DE2459178B2

DE2459178B2 - Fixiereinrichtung fuer elektrophotographische kopiereinrichtungen

Info

Publication number: DE2459178B2
Application number: DE19742459178
Authority: DE
Inventors: Bader Sate San Jose Calif. Kudsi (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-12-19
Filing date: 1974-12-14
Publication date: 1977-07-28
Also published as: FR2255645B1; DE2459178C3; DE2459178A1; IT1025198B; US3861863A; CA1035005A; JPS542576B2; JPS5093658A; GB1477527A; FR2255645A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Fixiereinrichtung für elektrophotographische Kopiereinrichtungen mit einem Druck/Wärme-Fixierrollenpaar, das aus einer beheizten Fixierrolle mit einem dünnen Belag aus elastischem Material sowie einer bei ihrer Anlage an der Fixierrolle elastisch deformierbaren Andruckrolle besteht, zwischen denen ein auf einem bandförmigen Träger befindliches Tonerpulverbild zum Fixieren des Toners durch Aufschmelzen hindurchgeführt wird, und so mit einer in Transportrichtung des Trägers vor dem Fixierrollenpaar angeordneten zusätzlichen Vorwärmeinrichtung.

Bei elektrophotographischen Kopiergeräten, die ein Druck/Wärme-Fixierrollenpaar als Fixiereinricntung 5S aufweisen, besteht das Problem der Vermeidung eines unerwünschten Offsetdrucks. Dieser Offsetdruck kann dadurch eintreten, daß ein Teil des Tonerpulvers an der Oberfläche der Heizrolle haften bleibt und bei der Schmelzfixierung des nächsten Tonerpulverbildes sich '·" mit diesem überlagert und in dieser Form auf das nachfolgende Blatt übertragen wird, wenn dieses mit der Heizrolle in Berührung kommt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird bei bekannten Kopiergeräten die Außenfläche der Heizrolle mit einem dem Offsetdruck <>·> entgegenwirkenden Material, wie beispielsweise Tetrafluoräthylenpolymer beschichtet (US-PS 32 68 351). Zusätzlich ist es bei solchen Geräten erforderlich, die Hetzrolle kontinuierlich mit einer Flüssigkeit zu benetzen, die ein Anhaften des Toners vermeidet. Hierzu kann z. B. SiUkonöl dienen. Derartige Kopiergeräte müssen somit ein großes Reservoir dieser Flüssigkeit aufweisen, das periodisch aufzuffll'en ist. Dies ist unter dem Gesichtspunkt einer wartungsfreien Arbeitsweise ein erheblicher Nachteil.

Es ist andererseits auch bekannt, bei einem Kopiergerät der obengenannten Art die Heizrolle mit einem elastischen Material, wie beispielsweise Silikongummi, zu beschichten. Der so erzeugte Belag weist eine geringere Härte auf als die ebenfalls deformierbar ausgebildete Andrückrolle (DT-OS 20 63 950). Diese Einrichtung gestattet innerhalb eines bestimmten Temperatur- und Andruckkraft-Bereiches die Herstellung einwandfreier Kopien, ohne daß hierzu eine den Offsetdruck verhindernde Flüssigkeit verwendet werden muß. Wird eine solche Fixiereinrichtung mit einer hohen Kopiergeschwindigkeit betrieben, so sind sehr hohe Temperaturen auf der Oberfläche der Heizrolle notwendig, um genügend Wärme für eine korrekte Aufschmelzfixierung auf den Kopienträger zu übertragen. Diese hohen Temperaturen begrenzen jedoch die Lebensdauer der elastischen Schicht auf der Heizrolle und wirken damit dem erwünschten wartungsfreien Betrieb entgegen. Wenn versucht wird, diesem Nachteil dadurch zu begegnen, daß die Temperatur der Heizrolle abgesenkt wird, verläßt man entweder den offsetdruck freien Temperaturbereich, so daß ein sogenannter kalter Offsetdruck eintritt, oder die Fixierung ist unzureichend. Im ungünstigen Falle können sogar beide Erscheinungen eintreten.

