DE2551747A1

DE2551747A1 - Reinigungsrolle mit hoher oberflaechenenergie

Info

Publication number: DE2551747A1
Application number: DE19752551747
Authority: DE
Inventors: Raghulinga R Thettu
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-01-02
Filing date: 1975-11-18
Publication date: 1976-07-08
Also published as: US3999510A; NL7514104A; CA1066349A; FR2296875B1; GB1518848A; FR2296875A1; JPS5189743A

Description

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Xerox Corporation, Rochester, N.Y./USA Reinigungsrolle mit hoher Oberflächenenergie

Die Erfindung betrifft eine Kontaktschmelzvorrichtung zum Fixieren von Tonerbildern auf Substraten. Allgemein betrifft die Erfindung ein xerographisches Kopiergerät, insbesondere jedoch ein Kontaktschmelzsystem und einen Reinigungsmechanxsmus für dieses zum Fixieren von elektroskopischem Tonermaterial auf einem Trägerelement.

Beim Verfahren der Xerographie wird ein Lichtbild eines Originals in Form eines latenten elektrostatischen Bildes auf einem photoempfindlichen Element aufgenommen, wobei danach das latente Bild durch Auftragen von elektroskopischen Markierungsteilchen, die im allgemeinen als Toner bezeichnet werden, sichtbar gemacht wird. Das sichtbare Bild kann entweder direkt auf dem photoempfindlichen Element fixiert werden oder von dem Element auf ein Blatt aus einfachem Papier übertragen werden, woraufhin das Bild auf diesem fixiert wird.

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Zum dauerhaften Fixieren bzw. Schmelzen von elektroskopxschem Tonermaterial auf ein Trägerelement unter Einwirkung von Hitze ist es erforderlich, die Temperatur des Tonermaterials auf einen Punkt anzuheben, an dem die Bestandteile des Tonermaterials zusammenschmelzen und haftfähig werden. Dieser Vorgang bewirkt, daß der Toner in gewissem Maße von den Fasern des Trägerelementes absorbiert wird, welches in vielen Fällen einfaches Papier ist. Danach erfolgt beim Abkühlen des Tonermaterials eine Erhärtung desselben, wodurch das Tonermaterial auf dem Trägerelement fest gebunden wird. Sowohl bei xerographischer als auch bei elektrographxscher Aufzeichnung ist die Anwendung von Wärmeenergie zum Fixieren von Tonerbildern auf ein Trägerelement wohlbekannt.

Ein Weg zum thermischen Schmelzen von elektroskopischen Tonerbildern auf einem Träger besteht darin, den Träger mit den Tonerbildern darauf zwischen ein Paar von gegenüberliegenden Rollen zu führen, von denen wenigstens eine intern beheizt wird. Während des Betriebs eines derartigen Schmelzsystems wird das Trägerelement, auf dem die Tonerbilder elektrostatisch aufgebracht wurden, durch den Spalt bewegt, der zwischen den Rollen gebildet wird, wobei das Tonerbild mit der beheizten Rolle in Berührung gelangt, um dadurch eine Aufheizung der Tonerbilder in dem Spalt zu bewirken. Durch Steuerung der auf den Toner übertragenen Hitze erfolgt unter normalen Bedingungen praktisch kein Abziehen der Tonerteilchen vom Kopierblatt auf die Schmelzrolle. Dies liegt daran, daß die auf die Oberfläche der Rolle übertragene Hitze nicht ausreicht, um deren Temperatur über die "Hitzeablösung"-Temperatur des Toners zu bringen, an der Tonerteilchen in Bildbereichen des Toners flüssig werden und eine Aufspaltung in dem geschmolzenen Toner bewirken, was zu der sogenannten "Hitzeablösung" (hot offset) führt.

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Eine Abspaltung tritt dann auf, wenn die die zähe Tonermasse zusammenhaltenden Kohäsivkräfte geringer sind als die Haftkräfte, die dazu neigen, den Toner abzulösen und auf die damit in Berührung stehende Oberfläche wie beispielsweise die Schmelzrolle aufzutragen.

Die Tonerteilchen werden jedoch auch auf die Schmelzrolle abgezogen durch unzureichende Hitzeanwendung an ihrer Oberfläche (d.h. "kalte" Ablösung), durch Fehlstellen der Rollenoberfläche oder dadurch, daß die Tonerteilchen aufgrund der elektrostatischen Kräfte, die sie normalerweise festhalten, nicht stark genug an dem Kopierblatt anhaften. In einem derartigen Fall können Tonerteilchen auf die Oberfläche der Schmelzrolle übertragen werden und danach auf die Gegenrolle gelangen, wenn sich kein Kopierpapier in dem Spalt befindet.

Ferner können Tonerteilchen von der Schmelz- oder Gegenrolle beim Schmelzen von Duplex-Kopien aufgenommen werden oder auch nur aus der Umgebung des Reproduziergerätes.

