DE2163136C3

DE2163136C3 - Method and device for fixing thermoplastic material on a carrier

Info

Publication number: DE2163136C3
Application number: DE19712163136
Authority: DE
Inventors: Wolfram 6241 Mammolshain Saupe
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Filing date: 1971-12-20
Publication date: 1977-06-23

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fixieren von wärmefixierbarem Material auf einem Träger durch Erwärmen von der Rückseite des Trägers her.The present invention relates to a method for fixing heat-set material on a Carrier by heating from the back of the carrier.

Insbesondere bei der Herstellung wischfester Kopien in einer elektrophotographischcn Maschine besteht das allgemeine Problem, wärmefixierbares Material auf einem Träger durch Wärmezufuhr zu fixieren. Auch auf anderen technischen Gebieten (Papierkaschierung u.dgl.) ergibt sich jedoch das Problem, beispielsweise thermoplastisches Material auf einem anderen Träger mitteis Wärme zu befestigen. Im folgenden soll jedoch die Wärmefixierung speziell in Bezug auf elektrophotographische Verfahren behandelt werden.This is particularly the case when producing smear-proof copies in an electrophotographic machine general problem of fixing heat-settable material on a carrier by supplying heat. On too other technical fields (paper lamination and the like.) However, the problem arises, for example to fix thermoplastic material on another carrier by means of heat. In the following, however, heat-setting can be treated specifically with respect to electrophotographic processes.

Toncrbilder werden bei bekannten elektrophotographischen Verfahren dadurch an den Kopienträger fixiert daß das Tonermaterial über den Schmelzpunkt der thermoplastischen Bestandteile erhitzt wird. Die Tonerteilchen werden auf diese Weise auf den Träger aufgeschmolzen und fixiert.In known electrophotographic processes, toner images are thereby attached to the copy carrier fixes that the toner material is heated above the melting point of the thermoplastic components. the In this way, toner particles are melted and fixed on the carrier.

Zur Durchführung dieser Fixierung sind bereits eine Reihe verschiedener Verfahren bekannt geworden. Bei einer Methode wird die Wärme durch Konvektion auf die Tonerteilchen übertragen, indem beispielsweise erhitzte Luft über das zu fixierende Tonerbild bewegt wird (US-PS 32 19 799). Diese Methode der Wärmeübertragung hat den großen Nachteil, daß der Wärmeübergang schlecht ist und daher lange Behandliingszeiten erforderlich sind. Außerdem erfordert die Fixiereinriehtung ein großes Bauvolumen. Dadurch wiederum werden die Wärme Verluste groß und insbesondere die Anheizzeit wird erheblich verlängert. Besonders für rasch arbeitende elektrophotographische Maschinen ist eine lange Anheizzeit indessen außerordentlich unerwünscht.A number of different methods have already become known for carrying out this fixation. at One method is to transfer the heat to the toner particles by convection, for example by heated air is moved over the toner image to be fixed (US-PS 32 19 799). This method of heat transfer has the major disadvantage that the heat transfer is poor and therefore long treatment times required are. In addition, the fixing device requires a large structural volume. Through this in turn, the heat losses are great and, in particular, the heating-up time is considerably extended. However, a long heating-up time is extraordinary, especially for fast-working electrophotographic machines undesirable.

Ein weiteres Verfahren zum Fixieren der Tonerteilchen besteht darin, daß man das Tonerbild bestrahlt (GB-PS 1185 687). Die Bestrahlungsverfdhren haben allgemein den Nachteil, daß wegen der geringen Wärmemengenabgabe der Strahler selbst meist weiter über dem Flammpunkt des Trägermaterials betrieben werden muß. Dadurch is ι bei Störungen im Trägermate-Another method of fixing the toner particles is to irradiate the toner image (GB-PS 1185 687). Have the irradiation procedures generally the disadvantage that because of the small amount of heat emitted, the radiator itself usually continues must be operated above the flash point of the carrier material. This means that in the event of faults in the carrier material

rialtnaisport eine erhebliche Brandgefahr gegeben. Diese Brandgefahr kann durch aufwendige Sich-xheitseinrichtungen nur zum Teil eingedämmt werden. Bei Infrarot-Strahlern kommt eine unerwünschte lange Anheizzeit hinzu. Wenn man diese Strahler zwischen den Fixiervorgängen auf einer Temperatur nahe der Betriebstemperatur halten will, so ist hierfür ein erheblicher Energieaufwand erforderlich.rialtnaisport given a significant fire hazard. This fire risk can only be partially contained by complex safety devices. at Infrared emitters also have an undesirable long heating time. If you put these spotlights between wants to keep the fixing processes at a temperature close to the operating temperature, this is a considerable expenditure of energy required.

