DE2064559B2 - Vorrichtung zum Reinigen der Oberfläche einer zum Schmelzfixieren von Tonerbildern benutzten Schmelzfixierwalze - Google Patents
Vorrichtung zum Reinigen der Oberfläche einer zum Schmelzfixieren von Tonerbildern benutzten SchmelzfixierwalzeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Reinigen der Oberfläche einer zum Schmelzfixieren von
Tonerbildern benutzten Schmelzfixierwalze von wärmeempfindiiehen
Tonerteilchen mit einer die Tonerteilchen entfernenden Einrichtung, die mit der Mantelfläehe
der Schmelzfixierwalze einstellbar in Berührung zu bringen ist.
Eine solche Vorrichtung ist aus der US-PS 32 56 002 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein Wischer gegen
die Oberfläche der Fixierwalze gedrückt, wobei dieser Wischer gegenüber der Oberfläche einstellbar ist und
mit einer Trennflüssigkeit für die Tonerteilchen versehen ist.
Aus der DE-PS 10 77 960 ist eine Vorrichtung zum fortlaufenden Entfernen des Staubes von Papierbahnen
bekannt, bei der eine Walze oder ein endloses Band, die
mit Gummi oder einem gummiähnlichen Material beschichtet sind, an die umlaufende Papierbahn
angedrückt werden, wobei sie durch Adhäsionswirkung Staub von der Oberfläche der Papierbahn abheben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichfng der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß auch
ίο ohne auf die Oberfläche der Schmelzfixierwalze
aufzutragende Trennflüssigkeit diese in der Fixierzone einer Schmelzfixiereinrichtung frei von Tonerteilchen
gehalten werden kana
Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
die Einrichtung einen auf der Mantelfläche der Schmelzfixierwalze abrollenden Metallzylinder mit
hoher Wärmeleitfähigkeit zum schnellen Übertragen von Wärmeenergie von den Tonerteilchen an diesen
aufweist, der mit einem solchen Material versehen ist
daß die Adhäsionsneigung zwischen ihm und dem Toner größer ist als die zwischen der Schmelzfixierwalze und
dem Toner.
Die neue Vorrichtung sieht als mit der Oberfläche der
Schmelzfixierwalze in Berührung tretende Einrichtung einen Metallzylinder vor, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit
hat, um die Wärmeenergie von auf der Oberfläche der Schmelzfixierwalze befindlichen Tonerteilchen
schnell an den Metallzylinder zu übertragen. Durch diese schnelle Wärmeübertragung wird sichergestellt,
daß die Temperatur der auf der Oberfläche der Schmelzfixierwalze befindlichen Tonerteilchen unter
die obere Grenztemperatur für die Verlagerung der Tonerteilchen fällt Dadurch wird sichergestellt, daß die
Tonerteilchen nur als Ganzes übertragen werden können, dagegen keine Schwerwirkung innerhalb der
Tonerteilchen infolge einer zu geringen Viskosität des Tonermaterials bei einer zu hohen Temperatur auftreten
kann. Der Metallzylinder bestent aus einem oder aber weist in Form einer Beschichtung außerdem ein
solches Material auf, das eine größere Adhäsion gegenüber dem Toner hat als das Oberflächenmaterial
der Schmelzfixierwalze auf den Toner. Bei einer Berührung der Oberfläche des Metallzylinders mit auf
der Oberfläche der Schmelzfixierwalze vorhandenen Tonerteilchen werden daher diese auf die Oberfläche
des Metallzylinders übertragen. Infolge der guten Wärmeleitfähigkeit des Metallzylinders findet eine so
starke Abkühlung der Tonerteilchen auf der Oberfläche
so des Metallzylinders statt, daß diese bereits ausreichend
verfestigt sind, bevor sie erneut mit der Oberfläche der Sc!;melzfixierwalze in Berührung gelangen. Auf diese
Weise ist eine sichere Ablösung aller auf der Oberfläche der Schmelzfixierwalze abgelagerten Tonerteilchen
« durch den Metallzylinder der ersten Einrichtung sichergestellt. Außerdem ist in bekannter Weise das
Überzugsmaterial der Schmelzfixierwalze selbstverständlich so gewählt, daß es eine geringere Adhäsionsneigung gegenüber dem Toner hat als das den zu
hi» fixierenden Toner tragende Bildempfangsmaterial, Von
diesem auf dem Bildempfangsmaterial vorhandenen Toner wird daher nur eine äußerst geringe Menge auf
die Oberfläche der Schmelzfixierwalze übertragen, wenn diese mit dem Tonerbild in Berührung gelangt.
i'"> Weitere, die besondere Ausbildung der Vorrichtung
betreffende Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im
folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitendarstellung
eines Teils eines automatischen Reproduktionsgerätes, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet
ist,
Fig.2 eine perspektivische Darstellung eines Teils der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung und
Fig.3 eine perspektivische Darstellung eines Teils der Reinigungseinrichtung.