Es sind ferner bereits Einrichtungen bekannt, bei denen die Fixierung des Tonerbildes in zwei aufeinanderfolgenden Stufen stattfindet (DT-OS 22 15 158 und DT-OS 22 25 059). Bei diesen Einrichtungen wird das Tonerbild zunächst einer Vorfixierstation zugeführt, die einen Wärmes:rahler enthält, der ein Aufschmelzen des Tonerbildes auf dem Träger bewirkt. Das so vorbehandelte Bild wird daraufhin einem Druck/Wärme-Fixierwalzenpaar zugeführt, das die eigentliche Fixierung ausführt (Hauptfixierung), indem es das Bild auf den Träger auswalzt. Diese Einrichtungen gestatten /war eine hohe Fixiergeschwindigkeit, sie können aber die oben erläuterten Temperaturprobleme nicht beseitigen. Insbesondere erschwert der vom Schwärzungsgrad des Bildes abhängige Wärmeübergang auf den Träger eine genaue Kontrolle der Temperaturverhältnisse und damit eine sichere Vermeidung von Offsetdruck-Erscheinungen.

Eine andere bekannte Fixiereinrichtung weist eine Vurwärmwalze auf, über die dem Kopienträger eine kontrollierbare Wärmemenge auf der Bildrückseite zugeführt wird (US-PS 36 85 898). Der eigentliche Fixiervorgang wird durch einen Wärmestrahler bewirkt, der von der Bildseite auf den über die Vorwärmwalze laufenden Träger einwirkt. Diese Einrichtung vermeidet aufgrund der Strahlungsfixierung jegliche Offsetdruck-Erscheinungen, erreicht aber insbesondere bei der Abbildung feiner Linien und Bildkanten sowie beim Betrieb mit hoher Kopiergeschwindigkeit nicht die Kopierqualität von Druckwalzen-Fixierstationen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorteilhafte Fixiereinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die es ermöglicht, unter Vermeidung des Nachteils von Offsetdruck-Erscheinungen die Temperaturverhältnisse in der Fixierrolle im Sinne einer Verlängerung der Lebensdauer der Rollenbeschichtung zu verbessern, und

die dennoch eine günstige konstruktive Ausgestaltung gestattet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die Anspruch I angegebenen Maßnahmen gele·«.

Durch die erfindungsgemaß angeordnete Vorwarm· einrichtung wird die Möglichkeit geschaffen, die eigentliche Heizrolle bei niedrigerer Temperatur zu betreiben, da der Träger bereits stark aufgeheizt ist wenn er mit der Heizrolle in Berührung kommt Die Heizrolle braucht somit nur noch diejenige Wärmemen ge dem Träger zuzuführen, die zusatzlich notwendig tot. um das Tonerpulver in der richtigen Weise beim Durchgang des Trägers durch die Rollen aufzuschmel zen. Es ist dadurch möglich, einerseits die Arbeitsgeschwindigkeit wesentlich zu erhöhen, ohne daß ein Offsetdruck eintritt, und andererseits für die Herstellung ι s der Fixierrolle ein Material zu verwenden, das die Anwendung einer den Offsetdruck verhindernden Flüssigkeit erübrigt. Es wird somit eine hohe Kopierqualität bei einem wartungsarmen Betrieb erreicht

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung *o sind aus den Unteransprüchen ersichtlich. Anhand von Zeichnungen werden nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüstetes elektrophotographisches Kopiergerät in schematischer Darstellung,

Fig.2 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Heizrollen-Temperatur und der Anpreßkraft zwischen Hei/rolle und Andruckrolle,

Fig.3 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwisehen der Oberflächentemperatur der Heizrolle und der Papiertemperatur zur Veranschaulichung der Offsetdruck-Bereiche,

Fig.4 eine Seitenansicht der Fixiereinrichtung des Kopiergerätes von F i g. 1 und

F i g. 5 eine Teilschnitt-Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Vorwärmeinrichtung zur Verwendung in der Fixiereinrichtung des Kopiergerätes von Fig. 1.

