DE2459178C3 - Fixiereinrichtung für elektrophotographische Kopiereinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fixiereinrichtiiiig für elek tropholographische Kopiereinrichtungen mit einem Druck/Wärme· 1 ixierrollenpaar, das aus einer behei/len Fixierrolle mit einem dünnen Belag aus elastischem Material sowie einer bei ihrer Anlage an der Fixierrolle elastisch deformierbaren Andruckrolle besteht, /wischen denen ein auf einem bandförmigen !rager befindliches Tonerpulverbild zum Fixieren des Toners durch Aufschmelzen hindurchgeführt wird, und mit einer in Transportrichtung des Trägers vor dein Fixierrollenpaar angeordneten zusätzlichen Vorwärmeinrichlung.

Bei elektrophotographischen Kopiergeräten, die ein Druck/Wärme Fixierrollenpaar als Fixicrcinrichtung 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 Schmel/fixierung 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 /u vermeiden, wird bei bekannten Kopiergeräten die Außenfläche der Heizrolle mit einem dem Offsetdruck entgegenwirkenden Material, wie beispielsweise Teirafluoräthylenpolyiner beschichtet (US-PS 3268 551). Zusätzlich ist es hei solchen Geräten erforderlich, die

Heizrolle kontinuierlich mit einer Flüssigkeit zu benetzen, die ein Anhaften des Toners vermeidet. 1 lierzu kann z. B. Silikonöl dienen. Derartige Kopiergeräte müssen somit ein großes Reseivoir dieser Flüssigkeit aufweisen, das periodisch aufzufüllen 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 Andruckrolle (DE-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 volche Fixiereinrichtung mit einer hohen Kopiergeschwindigkeit betrieben, so sind sehr hohe Temperaturen auf der Oberfläche der Heizrollc notwendig, um genügend Wärme für eine korrekte Aufschmelzfixieriing 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, dall die Temperatur der I lei/rolle abgesenkt wird, verläßt man entweder den offsetdruckfreien Temperaturbereich, so daß ein sogenannter kalter Offsetdruck eintritt, oder die Fixierung ist unzureichend. Im ungünstigen Falle können sogar beide Erscheinungen ein Helen.

Es sind ferner bereits Einrichtungen bekannt, bei denen die Fixierung des Tonerbildes in zwei aufcinan derfolgenden Stufen stallfindet (DEOS 22 15 158 und DEOS 22 25OV)). Bei diesen Einrichtungen wird das Tonerbild zunächst einer Vorfixierslalion zugeführt, die einen Wärmestrahler einhält, der ein Aufschmelzen des Tonerbildes auf dein Träger bewirkt. Das so vorhehandelte BiIiI wird daraufhin einem Druck/Wärme-Fixierwal/enpaar zugeführt, das die eigentliche Fixierung ausführt (llaupifixieiutig), indem es das Bild auf ilen Träger auswalzt. Diese Einrichtungen gestillten zwar eine hohe Fixiergeschwindigkeit, sie können aber die oben erläuterten TVmperaturproblcnic nicht beseitigen. Insbesondere erschwert der vom .Schwärzungsgrad des Bildes abhängige Wärmeübergang auf den Träger eine genaue Kontrolle der Temperatiirverhällnisse und damit eine sichere Vermeidung von Ofrsetdruck-Erscheinungen.

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

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

die dennoch eine günstige konstruktive Ausgestaltung gestaltet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die erfindungsgemäß angeordnete Vorwärincinrichtung wird die Möglichkeit geschaffen, die eigentliche Hei/rolle bei niedrigerer Temperatur zu betreiben, da der Trüger bereits ,tark aufgeheizt ist, wenn er mit der Hei/rolle in Berührung kommt. Die Heizrolle braucht somit nur noch diejenige Wärmemenge dem Träger zuzuführen, die zusätzlich notwendig ist, um das Tonerpuiver in der richtigen Weise beim Durchgang des Trägers durch die Rollen aufzuschmelzen. Es ist dadurch möglich, einerseits die Arbeitsgeschwindigkeit wesentlich zu erhöhen, ohne daü ein Offsetdruck eintritt, und andererseits für die I lerstellung der Fixierrolle ein Material zu verwenden, das die Anwendung einer den Offseidruck verhindernden Flüssigkeit erübrigt. Es wird somit eine hohe Kopierqualität bei einem wartungsarmen Betrieb erreicht.

