DE2257536A1

DE2257536A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die elektrophotographie zur fixierung eines toners durch erhitzen

Info

Publication number: DE2257536A1
Application number: DE2257536A
Authority: DE
Inventors: Ryoichi Namiki
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1971-12-03
Filing date: 1972-11-23
Publication date: 1973-06-20
Also published as: GB1409755A; DE2257536B2; JPS5637549B2; US3853552A; JPS4862438A

Description

DR. BERG DIPL.-ING, STAPF

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN SO. MAUERK1RCHERSTR. 48

Kabushiki Kaisha Ricoh Tokyo/Japan

Verfahren und Vorrichtung für die Elektrophotographie zur Fixierung eines Toners durch Erhitzen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Elektrophotographie zur Fixierung eines Toners durch Erhitzen, um den Toner unter Anhaften am Aufzeichnungspapier zu fixieren.

Gemäß einem "bekannten Verfahren zur elektrographischen Vervielfältigung erzeugt man ein elektrostatisches latentes Bild einer Vorlage auf Aufzeichnungspapier, wonach ein Toner elektrisch zum Anhaften an dem elektrostatischen latenten Bild gebracht und der Toner durch Erhitzen am Aufzeichnungspapier fixiert wird. Gemäß diesem Verfahren zur Fixierung eines Toners am Aufzeichnungspapier ist es bislang üblich gewesen, das Aufzeichnungspapier mit dem daraufliegenden elektro-309825/1008

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statischen latenten Bild zwischen zwei erhitzten Walzen hindurchzuführen, deren Wärmeeinwirkung den Toner schmilzt und ihn am Aufzeichnungspapier fixiert.

Bei diesem Verfahren zur Erhitzung eines Toners durch Walzen, um den Toner am Papier zu fixieren, ist nachteilig, dal3 der schmelzflüssige Toner an den Umfangsflachen der Walzen anhaftet und auch auf nachfolgenden Blättern von Aufzeichnungspapier klebt, die dem vorangehenden Papierblatt durch die Walzen hindurch folgen, so daß diese Blätter verschmutzt werden und die erzeugten Kopien der Vorlage nicht zufriedenstellend sind.

Gemäß einem bekannten Vorschlag sollte ein solches bekanntes Verfahren dahingehend verbessert werden, daß die Walzen mit einer tonerabstoßenden Beschichtung versehen oder mit einer Flüssigkeit behandelt werden sollten, die einem Anhaften des Toners an den Walzen entgegenwirkt. Diese Vorschläge waren jedoch aus wirtschaftlichen Gründen nicht vertretbar, weil sie komplexe und kostspielige Einrichtungen benötigten.

Unter Vermeidung der Nachteile der angegebenen Verfahren schafft die Erfindung ein Verfahren zur Fixierung

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eines Toners durch. Erhitzen in der eIektrophot©graphischen Vervielfältigung, gemäß welchem der am Aufzeichnungspapier anhaftende Toner durch Erhitzen auf eine zwischen dem zweiten Ubergangspunkt und dem Schmelz-* punkt liegende Temperatur fixiert wird.

Die vorliegende,Erfindung sieht also ein Verfahren zur Fixierung eines Toners bei der elektrophotographischen Vervielfältigung vor, das eine Fixierung^f des ' Toners am Aufzeichnungspapier erlaubt, bei dem eine wenig aufwendige Vorrichtung zur Anwendung kommt, ohne daß die nachfolgenden Blätter des Aufzeichnungspapiers durch Aufkleben verschmutzt werden und ohne daß die Walzen mit einer Schutzbeschichtung versehen oder mit Flüssigkeit behandelt werden müssen·

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten·der Erfindung sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen; es zeigen

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Eigenschaften eines Toners, die dem Tonerverhalten zugrundeliegen und ■- . . ·

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Form der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

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Bei der elektrophotographischen Vervielfältigung erzeugt man ein elektrostatisches latentes Bild einer Vorlage auf einem Blatt Aufzeichnungspapier, wonach ein Toner elektrisch zum Anhaften am elektrostatischen latenten Bild gebracht und am Aufzeichnungspapier durch Erhitzen fixiert wird. Im allgemeinen besteht der Toner im wesentlichen aus thermoplastischem Kunststoff und Kohlenstoff. Ein Weichmacher und andere Stoffe werden zugesetzt, um den Schmelzpunkt des Toners auf eine zwischen 45 und 120 C liegende Temperatur herabzusetzen.

