgeschwindigkeit v_P des Trägermaterials. Die Klappen können z. B. so angesteuert werden, daß bei Verringerung der Transportgeschwindigkeit des Trägermaterials eine bestimmte Anzahl der Klappen geschlossen wird, um die identische Expositionszeit wie bei der normalen Transportgeschwindigkeit zu gewährleisten. Wenn z. B. der Transport des Trägermaterials gestoppt ist, können die Klappen nacheinander entgegen der Transportrichtung des Trägermaterials so geschlossen werden, daß das Abschirmen des Trägermaterials in der normalen Transportgeschwindigkeit des Trägermaterials erfolgt. Das Trägermaterial wird so gleichmäßig fixiert wie im normalen Durchlauf des Trägermaterials durch die Fixiereinrichtung, so daß eine hohe Farbreproduzierbarkeit und Gleichmäßigkeit in der Fixierung des Tonerbildes erreicht wird.

Vorzugsweise wird die Fixierstation für eine Druckeinrichtung oder Kopiereinrichtung mit hoher Druckleistung verwendet, die im Duplexdruckbetrieb arbeitet, wobei Tonerbilder der Vorder seite und der Rückseite des Trägermaterials gleichzeitig fi xiert werden. Bei dieser Betriebsart sind beiderseits des Trägermaterials Heizvorrichtungen und entsprechende Abdeck vorrichtungen vorgesehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Fixierstation mit einer Klappenvorrichtung, deren Klappen mittig angeordnete Drehachsen haben,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausfüh rungsbeispiel mit außermittig angeordneten Drehachsen der Klappen,

Fig. 3 eine Klappensteuerung mittels Schwinge und Kulisse, und

Fig. 4 einen Kettenantrieb mit aufgesetzter Kulisse und mit Formstücken.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Fixierstation nach der Erfindung. Diese Fixierstation wird in einem Hochleistungsdrucker eingesetzt, der eine Papierbahn 10 dop pelseitig bedruckt. Beidseitig der Papierbahn 10 sind Heiz vorrichtungen 11a, 11b angeordnet, die jeweils eine als Foli enstrahler ausgebildete Wärmestrahlungsquelle 12a, 12b haben. Jede Wärmestrahlungsquelle 12a, 12b hat 50 µm dicke Bänder, die bei Strombeaufschlagung eine Temperatur < 800°C annehmen. Der Vorteil eines Folienstrahlers liegt darin, daß er eine geringe Wärmekapazität hat und damit schnell aufgeheizt wer den kann und ebenso schnell abkühlt. Andere verwendbare Wär mestrahlungsquellen sind Keramik-Flächenstrahler, bei denen die Heizwände in Keramikmasse eingebettet sind. Ebenso sind Quarz-Strahlungsquellen verwendbar, bei denen die Glühwendel in Quarzrohren installiert sind.

Um die Wärmestrahlungsquelle 12a, 12b ist eine Isolierung 14a, 14b vorgesehen. Nach außen hin sind die Heizvorrichtun gen 11a, 11b durch eine äußere Isolation 15a, 15b wärmeiso liert. Zwischen der Wärmestrahlungsquellen 12a, 12b und der Papierbahn 10 ist jeweils eine Klappenvorrichtung 16a, 16b angeordnet, die um Achsen 18, 18a, 18b schwenkbare Klappen 17, 17a, 17b enthält. In der Fig. 1 sind Klappen 17 sowohl in der offenen Stellung als auch in der geschlossenen Stel lung gezeigt. In der offenen Stellung der Klappen 17 kann Strahlung von den Wärmestrahlungsquellen 12a, 12b nahezu un gehindert über ein Schutzgitter 19a, 19b auf die Oberfläche der Papierbahn 10 treffen. Im geschlossenen Zustand der Klap pen 17 ist die Papierbahn 10 abgedeckt.

Die Schwenkbewegungen der Klappen 17 hängen vom Betriebszu stand der Papierbahn 10 ab. Bei Stillstand der Papierbahn 10 werden die Klappen 17 in den geschlossenen Zustand ge schwenkt, wodurch eine geschlossene Abdeckung der Strahlung erzeugt wird. Das Schwenken der Klappen 17 erfolgt derart, daß die Grenzlinie zwischen offenen und geschlossenen Klappen annähernd eine Geschwindigkeit v_R haben gemäß der Beziehung: v_R = -v_P, worin v_P die Transportgeschwindigkeit der Papier bahn 10 ist. Dies bedeutet, daß der Fixiervorgang auch bei einem plötzlichen Stillstand der Papierbahn 10, beispielswei se infolge eines Papierstaus oder infolge eines betriebsbe dingten Anhaltens der Papierbahn 10, noch so lange für den unter der Wärmestrahlungsquelle 12a, 12b befindlichen Ab schnitt der Papierbahn 10 aufrechterhalten wird, mit der er bei einem normalen Weitertransport mit Wärmestrahlung beauf schlagt worden wäre. Der unter den Wärmestrahlungsquellen 12a, 12b befindliche Abschnitt wird also trotz des Anhaltens der Papierbahn 10 noch ausreichend belichtet, um die Toner bilder zu fixieren.