Es sind auch schon verschiedene Fixierverfahren bekannt, bei denen die Wärmeübertragung durchThere are also already known various fixing methods in which the heat transfer through Wärmeleitung erfolgt. So wird nach der GB-PS Π 92 444 das Trägermaterial mit dem Tonerbild durch ein Metallbad geführt. Zur Massenerwärmung ist bei diesem Verfahren indessen ein unerwünscht hoher Energieverbrauch gegeben, die Anheizzeit ist lang und die Geräte sind außerordentlich störanfällig.Thermal conduction takes place. Thus, according to GB-PS Π 92 444, the carrier material with the toner image is through led a metal bath. In this process, however, there is an undesirably higher amount of mass heating Energy consumption is given, the heating-up time is long and the devices are extremely prone to failure.

Schließlich sind auch bereits Fixierverfahren bekannt, bei denen das Trägermaterial über beheizte Flächen oder zwischen beheizten Walzen hindurchgeführt wurde (vgl. beispielsweise DT-OS 19 56160 und 19 37 039). Bei diesen Verfahren muß die zur Fixierung erforderliche Energie den Fixierwalzen oder Fixierflächen durch Wärmestrahlung, Wärmeströmung, Wärmeleitung oder eine entsprechende Kombination solcher Methoden zugeführt werden. Deshalb haben diese Verfahren stets die Nachteile langer Anheizzeiten, hohen Energiebedarfs zur Aufrechterhaltung der Betriebsbereitschaft, großen Bauvolumens, erheblicher Wärmespeicherkapazitäten und großer Maschinenanschlußwerte für die elektrische Energie. Finally, fixing methods are also already known in which the carrier material was passed over heated surfaces or between heated rollers (cf. for example DT-OS 19 56160 and 19 37 039). In these processes, the energy required for fixing must be supplied to the fixing rollers or fixing surfaces by means of thermal radiation, heat flow, heat conduction or a corresponding combination of such methods. Therefore, these methods always have the disadvantages of long heating times, high energy requirements to maintain operational readiness, large construction volumes, considerable heat storage capacities and large machine connection values for the electrical energy.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fixierverfahren der oben genannten Art zu schaffen, das die genannten Nachteile des Standes der Technik weitgehend vermeidet und sich insbesondere durch geringen Planzbedarf, geringe Störanfälligkeit und rasche Betriebsbereitschaft der nach dem Verfahren arbeitenden elektrophotographischen Maschine auszeichnet.The object of the invention is to provide a fixing method of To create the type mentioned above, which largely avoids the disadvantages of the prior art mentioned and, in particular, through low planning requirements, low susceptibility to failure and rapid operational readiness of the electrophotographic machine operating according to the process.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der oben genannten Art gelöst, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Wärme durch eine Relativbewegung zwischen dem Träger und einem Reibelement auf der von wärmefixierbarem Material freien Seite des Trägers erzeugt wird.This object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned above, which characterized in that the heat by a relative movement between the carrier and a Friction element is generated on the side of the carrier free of heat-settable material.

Dieses Verfahren biingt den erheblichen Vorteil mit sich, daß die Fixierwärme unmittelbar an der Trägeroberfläche erzeugt wird. Dadurch wird der Wärmeverlust auf ein Minimum reduziert, der Energiebedarf wird minimal, die Brandgefahr beseitigt und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann in einfacher Weise gebaut werden.This process has the considerable advantage that the heat of fixation is applied directly to the carrier surface is produced. Thereby the heat loss is reduced to a minimum, the energy requirement becomes minimal, eliminates the risk of fire and an apparatus for performing the procedure can be made in simpler Way to be built.