In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung
innerhalb eines elektrofotografischen Reproduktionsgerätes dargestellt, das eine elektrofotografische Aufzeichnungsfläche
10, in Form einer Trommel hat, die nacheinander an einer Ladestation A, einer Belichtungsstation B, an einer Entwicklungsstation C, an einer
Bildübertragungsstation D und an einer Trommelreinigungs- und Entladungsstation E in bekannter Weise
voii>eibewegt wird.
Das Reproduktionsgerät weist eine Fixiervorrichtung 14 mit einer Schmelzfixierwalze 16 und einer Andrückwalze
18 auf. Die Schmelzfixierwalze ist unterhalb d*r
Andruckwalze angeordnet, so daß sie die Fläche eines mil; einem Tonerbild versehenen Kopieblattes berührt,
wenn dieses von der Trommel abgelöst und der Fixiervorrichtung zugeführt wird. Dabei haftet das
Tonerbild an der unteren Fläche des Kopieblattes an. Eine Fixiervorrichtung dieser Art ist allgemein bekannt
Wie aus F i g. 2 hervorgeht, hat die Schmelzfixierwalze 16 einen Metallzylinder 22, der durch eine Hülle 24
beispielsweise aus Siliconkautschuk umgeben ist. Die Hülle hat eine ausreichende Stärke und Geschmeidigkeit,
um eine Verformung im Bereich 26 zu ermöglichen, wenn die obere Rolle eine Druckeinwirkung auf sie
ausübt Die Hülle ist wiederum mit einem dünnen Überzug 28 einer bei Raumtemperatur vulkanisierenden
Verbindung versehen. Ein Überzug dieser Art dient als Ablösungsmittel für die aus Kunstharz bestehenden
Tonerteilchen, die in Kontakt mit dem Überzug gebracht werden, während die Hülle als eine Wärmesperre
gegenüber dem der Schmelzfixierwalze dient.
Die oben angeordnete Andruckwalze 18 hat einen Metallzylinder 30, der auf seiner Achse 32 mit
Endverschlußkappen 34 befestigt ist. Ein Überzug 36 aus einem isolierenden, adhäsiven Material, wie z. B.
Polytetrafluoräthylen, umgibt den Zylinder 30 und ist
ausreichend hart, um die Schmelzfixierwalze bei Druckeinwirkung zu verformen. Der Bereich dieser
Verformung am Spalt 26 zwischen den beiden Walzen ist der Fixierbereich. Die obere Walze kann derart mit
Lagerungen versehen sein, daß sie bei Betriebspausen von der unteren Walze wepgeschwenkt werden kann.
Die unten angeordnete Schmelzfixierwalze 16 hat wie die Andruckwalze 18 isolierende Abschlußkappen 40,
die eine Lagerung mit der Achse 44 im Geräterahmen ermöglichen. Die Walzen werden mit einem normalen
Antriebsmotor angetrieben. Sie haben eine Länge, die der Breite des zu fixierenden Kopieblattes entspricht.
Die Schmelzfixierwalze ist mit einer Wärmequelle gekoppelt, beispielsweise mit einer Quarzlampe 46, die
am Rahmen der Fixiervorrichtung befestigt ist und über die gesamte Länge der Schmelzfixierwalze verläuft, ihre
Achse liegt der Walzenachse parallel. Die Lampe ist durch einen Reflektor 48 umgeben, der gleichfalls über
die Länge der unteren Rolle verläuft und mit einem thermisch isolierenden Material 50 hinterlegt ist. Die
Lampe 46 und die beiden in der Fixiervorrichtung vorgesehenen Walzen sind mit ihren Achsen horizontal
angeordnet.
