DE2311141B2 - Waermeschmelzfixiereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeschmelzfixiereinrichtung zum Fixieren von Tonerbiidern im Durchlaufverfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei trocken, also mit Tonerpulver arbeitenden elektrophotographischen Kopierverfahren kann das Tonerbild, das von einer Übertragungswalze oder einem ähnlichen Element auf Papier oder ein anderes Bildempfangsmaterial übertragen wird, durch dafür geeignete Einrichtungen erwärmt und fixiert werden. Bei le.stungsfähigen Wärmeschmelzfixiereinrichtungen wird das Tonerbild unmittelbar in Anlage an eine Oberfläche gebracht, die sich auf erhöhter Temperatur befindet; dazu kann beispielsweise die Umfangsfläche einer Heizwalze bzw. Fixierwalze verwendet werden.

Wenn beim Betrieb einer solchen Wurmeschmelzfixiereinrichtung die Tonerteilchen bei der Erwärmung klebrig werden, so können Teile des Tonerbildes an der Umfangsfläche der Fixierwalze haften. Wird dann das nächste Tonerbild in Anlage art die Fixierwalze gebracht, so haften die klebrigen, vor, dem vorherigen Tonerbild stammenden Tonerteilchen an dem nächs.ten Tonerbild. Gleichzeitig können Teile des auf das nächste Tonerbild übertragenen Toners ebenfalls wieder an der Umfangsfläche der Fixierwalze haften. Dieser Vorgang, der als Offset-Effekt bezeichnet wird, wiederholt sich bei der Herstellung weiterer Kopien, so daß nach Wegen gesucht wird, diesen Offset-Effekt zu vermeiden, um qualitativ hochwertige Kopien zu erhallen.

Zu diesem Zweck ist die Fixierwalze mit einem Schutzüberzug aus einem nicht klebrig werdenden Material versehen worden, wie beispielsweise Silikon-Kautschuk oder Polytetrafluoräthylen. Die hierfür verwendeten Materialien sind jedoch relativ teuer und können darüber hinaus das Auftreten des Offset-Effektes nicht vollständig verhindern.

Eine Wärmeschmelzfixiereinrichuii) bei der das Tonerbild zwischen zwei Fixierwalze! I indurchgeführt wird, ist aus der DT-OS 20 53 1 f>7 bekamt. Dabei wird zumindest eine der beiden Fixier« al/i-1 -rwärmi. wobei die C'Cgenwalze unter Umständen mii e nem Sihkoribelag versehen sein kann.

Ans der DT OS 20 45K98 ist cm; 'λ irmesihmelzfixiercmrichtung der angegebenen Cjam. .g bekannt, bei welcher der Toner erweicht und s< vollständig wie möglich auf den Trage geschmolzen v^ ird. Es werden verschiedene Möglichkeiten zur rasi I" .n Erwärmung des Tonerbildes diskutiert, wobei ausdrücklich auf die Nachteile der Verwendung eines Andruckwalzenpaars hingewiesen wird, daß bei einem hohen Durchsatz durch den Druckspalt der Walzen wegen der nur kurzzeitigen Berührung der erwärmten Walzenflächeü mit dem Tonerbild sehr hohe Walzentemperaturen und/oder ein sehr hoher Druck erforderlich sind. Beim Austreten aus dem Druckspalt wird das Tonerbild von den Walzen getrennt, so daß die Tonerbilder leicht Rückstände auf der erwärmten Walzenoberfläche hinterlassen können; dadurch wird einerseits nur ein unvollständiges fixiertes Tonerbild erhalten, und andererseits kann das folgende Tonerbild durch den auf der Walzenoberfläche haftenden Toner verunreinigt werden.

