-
Beschreibung zur Anmeldung von für ein Patent auf ein Fixierverfahren
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufschmelzen thermoplastischer
Partikelchen auf einen Träger, bei dem die Teilchen durch Absorption von'Strahlungsenergie
erwärmt werden.
-
Auf dem Gebiet der Elektrophotographie werden heute Kopien in großem
Umfang mit Maschinen hergestellt, die, ein dem Original entsprechendes Ladungsmuster
auf einen wiederverwendbaren Photoleiter mit einem Zweikomponentenentwickler
sichtbar
machen und bei denen dieses Tonerbild von dem Photoleiter auf Papier übertragen
wird. Die Puderbildkopie ist nach der Übertragung indessen noch nicht wischfest.
Vielmehr ist es erforderlich, die Tonerteilchen, die aus thermoplastischem Material
bestehen, auf dem Papier zu fixieren.
-
Zur festen Verbindung der thermoplastischen Tonerteilchen mit dem
Kopieträger, also beispielsweise mit dem Papier, sind bereits verschiedene Verfahren
entwickelt worden.
-
Bei einem dieser Verfahren erfolgt die Fixierung dadurch' daß Tonerteilchen
durch Absorption von Strahlungsenergie erweicht und mit dem Papier verbunden werden.
Dabei ergibt sich, daß für die Fixierung ein sehr hoher Energieanschlußwert erforderlich
ist, der im allgemeinen der Konstruktion schnellerer Kopiermaschinen eine wirtschaftlich
bedingte Grenze setzt. Bei einem weiteren vorbekannten Verfahren erfolgt die Fixierung
dadurch' daß die Kopie durch ein Walzenpaar geführt wird, bei dem die Walze beheizt
ist, die die betonerte Kopieseite berührt. Der Energiebedarf ist bei dieser Fixiermethode
im Vergleich zur Absorptionsfixierung vergleichsweise gering. Dagegen ergeben sich
bei dieser Fixiermethode daraus erhebliche Schwierigkeiten, daß
das
thermoplastische Material dazu neigt, an der Oberfläche der erhitzten Walzen zu
haften. Um dieses Problem zu lösen, wurde bereits vorgeschlagen, eine Walze mit
einem Offset verhindernden Überzug aus Polytetrafluoräthylen zu verwenden und mit
einer flüssigen Zwischenschicht aus Silikonöl zu arbeiten, Um die Strahlungsfixierung
weiter zu verbessern, wurde vorgeschlagen, das Tonerbild vor der Bestrahlung durch
ein Walzenpaar zu führen und damit vor der eigentlichen Fixierung den Kontakt zwischen
dem kalten Tonermaterial und dem ebenfalls kalten Papier zu verbessern. Das zuletzt
genannte Fixierverfahren brachte indessen den Nachteil mit sich, daß die Übertragung
von Tonermaterial auf die Walzen nicht vollständig verhindert werden konnte. Es
mußten daher besondere Reinigungsvorrichtungen vorgesehen werden beziehungsweise
es war erforderlich, den Docht, mit dem das Silikonöl auf die Walze aufgebracht
wurde, von Zeit zu Zeit zu reinigen oder zu erneuern, da sich an diesem an der Walze
hängen gebliebenes Tonermaterial absetzte.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fixierverfahren der
eingangs genannten Art zu schaffen, das in der Kopienqualität
und
insbesondere, was die Wischfestigkeit anbelangt, allen Anforderungen genügt und
das außerdem die Konstruktion schnellerer Maschinen gestattet, dh. zu geringeren
Energieanschlußwerten als bisher bekannte Strahlungsfixiereinrichtungen führt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs
definierten Art gelöst, das sich dadurch auszeichnet, daß man die thermoplastischen
Partikelchen nach der Absorption der Strahlung im erweichten Zustand mit einer Metallfläche
auf den Träger andrückt.
-
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß ein solches Andrücken nicht
nur möglich ist, sondern daß dabei keine Spur des thermoplastischen Trägers auf
die metallische Fläche übertragen wird. Das ist umso überraschender, als sich gezeigt
hat, daß durch bloßes Einwalzen mit einer erhitzten Metallfläche, also ohne vorherige
Strahlungsabsorption, ein so starker Übertrag von Toner auf die Metallfläche und
wieder zurück auf die nächsten Kopien erfolgt, daß dieses Verfahren absolut unbrauchbar
war. Es wird angenommen, daß die Tonerpartikelchen bei der Absorption der Strahlungsenergie
in irgendeiner Weise derart beeinflußt werden daß sie anschließend nicht mehr zu
dem unerwünschten Offseteffekt neigen.
-
Es wurde weiterhin gefunden, daß man mit der Metallfläche den Einwalzvorgang
auch dann noch hervorragend und ohne jeden Offseteffekt durchführen kann> wenn
die Metallfläche auf einer über der Erweichungstemperatur der thermoplastischen
Partikelchen liegenden Temperatur lag. Diese Temperatur der Metallfläche kann in
einfachster Weise dadurch erreicht werden, daß die Metallfläche - insbesondere in
Form einer drehbar gelagerten Walze - so nahe bei den Strahlungsquellen angeordnet
wird, daß die Streu- bzw. Verlust strahlung von dieser Metallfläche teilweise unter
Erwärmung der Metallfläche absorbiert wird.
-
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, die Metallfläche zu erden.
-
Damit erfüllt die Metallfläche zugleich die Funktion, die Kopie zu
entladen und es wird das unangenehme Kleben der einzelnen Kopien aneinander, bedingt
durch die elektrostatischen Kräfte, verhindert.
-
Als Metallfläche hat sich besonders eine polierte Stahloberfläche
bewährt.