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

Fig. I ein mit der erfindutigsgemäßen Einrichtung ausgerüstetes elektrophotographisches Kopiergerät in schematischer Darstellung,

Fig.2 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwi sehen der Heizrollen- Temperatur und der Λ ipreßkraft zwischen Heizrolle und Andrückrolle,

Fig. i eine Kurvendarstellung der Beziehung zwi sehen der Oberflächenleiiiperatur tier I leizrolle und der Papiertemperatur zur Veranschaulichung der Offset druck-Hereiche,

Fig. 4 eine Seitenansicht der I ixiercinriehtung des Kopiergerätes von Fig. 1 und

Fig. ^ry eine T'eilschnitt Darstellung einer alternativen Atisführungsforni der Vorwäiincinricliliing zur Verwendung iti der Fixiereinnchtung des Kopiergerätes von Fig. I.

Ein eleklrophotographisches Kopiergerät mit einer ei findungsgemäß gestalteten Fixicrcinrichtiing ist schcmatisch in Fig. I gezeigt. Das Kopiergerät enthält eine drehbare Trommel 1, die auf ihrem Umfang eine phololeilfähige Schicht Irägt, ,uif die das auf einer kontinuierlichen Trägerbahn 6 zu reproduzierende Bild abgebildet wird. Der Phololeiter wird gleichförmig auf eine bestimmte Polarität durch eine Koronaladevorrichtung 2 aufgeladen. Die geladene fläche wird einem Lichtbild in F >rm einer Blitzstation J und/oder einer Belichtungsstation 4 ausgesetzt, um ein latentes elektrostatisches Bild /u 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 ncsit't eine Ladung entgegengesetzt der Polarität des elektrostatischen Bildes und wird somit auf die Trommeloberflache angezogen, um das dortige Bild sichtbar zu machen. Das Tonerbild wird auf die kontinuierliche Bohn 6 mit Hilfe einer Übertragungs-Koronastaiion 7 übertragen. Die Übertragungskorona sprüht auf die Rückseite der Bahn 6 Ionen von der Tonerpolariiüi entgegengesetzter Polarität, um diese von der Trommel I abzuziehen und auf dem Träger 6 anzulagern. Nach der Überlragungskorona wird das Papier 6 von der Trommel gelöst und einer Fixiersiation 8 zugeführt, die zum Anschmelzen und andauernden Fixieren des Toners auf dem Papier dient. Beim Übertragen de» Tonerbildes wird üblicherweise nicht aller Toner übertragen, so daß noch Totlerreste auf der Tromnieloberfläche zurückbleiben. An einer Reinigiingsstation wird deshalb der Photoki ter nacheinander einer Löschlampe 9. einer Voireini gung'.korona IO und einer rotierenden Reinigungslair s'e Il ausgesetzt. Die I öschlampc 4 entlädt den Photoleiter und die Vorremigungskoroiia 10 erzeugt eine derartige Ladung, daß das restliche Tonerbild elektrostatisch zu der Reinigviiigsbiiiste hin angezogen wird, wenn diese den Toner vom i'hotoleiter wischt. Mit dieser Operation ist ein Umlauf der Trommel für die Herstellung de·- gewünschten Kopierbildes beendigt. Eine Steuerung 14 ist für die Zuführung und Erzeugung von elektrischen Steuersignalen vorgesehen, um die Arbeitsweise aller TcIu des Geräts /\i koordinieren. Dabei kann beispielsweise die Posiiion des Bildes auf der Trommel in der Weise koordiniert werden, daß die richtigen Bearbeitungen an den verschiedenen Stationen entlang des Trommelwcges zu richtigen A-M vorgenommen werden. Zusätzlich kann die Skinning 14 auch einen winihergvriciKicti Speicher dir liiMJ.ilcn darsleilen, die der Belichiungssiatiou ΐ ziiluhib.ir sind

