DE2337751C2

DE2337751C2 - Konta ktwärmefixiereinrichtung

Info

Publication number: DE2337751C2
Application number: DE2337751A
Authority: DE
Inventors: Wolfram 6241 Mammolshain Saupe
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1973-07-25
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE2337751B1; US3952696A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktwärmefixiereinchtung für Tonerbilder mit einer in Umlauf versetzba ren endlosen erwärmbaren Bahn, die mit dem Tonerbild in Berührung gebracht werden kann, und gegebenenio3s mit einer Einrichtung zur Reinigung der Kontaktfixieroberfläche der Bahn von anhaftendem Toner. Fines der wesentlichen Probleme bei elektrofotografischen Kopiergeräten und insbesondere bei Kopiergeräten, die mit trockenem thermoplastischem Toner arbeiten, stellt die Fixierung der Tonerbilder auf dem Papier dar. Es ist bereits eine große Anzahl von Verfaho ren und Vorrichtungen zum Fixieren von Tonerbildern mittels Wärme bekannt Die bei den Fixiereinrichtungen angewandten Verfahren lassen sich in drei Grundtypen unterteilen. Das erste Verfahren besteht in einer Strahlungsfixierung, bei der das Tonerbild durch Absorption von eingestrahlter Energie erhitzt und da durch auf dem Papier fixiert wird. Dieses Verfahren erfordert erhebliche Energie und weist den weiteren Nachteil auf, daß sich die Kontaktflächen zwischen den Tonerpartikelchen und den Papierfasern nicht vergrößern lassen. Das zweite Verfahren kann als Fixierung mit heißer Luft gekennzeichnet werden. Bei diesem Verfahren ergeben sich insofern Schwierigkeiten, aL eine relativ starke Verschmutzung des Gerätes auftritt und darüber hinaus noch das Problem zu lösen ist hei ße Luft in definierter Weise mit dem Tonerbild in Berührung 7U bringen. Das dritte Verfahren kann als Kontaktwärmefixierung gekennzeichnet werden, bei dem erwärmte Oberflächen mit dem Tonerbild in Berührung gebracht werden.

Vom Energieverbrauch und dem technischen Aufwand her gesehen ist das Kontaktwärmefixierverfahren am vorteilhaftesten, obgleich es auch Probleme mit sich bringt. Zum einen besteht bei der Kontaktwärme Fixierung die Schwierigkeit daß sich Tonerteilchen bild mäßig auf der Fixierfläche absetzen und auf die nächste Kopie übertragen werden Dieser sogenannte Offset-Effekt bzw. diese Geisterbilder sind außerordentlich äuörend. Zur i.«>.«ng dieses Problems wurde bereits vorgeschlagen, eine Fixierwalze an ihrer Oberfläche mit Polytetrafluorethylen und einem dünnen Silikonölfilm zu versehen. Dabei ergeben sich jedoch bei dieser Kontaktwärmefixiereinrichtung Schwierigkeiten bei der Temperaturverteilung über die Walzenlänge. Diese ist nämlich häufig ungleichmäßig, so daß die Fixierqualität und die Wischfestigkeit der Kopie an manchen Stellen nicht zufriedenstellend ist

Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß zur Heizung der Walze immer noch ein beträchtlicher Energieaufwand erforderlich ist, wenn im Inneren der Walze mit so einem Heizelement gearbeitet wird, dessen Temperatur erheblich über der zum Fixieren erforderlichen Temperatur der Außenoberfläche der Walze liegt