Ein elektrophotographisches Kopiergerät mit einer erfindungsgemäß gestalteten Fixiereinrichtung ist schematisch in F i g. 1 gezeigt. Das Kopiergerät enthält eine drehbare Trommel 1, die auf ihrem Umfang eine photolcitfähige Schicht trägt, auf die das a'if einer kontinuierlichen Trägerbahn 6 zu reproduzierende Bild abgebildet wird. Der Photoleiter wird gleichförmig auf eine bestimmte Polarität durch eine Koronaladevorrichtung 2 aufgeladen. Die geladene Fläche wird einem Lichtbild in Form einer Blitzstation 3 und/oder einer Belichtungsstation 4 ausgesetzt, um ein latentes elektrostatisches Bild zu produzieren. Das latente elektrostatische Bild wird durch eine geeignete Entwicklungsvorrichtung 5 entwickelt, indem ein Toner-Trägergemisch über das elektrostatische Bild auf dem Photoleiter kaskadiert wird. Der Toner besitzt eine Ladung entgegengesetzt der Polarität des elektrostatischen Bildes und wird somit auf die Trommeloberfläche angezogen, um das dortige Bild sichtbar zu machen. Das Tonerbild wird auf die kontinuierliche Bahn 6 mit Hilfe einer Übertragungs-Koronastation 7 übertragen. Die (>o Übertragungskorona sprüht auf die Rückseite der Bahn 6 Ionen von der Tonerpolarität entgegengesetzter Polarität, um diese von der Trommel 1 abzuziehen und auf dem Träger 6 anzulagern. Nach der Übertragungskorona wird das Papier 6 von der Trommel gelöst und »5 einer Fixierstation 8 zugeführt, die zum Anschmelzen und andauernden Fixieren des Toners auf dem Papier dient. Beim Übertragen des Tonerbildes wird üblicher-

weise nicht aller Toner übertragen, so daß noch Tonerreste auf der Tromme1oberfl8che zurückbleiben. An einer Reinigungsstation wird deshalb der Photoleiter naeneinander einer Löschlampe 9. einer Vorreinigungskorona 10 und einer rotierenden Reinigungsbürste 11 ausgesetzt Die Löschlampe 9 entladt den Photoleiter und die Vorreinigungskorona 10 erzeugt eine derartige Ladung, daß das restliche Tonerbild elektrostatisch zu der Reinigungsbürste hin angezogen wird, wenn diese den Toner vom Photoleiter wischt Mit dieser Operation ist ein Umlauf der Trommel für die Herstellung des gewünschten Kopierbildes beendigt Eine Steuerung 14 ist für die Zuführung und Erzeugung von elektrischen Steuersignalen vorgesehen, um die Arbeitsweise aller Teile des Geräts zu koordinieren. Dabei kann beispielsweise die Position des Bildes auf der Trommel in der Weise koordiniert werden, daß die richtigen Bearbeitungen an den verschiedenen Stationen entlang des Trommelweges zu richtigen Zeit vorgenommen werden. Zusätzlich kann die Steuerung 14 auch einen vorübergehenden Speicher für Bilddaten darstellen, die der Belichtungsstation 5 zuführbar sind.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält die Fixiereinrichtung 8 ein Druck/Wärme-Fixierrollenpaar 20 und eine zusätzliche Heizeinrichtung 22, die als Vorwärmeinrichtung dient Das Druck/Wärme-Fixierrollenpaar 20 enthält eine geheizte Rolle 24. nachfolgend Heizrolle 24 genannt, die einen wärmeleitenden Mantel 26 besitzt und in der Infrarotlampen 28 angeordnet sind. Der Mantel 26 ist mit einer elastischen, deformierbaren Schicht 30 aus isolierendem hitzebeständigem Material überzogen, das beispielsweise Silikongummi enthalten kann. Die Leistung der Lampen 28 ist abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Trägerbahn durch die Fixierstation geführt wird, sowie von der gewünschten Temperatur der Oberfläche der Heizrolle. Der Mantel 26 ist aus einem geeigneten wärmeleitenden Material wie Kupfer oder Aluminium gefertigt. Da jedoch dieses hitzebeständige Material. z. B. Silikongummi, ein wärmeisolierendes Material ist, muß die Dicke der elastischen, deformierbaren Schicht 30 dünn gehalten werden, weil die Wärmeleitung mit ansteigender Dicke abnimmt. In der Praxis wird die Dicke normalerweise etwa 0,25 mm oder weniger betragen. Das Druck/Wärme-Fixierrollenpaar 20 weist ferner eine Andruckrolle 32 auf, die an die Heizrolle 24 angedrückt wird. Die Andruckkraft ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dwreh einen Externer 34 einstellbar. Die Andruckrolle 32 ist ebenfalls aus einem hitzebeständigen elastischen Material 36 aufgebaut, beispielsweise aus einem Silikon enthaltenen Gummi.