Entsprechend der voi liegenden Tifindiing enthalt die Fixiercinrichliing 8 ein Druck Wanne Fixicirollcupaar 20 und eine zusätzliche Heizeinrichtung 12 tin.· ,ils Vorwärmeinrichliing dient. D.is Di nc kW. π mc I ixicr rollenpa;:r 20 enthält eine geheizte Kelle 24. ιι.κ hlol gend I leizrolle 24 genannt, die einen waimclciiciuicu Mantel 2h besitzt und in der Infraioilauipeii 28 angeordnet sind. I )er Mantel 2β ist mit einer ι l.islisi heu. deformierbareii Schicht JO .ms isolierendem lul/elie ständigem Material überzogen, das beispielsweise Silikongiimmi enthalten kann. I )ie I cistum.' der I aiiipen 28 ist abhängig von der (iesc hu indigkei'. um dei die Trägerbahn durch die I ixicrstalion geliihit und. sowie von der gcwiinsihlcii I eniper.ilur der Obci Hache der Heizfolie. Der Mantel 2b ist ,ins einem geeigneten wärmeleitenden Material wie Kupier oder Aluminium gefertigt. Da leclocli dieses hitzebeständig^ Malet ι.il. z. B. Silikongtimiiii. ein wärmeisolierendes M.iien.il ist. muß die Dicke der el.istischen. deformieib.iren Si Inc lit JO dünn gehalten werden, weil die Wärmeleitung mit ansteigender Dicke abnimmt. In der Praxis wird die Dicke normalerweise etw.i 0.2) mm oder weniger betragen. Das Druck/Wärme I ixierrollenp;sar 20 weist ferner eine Andrückrolle J2 auf. die an die Heizrolle 24 angedrückt wird. Die Andruckkrall isl in dem dargestellten Ausl'ührtingsbeispiel durch einen Exientcr 14 einstellbar. Die Andrückrolle J2 ist ebenfalls .ms einem hilzebestaiuligen elastischen Material 5b aufgebaut, beispielsweise .ms einem Silikon enthaltenen C j il η ..η i.

Die Heizrolle 24 wird durch einen geeigneten Motor, der nicht dargestellt ist, angetrieben, und wenn die Andruckrolle J2 mit der Ileizrolle 24 in Eingriff sieht. verursacht der Druck, dall die Papierbahn b 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 Heiz.roüenfixiereinriehtiing wer den durch die Steuerung 14 geliefert.

Aus den Darstellungen der Fig.2 und 3 ist zu entnehmen, dal} der Anpreßdruck für die Fixierrollen u·¹'! die Oberflächenteniperatur der llei/rolle aufgrund der Eigenschaften des Materials und der Warlungserfordernisse für die Anlage ausgewählt werden müssen. F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Heizrolleniem neratur und der Rollt*n-Annri»l<lir:ift hei i-uht lii.in.iin.

(cn l'iipicitemperatur am Lingang /u dei Rollcnfixicrcini iclitung. und /war für ein typisches Heispiel mil einer dünnen Beschichtung aus elastischem Material, wie ι. M. Silikongiimmi. auf der llei/mlle und mit einer Andruekiollc. die feilernd und in Kontakt mit der I lei/mile ilefoinüerbiir ist