Es wurde unter anderem auch bereits vorgeschlagen, an Stelle eines Strahlers im Inneren der Walze unter der Polytetrafluoräthylenschicht eine elektrische Widerstandsheizung vorzusehen und diese gegebenenfalls auch in Kombination mit einer Strahlungsheizquelle zu betreiben. Diese Lösungen erfordern immer noch technisch einen beträchtlichen Aufwand. Bei einer gleichfalls vorgeschlagenen Rolle zum Fixieren von Tonerbildern besteht diese Rolle aus einer Anzahl von Schichten aus einem elastisch-federnden Material, wobei die Schichten um einen Kernteil angebracht sind und erhitzt werden, um das Tonerbild zu schmelzen und auf einem Aufzeichnungsmaterial zu fixieren. Die dem Kernteil näherliegende Schicht au: federndem Material ist dabei elektrisch leitend ausgebildet so daß die Rolle als Heizrolle verwendet werden

fci, Die nächste, weiter entfernt vom Kernteil angeordnete Schicht besteht aus isolierendem Material ,jni besitzt eine glatte, nicht klebrige Oberfläche, wo· durch ein ./»V-setzen oder ein Hängenbleiben von Tonermaterial verhindert wird. Auch bei dieser KontaJctwärmefijdereinrichtung ist die aufzuwendende elektrische Heizenergie noch beträchtlich, da nicht unmittelbar die oberste Schicht, die gleichzeitig die Oberfläche der RoDe bBdet, geheizt wird, sondern die darunter liegende Schicht.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung eine Kontaktwännefixiereinrichtung der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, daß bei gleichmäßiger Temperatur über die gesamte Breite der Bahn ein recht geringer Energieverlust auftritt und bei der das Heizelement mit wesentlich geringeren Temperaturen als bei bekannten bzw. vorgeschlagenen Kontaktwärmefixjervorrichtungen betrieben wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäli durch eine Kontaktwärmefixiereinrichtung dadurch gelöst, daß die Bahn an ihrer mit dem Tonerbild in Berührung gelangenden Außenseite eine Schicht aus elektrisch leiten dem Material als Heizelement aufweist, daß unter dieser elektrisch leitenden Schicht eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist und daß an beiden Rändern der elektrisch leitenden Schicht jeweils den gesamten Rand entlang ausgebildete elektrische Anschlüsse für den Anschluß einer Versorgungsspanuungsquelle für das Heizelement angeordnet bind.

Die elektrisch leitende Schicht besteht vorteilhafterweise aus leitendem Silikongummi und die endlose Bahn ist als Fixierwalze ausgebildet.

In bevorzugter Weise beträgt die Dicke der Silikongummischicht 0,5 bis 5 mm, ihr spezifischer Widerstand liegt im Bereich von 4,5 ohm cm und es ist darüber hinaus eine Spannungsquelle mit etwa 20 bis 220 Volt vorgesehen.

Die Walze ist zweckmäßigerweise an ihren Enden mit Kontaktkappen als elektrische Anschlüsse versehen, die die elektrisch leitende Silikongummioberfläche jeweils längs ihres Umfangs berühren. Für die Stromzuführung von der gerätefesten Spannungsquelle auf (1 mitrotierenden Kontaktkappen sind bevorzugt elektrisch leitende Gleitlager, insbesondere Sinterlager, vorgesehen.

Bei bekannten Kontaktfixiereinrichtungen werden die Wirksamkeit und der Energieverbrauch dadurch verbessert, daß bei der Fixierwalze der Berührungsbereich mit Hilfe eines mitumlaufenden Bandes an Stelle einer Gegenwalze vergrößert wird. Diese Lösung weist zwei erhebliche Nachteile auf, zum einen ist sie konstruktiv aufwendig und daher teuer, und zum anderen führt das umlaufende Band dazu, daß ein erheblicher Wärmeverlust auftritt, da das Band auf der der Heizwalze abgekehrten Seite der Umlaufbahn beträchtlich abkühlt und somit einen zusätzlichen Energieverlust bewirkt.