Die Heizrolle 24 wird durch einen geeigneten Motor, der nicht dargestellt ist, angetrieben, und wenn die Andruckrolle 32 mit der Heizrolle 24 in Eingriff steht, verursacht der Druck, daß die Papierbahn 6 durch den gebildeten Schlitz hindurch und an der Heizrolle vorbei bewegt wird, wodurch das Tonerpulverbild auf der Bahn 6 angeschmolzen und auf Dauer fixiert wird. Geeignete Steuersignale für die Heizrollenfixiereinrichtung werden durch die Steuerung 14 geliefert.

Aus den Darstellungen der Fig. 2 und 3 ist zu entnehmen, daß der Anpreßdruck für die Fixierrollen und die Oberflächentemperatur der Heizrolle aufgrund der Eigenschaften des Materials und der Wartungserfordernisse für die Anlage ausgewählt werden müssen. F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Heizrollentemperatur und der Rollen-Anpreßkraft bei einer konstan-

ten Papiertemperatur am Eingang zu der Rollenfixiereinrichtung, und zwar Für ein typisches Beispiel mit einer dünnen Beschichtung aus elastischem Material, wie z. B. Silikongummi, auf der Heizrolle und mit einer Andrückrolle, die federnd und in Kontakt mit der Heizrolle deformierbar ist.

F i g. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur der Heizrolle und der Papiertemperatur am Eingang zu den Rollen, und zwar bei einer konstanten Andruckkraft für eine Fixiereinrichtung, wie sie im Zusammenhang mit Fig.2 erwähnt wurde. In Fig.3 bedeutet der Bereich links von der Linie 38 den Bereich des sogenannten kalten Offsetdrucks, während der Bereich rechts der Linie 40 den Bereich des heißen Offsetdrucks darstellt. Die Linie 42 repräsentiert die Kurve typischer Eigenschaften einer Rollenfixier-Schmelzeinrichtung in dem gewünschten Arbeitsbereich. Dieser Arbeitsbereich kann, in Abhängigkeit von dem ausgewählten Material, bis über 26O¹C gehen. Es besteht jedoch eine umgekehrte Beziehung zwischen der Arbeitstemperatur der Heizrolle und der Lebenszeit des Materials, aus dem die Schicht 30 der Heizrolle hergestellt ist Daraus ist zu entnehmen, daß es wünschenswert ist. die Heizrolle bei einer Temperatur zu betreiben, die so niedrig wie möglich ist. Das Absenken der Temperatur der Heizrolle unter einen bestimmten Wert bringt jedoch die kalten Offsetdrucke mit sich. Der Bereich des heißen Offsetdrucks kommt dann in Frage, wenn die Bahn 6 im Start/Stopp-Betrieb gefahren wird. Obwohl der Druck von der Heizrolle entfernt werden kann und die Lampen 28 abgeschaltet werden können, besteht trotzdem noch die Möglichkeit, daß der Bildtoner in einem Bereich, der direkt unterhalb der Heizrolle liegt, einen heißen Offsetdruck verursacht, wenn die Fixiereinrichtung erneut gestartet wird.