-
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Eine solche Vorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch zumindest
einen Strahler, der eine zum Aufschmelzen des Materials ausreichende Strahlung abgibt
und der der das zu fixierende Material tragenden Oberfläche der Kopie zugewandt
ist, und in Bewegungsrichtung der Kopie danach eine drehbar gelagerte Metallwalze,
die gegen das durchlaufende Kopienmaterial drückend angeordnet ist.
-
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, mit einem Walzenpaar zu arbeiten,
wobei die Gegenwalze zu der Metallwalze aus einem etwas nachgiebigen Material, insbesondere
leitfähigem Gummi, besteht. Im letzteren Falle können beide Walzen, also die Metallwalze
und die leitfähige Gummiwalze, geerdet sein. Dadurch wird eine sichere Entladung
der Kopie erreicht.
-
Es ist auch möglich, der Metallwalze nachgeschaltet eine Walze mit
einem Kunststoff-überzug, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen, deren Oberfläche
über die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Materials erhitzt werden kann,
so nachzuschalten, daß diese gegen die das zu fixierende Material tragende Oberfläche
der Kopie drückt.
-
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus
der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Figuren
der Zeichnung.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Fixierstation
und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Fixierstation mit einer zusätzlichen
beheizbaren Walze.
-
Aus einer nicht dargestellten Übertragungsstation ein'es elektrophotographischen
Kopiergeräts gelangt Kopieträgermaterial, insbesondere eine Papierbahn 1, in Richtung
des Pfeils 2 in die in Fig. 1 dargestellte Fixierstation.
-
Auf der Papierbahn 1 ( v = 0,23 m/s) befinden sich Tonerteilchen 3
bildmäßig verteilt. Diese Tonerteilchen sind noch locker und können leicht von dem
Papier abgewischt werden.
-
Unter den beiden Strahlern 4 und 5 werden diese Tonerteilchen 3 aufgeschmolzen.
-
Die Strahler b 5 bestehen im wesentlichen aus zwei-langgestreckten
Infrarot-Strahlern 6 und 7, sowie zwei in Fig. 1 als parabolisch dargestellten Reflektoren
8 und 9.
-
Die Reflektoren können auch elliptischen Querschnitt haben.
-
Im Abstand von etwa 10 cm von den Strahlern ist ein Walzenpaar
angeordnet,
durch das die Kopie geführt wird. Die dem thermoplastischen Tonermaterial 3 zugewandte
Walze 10 ist eine polierte Walze aus VA-Stahl. Die Gegenwalze 11 besteht aus leitfähigem
Gummi. Beide Walzen sind geerdet. Mit der Metallwalze wurde das unter dem Strahler
hervorkommende Material 3 auf das Papier 1 aufgewalzt. Dabei wurde gefunden, daß
weder im kalten Zustand der Metallwalze 10 noch bei einer Oberflächentemperatur
der Metallwalze, die über dem Erweichungspunkt des thermoplastischen Materials 3
lag, eine Übertragung von Tonermaterial auf die Metallwalzenoberfläche auftrat.
-
Vielmehr wurde eine allen Anforderungen gerecht werdende Kopie erhalten.
-
Bei einem Versuch einer Fixierung, der ohne das den Strahlern nachgeschaltete
Walzenpaar 10, 11 durchgeführt wurde, ergab sich, daß trotz einer erheblichen Strahlungsleistung
die Wischfestigkeit der Kopien in denjenigen Bereichen zu wünschen übrig ließ, in
denen sehr feine Striche und Strichfolgen wiedergegeben wurden. Es hat den Anschein,
als ob die Tonerpartikelchen in den großflächigen Bereichen untereinander verschmolzen
und mit dem Papier ausreichend fest verbunden wären, während dies bei feinen Linien
nicht der Fall ist. Im Gegensatz hierzu erhielt man eine Kopie, die auch in den
Bereichen feiner Linienverteilungen absolut wischfest war, wenn man mit dem erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Andruckwalzenpaar arbeitet.
-
Eine weitere Verbesserung.konnte erzielt werden, indem dem Andruckwalzenpaar
10, 11 noch ein weiteres Walzenpaar nachgeschaltet wurde, das separat beheizt wurde
(vgl. Fig. 2).
-
Dieses Walzenpaar bestand aus einer Metallwalze 12, die einen Überzug
13 aus Polytetrafluoräthylen hatte. Im Inneren der Walze befand sich ein Strahler
14. Die Gegenwalze 15 bestand aus wärmebeständigem Gummi.
-
Es wurde gefunden, daß in diesem Falle an der Polytetrafluoräthylenoberfläche
keinerlei störender Abdruck von Tonermaterial 3 zu beobachten war. Die Walze war
vielmehr nach einem Dauerbetrieb von mehreren hundert, Kopien noch absolut sauber.
Damit entfiel das Erfordernis einer flüssigen Zwischenschicht.
-
Neben diesem erstaunlichen Umstand war indessen ein weiterer Effekt
bemerkenswert. Es war nämlich möglich, den gesamten Energiebedarf zur Erzeugung
einer ausreichend wischfesten Kopie gegenüber der Verwendung einer bloßen Strahlungsfixierung
um 43,5 % zu reduzieren. Der Energiebedarf von rund 290 Watt des Strahlers 14 fiel
gegenüber der ersparten Strahlerenergie ( 1680 Watt anstelle von 3500 Watt ) nicht
ins Gewicht.
-
Bei den Fixierversuchen wurde mit normalem Papier gearbeitet und der
verwendete Toner 3- bestand im wesentlichen aus einem pigmentierten Thermoplasten,
dessen Schmelzverhalten durch Zusätze modifiziert war.