Der Toner besteht demgemäß zu 70 bis 90 $ aus Kunststoff, so daß das Verhalten des Toners durch die Eigenschaften des darin enthaltenen Kunststoffs bestimmt wird. Demzufolge entspricht im wesentlichen das Verhalten eines Toners dem der hochmolekularen Verbindungen.

Pig. I erläutert das Verhalten einer hochmolekularen Verbindung» Man sieht, daß die Verbindung von der Pulverform in die Glasumwandlungszone A bei einem zweiten Übergangspunkt Tg, von der Glasumwandlungsζone in die Kautschukähnliche Zone B bei der Temperatur Tr und von dieser in die Flüssigzone C bei der Temperatur Tm im Laufe des Erhitzens übergeht. Im allgemeinen beträgt Tg 1/2 bis 1/3 von Tm.

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Ein.Bereich, der um den zweiten Übergangspunkt herum liegt, stellt den Erweichungstemperaturbereich einer hochmolekularen Verbindung oder eines Toners dar. Erhitzt man fast bis zu diesem Bereich hinauf, so zeigt eine hochmolekulare Verbindung oder Toner eine schnelle Änderung. Dabei führt ein Temperaturanstieg von 5 bis 10⁰C zu einer tausendfachen Erhöhung des Elastizitätsmoduls, wobei der Toner elastisch wie Kautschuk wird. ■ Bei Tg findet nur selten eine Umwandlung im Falle der Tonerteilchen statt; der Toner neigt dazu, viskoelastisch und flüssig zu werden und die Teilchen neigen dazu, zwischen Tr und Tm zU schmelzen} und nach Tm werden die Teilchen flüssig. Demzufolge sieht man, daß durch ein Erhitzen des Toners im Bereich Tg - Tm eine Fixierung des Toners ohne eine Verschmutzung der Walzen möglich ist. Erfindungsgemäß findet die Fixierung des Toners durch Erhitzen im Bereich Tg - Tm statt.

Durch Erhitzen werden die Oberflächen der Tonerteilchen weich. Dabei fangen die Teilchen an zu schmelzen. Durch Druckeinwirkung auf die Tonerteilchen zu dieser Zeit kann das Flüssigwerden der Teilchen beschleunigt wer-, den. Zur gleichen Zeit fangen die Teilchen an zusamt menzubacken, sobald ihre Erweichung beginnt.

Wird der am Aufzeiehnungspapier anhaftende Toner am 1 0 9 Η 2 B Π 0 fHJ

Papier durch Erhitzen mittels Heizrollen fixiert, ist es nicht nötig, die Temperatur des Toners bis in die Flüssigzone hinauf zu erhöhen, in der eine Verschmutzung der Walzen stattfindet. Es geht klar hervor, daß die Verschmutzung oder Nicht-Verschmutzung weitgehend vom Material der Heizwalzen abhängt, wenn die Temperatur des Toners sich der Flüssigzone nähert oder sie erreicht. Durch Versuche ist festgestellt worden, daß, wenn der Werkstoff der Heizwalze dazu neigt, eine Verschmutzung zu verursachen, eine solche Verschmutzung auch dann stattfindet, wenn die Temperatur des Toners etwas unterhalb des Flüssigzonentemperaturbereichs liegt und daß, wenn der Werkstoff nur selten eine Verschmutzung verursacht, es auch dann zu keiner Verschmutzung kommt, wenn die Tonertemperatür in der Flüssigzone-Temperaturzone liegt.