Die Fixierung erfolgt nach dem Prinzip des Einschmelzens thermisch kleiner Massen. Wird der
Schmelzfixierwalze durch die Lampe und den Reflektor Wärme zugeführt, so wirkt ihre Hülle als eine Sperre für
die von außen zugeführte Wärme. Dadurch werden Wärmeverluste infolge Ableitungen über die Waizenlagerung
vermieden. Somit ist eine Ausnutzung praktisch der gesamten durch die Lampe erzeugten Wärme für
die Fixiereinschmelzung möglich, abgesehen von
ίο geringen Strahlungs- und Leitungsverlusten. Die Anheizzeit
für Heizelemente dieser Art ist relativ kurz, da die gesamte Masse der Schmelzfixierwalze nicht auf die
Fixiertemperatur gebracht werden muß. Die auf die Außenfläche der Schmelzfixierwalze übertragene Wärme
steht praktisch vollständig für eine elektrofotografische
Hochgeschwindigkeitsfixierung zur Verfügung.
Während des Fixiervorgangs wird dab Kopieblatt, welches ein Tonerbild durch elektrostatische Haftung
trägt, in den Spalt zwischen den beiden Walzen eingeführt, wobei das Tonerbild die £. iimelzfixierwalze
berührt. Die einwirkende Wärme ist so ge »ählt, daß sich
unter normalen Bedingungen keine Verlagerung der Tonerteilchen von Kopieblatt auf die Schmelzfixierwalze
ergibt. Die auf die Oberfläche der Schmelzfixierwalze übertragne Wärme reicht nämlich zur Erhöhung der
Oberflächentemperatur der Schmelzfixierwalze über die zu einer solchen Verlagerung der Tonerteilchen
erforderliche Temperatur nicht aus. Bei einer solchen Temperatur würden die Tonerteilchen in den Bildflächenteilen
des Tonerbildes nämlich so stark erweicht, daß sie in ihrem mittleren Teil einer Scherung
unterworfen werden, so daß ein Teil verlagert würde. Diese Scherung tritt auf, wenn die zwischen den
Teilchen wirkenden und die viskose Tonermasse zusammenhaltenden Kräfte geringer sind als die die
Verlagerung auf eine berührende Fläche bewirkenden Oberflächenkräfte. Gelegentlich werden jedoch Tonerteilchen
auf die Schmeizfixierwalze übertragen, wenn zuviel Wärme auf ihre Oberfläche übertragen wird, ihre
Oberfläche mit Ungenauigkeiten versehen ist oder die Tonerteilchen nicht ausreichend am Kopieblatt durch
elektrostatische Kräfte anhaften.
Um die mit der Übertragung der Tonerteilchen auf die Schmeizfixierwalze verbundenen Probleme einer
4> Störung bei den nachfolgend zu fixierenden Tonerbildern auf demselben oder einem nächsten Kopieblatt zu
vermeiden, ist eine Reinigungseinrichtung 54 vorgesehen, die auf die Schmeizfixierwalze an einer Stelle vor
der Wärmequelle einwirkt.
ίο Die Reinigungseinrichtung 54 enthält eine zylindrische
Tragstange 56, die einen kreisförmigen Querschnit* hat, und über zumindest die Länge der Oberfläche der
Schme'zfäxierwalze verläuft und zu ihr einen vorbestimmte/i
Abstand hat. Eine Einstelleinrichtung 58 mit einem in Gewindtbohrungen des Geräturahmens
angeordneten Einstellbolzen, der auch durch eine entsprechende Bohrung in der Tragstange geführt ist,
kann an jedem Ende der Tragstange vorgesehen sein, um ihre Einstellung zur Schmeizfixierwalze zu ermögli-
Hi chen und ihr Auswechseln zu erleichtern. Auf der
Tragstange sind mehrere scheibenartige Hülsen 60 angeordnet, die einen zylindrischen Querschnitt und
einen Innendurchmesser haben, der etwas größer als der Außendiirchmesse.r dir Tragstango ist. Der Außen-,
durchmesser ist derart, daß alle diese Hülsen in Rollberührung mit der Schmeizfixierwalze stehen. Die
Tragstange ist mit den Hülsen parallel zur Längsachse der Schmeizfixierwalze angeordnet. Entfernbare Ab-
schlußkappen 62 können an einem oder beiden Enden der Tragstange vorgesehen sein, um ein Entfernen oder
ein Auswechseln der einzelnen Hülsen zu ermöglichen. Die Innenflächen und die Außenflächen der Hülsen sind
konzentrisch zueinander, so daß ihre Rolleigenschaften ί dadurch verbessert werden. Die Tragstange kann an
verstellbaren Rahmenteilen befestigt sein, so daß sie in Betriebspausen von der Schmelzfixierwalze fortbewegt
werden kann.