I i g. 5 zeigt die Mc/iehiing /wischen der Teiiiperiiiiir der Hci/rolle und der Papiertcmperatiir am Lingang zu den Rollen, und /war hei einer konstanten Andruckkrafl für eine l'ixicieinrichtiing, wie sie im /.usammcnhang mit Ii {!.2 erwähnt wurde. In Γ ig. .3 bedeutet der Meirich links win der Linie 18 den Ikmeh des sogenannten kahen Ofsetdrucks, während der liereieh rechts der Linie 40 den Mercich des heißen Offsetdrucks darstellt. Die Linie 42 repräsentiert die Kurve typischer Ligensehailen einer Rollcnfixicr-Schmcl/cinrichHing in dem gewünschten Arbeitsbereich. Dieser Arbeitsbereich kann, in Abhängigkeit von dem ausgewählten Material, bis über 2b()"(" gehen, Ls besteht jedoch eine umgekehrte Me/iehung /wischen der Arbeitstemperatur der I lei/rolle und der I .cbenszeil des Materials, aus dem die Schicht 10 der ! lei/rolle hergestellt ist. Daraus ist zu eiiiiiehnu'ii. daß es wünschenswert ist. die Heizfolie bei einei Temperatur /u betreiben, die so niedrig wie möglich ist. Das Absenken der Temperatur der Hei/rolle unier einen bestimmten Wert bringt jedoch die kalten Ollsctdrucke mil sich. Der liereieh des heißen Oflseldineks kommt dann in I'rage, wenn die Hahn 6 im Stillt/Stopp Melrieb gefahren wird. Obwohl der Druck von dei I lei/i olle einlernt werden kann und die Lampen 28 abgeschaltet werden können, besteht trotzdem noch die Möglichkeit, dal.t der Mildtoner in einem Bereich, der direkt iinleihalb der Hei/iollc liegt, einen heißen Offsetdruck \eniisailn. wenn die lixiercmrichliing erneut gestaltet wird

Die als Vorwärmeinriclitiing dienende zusätzliche I lci/ciniieliliing 22 ist im 1 ι ansportw cg der Papierbahn 6 angeordnet, und /war vor dem Liniritt der Hahn 6 in die Rollcnschmelz-Fixiereinrichliing 20. Diese zusätzliche Heizeinrichtung 22 ist so in einem Bogen angeordnet, dall die Rückseite der Bahn 6, auf der kein Toncrpulwrbild vorhanden ist. die Oberfläche der Ziisiit/hei/einriehtiing 22 ganz eng kontaktiert. Wie die I i g. 3 zeigt, kann durch die Verwendung dieser zusätzlichen Heizeinrichtung 22 die Papiertemperatur am I.ingang der Hci/rollcn l'ixicrcinrichtung 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 derartige Verfärbung, d. h. Zerstörung oder Verletzung des Trägers auftritt. Die zusätzliche Heizeinrichtung 22 enthält mehrere Heizelemente 46, die in geeigneter Weise in einem wärmeleitenden Körper 48 angeordnet sind, so daß die Oberfläche 42 auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden kann. Diese Temperatur wird durch eine geeignete thermostatische Steuerung, enthalten in der Steuerung 14, über die Heizelemente 46 aufrechterhalten. Die Spannung der Bahn 6, die einerseits durch den Antrieb der Rollenfixiercinrichtung 20 und andererseits durch einen Förderantrieb 50 erzeugt wird, legt die Rückseite der Bahn 6 ganz eng an die Heizfläche 42 der zusätzlichen Heizeinrichtung 22 an. Der Transportweg der Trägerbahn ist dazu leicht gebogen gestaltet. Auf diese Weise kann die Tempera

tur des Papiers, mit dem es in die Rollenfixiereini ichluiij 20 einlauft, sein genau gesteuert werden, um somit eil Anschmelzen des Toners auf der Bahn 6 bei den Roller 24 und .16 deiarl /u bewirken, daß keine Offsetdrucke erscheinen Diese Arbeitsweise erzeugt auch keim sogenannten heißen Offsetdrucke während der Start/ Stopp Heu ichsweise des elcktrophotographischen (Je rates.

Der Antrieb des Druck/Wäime-Lixicrpaaies 20 und des l-'örderanlriebs 50 wird durch geeignete Signale dei Steuerung 14 gesteuert. Zusätzlich wirtl der Anpreß druck zwischen ilen Rollen 30 und 32 durch einen Arm 54 eesieucrl, auf dem die Welle 35 der Andrückrolle 3f angeordnet ist. Der Arm 54 ist um eine Achse 52 schwenkbar. Die Drehung einer Welle 56 um eine bestimmte Winkelposition verstellt einen auf den Ami 54 einwirkenden Lxlentcr 34 (Hg. 4). um einen bestimmten Anpießdruck zwischen den Rollen 24 und 32 zu erzeugen.

