DE2444876A1

DE2444876A1 - Fixiervorrichtung zum thermischen fixieren elektroskopischer tonerbilder auf einem traeger

Info

Publication number: DE2444876A1
Application number: DE19742444876
Authority: DE
Inventors: Willard C Hamilton
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1973-11-23
Filing date: 1974-09-19
Publication date: 1975-05-28
Also published as: CA1026421A; JPS5087040A; NL7412271A; FR2252592A1; US3881859A; FR2252592B1

Description

19. Sept. 1974-

P 8304-D/73270

XEROX" CORP.

Xerox Square, Rochester, Ή.Υ. 14-64-4-, USA

Fixiervorrichtung zum thermischen Fixieren elektroskopischer Tonerbilder auf einem Träger

Die Erfindung "betrifft eine Fixiervorrichtung zum Fixieren von Tonerpartikeln auf einer Unterlage mit einer geheizten Rolle und einer Stützrolle in einer solchen Anordnung, daß zwischen den beiden Rollen ein Spalt gebildet ist, durch den die Unterlage läuft, wobei die Tonerpartikel mit der geheizten Rolle in Kontakt sind.

Im Verfahren der Xerographie wird im typischen Fall eine Abbildung des zu kopierenden Originals in Form eines latenten elektrostatischen Bildes auf einem lichtempfindlichen Element aufgezeichnet und das latente Bild wird nachfolgend durch Aufbringen elektroskopischer Markierungspartikel, gemeinhin als Toner bezeichnet, sichtbar_:gemacht. Das sichtbare Bild kann dann entweder unmittelbar auf dem lichtempfindlichen Element fixiert oder von diesem auf ein einfaches Papierblatt übertragen und dort fixiert werden.

509822/0852

Um ein elektroskopisch.es Tonermaterial auf einem Q?räger durch Wärme permanent zu fixieren, ist es notwendig, die Temperatur des Tonermaterials auf einen Wert zu erhöhen, "bei dem die Bestandteile des Tonermaterials koaleszieren und klebrig werden. Bei diesem Vorgang wird Toner in gewissem Maß in den Fasern des Trägers, der in vielen Fällen glattes Papier ist, absorbiert. Wenn das Tonermaterial danach abkühlt, verfestigt es sich und wird dadurch fest in dem Träger gebunden.

Sowohl in der elektrographischen als auch in der χerοgraphischen Aufzeichnungstechnik ist die Verwendung thermischer Energie zum Festschmelzen von Tonerbildern auf einem Träger bereits bekannt. Ein Weg zum thermischen Fixieren elektroskopischer Tonerbilder auf einem Träger besteht darin, den Träger mit den darauf befindlichen Tonerbildern zwischen zwei sich gegenüberstehenden Rollen durchzuleiten, von denen wenigstens- die eine entweder von außen oder von innen her erhitzt wird.

Beim Betrieb eines Schmelzsystems dieser Art wird der Träger, auf dem die Tonerbilder elektrostatisch haften, durch den Spalt zwi sehen den Hollen geleitet, wobei die Tonerbilder mit' der Schmelzrolle Kontakt haben, so daß sie in dem Spalt erwärmt werden. Wenn man die Wärmeübertragung auf den Toner steuert und die richtigen Materialien für die Rollenoberfläche vorsieht, findet praktisch kein Abschmieren von Tonerpartikel von dem Kopieblatt auf die Schmelzrolle unter normalen Umständen statt. Dies beruht darauf, daß die der Rollenoberfläche zugeführte Wärme nicht ausreicht, um die Temperatur der Rollenoberfläche über die hohe Abschmiertemperatur des Toners anzuheben, bei der die Tonerpartikel in den Bildbereichen des Toners sich verflüssigen würden und es im zentralen Bereich des geschmolzenen Toners zu einer Scherwirkung käme, durch die Toner verschmiert würde. Ein Abscheren findet statt, wenn die zwischen den Partikeln wirksamen Kräfte

509822/0852

die die viskose Tonermasse zusammenhalten, schwächer sind als die Kräfte der Oberflächenenergie, die bestrebt sind, Toner auf eine Kontaktflache, etwa die Schmelzrolle, abzugeben.