Die als Vorwärmeinrichtung dienende zusätzliche Heizeinrichtung 22 iM im Transportweg der Papierbahn 6 angeordnet, und /war vor dem Eintritt der Bahn 6 in die Rollenschmelz-Fixiereinrichtung 20. Diese zusätzliche Heizeinrichtung 22 ist so in einem Bogen angeordnet, daß die Rückseite der Bahn 6, auf der kein Tonerpulverbild vorhanden ist. die Oberfläche der Zusatzheizeinrichtung 22 ganz eng kontaktiert. Wie die F i g. 3 zeigt, kann durch die Verwendung dieser zusätzlichen Heizeinrichtung 22 die Papiertemperatur am Eingang der Heizrollen·Fixiereinrichtung bis zu einer oberen Grenze angehoben werden, bei der das Papier gerade anfängt, sich zu verfärben, wenn diese Temperatur über eine längere Zeit intermittierend oder im Dauerbetrieb auf das Papier eingewirkt hat. Üblicherweise wird die Vorwärmeinrichtung mit einer solchen Temperatur betrieben, bei der noch keine

■ti derartige Verfärbung, d. h. Zerstörung oder Verletzung des Tragers auftritt Die zusatzliche Heizeinrichtung 22 enthalt mehrere Heizelemente 46, die in geeigneter Weise in einem wärmeleitenden Körper 48 angeordnet sind, so daß die Oberfläche 42 auf einer bestimmten

ρ Temperatur gehalten werden kann. Diese Temperatur wird durch eine geeignete thermostatische Steuerung, enthalten in der Steuerung 14, Ober die Heiceiemente 46 aufrechterhalten. Die Spannung der Bahn 6, die einerseits durch den Antrieb der Rollenfixlereinrichtung 20 und andererseits durch einen Förderantrieb 90 erzeugt wird, legt die Ruckseile der Bahn β ganz eng an die Heizfläche 42 der zuslulichen Heiteinrichtung 22 an. Der Transportweg der Tragerbahn ist da/u leicht gebogen gestaltet Auf diese Weise kann die Tempera tür des Papiers, mit dem es in die Rollenfixiereinrichtung 20 einläuft, sehr genau gesteuert werden, um somit ein Anschmelzen des Toners auf der Bahn 6 bei den Rollen 24 und 36 derart zu bewirken, daß keine Offsetdrucke erscheinen. Diese Arbeitsweise erzeugt auch keine sogenannten heißen Offsetdrucke während der Start/ Stopp·Betriebsweise des elektrophotographischen Gerätes.
Der Antrieb des Druck/Wärme-Fixierpaares 20 und

to des Förderantriebs 50 wird durch geeignete Signale der Steuerung 14 gesteuert Zusätzlich wird der Anpreßdruck zwischen den Rollen 30 und 32 durch einen Arm 54 gesteuert auf dem die Welle 35 der Andruckrolle 36 angeordnet ist Der Arm 54 ist um eine Achse 52 schwenkbar. Die Drehung einer Welle 56 um eine bestimmte Winkelposition verstellt einen auf den Arm 54 einwirkenden Extenter 34 (Fig.4), um einen bestimmten Anpreßdruck zwischen den Rollen 24 und 32 zu erzeugen.

Eine alternative Ausführungsform der zusätzlichen Heizeinrichtung 22 ist in F i g. 5 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Bahn 6 in engstem Kontakt mit der zusätzlichen Heizeinrichtung mit Hilfe einer Reihe von Löchern 58 in einem als Kammer