Dieses Problem wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung gelöst durch ein bandförmiges Andruckelement für das über die Fixierwalze zu führende Tonerbild, das ortsfest eingespannt die Fixierwalze teilweise umschließt, und dadurch, daß die Andruckfläche des Andruckelements vorzugsweise aus elektrisch isolierendem Material besteht. Dabei wird von der elektrisch isolierenden Oberfläche des Andruckelements eine Gleitreibungskraft auf die Rückseite des Trägers des Tonerbildes ausgeübt, die kleiner ist als die zwischen der Fixierwalze und der das Tonerbild tragenden Oberfläche des Trägers auftretende Haftreibungskraft.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei einer Fixierwalze mit einer Oberfläche aus leitfähigem Silikongummi, die eine.gewisse Druckempfindlichkeit im Dauerbetrieb aufweist, mit Hilfe einer Matte, bei der zumindest die mit der Walze oder der Rückseite des Trägers des Tonerbildes in Berührung gelangende Oberfläche aus Polytetrafluoräthylen besteht, in einfacher Weise eine große Umschlingung der Walze und

ίο zugleich eine sichere Fixierung des Tonerbildes erreichbar ist, ohne daß dieses verschoben oder zerstört wird, und ohne daß die Silikongummiwalze mechanisch nennenswert beansprucht wird. Aas diesem Grund besteht vorzugsweise die Andruckfläche des Andruckele

t5 mems aus Polytetrafluoräthylengewebe, -filz oder -vlies. Das bandförmige Andruckelement ist in bevorzugter Weise unter der Kraft einer Feder gespannt.

die Kontaktwärmefixierung kann mit einer Temperaturmessung der Walzenoberfläche verbunden werden, wobei diese Temperaturmessung zur Regelung der Walzenoberflächentemperatur herangezogen wird. Diese Temperaturmessung kann entweder mit Hilfe berührender oder berührungsloser Temperaturmeßelemente geschehen oder indirekt durch die Messung des Widerstandes der leitenden Silikongummischicht.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines elektrofotografischen Kopiergeräts mit der erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung.

F i g 2 eine vergrößerte Darstellung der Fixiereinrichtuiig im Querschnitt und
F i g. 3 die in F 1 g. 2 gezeigte Einrichtung im Längsschnitt.

Ein auf einer Trommel I befindlicher Fotoleiter 2 wird in einer Aufladungsstation 3, beispielsweise mit Hilfe einer Coronaentladungseinrichtung, gleichförmig aufgeladen. In der Belichtungsstation 4 wird der gleiehförmig aufgeladene Fotoleiter 2 belichtet Das entstandene latente Ladungsbild auf dem Fotoleiter wird in einer Kaskadenentwicklungsstation 5 entwickelt und das auf dem Fotoleiter befindliche Tonerbild in einer Übertraguiigsstation 6 auf ein Bildempfangsmaterial 7.

beispielsweise Papier, das von einer Vorratsrolle 8 abgezogen und durch eine Scheideinrichtung 9 in das gewünschte Format geschnitten wird, übertragen. Auf dem Fotoleiter 2 verbliebener Toner wird mit Hilfe einer Reinigungscorona 10 und einer Bürstenrcinigungssiation Il entfernt. Der beschriebene Zyklus kann sich nun aufs neue wiederholen.

Das Papierblatt 7 gelangt über ein Blech 12 in den Spalt zwischen der noch näher zu beschreibenden Kontaktfixierwalze 13 und einer Bahn 14 aus Polytetrafluoräthylen-Flor, -Filz oder -Gewebe. Nach der Fixierung gelangt die Kopie 7 zwischen Umlenkblechen 15 und t6 geführt zu einem Walzenpaar 17, 18, das die Kopie in den Kopieaufnahmebehälter 19 befördert.

Um die Fixierwalze 13 herum sind Wärmeisolierungen 20, 21 und 22 angeordnet, um den Energieverlust möglichst gering zu halten. Mit Hilfe eines Temperaturmeßgeräles 23 kann die Oberflächentemperatur der Fixierwalze gemessen und die gemessenen Werte zur Regelung der Temperatur verwendet werden. Mit Hilfe einer Reinigungseinrichtung 24 wird die Oberfläche der Fixierwalze von anhaftendem Toner befreit. Mit Hilfe einer Benetzungswalze 25 wird Silikonöl aus einem Bc-

hälter 26 an die Fixierwalze angetragen, um die Reinigung der Fixierwalze von anhaftendem Toner zu erleichtern. Mit der Benetzungswalze zusammen wirkt eine Abquetschwalze 27, deren Andruckkraft einstellbarist.