Gelegentlich werden jedoch äußere Tonerpartikel durch ungenügende Wärmezufuhr zur Oberfläche der Schmelzrolle auf diese abgeschmiert; außer der ungenügenden Wärmezufuhr" können hierfür auch Mängel in der Beschaffenheit der gesamten Rollenoberfläche verantwortlich sein oder es kann vorkommen, daß die Tonerpartikel von den elektrostatischen Kräften, die sie normalerweise festhalten, nur ungenügend am Kopieblatt festgehalten werden. In einem solchen Pail können Streupartikel jenseits des Spaltes auf die Oberfläche der Schmelzrolle übertragen werden und nachher, während der Zeitspanne, wenn kein Kopieblatt im Spalt vorhanden ist, auf die Stützrolle übergehen, bevor die Stützrolle von der Schmelzrolle abgehoben werden kann.

Um zu verhindern, daß solche Tonerpartikel auf das Kopiepapier übertragen werden, ist es notwendig, die Tonerpartikel von der Schmelzrolle und/oder der Stützrolle zu entfernen. Wie leicht einzusehen ist, wird, wenn sich genug Toner auf der Stützrolle angesammelt hat, der Papiervorschub gestört.

Eine Anordnung, um dieses als Abschmieren bezeichnete Phänomen möglichst zu beseitigen, besteht darin, eine Schmelzrolle mit einem Überzug aus Polytetrafluoräthylen, unter-dem Namen Teflon bekannt, zu versehen, auf dem ein Antiklebemittel, etwa Silikonöl, aufgebracht wird, öle auf Silikonbasis, die eine relativ niedrige Oberflächenenergie besitzen, haben sich als geeignetes Material für die Verwendung in der Umgebung der heißen Schmelzrolle erwiesen. In der Praxis wird eine dünne Schicht Silikonöl auf die Oberfläche der heißen Schmelzrolle aufgebracht, um dadurch eine Zwischenfläche zwischen, der Eollenoberfläche und den Tonerbildern auf dem Träger zu formen. Damit wird dem

509822/0852

Toner beim Durchgang durch den Spalt der Schmelzeinrichtung eine niedrige Oberflächenenergie dargeboten und so verhindert, daß Toner an der Schmelzrollenoberfläche haften bleibt. Die öle mit niedriger Oberflächenenergie wirken zwar für die meisten Trägermaterialien als ein nichtnetzendes Fluid, es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein mechanisches Fließen des Ant!klebemittels von der Solle auf das Trägermaterial stattfindet,, wenn sich in einem Bereich ein Überschuß an öl sammelt, wo dieser mit dem Kopiepapier in Kontakt kommen kann. Daher wird die auf die Rollenoberfläche aufgebrachte Ölmenge im allgemeinen kontrolliert dosiert, damit nur ein ziemlich dünner Überzug von Antiklebemittel auf der Rollenoberfläche zustandekommt*

Wenn das Kopieblatt aus dem zwischen der Schmelzrolle und der Stützrolle gebildeten Spalt herausläuft, müssen Kittel, beispielsweise Abstreifleisten oder -finger vorgesehen sein, die dafür sorgen, daß das Kopieblatt vom Spalt auf einer vorgegebenen Bahn zu einem Förderband od.dgl. läuft, das das Kopieblatt zum Auslaß der Maschine befördert. Diese Abstreifelemente haben gewöhnlich mit der Rollenoberfläche Kontakt. Dabei hat sich herausgestellt, daß durch diesen Kontakt das als Antiklebemittel dienende öl dazu neigt, sich an der Kontaktstelle nahe der Vorderkante des Abstreifelementes anzusammeln. Diese Anhäufung führt dazu, daß überschüssige ölmengen von dem Kopiepapier aufgenommen werden, was die Qualität der Kopie ungünstig beeinflußt.

Die Erfindung will daher eine verbesserte Rollenschmelzeinrichtung zum Fixieren von Tonerbildern schaffen, mit einer verbesserten Einrichtung zum Abstreifen eines Kopieblattes von der Oberfläche der heißen Schmelzrolle, bei der der geschilderte ölanSammlungseffekt an der Kontaktstelle zwischen der Abstreifeinrichtung und der Schmelzrolle weitgehend behoben ist.