i$ ausgebildeten Teil 60 mittels Unterdruck gehalten. Ein Druckverteilraum ist unterhalb des Teils 60, das die Heizfläche bildet angeordnet und an einem Unterdruckanschluß 62 wird Unterdruck in dieser Kammer erzeugt. Der Unterdruck ist stark genug, um die Bahn 6 in engen Kontakt an die Auflagefläche 60 zu ziehen. Bei dieser Betriebsweise werden sämtliche Bereiche der Bahn 6 sicher auf im wesentlichen gleiche Temperatur aufgeheizt.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde eine Heizrollc benutzt, die eine Silikongummi-Beschichtung von etwa 0,25 mm Dicke besaß. Die Heizrolle 24 wurde bei einer Temperatur von ca. !43,5⁰C betrieben, die zusätzliche Heizeinrichtung 22 wurde bei einer Temperatur von ebenfalls 143.5°C betrieben, und der Anpreßdruck zwischen der Heizrolle 24 und der Andrückrolle 32 betrug ca. 2.16 kg/cm Rollenlänge. Dieses Gerät produzierte mehrere Millionen gut fixierte Kopien von dauerhafter Haftung bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von mehr als 75 cm pro Sekunde, ohne daß die Heizrolle ersetzt werden mußte und ohne daß ein das Ankleben und somit dem Offsetdruck vermeidendes Material, wie beispielsweise Silikonöl. verwendet werden mußte.

Es wurde in der Praxis ein weiteres Gerät erfolgreich

v> betrieben, bei dem die Heizrollentemperatur ungeführ I464°C. die Temperatur der zusätzlichen Heizeinrich tung etwa 102° C betrug und ein Anpreßdruck zwischen der Heizrolle 24 und der Andrückrolle 32 von 5.4 kg/cm Rollenlange verwendet wurde. Die Wahl einer höheren

M Anpreßkraft (F i g. 2) für die Rollen hat den Effekt der Verschiebung der entsprechenden Kurve 42 zu einer niedrigeren Heizrollentemperatur hin. Die Wahl der geeigneten Betriebsbedingungen kann unter Berücksichtigung aller Faktoren erfolgen, insbesondere Im

to Hinblick auf die verwendeten Materialien und die Betriebsgeschwindigkeit

In vorteilhafter Weise ist es mit der erfindungigem»· Ben Rollenichmela-Fixlereinrichtung möglich, durch Herabsetzung der Heizrollentemperatur die Leben»·

»* dauer und Wartungsfrtiheit der einzelnen Komponenten de» Gerätes wesentlich zu verlangern.

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Claims

Patentansprüche:

1. Feuereinrichtung für elektrophotographische Kopiereinrichtungen mit einem Druck/Wärme-Fixierrollenpaar, das aus einer beheizten Fixierrolle mit einem dünnen Belag aus elastischem Material sowie einer bei ihrer Anlage an der Fixierrolle elastisch deformierbaren Andruckrolle besteht, zwischen denen ein auf einem bandförmigen Träger befindliches Tonerpulverbild zum Fixieren des Toners durch Aufschmelzen hindurchgefßhrt wird, und mit einer in Transportrichtung des Trägers vor dem Fixierrollenpaar angeordneten zusätzlichen Vorwärmeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger innerhalb des Fixierbereiches entlang einer durch einen Förderantrieb (50), dem Fixierrollenpaar (24,32) und der Vorwärmeinrichtung (22) gebildeten, gekrümmten Bahn geführt ist, daß die Vorwärmeinrichtung zwischen dem Förderantrieb (50) und dem Fixierrollenpaar (24,32) angeordnet ist und eine an die Krümmung angepaßte Heizfläche aufweist, über die der Träger mit seiner Rückseite in innigem Kontakt geführt ist. und daß die Heizfläche der Vorwärmeinrichtung auf einer Temperatur gehalten ist, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der der Träger sich bei dauernder Einwirkung verfärben würde.

2. Fixiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Träger (6) zugewandte Heizfläche (42,60) der Vorwärmeinrichtung (22) mit Öffnungen (58) versehen ist, an die ein Unterdrucksystem angeschlossen ist, das eine Anzugskraft auf den Träger ausübt.

3. Fixiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Steuereinrichtung (14) für den Start/Stopp-Betrieb des Druck/ Wärme-Fixierrollenpaares aufweist.