Zur näheren Erläuterung der Fixiereinrichtung sei auf die Fig.2 und 3 Bezug genommen. Die Kopie 7 gelangt bei dem Fixier-Arbeitsgang zwischen die äußere Oberfläche der Fixierwalze 13 und die Matte 14 aus Polytetrafluoräthylenmaterial. Die Fixierwalze 13 weist an ihrer Oberfläche eine Schicht aus leitfähigem Silikongummi 28 auf. Bei diesem Silikongummi handelt es sich z. B. um ein Produkt mit einer Dichte von 1.2 g/cm³ (DIN 53 550). einer Shorehärte von 70 (DIN 53 505). einer Zugfestigkeit von 60 kp/cm² (DIN 53 504, Form III), einer Bruchdehnung von 200% (DIN 53 504, Form III), einer Weiterreißfestigkeit von 12 kp/cm (ASTM D 624, Form B), einer Rückprallelastizität von 35% (DIN 53 512), einem Druckverformungsrest von 20% (20 Stunden bei 175°C, DIN 53 517) und einem spezifischen Durchgangswiderstand von etwa 4,5 Ohm · cm (VDE 0303. Teil 3). Die Dicke der leitenden Silikongummischicht beträgt vorzugsweise 0,5 bis 5 mm und die anzulegende Spannung vorzugsweise 20 bis 220 Volt. Auf diese Weise lassen sich Walzenoberflächentemperaturen von 100 bis 200⁰C erreichen. Es hat sich gezeigt, daß die Temperaturverteilung an der WaI-zenoberfläche wesentlich gleichmäßiger als bei anderen Fixiersystemen ist. Die Wärmeableitung über die Walzenlagerung macht sich kaum nachteilig bemerkbar.

Die Silikongummischicht 28 ist auf einer Schicht aus elektrisch isolierendem Material 29 angeordnet. Diese Isolierschicht 29 wiederum sitzt auf einem Metallzylinder 30. Die Isolierschicht 29 ist erforderlich, damit der elektrische Strom, der durch Anlegen der Spannung zwischen den Walzenenden fließt, lediglich durch die Silikongummischicht fließt. Die Kontaktierung des Silikongummis an den Walzenrändern erfolgt mit Hilfe von Kontaktkappen 31, die zwischen die elektrisch isolierende Schicht 29 und die Silikongummischicht 28 mit einem spitz zulaufenden Rand eingreifen. Die große Berührfläche zwischen den Kontaktkappen 31 und dem Silikongummi 28 gewährleistet einen guten und sicheren elektrischen Kontakt. Die Kontaktkappen 31 weisen Wellenstummel 32 auf und sind auf einer isolierenden Platte 33, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen, befestigt. Diese isolierende Platte 33 ihrerseits ist mit Hilfe einer Ringscheibe 34 verschraubt, die ihrerseits mit der metallischen Hülse 30 verlötet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Kontaktkappen 31 nicht durch das Rohr 30 kurzgeschlossen werden. Die Lagerung der Fixierwalze.geschieht mit Hilfe von zwei elektrisch leitenden Gleitlagern, z. B. Sinterlagern 35 und 36, mit deren Hilfe die Stromzufuhr über die Kappe auf die Silikongummischicht von einer Wechselspannungsquelle 37 aus gut zu bewerkstelligen ist.

Um eine ausreichende Qualität der Kopien herzustellen, ist es erforderlich, daß die Fixierwalze eine glatte, fehlerfreie Außenfläche besitzt Zu diesem Zweck ist die Silikongummi walze geschliffen.