509822/0852

Um dies zu erreichen, sieht die Erfindung eine Blattab streif- · einrichtung vor, die zwischen der Oberfläche einer mit öl bedeckten Schmelzrolle und einem Bildträger bewegbar ist, und die mindestens ein gegabeltes Abstreifelement aufweist, in dessen Gabelung ein ©"!absorbierendes Material angebracht ist, welches das öl, das sich an der Vorderkante des Abstreifelementes ansammeln will, von dieser Vorderkante weg absorbiert und in ein Reservoir für das auf diese Weise abgezogene öl führt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, die eine Fixiereinrichtung mit geheizter Schmelzrolle und Stützrolle und mit der erfindungsgemäßen Blattabstreifeinrichtung veranschaulicht,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der unteren Schmelzrolle der in Fig. 1 gezeigten Fixiervorrichtung mit der erfindungsgemäßen Blattabstreifeinrichtung in Funktionsstellung _r

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Abstreifelementes, das Teil der Erfindung ist.

In Fig. 1 ist eine typische, durch Druck und Wärme wirksame Schmelzfixiervorrichtung mit Rollen gezeigt, die die erfindungsgemäße Blattabstreifeinrichtung verwendet. Zwei zusammenwirkende Rollen, nämlich eine untere erwärmte Rolle 11 und eine obere Stützrolle 12, sind in einem Stützrahmen 13 drehbar gehaltert und mit einem nicht gezeigten Antrieb ausgerüstet, der die Rollen in Richtung der Pfeile mit synchronen Geschwindigkeiten dreht. Eine der Rollen, im vorliegenden Fall die untere Rolle 11,

509822/0352

ist mit einer Wärme energiequelle im Inneren versehen und so angeordnet, daß ihre Außenfläche mit der das Tonerbild tragenden Seite eines Kopieblattes 15 in Berührung ist, während das Blatt durch den Spalt der Schmelzrollenanordnung transportiert wird- Die untere, geheizte Rolle 11 ist aus einer elastischen Decke 16 auf einem festen Kern 17 gebildet, auf der noch eine dünne Schicht eines verhältnismäßig schlecht klebenden Materials 18, beispielsweise !Polytetrafluoräthylen, angebracht ist. Im Inneren des starren Kerns 17 ist in Achsrichtung eine Quarzlampe 19 als Wärmequelle angebracht, die dazu dient, die richtige Saergiemenge auf die Holle zu übertragen, um deren Oberflächentemperatur auf eine bestimmte Betriebshöhe anzuheben.

Die obere Rolle 12, die als Stützrolle dient, besteht aus einer verhältnismäßig steifen zylindrischen Unterlage 20, vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium, auf welcher ein verhältnismäßig dicker hülsenartiger Belag 21 aus Polytetrafluoräthylen angebracht ist. Im Betrieb sind die beiden Rollen 11 und 12 im Rahmen derart gehaltert, daß die obere, elastische Rolle 12 durch den Andruck gegen die steifere untere heiße Rolle 11 deformiert wird und dabei ein ausgedehnter Spalt zwischen den Rollen erzeugt wird, durch den das Kopieblatt während des Schmelzprozesses..läuft. Beim Durchgang des Blattes wird von der Schmelzvorrichtung genügend Druck und Wärmeenergie auf das Kopieblatt übertragen, um den Toner, wie beabsichtigt, zu schmelzen und das Bild zu fixieren. Die spezielle gegenseitige Lage der beiden Rollen 11 und 12, in der sich die Schmelzrolle 11 unter der Stützrolle befindet, kann im Rahmen der Erfindung auch vertauscht werden. Ferner können geeignete Mittel· vorgesehen sein, um die Rollen 11 und 12 außer Kontakt zu halten, wenn die Vorrichtung nicht im Betrieb ist. Zu diesem Zweck kann ein nicht gezeigter Mechanismus angebracht sein, der die eine oder andere Rolle aus der normalen Betriebsstellung in eine Ruhestellung zurückzieht, in der die beiden Rollen keinen Kontakt miteinander haben.

509822/0852

Alternativ kann auch eine der Rollen 11 oder 12 mit einer Abflachung versehen werden, die sich entlang der Längsachse erstreckt, und die beiden Hollen können so synchronisiert werden, daß sie in eine Ruhestellung gebracht werden, in der die Abflachung der einen Rolle der anderen Rolle gegenüberliegt.

Um zu verhindern, daß die Tonerpartikel, die das auf dem Bildträger mitgeführte Bild formen, auf die Oberfläche der erwärmten Rolle 11 abscheueren, während das Blatt durch den Rollenspalt gezogen wird, ist"die erwärmte Rolle mit einer ölschicht versehen, die ein Antiklebemittel darstellt,, das ein Abschmieren der Tonerpartikel auf die erwärmte Rollenoberfläche verhindert, öle auf Silikonbasis haben sich als geeignete Antiklebemi ttel für diesen Zweck erwiesen.