Durch diese einseitige Erwärmung des Tonerbildes wird also pro Zeiteinheit nur eine relativ geringe Wärmemenge übertragen, so daß das Tonerbild nur mit relativ geringer Geschwindigkeit durch die Wärmeschmelzfixiereinrichtung befördert werden kann. Außerdem wirkt sich diese langsame Erwärmung auch auf die Vermeidung des Offset-Effektes aus, da hierzu eine besonders rasche Erwärmung angestrebt wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeschmelzfixiereinrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die Zeit bzw der Weg zwischen dem Beginn des Fixiervorgang«; und der Ablösung des fixierten Tonerbildes von der erwärmten Fläche verkürzt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere auf folgender Funktionsweise: die einander gegenüberliegenden, beheizten Rollen schließen das endlose, umlaufende Band zwischen sich ein, so daß die Tonerbilder an einer genau festgelegten Stelle im Walzenspalt in definierter Weise auf eine bestimmte Temperatur erwärmt werden könne. Da die Wärme von beiden Seiten dem Tonerbild zugeführt wird, erfolgt der Temperaturanstieg sehr rasch, d. h., auch bei hohem Durchsatz ergibt sich eine ausreichende Temperaturerhöhung. Unmittelbar nach dem Verlassen des Spaltes zwischen den beheizten Rollen beginnt die für die Vermeidung des OFfset-Effektes wesentliche schlagartige Abkühlung des Tonerbildes, so daß die Tonerteilchen erstarren und sich fest mit der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials verbinden. Denn das endlose, die Tonerseite des Tonerbildes kontaktierende Band kühlt sich aufgrund seiner großen Fläche und seiner Bewegung durch die kälteren Bereiche der Wärmeschmelzfixiereinrichtung relativ rasch ab, so daß auch die Temperatur des Tonerbildes nach dem Verlassen des Spaltes zwischen den Rollen rasch sinkt.

Im einzelnen ergibt sich also der folgende Ablauf. Durch die Wärmezufuhr von beiden Seiten wird die gesamte Masse der Tonerteilchen aufgeschmolzen, also auch die mehr in den inneren und tieferen Schichten liegenden Tonerteilchen, die sonst zum Offset-Effekt führen. Diese aufgeschmolzenen Tonerteilchen haften vorübergehend, d. h.. zeitlich begrenzt, an der erwärmten Berührungsfläche. Sind alle Tonerteilchen geschmolzen und gehen von dem sogenannten glasartigen Zustand in den sogenannten gummiartigen (viskosen) Zustand ub< r. so werden sie zähflüssig. Werden die Tonerteilchen in diesem Zustand gekühlt, wie es beim Verlassen des Spaltes zwischen den Rollen der Fall ist. so erstarren sie und haften auf dem Träger des Tonerbildes Da sie während dieser Erstarrung nicht

klebrig werden, sondern sofort hart und sich verfestigen, kann das Tonerbild nicht an der gegenüberliegenden Berührungsfläche des Bandes haften. Auf diese Weise ist also gewährleistet, daß der Offset-Effekt nicht auftreten _Kann. Weiterhin ergeben sich Tonerbilder, die so permanent fixiert sind, daß sie, beispielsweise durch Wischen und Reiben, nicht von ihrem Träger ent^rernt werden können. Außerdem kann sich der blattförmige Träger des Tonerbildes nicht um die Fixierwalze wickeln, wie es bei bekannten, ohne endloses Band arbeitenden Fixiereinrichtungen der Fall ist, und schließlich sind die hergestellten Kopien glatt und glänzend.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt

• Fig. I einen Schnitt durch eine Seitenansicht einer Wärmeschmelzfixiereinrichtung nach der Erfindung.

Fig.2 eine graphische Darstellung des räumlichen Verlaufs der dem Aufzeichnungsmaterial zugeführten Wärmemenge,

Fig.3 einen Schnitt durch eine Seitenansicht einer Modifikation der in F i g. 1 dargestellten Wärmeschmelzfixiereinrichtung, und

Fig.4 einen Schnitt durch eine Seitenansicht einer weiteren Modifikation der in Fig. 1 dargestellten Wärmeschmelzfixiereinrichtung.

Die in F i g. 1 dargestellte Wärmeschmelzfixiereinrichtung weist ein endloses Band 13 auf, das über eine obere, beheizte Umlenkrolle Ua und über eine Führungsrolle 12 gezogen wird; das endlose Band 13 bewegt sich in Richtung des Pfeils a. Die äußere Umfangsfläche der oberen beheizten Umlenkrolle 11a wird auf 15O⁰C erwärmt. Unter der oberen, beheizten Umlenkrolle 11a befindet sich eine ebenfalls beheizte Gegendruckrolle 116, die in Richtung des Pfeils 6 angetrieben wird. Die Umfangsfläche dieser unteren, beheizten Gegendruckrolle 116 wird auf 130°C erwärmt; über die Gegendruckrolle Wb wird ein nach oben gerichteter Druck F von 400 g/cm² ausgeübt. Dadurch wird die äußere Umfangsfläche der unteren Gegendruckrolle lli» auf einer Länge von 5 mm in satter Anlage an dem endlosen Band 13 gehalten. Rechts neben dor unteren, beheizten Gegendruckrolle 116befindet sich ein Abkühlungsbereich dl.