Denutzte man Öl, um einer Verschmutzung entgegenzuwirken, indem man das ül auf Heizwalzen aus Metall auftrug, wenn das Tonerbild durch Erhitzen des Toners bis über seinen Schmelzpunkt hinaus erhitzt wurde, ura das Tonerbild zu fixieren, was es unmöglich, die Verschmutzung der Walzen zu verhindern, Ec scheint, daii die ulüchichfc keinerlei Grenzschmiorwirkun^; aufweist, wenn rl.it» üturlte tier Schient üwiachun 10"' und 10" ^} nun liuft» Beult;, t c¹ ίο Ulschicht η ine uiuit'O ichende ijtarko, um eint) ?'UUiui-

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ge Schmierung zu bewirken, ist es eventuell möglich, die Verschmutzung der Walzen zu verhindern. Es ist jedoch nicht möglich, eine so starke Schicht bei einer oberhalb des Tonerschmelzpunktes liegenden Temperatur vorzusehen. Auch wenn es möglich wäre, könnte" das Vorhandensein einer solchen Schicht wegen einer Verfärbung-des Aufzeichnungspapiers unerwünscht sein.

Innerhalb des Erweichungstemperaturbereichs nahe dem zweiten Übergangspunkt beträgt die Viskositätszahl des

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Toners 10 bis 10 P, so daß der Toner innerhalb von einer bis zu 10 Sekunden in diesem Temperaturbereich flüssig wird. Wenn in der Praxis die Papierbögen den Heizwalzen bei einer Geschwindigkeit von 10 cm.Sek zugeführt werden und wenn die Berührungszone der Heizwalzen mit den Bögen jeweils 5 nun beträgt, so dauert die Berührung des Toners durch die He'izwalzen 0,05 Sek. Es ist deshalb nötig, die Oberflächentemperatur der Heizwalzen bis oberhalb des zweiten Übergangspunktes zu erhöhen. Bei schnellem Erhitzen des Toners wird er nicht flüssig wegen der Zeitverzögerung, es sei denn, der Toner wird über seinen Schmelzpunkt erhitzt. Bei schnellem Erhitzen des Toners findet keine Verschmutzung der besw. keine Offset-Erscheinung an den Walzen auch dann statt, wenn die Temperatur nahe Tm liegt.

die Temperatur unterhalb des zweiten üb er gangs-309825/ 1008 _ _

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punktes festgesetzt, so wird wegen der zwischen den Heizwalzen und dem Toner stattfindenden Reibungsaufladung der Toner an den Walzen kleben. D.h. daß die Tonerteilchen daran gehindert werden, zähflüssig zu werden. Dabei wird der Toner mit einer Kraft an die Heizwalzen herangezogen, die die Anziehungskraft des Aufzeichnungspapiers übersteigt, so daß der Toner an den Walzen haftet und diese verschmutzt und unerwünschte Off se t^Ei¹^ scheinungen auftreten.

Die fixierung des Toners am Aufzeichnungspapier läßt sich durch die im Papier aufgestaute Wärme und durch den Druck zu Ende führen, der auf das Aufzeichnungspapier ausgeübt wird, nachdem dieses die Heizwalzen verlassen hat. Dies trifft zu, wenn die Fixierungstemperatur für den Toner nahe dem zweiten Übergangspunkt eingestellt ist. Die Temperatur des Aufzeichnungspapiers liegt bei 50 bis 80 C eine Sekunde nach Verlassen der Heizwalzen. Die Pixierungstemperatur für den Toner kann auch gemäß der Stärke des Aufzeichnungspapiers geändert werden.

Wegen dieser Verhältnisse ist festgestellt worden, daß die Erhitzung des Toners durch die Heizwalzen am Aufzeichnungspapier bei einer Temperatur vorteilhaft durchgeführt wird, die im Bereich zwischen dem zweiten Übergangspunkt und dem Schmelzpunkt liegt. Der Erfindung liegt

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ORKa(NAL INSPECTED

diese Erkenntnis zugrunde. Beispiele der Erfindung werden anhand der Pig. 2 erläutert, die eine Ausführungsform der Vorrichtung.zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Gemäß Pig. 2 werden zwei Heizwalzen 1 und 2 miteinander in Eingriff gehalten. Die Heizwalze 1 umfaßt einen hitzebeständigen Zylinder 3 und ein darin koaxial angeordnetes Heizelement 5, während die Heizwalze 2 aus einem hitzebeständigen Zylinder 4 und einem darin koaxial

angeordneten. Heizelement 6 besteht, wobei die Zylinder 3

und 4 durch einen Antrieb jeweils mit oder ohne Heizelementen 5 und 6 in Drehung versetzt werden.