Ein ölaufbringmechanismus 25 ist nächst dem unteren Teil der geheizten Schmelzrolle 11 angebracht, wie dies Fig. 1 und 2 zeigt. Im oberen Teil eines Gehäuses 27 ist ein Auftragdocht 26 derart angebracht, daß er mit dem unteren Teil der geheizten Rollenoberfläche Kontakt hat. Unmittelbar unter dem Docht ist ein rotierender Dosierzylinder 28 angeordnet, der dazu dient, eine vorgegebene ölmenge aus einer Wanne 29 im Gehäuse nach oben in Kontakt mit der Dochtoberfläche zu transportieren. Der Dosierzylinder führt dem Docht gerade genug öl zu., daß, dieser auf den Außenumfang der Schmelzrolle eine ziemlich gleichmäßige ölschicht auftragen kann. Die auf die Oberfläche der Schmelzrolle aufgetragene Ölschicht muß dick genug sein, um als Zwischenfläche zwischen der Rollenoberfläche und dem Kopieblatt zu wirken und ein Abschmieren des Toners zu verhindern, säe muß jedoch andererseits dünn genug sein, um das Kopieblatt nicht zu benetzen, während dieses durch den Rollenspalt läuft. Für weitere Einzelheiten betreffs eines solchen öldosiersystems wird auf die US-PS 3 ?18 116 verwiesen.

509822/0852

24U876

Während das bildtragende Blatt durch den Spalt der Schmelzrollenanordnung läuft, hat es die Tendenz, die Rotation der Oberfläche der geheizten Schmelzrolle mitzumachen. Daher muß ein Mechanismus vorgesehen werden, der das Blatt von der Schmelzrollenoberfläche entfernt, wenn das Bild auf dem Blatt fixiert ist. Zu diesem Zweck sind kurz hinter dem Spalt der Schmelzrollenanordnung ein oder mehrere Abstreiffinger 31 angebracht, die zwischen der Schmelzrollenoberfläche und dem durch den Spalt laufenden Kopieblatt zu liegen kommen. Wenn das Kopieblatt den Spalt verläßt, kommt es mit der Oberseite der Abstreiffinger in Kontakt. Die Finger greifen also zwischen das Kopieblatt und die Schmelzrolle und lenken dadurch das Blatt auf einer vorbestimmten Bahn von der Schmelzrolle weg, wodurch das Kopieblatt von der Schmelzrolle getrennt wird.

Bei einem hier beschriebenen System, bei dem auf die Schmelzrolle ein Antiklebemittel aufgetragen wird, fangen die Abstreiffinger öl oder Antiklebemittel an der Kontaktlinie mit der Schmelzrolle ein, wodurch es zu einer Anhäufung von Öl an dieser Kontaktlinie kommt und schließlich ein Ölüberschuß auf das Kopieblatt übertragen wird. Die Abstreiffinger 31 sind deshalb in einer speziellen Weise konstruiert, um dem Problem der Ölanhäufung zu begegnen.

Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, weist die erfindungsgemäße Blattabstreifeinrichtung zwei Abstreiffinger 31 auf, die um die freien Enden von Anlenkzapfen 32 schwenkbar sind. Die Anlenkzapfen sind mit ihrem einen Ende in vertikalen Stützen 34- verankert, die ihrerseits von langen Stangen 35 getragen werden, die am Stützrahmen 13 befestigt sind. Jeder Abstreiffinger ist mit einer schmalen Kontaktkante 36 versehen, die von einer Oberseite 38 und einer Unterseite 39 gebildet ist. Die Abstreiffinger sind in der Schmelzeinrichtung derart abgestützt, daß ihre Unterseite 39 auf der Schmelzrolle 11 ruht und durch die Schwerkraft in dieser Lage gehalten wird.

509822/0852

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, weisen die Abstreiffinger 31 einen langgestreckten Schlitz 40 auf, der an der Kontaktkante 36 beginnt und in eine öffnung 42 hinter der vorauslaufenden Kontaktkante $6 mündet. In dem langgestreckten Schlitz 40 und in der öffnung 42 ist ein Kissen 44 angebracht, das dazu dient, das öl, das sich an der Kontaktkante 36 ansammeln will, zu absorbieren und es durch Dochtwirkung von der Kontaktkante 36 weg zu dem in der öffnung 42 liegenden Kissenteil abzuleiten, der als ein Reservoir für das öl dient.