Ein Blatt 3 mit einem Tonerbild 4 wird so in den Spalt zwischen der beheizten Umlenkrolle 11a und der beheizten Gegendruckrolle 116 zugeführt, daß das Tonerbild 4 in Anlage an der äußeren Umiangsfläche der Umlenkrolle 11a gebracht wird. Dabei muß das Tonerbild 1 bis 10 sek lang erwärmt werden, damit seine Tonerteilchen eine Viskosität von 10" bis 10¹²P erhalten. In der dargestellten Wärmescnmelzfixiereinrichtung betragen die Temperaturen der oberen Umlenkrolle 11a und der unteren Gegendruckrolle 116 insgesamt etwa 300¹ C; der Schmelzpunkt der Tonerteilchen liegt bei etwa 150" C. Wenn daher die Aufheizzeit 0.05 sek beträgt, wird während dieser Zeitspanne nur 1/10 oder 1/100 der erforderlichen Wärmemenge übertragen (wenn der Druck Null ist). Die fehlende Wärmemenge wird durch den Druck ^'kompensiert.

Wenn in dem Diagramm nach Fig. 2 die dem Auf/t'ichnungsmaterial 3 zugeführte Wärmemenge T auf der vertikalen Achse aufgetragen wird, so stellt die Kurve T1 die Wärmemenge dar, die dem Tonerbild von der unteren beheizten Gegendruckrolie 116 zugeführt wird während die Kurve Tl die Wärmemenge darstellt.

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55 die dem Tonerbild über das Trum des endlosen Bandes 13 zugeführt wird, dais in Anlage an das Tonerbild kommt Die Kurve Γ3 stellt die gesamte Wärmemenge dar, die dem Tonerbild mittels des von der beheizten Gegendruckrolle 116 ausgeübten Drucks F zugeführt wird. Aus dem Verlauf der Kurven von F i g. 2 ergibt sich, daß das Tonerbild vollständig erwärmt werden kann. Nach dem Verlassen des Spaltes zwischen den Rollen Ua und 116 wird das Tonerbild schnell abgekühlt, wenn es in den Bereich dl kommt, in dem kein Druck auf das Tonerbild ausgeübt wird

Da das Tonerbild von beiden Seiten durch die Rollen 11 a und 116 erwärmt wird, werden die Tonerteilchen, die sich in der obersten und untersten Tonerschicht befinden, geschmolzen, während die mehr in den mittleren Schichten liegenden Tonerteilchen noch Pulverform haben. Würde man zu diesem Zeitpunkt die Aufheizung beenden, so wurden die Tonerteilchen in der Mittelschicht aufbrechen, so daß es zum Offset-Effekt kommen würde. Dies läßt sich insbesondere dann kaum vermeiden, wenn die Wärmeschmelzfixiereinrichtung automatisch arbeitet und die Kopien sehr schnell fixiert werden müssen. Wenn darüber hinaus die Aufheizung der Oberfläche des Blattes, auf der sich kein Toner befindet, im Vergleich mit der Aufheizung der Fläche mit dem Toner verzögert ist, wird das Tonerbild insgesamt von dem Blatt abgehoben bzw. hebt sich von seiner Oberfläche ab. Aus diesem Grund muß das Tonerbild vollständig und gründlich erwärmt werden.

Bei einer vollständigen Erwärmung gehen die Tonerteilchen von dem sogenannten glasartigen Zustand in den sogenannten gummiartigen (viskosen) Zustand über, werden also zähflüssig. Der richtige Zeitpunkt für die Beendung der Aufheizung ist dann gekommen, wenn die Tonerteilchen gumirnartig sind oder beginnen, zähflüssig zu werden.

Wenn die Aufheizung unterbrochen und mit der Abkühlung begonnen wird, neigen die aufgeschmolzenen Tonerteilchen dazu zu erstarren. Infolgedessen haftet dann das Tonerbild 4 an dem Blatt 3 an. Da Jie Tonerteilchen bei ihrer Erstarrung jedoch nicht klebrig werden, kann das Tonerbild 4 nicht an dem endlosen Band 13 haften. Dies gilt auch dann, wenn der größere Teil der Tonerteilchen eine Härte oder Festigkeit hat, die sich in der Nähe der Temperatur ergibt, bei der sie in den glasähnlichen Zustand übergehen. Diese Erstarrung beginnt unmittelbar beim Verlassen des Spaltes zwischen den beheizten Rollen 11a und 116, wobei sich fixierte Abbildungen ergeben, die auch durch Reiben nicht von dem Blatt 3 entfernt werden können.