Die erfindungsgemäß bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich durch eine Reibwalze als Reibelement aus, die vom Träger teilweise umschlungen wird und über eine Antriebsvorrichtung relativ zum Träger in Rotation versetzt werden kann. Wenn die Reibwalze au. einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise legiertem Stahl, Keramik, Glas oder ähnlichem Material besteht, und als Hohlkörper mit dünner Wandstärke ausgeführt wird, dessen innemraum wärmeisolierend ausgebildet wird, so wird die erzeugte Reibungswärme /um größten Teil durch das Trägermaterial zii dem aufzuschmelzenden Toner befördert.The device preferred according to the invention for performing the method is characterized by a Friction roller as a friction element, which is partially wrapped by the carrier and via a drive device can be set in rotation relative to the carrier. When the distribution roller au. a material with low thermal conductivity, for example alloy steel, ceramic, glass or similar material, and is designed as a hollow body with a thin wall thickness, the interior of which is designed to be heat-insulating is, the frictional heat generated is / to the largest part through the carrier material zii to be melted Toner conveyed.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Wärme ersichtlicherweise nur an der Stelle und nur dan:. (>s erzeugt, wenn sich der Träger in Kontakt mit dem Reibelement befindet. Je nach Beschaffenheit des s. insbesondere was dessen Zugfestigkeit ,inbetrifft, kann die Walze bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Richtungen gedreht werden. Die Drehzahl der Reibwalze ist ein Maß für die erzeugte und auf den Toner übertragene Wärmemenge. Daher kann die erfindungsgemäße Vorrichtung über einen Wärmefühler, der die Drezahl der Reibwalze steuert, ohne Schwierigkeiten automatisch geregelt werden. In the method according to the invention, heat is evidently only at the point and only then :. (> s generated when the carrier is in contact with the friction element. Depending on the nature of the s. in particular what its tensile strength is concerned , the roller in the device according to the invention can be rotated in different directions. The speed of the friction roller is a measure for the amount of heat generated and transferred to the toner.Therefore, the device according to the invention can be automatically regulated without difficulty via a heat sensor which controls the rotational speed of the distribution roller.

Die Verluste durch Wärmekonvektion in die umgebende Atmosphäre können durch ein Isoliergehäuse, das die Reibwalze umgibt und Schlitze für die Durchführung des Trägermaterial aufweist, sehr gering gehalten werden.The losses through heat convection in the surrounding atmosphere can be reduced by an insulating housing, which surrounds the distribution roller and has slots for the implementation of the carrier material, very small being held.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zur Durchführung dieses Verfahrens angegebene Vorrichtung erzielten Vorteile sind insbesondere folgende: Die Wärme wird unmittelbar an der Stelle des Wärmebedarfs erzeugt und es bestehen deshalb praktisch keinerlei Probleme der Wärmeübertragung zum Verbraucher. Es wird auch nur diejenige Wärmemenge erzeugt, die zum Fixieren des thermoplastischen Materials erforderlich ist. Die Wärmeverluste sind außerordentlich gering und die Anheizzeiten sehr kurz. Der Maschinenanschlußwert wird erheblich gesenkt. Das Bauvolumen der Vorrichtung ist sehr gering und die Wärmekapazität gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen klein. The advantages achieved by the method according to the invention and the device specified for carrying out this method are in particular the following: The heat is generated directly at the point where the heat is required and therefore there are practically no problems with heat transfer to the consumer. Only that amount of heat is generated that is required to fix the thermoplastic material. The heat losses are extremely low and the heating-up times are very short. The machine connection value is reduced considerably. The overall volume of the device is very small and the heat capacity is small compared to known methods and devices.

Die Erfindung wird im folgenden noch näher anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing explained. Show it

Fig. 1 eine schematische SchnittdarsteUung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 1 is a schematic sectional view of a Device for carrying out the method according to the invention.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem größeren Umschlingungswinkel.Fig. 2 is a schematic representation of a further Embodiment of the device according to the invention with a larger angle of wrap.