Die Reinigungshiilsen bestehen vorzugsweise aus einem abnutzungsfesten Material, das ein guter
Wärmeleiter ist und als Wärmesenke wirkt. Messing, Edelstahl, Aluminium oder kaltgewalzter Stahl können
zu diesem Zweck verwendet werden. Die Tragstange besteht vorzugsweise aus einem harten, abnutzungsfesten
Material, wie z. B. kaltgewalztem Stahl, der gleichfalls ein guter Wärmeleiter ist und als Wärmesenke
wirkt.
Beim Beirieb der Anordnung während des Fixierens von Tonerbildern auf Kopieblättern befindet sich die 2n
Schmelzfixierwalze mit den Reinigungshülsen in Berührung, so daß diese gleichartig gedreht werden. Befinden
sich an der Berührungsstelle mit den ReinigungshUlsen keine Tonerteilchen auf der Schmelzfixierwalze, so
drehen sich die Reinigungshülsen lediglich in Rollberührung. Sind jedoch aus irgendeinem Grund Tonerteilchen
auf der Schmelzfixierwalze vorhanden, so berühren sie die Reinigungshülsen und gehen auf sie über. Die
übertragenen Tonerteilchen kühlen dann ab und verfestigen sich auf den Reinigungshülsen, bevor sie J"
erneut mit der Schmelzfixierwalze in Berührung kommen.
Da ein geringer Unterschied des Durchmessers der Tragstange zum Innendurchmesser der Reinigungshülsen
vorhanden ist, hat eine leichte Toneransammlung ü auf jeder der Reinigungshülsen keine Auswirkung auf
die Betriebsweise der gesamten Vorrichtung, da die Reinigungshülsen mit einer Toneransammlung lediglich
um eine Achse gedreht werden, die etwas gegenüber ihrer vorherigen Achse versetzt ist. Wie aus F i g. 1 -»ο
hervorgeht, ist die Achse der Tragstange 56 gegenüber der durch die Achse der Schmelzfixierwalze verlaufenden
vertikalen Ebene versetzt, so daß Toneransammlungen auf einer Reinigungshülse die Drehachse der
Reinigungshülse leicht verlagern können und doch noch *■>
eine gute Rollberührung mit der Schmelzfixierwalze erhalten bleibt.
Während des Fixier- und des Reinigungsvorgangs muß die Temperatur des Toners zwischen der oberen
und unteren Grenze des Temperaturbereichs gehalten w werden, innerhalb den eine Verlagerung der Tonerteilchen
jeweils als Ganzes stattfinden würde. Steigt die Temperatur des Toners über die obere Grenze in der
Fixierzone oder der Reinigungszone an, so würde das viskose Tonermaterial eine Scherungswirkung erfahren,
wobei ein Teil des Toners auf die Schmelzfixierwalze in
der Fixierzone übergehen oder in der Reinigungszone auf der Schmelzfixierwalze verbleiben würde. Der
gleiche Zustand wäre die Folge, wenn die Temperatur des Toners unter die untere Grenze fallen würde Hält w
man die Tonertemperatur zwischen diesen beiden Grenzen, so kann die Scherungseinwirkung auf den
Toner vermieden werden.
Der Grund dafür, daß der viskose Toner nicht im Fixierbereich auf die Schmelzfixierwalze übergeht, n"·
sondern im Reinigungsbereich auf die Reinigungshüls übergeht, wenn die Temperatur zwischen der obere
und der unteren Grenztemperatur gehalten wird, is noch nicht geklärt. Man nimmt an, daß dies
Erscheinung eine Folge der Oberflächenenergie de verwendeten Materials ist. Die Oberflächenenergie is
eine pro Flächeneinheit auftretende Kraft, die ein Funktion der Eigenschaften zugeordneter und beruh
render Stoffe ist und die eine Anziehung oder Ablösun, eines Materials von oder auf eine andere Fläch
bewirkt. In dem Fixierbereich hat die Oberflächenenei gie des Kopierblattes eine größere Anziehungswirkun
auf den Toner als die eine Ablösung bewirkend Oberfläche der Schmelzfixierwalze. Daher wird visko
ser Toner auf dem Kopieblatt gehalten. Im Reinigungs bereich ist die Oberflächenenergie zwischen de
Reinigungshülse und dem Toner größer als di Oberflächenenergie zwischen der Schmelzfixierwalz
und dem Toner. Daher wird der viskose Toner auf di berührenden Reinigungshülsen übertragen.