Der Einfluß des Drucks bei der Wärmeübertragung ist dann vernachlässigbar, wenn diese mit Hilfe der üblichen Materialien erfolgt. Der Einfluß des Drucks wird jedoch dann groß, wenn die Wärmeübertragung durch Pulver erfolgt. Dadurch kühlt sich das Tonerbild 4 in dem Bereich dl schnei¹ ab. Die Zeitspanne, während der sich das Tonerbild in diesem Bereich befindet, kann also genauso lang sein, wie die Zeitspanne, während der üas Tonerbild erwärmt und dem Druck ausgesetzt wird. Diese Zeitspanne kann verringert werden, wenn die Abkühlung beschleunigt wird. Zu diesem Zweck kann das Tonerbild beispielsweise durch einen Luftstrom beblasen werden

Wenn das Tonerbild im wesentlichen aus Schrift/eichen, Buchstaben oder Ziffern mit geringer Breite besteht, ist die in dem Tonerbild gespeicherte Wärme so gering, daß das Tonerbild /u schnell abgekühlt wird, um permanent fixiert zu werden. Dann besteht die (iefahr.

daß das Tonerbild in der ersten Hälfte des Kühlbereichs d2 von dem Blatt abblättert, sich also von diesem abhebt. Besteht das Tonerbild im wesentlichen aus dicken, breiten Schriftzeichen, so wird das Blatt weiterbefördert, weil das Tonerbild 4 an dem endlosen Band 13 haften bleibt. Die Tonerteilchen des Tonerbildes 4 erstarren bzw. verfestigten sich dann in der zweiten Hälfte des Kühlbereichs d2. In diesem Fall erstarren bzw. verfestigen sich also die Tonerteilchen dann, wenn das Tonerbild in Anlage an dem unteren Trum des endlosen Bandes 13 ist; das Tonerbild wird von dem Band 13 entfernt, wenn das untere Trum des Bandes 13 um die Rolle 12 nach oben gelenkt wird. Dann besteht jedoch die Gefahr, daß das Tonerbild noch an dem Band 13 haftet, wenn sein unteres Trum bereits um die Rolle nach oben gelenkt worden ist. Aus diesem Grunde sind /weckmäßigerweise mechanische Einrichtungen vorgesehen, die in Richtung des Pfeils c ausgerichtet sind und das Blatt mit dem Tonerbild von dem endlosen Band 13 abstreifen; als Alternative hierzu kann ein Luftstrom in der Richtung des Pfeils c über das Band 13 geleitet werden.

In Fig. 3 ist eine Modifikation der in Fig. 1 dargestellten Wärmeschmelzfixiereinrichtung gezeigt. Bei dieser Modifikation befindet sich in der oberen. beheizten Umlenkrolle 11a eine Heizeinrichtung 14. Der Durchmesser der oberen, beheizten Umlenkrolle 11a beträgt 50 0. während die Führungsrolle 12 einen Durchmesser von 10 bis 20 0 besitzt. Das endlose Band 13 ist über die beiden Rollen 11a und 12 geführt: gegenüber dem Außenumfang der Rolle 12 sind an dem Band 13 mechanische Einrichtungen 15 vorgesehen, mit denen das Blatt von dem Band 13 abgestreift werden kann; die spitzen, vorstehenden Enden der Abstreifeinrichtungen 15 berühren die Oberfläche des Bandes 13.