Ein Bogen Aufzeichnungspapier Ö mit darauf anhaftendem Toner 7 wurde zwischen die Walzen 1 und 2 bei einer Geschwindigkeit von 10 cm pro Sekunde geführt· Gleichzeitig wurden durch eine Spannvorrichtung die Walzen 1 und 2 aufeinandergedrückt, so daß eine Druckwirkung von 5 kp auf das Aufzeichnungspapier 8 ausgeübt werden konnte, das der Große A4 gemäß der japanischen Norm entsprach. Erhitzte man die Oberflächen der Heizwalzen 1 und 2 auf 100 bis 120⁰C, so fand ein einwandfreies Haften des Toners a,m Aufzeichnungspapier ohne Verschmutzung und ohne unerwünschte Offset-Erscheinungen ' statt. Das sich ergebende fixierte Bild wies eine hohe

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INSPECTED

Qualität auf. In diesem Beispiel lag der zweite Übergangs punk t des Toners bei 5O⁰C ·

Bei dem Versuch, einen Toner, dessen Übergangspunkt bei 70⁰C lag, an einem Bogen Aufzeichnungspapier durch Erhitzen der Walzenoberflächen auf I3O bis Ib¹O C zu fixieren, trat keine Verschmutzung bzw. keine unerwünschte Offset-Erscheinüng auf. Erhitzte man die Oberflächen der Heizwalzen auf 165 bis 22 5 C beim Fixieren eines Toners mit einem zweiten übergangspunkt von 100 G auf Aufzeichnungspapier, fand keine Verschmutzung der Walzen statt.

In der oben erläuterten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine der zwei Walzen eine Heizwalze sein, während die andere Walze eine gewöhnliche Walze ohne Heizelement ist. Die zwei Heizwalzen können dahingehend konstruiert sein, daß sie beide eine getrennte Heizwalze umfassen, während eine Hauptwalze durch von dem in der getrennten Heizwalze angeordneten Heizelement ausgestrahlten Wärme erhitzt wird. Man kann die Heizwalzen durch außerhalb der Walzen angeordnete Walzen statt innerhalb der Walzen angeordnete Heizelemente erhitzen, kan kann auch ein endloses, über zwei Hollen geführtes Band statt der Heizwalze 2 zusammen mit der Heizwalze 1 benutzen.

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ORIGJMAL INSPECTED

Claims

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Patentansprüche:

l_v Verfahren für die ElektrophotograpMe zur Fixierung eines Toners durch Erhitzen, um den Toner unter Anhaften am Aufzeichnungspapier zu fixieren, dadurch gekennzeichnet, daß der Tone.r auf eine Temperatur erhitzt wird, die zwischen dem zweiten Übergangspunkt (Tg) und dem Schmelzpunkt (Tm) des Toners liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Toner auf eine Temperatur zwischen dem zweiten Übergangspunkt (Tg) und dem Übergangspunkt von der Glasumwandlungsζone (A) und der kautschukähnlichen Zone (B) erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, deß äer Toner auf eine Temperatur (Tr) zwischen dem Uioergangspunkt zwischen der G-lasumwandlungszone (A) und der kautschukähnlichen Zone (B) und dem Schmelzpunkt (Tm) erwärmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d&.durch ^kennzeichnet, daß der Toner während seiner Ernitzung an das Aufzeichnungsmaterial angepreßt wird.

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ORlGiKAL INSPECTED
5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erhitzte Toner an das Aufzeichnungsmaterial vorzugsweise bis zum Absinken seiner Temperatur unterhalb dem zweiten Übergangspunkt angepreßt wird.
6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Walzen (1, 3) vorgesehen sind, durch deren Walzenspalt Toner (7) tragendes Aufzeichnungsmaterial (8) hindurch fixierbar ist, und daß wenigstens eine der beiden Walzen beheizt ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Walzen (1, 3) beheizt sind.

b. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekehnzelehret, daß die beiden Walzen mit einem vorbestimmten Druck vorzugsweise zwischen 2 und 10 kg gegeneinander gedrückt werden.

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