DE2064559C3

DE2064559C3 - Vorrichtung zum Reinigen der Oberfläche einer zum Schmelzfixieren von Tonerbildern benutzten Schmelzfixierwalze

Info

Publication number: DE2064559C3
Application number: DE2064559A
Authority: DE
Inventors: Raghulinga Reddy Webster N.Y. Thettu
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1969-12-30
Filing date: 1970-12-30
Publication date: 1982-10-21
Also published as: US3649992A; DE2064559B2; JPS5328777B1; DE2064559A1; CA980517A; GB1340684A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Reinigen der Oberfläche einer zum Schmelzfixieren von Tonerbildern benutzter Schmelzfixierwalze von wärmeempfindlichen Tonerteilchen mit einer die Tonerteilchen entfernenden Einrichtung, die mit der Mantelfläche 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 Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß auch ohne auf die Oberfläche der Schmelzfixierwalze aufzutragende Trennflüssigkeit diese in der Fixierzone einer Schmelzfixiereinrichtung frei von Tonerteilchen gehalten werden kann.

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 besteht 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 des Metallzylinders statt, daß diese bereits ausreichend verfestigt sind, bevor sie erneut mit der Oberfläche der Schmelzfixierwalze 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 Tonet hat als das den zu 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.

Weitere, die besondere Ausbildung der Vorrichtung betreffende Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im

folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 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. 3 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 Q an einer Bildübertragungsstation D und an einer Trommelreinigungs- und Entladungsstation E in bekannter Weise vorbeibewegt wird.

Das Reproduktionsgerät weist eine Fixiervorrichtung 14 mit einer Schmelzfixierwalze 16 und einer Andruckwalze 18 auf. Die Schmelzfixierwalze ist unterhalb der Andruckwalze angeordnet, so daß sie die Fläche eines mit 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. Polytetrafluorethylen, 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 weggeschwenkt 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 Kopiebiattes 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 anceordnet.

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 Walzenlagerung vermieden. Somit ist eine Ausnutzung praktisch der gesamten durch die Lampe erzeugten Wärme für die Fixiereinschmelzung möglich, abgesehen von 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 das Kopieblatt, welches ein Tonerbild durch elektrostatische Haftung trägt, in den Spalt zwischen den beiden Walzen eingeführt, wobei das Tonerbild die SchmeJzfixierwalze berührt. Die einwirkende Wärme ist so gewählt, daß sich unter normalen Bedingungen keine Verlagerung der Tonerteilchen von Kopieblatt auf die Schmelzfixierwaize ergibt. Die au! die Oberfläche der Schmelzfixierwalze

2-, übertragene 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 Bildflä-

s<\ chenteilen 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

r> zusammenhaltenden Kräfte geringer sind als die die Verlagerung auf eine berührende Fläche bewirkenden Oberflächenkräfte. Gelegentlich werden jedoch Tonerteilchen auf die Schmelzfixierwalze 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

■Γ) Störung bei den nachfolgend zu fixierenden Tonerbildern auf demselben oder einem nächsten Kopieblatt zu vermeiden, ist eine Reinigungseinrichtung 54 vorgesehen, die auf die Schmelzfixierwalze an einer Stelle vor der Wärmequelle einwirkt.

vi Die Reinigungseinrichtung 54 enthält eine zylindrische Tragstange 56, die einen kreisförmigen Querschnitt hat, und über zumindest die Länge der Oberfläche der Schmelzfixierwalze verläuft und zu ihr einen vorbestimmten Abstand hat. Eine Einstelleinrichtung 58 mit

γ, einem in Gewindebohrungen des Geräterahmens 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 Schmelzfixierwalze zu ermöglichen 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 Außendurchmesser der Tragstange ist. Der Außendurchmesser ist derart, daß alle diese Hülsen in Rollberührung mit der Schmelzfixierwalze stehen. Die Tragstange ist mit den Hülsen parallel zur Längsachse der Schmelzfixierwalze 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 dadurch verbessert werden. Die Tragstange kann an verstellbaren Rahmenteilen befestigt sein, so daß sie in Betriebspausen von der Schmelzfixierwalze fortbewegt werden kann.

Die Reinigungshülsen 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 Betrieb der Anordnung während des Fixierens von Tonerbildern auf Kopieblättern befindet sich die Schmelzfixierwalze mit den Reinigungshülsen in Berührung, so daß diese gleichartig gedreht werden. Befinden sich an der Berührungsstelle mit den Reinigungshülsen 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 erneut mit der Schmelzfixierwalze in Berührung kommen.