Der Träger 1 wird beispielsweise zwischen Zugv.alzenpaaren 2 und Bremswalzenpaaren 3 durch die Fixierstation 4 hindurchgeführt. Der Träger 1. beispielsweise Papier, wird durch die Einrichtung 5 mit zu fixierendem thermoplastischem Material, beispielsweise Toner, versorgt. Die Station 5 kann eine Kaskaden- oder Magnetbürstenentwickelstation eines elektrophotographischen Prozesses sein. Insbesondere kann es sich bei der Station 5 jedoch auch um eine Übertragungsstation handeln, in der ein Tonerbild vom Photoleiter auf den Träger übertragen wird. Der mit dem Tonerbild versehene Träger Xa gelangt durch einen Schiit?. 6 in das Innere eines Isoliergehäuses 7 und umschlingt eine Reibwalze 8. Der Umschlingungswinkel liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich von etwa 45° bis 180° und beträgt im dargestellten Beispiel 120 . Diese Reibwalze 8 weist einen Mantel 9 aus beispielsweise Keramikmaterial, Glas oder einer Metallegierung mit schlechter Wärmeleitfähigkeit auf. Im Inneren des Mantels kann eine Wärmeisolierung 10 angebracht sein. Durch einen Schlitz 11 tritt der Träger mit dem fixierten thermoplastische·"¹ Material wieder aus der Fixierstation 4 heraus. Im Inneren der Isolierung ist eine radial bewegliche Reibfläche 12 angeordnet. Der Fixiervorgang läuft folgendermaßen ab:The carrier 1 is passed through the fixing station 4 between tension roller pairs 2 and braking roller pairs 3, for example. The carrier 1, for example paper, is supplied by the device 5 with thermoplastic material to be fixed, for example toner. Station 5 can be a cascade or magnetic brush development station of an electrophotographic process. In particular, however, the station 5 can also be a transfer station in which a toner image is transferred from the photoconductor to the carrier. The carrier Xa provided with the toner image passes through a slide. 6 into the interior of an insulating housing 7 and wraps around a friction roller 8. The wrap angle is expediently in a range from approximately 45 ° to 180 ° and is 120 in the example shown. This friction roller 8 has a jacket 9 made of, for example, ceramic material, glass or a metal alloy with poor thermal conductivity. Thermal insulation 10 can be attached inside the jacket. Through a slot 11 of the carrier occurs with the fixed thermoplastic · ^"1 material back out of the fixing station 4 out of the interior insulation a radially movable friction surface 12 is arranged the fixing operation is as follows..:

Zunächst befindet sich der Träger in Ruhestellung in einem gewissen Abstand von der Reibwalze 8. Damit die Fixierung gleich zu Beginn der Bewegung des Trägers I in Richtung der Pfeile 13 erfolgen kann, wird die Walze 8 auf die Betnebsdrehzahl gebracht und die Reibfläche 12 wird gegen die Walze gedrückt. Dadurch er'-M/t sich die Walzenoberfläche rasch auf dieFirst of all, the carrier is in the rest position at a certain distance from the distribution roller 8. Thus the fixation can take place right at the beginning of the movement of the carrier I in the direction of the arrows 13 the roller 8 is brought to the operating speed and the friction surface 12 is pressed against the roller. Through this he'-M / t the roller surface quickly on the

Betriebstemperatur. Nunmehr kann der Träger 1 durch Einschalten der Zugwalzen 2 und der Bremswalzen 3 aus der in F i g. I dargestellten Stellung heraus in intensiven Kontakt mit der rasch rotierenden Reibwalze gebracht werden. Die zwischen der Reibwalze 8 und dem Träger la erzeugte Reibungswärme ist so groß, daß der auf dem Träger la befindliche Toner auf dieses aufgeschmolzen wird.Operating temperatur. The carrier 1 can now be switched on by switching on the pulling rollers 2 and the braking rollers 3 from the in F i g. I position shown out in intensive contact with the rapidly rotating friction roller to be brought. The frictional heat generated between the friction roller 8 and the carrier la is so great that that the toner located on the carrier la is melted onto it.