Line alternative Ausführungsform der zusätzlichen Heizeinrichtung 22 ist in Fig. 5 dargestellt. Bei diesem Ausfiihrungsbeispicl wird die Bahn 6 in engstem Kontakt mit der zusätzlichen Heizeinrichtung mit Hilfe einer Reihe von Löchern 58 in einem als Kammer ausgebildeten Teil 60 mittels Unterdruck gehalten. Lin Druckverteiliaiini 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 Ausfiihrungsbcispicl wurde eine Heizrollc benutzt, die eine Silikongiimmi-Bcschichtung von etwa 0.25 mm Dicke besaß. Die Heizrollc 24 wurde bei einer Temperatur von ca. 143.5'C betrieben, die zusätzliche Heizeinrichtung 22 wurde bei einer Temperatur von ebenfalls 143.5'C betrieben, und der Anpreßdruck zwischen der Heizrollc 24 und der Andrückrolle 32 betrug ca. 2,1b kg/cm Rollcnlängc. Dieses Gerät produzierte mehl ere Millionen gut fixierte Kopien von dauerhafter Haftung bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von mehr als 75 cm pro Sekunde, ohne daß die Ifcizrollc ersetzt werden mußte und ohne daß ein das Ankleben und somit dem Offsetdruck vermeidendes Material, wie beispielsweise Silikonöl, verwendet werden mußte.

Ls wurde in der Praxis ein weiteres Gerät erfolgreich betrieben, bei dem die Hcizrollcntcmperatur ungcführ 146,5"C, die Temperatur der zusätzlichen Heizeinrichtung etwa 102°C betrug und ein Anpreßdruck zwischen der I leizrollc 24 und der Andrückrolle 32 von 5,4 kg/cm Rollcnlängc verwendet wurde. Die Wahl einer höheren Anpreßkraft (F i g. 2) für die Rollen hat den F.ffckt der Verschiebung der entsprechenden Kurve 42 zu einer niedrigeren Heizrollcntempcratur hin. Die Wahl der geeigneten Betriebsbedingungen kann unter Berücksichtigung aller Faktoren erfolgen, insbesondere im Hinblick auf die verwendeten Materialien und die Bctriebsgcschwindigkcit.

In vorteilhafter Weise ist es mit der erfindungsgemäßen Rollenschmelz-Fixiercinrichtung möglich, durch Herabsetzung der Heizrollcnlcmperatur die I-cbcnsdauer und Wartungsfreiheit der einzelnen Komponenten des Gerätes wesentlich zu verlängern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Fixiereinrichtung für elektrophotographischc 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 deforniierbaren Andruckrolle besteht, zwischen denen ein auf einem bandförmigen Träger befindliches Tonerpulverbild zum Fixieren des Toners durch Aufschmelzen hindurchgeführt 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, Ώ) und der Vorvvärmeinrichtung (22) gebildeten, gekrümmten Bahn geführt ist, daß die Vorwärmeinrichtung zwischen dem Förderantrieb (50) und dem Fixierrollenpaar (24, Ώ) angeordnet ist und eine an die Krümmung angepaßte Heizfläche aufweist, über die der Träger mit seiner Rückseite in innigem Kontakt geführt ist, und daU die Hei/fläche der Vorwärmeinrichlung auf einer Temperatur gehalten ist, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der der Träger sich bei dauernder Einwirkung verfärben würde.

2. Fixiereinrichiung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Träger (6) zugewandte I lei/flächc (42,60) der Vorwärmeinrichtung (22) mit Öffnungen (58) versehen ist, an die ein Unterdrticksyslem angeschlossen ist, das eine Anzugskraft auf den Träger ausübt.

J. Fixiereinrichtiiiig nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, dal) sie eine Steuereinrichtung (14) für den Siart/Slopp-ßetrieh des Druck/ Wärme-Fixierrollenpaares aufweist.