Bei einem Weitertransport der Papierbahn 10 mit der Geschwin digkeit v_P werden die Klappen 17a, 17b wieder geöffnet. Die Grenzlinie zwischen geschlossenen Klappen 17 und geöffneten Klappen 17 bewegt sich in dieselbe Richtung wie die Geschwin digkeit v_P der Papierbahn 10. Es gilt die Beziehung: v_R = v_P. Dadurch wird erreicht, daß der neu unter die Wärmestrahlungs quellen 12a, 12b kommende Abschnitt der Papierbahn 10 mit der richtigen Dosis an Wärmestrahlung beaufschlagt wird. Der vor hergehende Abschnitt der Papierbahn 10 wird nicht überbelich tet.

In Fig. 1 sind die Klappen 17a, 17b um eine annähernd mittig angeordnete Drehachse 18a, 18b drehbar. Jede Klappe 17a, 17b kann ein Antriebselement enthalten, das die jeweilige Klappe 17a, 17b in die offene oder geschlossene Stellung ver schwenkt. Als Antriebselement kann z. B. ein Magnetantrieb vorgesehen sein. Die Klappen 17a, 17b können federnd vorge spannt sein, wobei die Federkraft die Klappe in die geschlos sene Stellung dreht. Bei Ausfall der Antriebsenergie wird somit eine sichere Abdeckung der Wärmestrahlung gewährlei stet.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche Teile wiederum gleich bezeichnet sind. Im Un terschied zur Fig. 1 ist jede Klappe 17, 17a, 17b auf der der Wärmestrahlungsquelle 12a, 12b zugewandten Seite um eine nahe ihrem Rand angeordnete Drehachse 18, 18a, 18b drehbar. Bei dieser Anordnung kann eine bessere Anpassung der Ge schwindigkeit v_R der Grenzlinie zwischen offenen Klappen und geschlossenen Klappen an die Geschwindigkeit v_P der Papier bahn 10 erreicht werden. Zu erkennen ist in Fig. 2, daß sich einander angrenzende Klappen 17a, 17b überlappen, so daß im geschlossenen Zustand der Klappen 17a, 17b eine strahlungs dichte Abdeckung ergibt.

Fig. 3 zeigt die Steuerung der Klappen 17 mithilfe von Schwingen 20 und einer Kulisse 24. Die Drehachsen 18 der Klappen 17 sind mit den Schwingen 20 verbunden. Eine Schub stange 22 wird entlang des Doppelpfeils P1 bewegt. Die Schub stange 22 betätigt die Kulisse 24, die eine rampenförmige Kulissenkontur 26 hat. Auf dieser Kulissenkontur 26 laufen Gleit- oder Rollelemente 28. Bei der Bewegung der Schubstange 22 nach rechts in Fig. 3 werden die Rollelemente 28 nach oben bewegt, wodurch die Klappen 17 in die offene Stellung verschwenkt werden. Bei einer Bewegung der Schubstange 22 nach links werden nach und nach die Klappen 17 in die ge schlossene Stellung geschwenkt. Jede Schwinge 20 ist mit ei ner Rückholfeder 30 verbunden, die die Schwinge in Richtung eines Anschlags 32 drückt. Dieser Anschlag 32 definiert die geschlossene Stellung der Klappe 17. Für den Fall einer Stö rung, beispielsweise bei Stromausfall, wird die Schubstange 22 nach links in Fig. 3 bewegt, wodurch sämtliche Klappen 17 in die geschlossene Stellung verschwenken.

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei der ein endloser Kettenantrieb 36 um angetriebene Umlenkrollen 38, 39 umgelenkt wird. Auf dem Kettenantrieb 36 ist die Kulisse 24 mit der rampenförmigen Kulissenkontur 26 befestigt. Form stücke 40 sind voneinander isoliert ebenfalls auf dem Ketten antrieb 36 aufgebracht. Diese Formstücke 40 werden bei Bewe gung der Kulisse 24 um die Rolle 40 umgelenkt. Bei einer Be wegung der Kulisse 24 nach rechts halten die Formstücke 40 die Rollenelemente 28 in dem gewünschten Abstand, bei dem die Klappen 17 geöffnet sind.