Eine in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung wurde mit einem Träger 1 aus Papier von 80g/m2 Stärke betrieben. Der Durchmesser der Reibwalze 8 betrug bei zwei verschiedenen Versuchen einmal 3 cm und einmal 20 cm, die entsprechenden Drehgeschwindigkeiten in Richtung des Pfeils 14 10 000 bzw. 2000 Upm. Die Lineargeschwindigkeit des Papiers in Richtung des Pfeils 13 betrug etwa 10 bzw. 25 cm/sek. Dabei betrug der Umschlingungswinkel im ersten Falle 60 bis 90° unc im zweiten Falle 180°. In der Station 5 wurde übliche; Tonermaterial auf die Papierbahn aufgegeben. Das Tonermaterial war auf dem Papier ausgezeichnet fixier und konnte nicht mehr abgewischt werden.One shown in FIG. The device shown in FIG. 1 was made with a carrier 1 made of paper of 80 g / m2 thickness operated. In two different tests, the diameter of the distribution roller 8 was once 3 cm and once 20 cm, the corresponding rotational speeds in the direction of arrow 14 10,000 and 2000 rpm. the The linear speed of the paper in the direction of arrow 13 was about 10 and 25 cm / sec. It was fraudulent the wrap angle in the first case 60 to 90 ° unc in the second case 180 °. In station 5, the usual; Toner material applied to the paper web. The toner material had excellent fixation on the paper and could no longer be wiped off.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung isi schematisch in F i g. 2 dargestellt. Der mit dem zi fixierenden Material versehene Träger ta umschlingi hier die Reibwalze 8 etwa 270°. Dieser größereAnother embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 2 shown. Provided with the fixing material carrier zi ta umschlingi the distributor roller 8 about 270 ° here. This bigger one

ίο Umschlingungswinkel hat den Vorteil, daß der Weg längs dessen die Fixierung erfolgen muß, sehr vie größer ist als bei dem kleineren Umschlingsungswinkel Ein solcher größerer Umschlingungswinkel ist insbeson dere für dickere und thermisch stärker isolierende Träger sowie für schnell laufende Geräte von Vorteil.ίο wrap angle has the advantage that the way along which the fixation must take place is very much greater than with the smaller angle of wrap Such a larger angle of wrap is especially useful for thicker and more thermally insulating ones Carrier as well as for fast running devices advantageous.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

I. Method of Fixation of Heat Fixable Material on a carrier by heating from the back of the carrier, characterized in that that the heat through a relative movement between the carrier and a friction element is produced on the side of the carrier free of heat-settable material.

Z method according to claim 1, characterized in that that the carrier is moved in one direction and the friction element in the other direction.

3. The method according to claim 1, characterized that the friction element in the same direction as the carrier, but much faster than this is moved.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the friction element transversely is arranged displaceably to the direction of the relative movement

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the friction element on the continuous operating temperature is preheated.

6. The method according to claim 5, characterized in that the preheating by friction is made.

7. Device for performing the method according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that they are a friction element Friction roller (8), which is partially wrapped by the carrier (la) carrying the heat-fixable material and has a drive device for this roller

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the distribution roller (8) on one Material with low thermal conductivity is made.

9. Device according to one of claims 7 or 8, characterized in that the distribution roller as Hollow cylinder (9) is designed with a small wall thickness and the interior of the hollow cylinder with Insulating material (10) is filled

10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the length of the Distribution roller (8) is slightly larger than the width of the carrier (la).

II. Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that a switching device for the direction of rotation of the roller drive is provided so

12. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 6, characterized in that it is a friction element having circumferential friction tape, which along a certain area with which the heat-fixable Material-bearing carrier can be brought into contact and that they have a drive device and guide elements for this friction band.

13. Device according to one of claims 7 to 12, characterized by a temperature sensor for the temperature of the wearer in or immediately after contact with the friction element or for the Temperature of the surface of the friction element and by one regulated by the temperature sensor Control device for the rotational speed or rotational speed of the friction element.

14. Apparatus according to claim 13, characterized in that the temperature sensor stationary in the vicinity of the surface of the friction element or in the vicinity of the heat absorbing The carrier is located just behind the friction path

15. Device according to one of claims 7 to 14, characterized c! Aß a preheating device is provided for heating the friction element to the operating temperature

16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the preheating element is a The friction member (12) is brought into contact with the rotating friction element (8) can.

17. Apparatus according to claim 15 or 16, characterized in that the preheating element (12) in an area of the orbit that is not in contact with the carrier (la) during the fixing process itself of the friction element is arranged opposite this friction element.

18. Device according to one of claims 7 to 17, characterized in that around the circumferential Friction element a thermal insulation (7) is provided, the slots (6, 11) for the passage of the carrier (la) has