Bei der beschriebenen Konstruktion ist der Wärmeverlust auf ein Minimum reduziert. Hinzu kommt, daß das Heizelement zugleich das mechanische Anpreßelement ist, d. h., daß die Wärme unmittelbar an derselben Stelle erzeugt wird, an der sie verbraucht wird. Auf diese Weise bedarf es keiner Wärmequelle, die auf einer höheren Temperatur als der Oberflächentemperatur der Fixierwalze liegt. Die Führung der Kopie an dei rotierenden Fixierwalze 13 entlang geschieht mit Hilfe eines gerätefesten eingebauten bandförmigen An druckelementes in Form einer Matte au; Polytetrafluoräthylenfilz oder -florgewebe. Die Aus wahl des Materials für dieses Andruckelement muß da bei so erfolgen, daß auf die Rückseite der Kopie 7 vor der Matte ausgeübte Gleitreibungskraft geringer ist al die zum Lösen der Vorderseite der Kopie 7 von dei Fixierwalze erforderliche Kraft Die Matte 14 ist at dem einen Ende in dem Gerät eingebaut was in F i g. Ά durch eine Schraubklammerverbindung 39 angedeute ist An dem freien Ende steht die Matte unter dem kon stanten Zug einer Feder 40. Die Matte kann mit Hilft einer Stange 41 umgelenkt werden, es ist jedoch bevor zugt. sie ohne Umlenkung mit einem Spannelement ζ befestigen. Diese Feder 40 übt auf die Malte nur eine geringen Zug aus. so daß diese unter sanftem Drue gegen die Fixierwalze drückt Auf diese Weise win zwar ein inniger Kontakt zwischen der Fixierwalze un dem Tonerbild erreicht es wird jedoch jede uner wünschte mechanische Belastung und Verformung de Fixierwalze vermieden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1 Kontaktwärmefixiereinrichtung für Tonerbilder mit einer in Umlauf versetzbare^ endlosen erwärmbaren Bahn, die mit dem Tonerbild in Berührung gebracht werden kann, und gegebenenfalls mit einer Einrichtung zur Reinigung der Kontaktfixieroberfläche der Bahn von anhaftendem Toner, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Bahn an ihrer mit dem Tonerbild in Berührung gelangenden Außenseite eine Schiebt (28> aus elektrisch leitendem Material als. Heizelement aufweist,

b) daß unter dieser elektrisch leitenden Schicht (28) eioi* Schicht (29) aus elektrisch isolierendem Material: angeordnet ist und

c); daß an beiden: Rändern der elektrisch leitenden Schicht jeweils den gesamten Rand entlang ausgebildete elektrische Anschlüsse (31) für den Anschluß einer Versorgungsspannungsquelle (37) für das Heizelement angeordnet sind.
2. Kontakrwärmefixiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht aus leitendem Silikongummi besteht
1 Korttaktwärmefixiereinrichtung nach Anspruch t oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die endlose Bahn als Fixierwalze ausgebildet ist
4. Kontaktwärmefixiereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Silikongummischicht 0,5 bis S mm beträgt, ihr spezifischer Widerstand im Bereich von 4,5 Ohm cm liegt und daß eine Spannungsquelle mit etwa 20 bis 220 Volt vorgesehen ist
5. Kontaktwärmefixiereinrirhtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet daß die Walze an ihren Lnden mit Komakikappen (31) als elektrische Anschlüsse versehen ist, die die elektrisch leitende Süikongummioberfläche jeweils längs ihres Umfangs berühren.
6. Koretaktwärmefixiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stromzuführung von der gerätefesten Spannungsquelle auf die mitrotierenden Kontaktkappen (31) elektrisch leitende Gleitlager, insbesondere Sinterlager (35, 36) vorgesehen sind.
7. Kontaktwärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch ein bandförmiges Andruckelement (14) für das über die Fixierwalze zu führende Tonerbild, das, ortsfest eingespannt, die Fixierwalze teilweise umschlingt, und dadurch, daß die Andruckfläche des Andruckelements (14) vorzugsweise aus elektrisch isolierendem M»« r -ial besteht
8. Kontaktwärmefixiereinrichtung nach Anspruch ⁷. dadurch gekennzeichnet daß die Andruckfläche des Andruckelements (!4) aus Polytetrafluoräthylengewebe-, -filz oder -vlies besteht
9. Kontaktwärmefixiereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bandförmige Andruckclement (40) unter der Kraft einer Feder gespannt ist.