Bezugszeichenliste

10

Papierbahn

11

a,

11

bHeizvorrichtungen

12

a,

12

bWärmestrahlungsquellen

14

a,

14

bIsolierung

15

a,

15

bäußere Isolierung

16

a,

16

bKlappenvorrichtung

18

,

18

a,

18

bDrehachsen

17

,

17

a,

17

bKlappen

19

a,

19

bSchutzgitter

20

Schwinge

22

Schubstange

24

Kulisse

26

Kulissenkontur

28

Rollelement

30

Rückholfeder

32

Anschlag

36

Kettenantrieb

38

,

39

Umlenkrollen

40

Formstücke
v_P

Geschwindigkeit der Papierbahn
v_R

Geschwindigkeit der Grenzlinie

Claims

1. Fixierstation zum Fixieren von Tonerbildern auf einem Trägermaterial,
mit einer Heizvorrichtung mit mindestens einer Wär mestrahlungsquelle (12), die Strahlung in Richtung des Trägermaterials (10) aussendet,
und mit einer im wesentlichen parallel zur Bewegungsrich tung des Trägermaterials (10) angeordneten Abdeckvorrich tung, die den Strahlengang zwischen Wärmestrahlungsquelle (12) und Trägermaterial (10) unterbrechen kann,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckvorrichtung eine Klappenvorrichtung (16) mit mehreren Klappen (17) enthält, die einzeln betätigbar in eine offene Stellung und in eine geschlossene Stellung schwenkbar sind, in der sie längs des Aufzeichnungsträgers angeordnet sind.

2. Fixierstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (17) mindestens die Breite des Trägerma terials (10) haben.

3. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenvorrichtung (16) eine Länge hat, die ausreicht, um die gesamte Strahlung der Wärmestrahlungsquelle (12) in Richtung des Trägerma terials (10) abzudecken.

4. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Stillstand des Trägerma terials (10) die Klappen (17) geschlossen werden, nähe rungsweise gemäß der Beziehung:
v_R = -v_P,
worin v_P die Transportgeschwindigkeit des Trägermaterials (10) und v_R die Geschwindigkeit der Grenzlinie zwischen geschlossen und geöffneten Klappen (17) ist.

5. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Weitertransport des Trä germaterials (10) mit der Geschwindigkeit v_P die Klappen (17) geöffnet werden, näherungsweise gemäß der Beziehung:
v_R = v_P,
worin v_R die Geschwindigkeit der Grenzlinie zwischen ge schlossenen und geöffneten Klappen (17) ist.

6. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (17) um eine an nähernd mittig angeordnete Drehachse (18) drehbar sind.

7. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Klappe (17a, 17b) auf der der Wärmestrahlungsquelle (12a, 12b) zugewandten Seite um eine nahe ihrem Rand angeordnete Drehachse (18a, 18b) drehbar ist.

8. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Klappe (17a, 17b) fe dernd vorgespannt ist, wobei die Federkraft die Klappe (17a, 17b) in die geschlossene Stellung dreht.

9. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Klappe ein Antriebsele ment hat, das die Klappe in die offene oder geschlossene Stellung verschwenkt.

10. Fixierstation nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebselement ein Magnetantrieb vorgesehen ist.

11. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Drehachse (18) einer jeden Klappe (17) eine Schwinge (20) angeordnet ist,
daß eine Steuerstange (22) in Richtungen annähernd paral lel zur Ebene der Drehachsen (18) der Klappen (17) beweg bar ist und mit Schwingen (20) in Eingriff gebracht wer den kann,
und daß bei einer Bewegung der Steuerstange (22) die Klappen (17) in die offene und die geschlossene Stellung gebracht werden.

12. Fixierstation nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerstange eine Schubstange oder eine Kulissen stange (22) mit einer Kulissenkontur (26) vorgesehen ist.

13. Fixierstation nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerstange (22) mit einem Linearan trieb, vorzugsweise mit einem umlaufenden Kettenantrieb (36), einem umlaufenden Seilantrieb oder einem umlaufen den Zahnriemenantrieb, verbunden ist.

14. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schwinge (20) eine Rückholfeder (30) hat, die die Klappe (17) in die geschlossene Stellung drückt.

15. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Störungsfall, ins besondere bei Stromausfall, die Steuerstange (22) außer Eingriff mit den Schwingen (20) gebracht wird.

16. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestrahlungsquelle (12) eine Strahlungstemperatur im Bereich von 500°C bis 800°C hat und die maximale Intensität der Strahlung bei einer Wellenlänge größer als 2 µm liegt.

17. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des Trägermateri als (10) je eine Heizvorrichtung (32a, 32b) mit je minde stens einer Wärmestrahlungsquelle (12a, 12b) angeordnet ist, wobei jeweils eine Klappenvorrichtung (16a, 16b) im Strahlengang zwischen Wärmestrahlungsquelle (12a, 12b) und Trägermaterial (10) angeordnet ist.

18. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie für eine Druckeinrichtung oder Kopiereinrichtung verwendet wird, die im Duplex druckbetrieb arbeitet.

19. Fixierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmestrahlungsquelle (12) ein Keramik-Flächenstrahler, ein Quarz-Strahler oder insbesondere ein Folienstrahler verwendet wird.