Es sei bemerkt, daß die Reinigungshülsen einen Tei der von der Lampe 46 erzeugten Wärme aufnehmer
Dadurch werden diese zu einem Teil ausreiche™ erhitzt, um den Toner auf eine geeignete Temperatur zi
bringen, wenn die Vorrichtung nach Stillsetzung erneu eingeschaltet wird und sich Toner vor der Reinigungs
hülse noch auf der Schmelzfixierwalze befindet Di Anordnung der Reinigungshülse mit Abstand zun
Fixierbereich ermöglicht eine Reinigung mit eine Temperatur leicht unter der Fixiertemperatur. Die
begünstigt die Reinigungswirkung, dd die Fixiertempe
ratur in einigen Fällen auch über die obere Grenztempe ratur ansteigen kann.
Es hat sich gezeigt, daß die Oberflächen de Reinigungshülsen mit verschiedenen Materialien über
zogen werden können, die die Oberflächenenergie nich verringern und somit den vorstehend beschriebener
Zusammenhang der auftretenden Kräfte nicht stören Eine solche Hülse 64 ist in F i g. 3 dargestellt Trägt si
beispielsweise einen Oberzug 68 aus einer dünnen dauerhaft eingeschmolzenen, auflackierten oder ander
weitig aufgebrachten Tonerschicht auf dem als Hülse 6( ausgebildeten Kern 66, so erfolgt eine verbessert
Übertragung fremder Tonerteilchen auf diese Hülsen Die beschichtete Reinigungshülse zieht Papierteilchei
an, indem die Oberflächenkräfte der warmen Toner schicht auf die trockenen Teilchen einwirken.
Da elektrofotografische Kopien in ihrem mittlerer Teil im allgemeinen mehr Bildflächen und höhen
Tonerkonzentration aufweisen, hat sich gezeigt, daß dei
mittlere Teil der Reinigungseinrichtung oder au mittleren Reinigungshülsen eine größere Tonersamm
lung aufnehmen. In diesem Fall kann die Reinigungsein richtung durch Entfernen der Abschlußkappen 6:
auseinandergenommen werden, wobei jede mit einer zi
starken Tonersammlung versehene Reinigungshüls« gegen eine saubere Reinigungshülse ausgewechsel
werden kann. Die an den Enden der Tragstange vorgesehenen Reinigungshülsen können in den mittle
ren Bereich gesetzt werden, während die vorher in dei
Mitte angeordneten Hülsen an die Enden gesetz werden. Auf diese Weise ist eine längere Betriebszei
der Reinigungseinrichtung ohne Auswechseln dei verschmutzten Hülsen möglich.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Reinigen der Oberfläche einer zum Schmelzfixieren von Tonerbildern benutzten
Schmelzfixierwalze von wärmeempfindlichen Tonerteilchen mit einer die Tonerteilchen entfernenden
Einrichtung, die mit der Mantelfläche der Schmelzfixierwalze einstellbar in Berührung zu
bringen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (54) einen auf der Mantelfläche der
Schmelzfixierwalze (16) abrollenden Metallzylinder (60) mit hoher Wärmeleitfähigkeit zum schnellen
Übertragen von Wärmeenergie von den Tonerteilchen an diesen aufweist, der mit einem solchen
Material versehen ist, daß die Adhäsionsneigung zwischen ihm und dem Toner größer ist als die
zwischen der Schmelzfixierwalze (16) und dem Toner.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallzylinder (60) aus kaltgewalztem
Stahl gebildet ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallzylinder (60) eine dünne
Schicht aus einem Tonerstoff trägt, der dauerhaft auf ihm aufgeschmolzen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Metallzylinder (60) aus mehreren in axialer Richtung hintereinander
angeordneten Hülsen gebildet ist, die konzentrische Innen- und Außenmantelflächen haben und auf einer
Tragstange (13) drehbar gehalten sind, deren Längsachse parallel zur Längsachse der Schmelzfixierwalze
(16) angeordnet ist
5. Vorrichtung nach Anspmch * dadurch gekennzeichnet,
daß der Außendurchmesser der Tragstange (56) etwas geringer als der Innendurchmesser der
Hülsen (60) ist
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß die Längsachse der Tragstange
(56) in einer gegenüber einer durch die Längsachse (44) der Schmelzfixierwalze (16) verlaufenden
vertikalen Ebene versetzten vertikalen Ebene angeordnet ist
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragstange (56)
fest angeordnet und aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur lösbaren Lagerung
der Hülsen (60) auf der Tragstange (56) an deren Enden lösbare Halterungen (62) vorgesehen sind.
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