Die untere, beheizte Gegendruckrolle 116 weist eine eingebaute Heizeinrichtung 16 auf und ist unter der oberen, beheizten Umlenkrolle Ha angeordnet: die Gegendruckrolle 116 hat einen kleineren Durchmesser als die Umlenkrolle 11a. Dadurch hat die beheizte Gegendruckrolie 116 eine größere Krümmung, so daß das Tonerbild leichter entfernt werden kann. Rechts neben der unteren, beheizten Gegendruckrolle 116 ist unter dem unteren Trum des endlosen Bandes 13 ein Förderband 17 angeordnet, das zur Kühlung des Blattes mit dem Tonerbild dient: dadurch kann verhindert werden, daß das Tonerbild von dem endlosen Band abgestreift und nach unten befördert wird, bevor es sich ausreichend abgekühlt hat Das Förderband 17 weist mehrere Bandelemente mit jeweils mehreren öffnungen auf, die einen Durchmesser von etwa 1 0 haben; das Band wird über Rollen 18a und 186 geführt. Ober jede der Öffnungen wird ein Luftstrom auf das blattförmige Aufzeichnungsmaterial 3 gerichtet, um sein Tonerbild 4 zu kühlen. Statt des Förderbandes 17 können auch Kühleinrichtungen in Form von gekühlten Führungsplatten verwendet werden. Durch diese zusätzliche Kühlung des Blattes mit dem Tonerbild läßt sich die Fixierung der Abbildung weiter verbessern.

Die in Fig.4 dargestellte Wärmeschmelzfixiereinrichtung weist ein Paar übereinander angeordneter Bänder auf, zwischen denen das Blatt mit dem Tonerbild hindurchbefördert v/erden kann. Das obere endlose Band 13 ist um eine obere Umlenkrolle 11a mit einer eingebauten Heizeinrichtung 14 und um eine Führungsrolle 12 geführt. Die beheizte Gegendruckrolle wird durch ein weiteres, endloses Band 20 gebildet, das um eine untere, unter der oberen Umlenkrolle 11a angeordnete beheizte Rolle 116 mit eingebauter Heizeinrichtung 16 und um eine weitere beheizte Rolle 19 geführt ist, die sich rechts neben der beheizten Rolle 116 und unter dem unteren Trum des Bandes 13 befindet. In der beheizten Ro Ie 19 ist ebenfalls eine Heizeinrichtung 21 vorgesehen.

Rechts neben der beheizten Rolle 19 befindet sich eine Kühlrolle 22, in der eine Hohlwelle 22 angeordnet ist; die Kühlrolle 22 weist koaxial zu dieser Hohlwelle 22a einen diese Welle umgebenden Zylinder 226 aut. Über die Hohlwelle 22a wird ein Luft- oder Wasserstrom zur Kühlung der äußeren Umfangsfläche des äußeren Zylinders 22b zugeführt. An dem unteren, gebogenen Teil des Bandes 13 befindet sich gegenüber der äußeren Umfangsfläche der Führungsrolle 12 fine Düse 23, um das Aufzeichnungsmaterial mit dem fixierten Tonerbild von dem endlosen Band 13 zu trennen. Über die Düse 23 wird ein Luftstrom in Richtung des Pfeils d zugeführt. An dem oberen Trum des Bandes 13 ist eine Reinigungsrolle 24 vorgesehen: der Außenumfang der Reinigungsrolle wird in satter Anlage an der Oberfläche des oberen Trums des Bandes 13 gehalten, so daß diese ständig gereinigt wird. Zweckmäßigerweise besteht der Außenumfang der Reinigungsrolle 24 aus Aluminium. Eiser oder einem anderen Material, an dem Tonerteilchen haften bleiben, nachdem sie von der Oberfläche des Bandes 13 entfernt worden sind, das aus Polytetrafluoräthylen oder einem ähnlichen Material hergestellt ist.

Mit einer solchen Wärmeschmelzfixiereinrichturig läßt sich die Fixierung eines Tonerbildes wesentlich verbessern. Sie weist einen Durchlaß für die Wärmezuführung auf. der ausreichend groß ist, um die Tonerteilchen des Tonerbildes 4 vollständig zu erwärmen. Zweckmäßigerweise wird das Blatt mit dem Tonerbild nach einer Zeitspanne von dem Band abgestreift, die im wesentlichen genausolang wie die Erwärmungszeit ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wärraeschmelzfixiereinrichtung zum Fixieren

^ Tonerbiidern im Durchlaufverfahren mit einem die Tonerseite des Tonerbildes kontaktierenden über mindestens zwei Umlenkrollen umlaufenden 'endlosen Band, bei der die eine an der Zuführstelle des Tonerbildes liegende Umlenkrolle beheizt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der beheiz- jo ten Umlenkrolle (HaJ eine an sich bekannte ebenfalls beheizte Gegendruckrolle (lltygegenüber gestellt ist.

2. Fixiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruckrollt: eine die Rückseite des Tonerbildes kontaktierende umlaufende Kühlfläche (17,22) nachgeschaltet ist.