Es hat sich herausgestellt, daß ohne das Kissen 44 der vordere Teil des Schlitzes 40 als eine weite Kapillare wirkt, die das von der Schmelzrolle aufgenommene Öl festhält, bis ein zweites Kapillarsystem mit einem kleineren Radius mit ihr in Kontakt kommt. Das Kopiepapier an der Kontaktstelle mit dem Abstreif finger stellt eine solche engere Kapillare dar, die bewirkt, daß das öl zu dem Papier herübergesaugt wird. Da jedoch der Schlitz und die Öffnung mit dem porösen Material, beispielsweise Löschpapier, Zelluloseschwamm oder Nomexschwamm, gefüllt sind, wird das Öl von der Spitze der Abstreiffinger weggesaugt und kann nicht auf das Kopieblatt gelangen.

Um zu verhindern, daß Toner an der Oberfläche der Abstreiffinger 31 kleben bleibt, während die Kopieblätter über die Finger gezogen werden, sind die Ab streiffinger vorzugsweise aus einem Material konstruiert, das weder mechanisch noch chemisch eine solche Wechselwirkung mit dem Toner zeigt, daß Toner an der Oberfläche der Finger haftet. Derartige Materialien, wie aromatische Polyester, beispielsweise Ebonol, hergestellt von der Carborundum Company of Sanborn, New York, die einen Trifluoräthylen-Füllstoff enthalten; ferner Amidimide, beispielsweise Amoco A1-11L4, geliefert von der Amoco Chemical Company of Seymour, Indiana, denen Graphit oder Trifluoräthylen als Füllstoff zugesetzt ist; Polyimide, wie beispielsweise Vespel,

509822/0852

hergestellt von der Dupont Company, die mit einer Schicht von Trifluoräthylen überzogen sind, haben sich in einer solchen Konstruktion als brauchbar erwiesen, da sie gegenüber Toner abstoßende Eigenschaften entwickeln.

Gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind im Rahmen der -Erfindung Abänderungen möglich.

509822/0852

Claims

Patentanspriiche

(JU fixiervorrichtung zum Fixieren von Tonerpartikeln auf einer Unterlage mit einer geheizten Rolle und einer Stützrolle in einer solchen Anordnung, daß zwischen den beiden Rollen ein Spalt gebildet ist, durch den die Unterlage läuft, wobei die Tonerpartikel mit der geheizten Rolle in Kontakt sind, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (25)» die auf die geheizte Rolle -(11) ein Material aufträgt, das die Haftung der Tonerpartikel an der geheizten Rolle auf ein Minimum zurückführt, und durch eine Abstreifeinrichtung (31), die zwischen der geheizten Rolle (11) und der Unterlage (15) derart angeordnet und mit der geheizten Rolle in Kontakt ist, daß sie die Unterlage auf einer vorgegebenen Bahn weiterführt, und die eine Einrichtung (40,42,44·) aufweist, um überschuss!-, ge Mengen des haftungsmindernden Materials von dem Kontaktbereich der Abstreifeinrichtung mit der geheizten Rolle wegzubef or dem.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das haftungsmindernde Material Silikonöl enthält.
3- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Wegbeför-dern des haftungsmindernden Materials ein ölabsorbierendes. Material (44) enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Abstreifeinrichtung mindestens einen gegabelten Teil (31) aufweist, in dessen Gabelung das ölabsorbierende Material (44) angeordnet ist.

509822/0852

2U4876
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstreifeinrichtung mindestens einen Abstreiffinger (31). umfaßt, der relativ zu der geheizten Rolle (11) derart schwenkbar gehaltert ist, daß seine Vorderkante (36) die Oberfläche der geheizten Rolle berührt, und daß der Ab streif finger bzw. die Abstreiffinger mit der Einrichtung zum Wegbefördern des haftungsmindernden Materials ausgerüstet sind, die überschüssige Mengen des haftungsmindernden Materials absorbiert und von der Vorderkante (36) abzieht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zum Wegbefördern des haftungs mindernden Materials einen langgestreckten Schlitz (40) aufweist, der von der Vorderkante (36) ausgeht und hinter der Vorderkante in eine verhältnismäßig weite öffnung (42) mündet, und daß das absorbierende Material (44) in dem Schlitz (40) und in der Öffnung (42) angeordnet ist.

509822/0852