Da ein geringer Unterschied des Durchmessers der Tragstange zum Innendurchmesser der Reinigungshülseii vorhanden ist, hat eine leichte Toneransammlung 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 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 werden, innerhalb dem 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 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, sondern im Reinigungsbereich auf die Reinigungshülse übergeht, wenn die Temperatur zwischen der oberen und der unteren Grenztemperatur gehalten wird, ist noch nicht geklärt. Man nimmt an, daß diese: Erscheinung eine Folge der Oberflächenenergie de<; verwendeten Materials ist. Die Oberflächenenergie ist; eine pro Flächeneinheit auftretende Kraft, die eine Funktion der Eigenschaften zugeordneter und berührender Stoffe ist und die eine Anziehung oder Ablösung

to eines Materials von oder auf eine andere Fläche bewirkt. In dem Fixierbereich hat die Oberflächenenergie des Kopierblattes eine größere Anziehungswirkung auf den Toner als die eine Ablösung bewirkende Oberfläche der Schmelzfixierwalze. Daher wird viskoser Toner auf dem Kopieblatt gehalten. Im Reinigungsbereich ist die Oberflächenenergie zwischen der Reinigungshülse und dem Toner größer als die Oberflächenenergie zwischen der Schmelzfixierwalze und dem Toner. Daher wird der viskose Toner auf die berührenden Reinigungshülsen übertragen.

Es sei bemerkt, daß die Reinigungshülsen einen Teil der von der Lampe 46 erzeugten Wärme aufnehmen. Dadurch werden diese zu einem Teil ausreichend erhitzt, um den Toner auf eine geeignete Temperatur zu bringen, wenn die Vorrichtung nach Stillsetzung erneut eingeschaltet wird und sich Toner vor der Reinigungshülse noch auf der Schmelzfixierwalze befindet. Die Anordnung der Reinigungshülse mit Abstand zum Fixierbereich ermöglicht eine Reinigung mit einer

-vi Temperatur leicht unter der Fixiertemperatur. Dies begünstigt die Reinigungswirkung, da die Fixiertemperatur in einigen Fällen auch über die obere Grenztemperatur ansteigen kann.
Es hat sich gezeigt, daß die Oberflächen der Reinigungshülsen mit verschiedenen Materialien überzogen werden können, die die Oberflächenenergie nicht verringern und somit den vorstehend beschriebenen Zusammenhang der auftretenden Kräfte nicht stören. Eine solche Hülse 64 ist in F i g. 3 dargestellt. Trägt sie

·>" beispielsweise einen Überzug 68 aus einer dünnen, dauerhaft eingeschmolzenen, auflackierten oder anderweitig aufgebrachten Tonerschicht auf dem als Hülse 60 ausgebildeten Kern 66, so erfolgt eine verbesserte Übertragung fremder Tonerteilchen auf diese Hülsen.

Die beschichtete Reinigungshülse zieht Papierteilchen an, indem die Oberflächenkräfte der warmen Tonerschicht auf die trockenen Teilchen einwirken.

Da elektrofotografische Kopien in ihrem mittleren Teil im allgemeinen mehr Bildflächen und höhere

so Tonerkonzentration aufweisen, hat sich gezeigt, daß der riiiiilere Teil der Reinigungseinrichtung oder die mittleren Reinigungshülsen eine größere Tonersammlung aufnehmen. In diesem Fall kann die Reinigungseinrichtung durch Entfernen der Abschlußkappen 62 auseinandergenommen werden, wobei jede mit einer zu starken Tonersammlung versehene Reinigungshülse gegen eine saubere Reinigungshülse ausgewechselt werden kann. Die an den Enden der Tragstange vorgesehenen Reinigungshülsen können in den mittle-

w> ren Bereich gesetzt werden, während die vorher in der Mitte angeordneten Hülsen an die Enden gesetzt werden. Auf diese Weise ist eine längere Betriebszeit der Reinigungseinrichtung ohne Auswechseln der verschmutzten Hülsen möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

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 (56) drehbar gehalten sind, deren Längsachse parallel zur Längsachse der Schmelzfixierwalze (16) angeordnet Ut.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, 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 so Enden lösbare Halterungen (62) vorgesehen sind.