Eine Anordnung zur Reduzierung der sich daraus ergebenden Schwierigkeiten, insbesondere bezüglich der Ablösung, besteht darin, eine Schmelzrolle mit einer Außenfläche bzw. Abdeckung aus Polytetrafluoräthylen, das allgemein als Teflon bekannt ist, vorzusehen, auf das ein Ablösemittel wie beispielsweise SiIikonöl aufgebracht wird, wobei die Dicke des Teflons in der Größenordnung von einigen Tausendstel Zoll (0,0254 mm) und die Dicke des Öls weniger als 1 Mikron beträgt, öle auf Silikonbasis, die eine relativ niedrige Oberflächenenergie aufweisen, haben sich als geeignete Stoffe bei der Verwendung im Zusammenhang mit geheizten Schmelzrollen erwiesen, an denen Teflon die äußere Oberfläche der Schmelzrolle bildet. In der Praxis wird eine

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dünne Schicht aus Silikonöl auf die Oberfläche der beheizten Rolle aufgetragen, um dadurch eine Grenzschicht zwischen der Rollenoberfläche und den Tonerbildern auf dem Trägermaterial zu bilden. Der Toner trifft also eine Schicht mit niedriger Oberflächenenergie an, während er durch den Schmelzspalt hindurchgelangt, wodurch verhindert wird, daß Toner auf die Schmelzrollenoberfläche gelangen. Abgesehen davon erfolgt jedoch eine "nicht sichtbare Ablösung" (d.h. eine Ablösung von sehr feinen Tonerteilchen). Bei bekannten Anwendungen (Schmelzvorrichtungen, bei denen die Außenfläche Teflon oder Silikongummi umfaßt) wurde eine derartige Ablösung bekämpft durch Verwendung verschiedener Reinigungselemente, wobei der zum Auftragen des Silikonöls auf die Schmelzrolle verwendete Docht diesem Zweck diente.

Es ist jedoch unerwünscht, den Docht auf diese Weise zu verunreinigen, da dies seine Lebensdauer beträchtlich verringert. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kontaktschmelzvorrichtung zum Fixieren von Tonerbildern auf Substraten zu schaffen, bei der eine Reinigungsvorrichtung für die Schmelzrolle vorgesehen ist, durch die die Lebensdauer anderer Komponenten der Vorrichtung nicht verkürzt wird. Das Reinigungselement soll Silikongummi aufweisen, das Teilchen mit hoher Oberflächenenergie aufweist, welche bekanntlich eine große Affinität für Toner aufweisen, der von Schmelzelementen abgelöst wurde.

Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktschmelzvorrichtung zum Fixieren von Tonerbildern auf Substraten gelöst, die gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch ein beheiztes Schmelzelement, ein mit dem beheizten Schmelzelement zusammenwirkendes Gegenelement zur Bildung eines Spaltes, durch den das Substrat hindurchgelangt, so daß die Tonerbilder aufgeweicht werden und

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eine mit einem der Elemente in Berührung stehende Reinigungseinrichtung zur Entfernung von darauf abgezogenem Toner, wobei die Reinigungseinrichtung eine Elastomerschicht aufweist, die von Teilchen mit großer Affinität für den abgezogenen Toner durchsetzt ist.

Zwischen der beheizten Rollenstruktur und einer Gegenrolle wird ein Spalt gebildet, durch den Tonerbilder tragende Substrate hindurchlaufen, wobei die Tonerbilder mit dem beheizten Schmelzelement in Berührung gelangen und dadurch aufgeweicht werden. Die darauffolgende Abkühlung des Toners bewirkt eine dauerhafte Fixierung der Bilder auf den Substraten.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung werden Tonerteilchen abgelöst und gelangen auf die beheizte Schmelzrolle und in geringerem Umfang auch auf die Gegenrolle. Zur Vermeidung von schädlichen Effekten wie Ablösung ist ein Reinigungselement vorgesehen, das mit der Schmelzrolle in Berührung steht und an dieser abläuft. Das Reinigungselement umfaßt eine Rollenstruktur mit einer Außenschicht aus Silikongummi, welche Teilchen mit hoher Oberflächenenergie umfaßt (d.h. Teilchen mit einer Oberflächenenergie von 30 - 95 Dyn/Zentimeter und darüber), die eine starke Affinität bezüglich des Toners aufweisen, der durch Ablösung auf die Schmelzrollenstruktur gelangte. Das Silikongummi ist in seiner Form anpassungsfähig, und daher wird das Reinigungselement durch örtliche Ansammlungen von Toner auf diesem nicht unwirksam.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figur. Die Figur zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schmelzvorrichtung.

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Da der xerographische Reproduziervorgang wohl-bekannt ist, soll er nicht im einzelnen beschrieben werden. Für eine detaillierte Beschreibung des xerographisehen Vorganges wird auf die US-Patentschrift 3 718 116 und 3 745 972 verwiesen.

Wie in der Figur gezeigt, ist gemäß der Erfindung eine Schmelzanordnung mit einer beheizten Schmelzrolle 16 und einer Gegenrolle 18 vorgesehen. Die Schmelzrolle 16 ist ein hohler kreisförmiger Zylinder mit einem Metallkern 20 und einer Teflonschicht 22. Eine Quarzlampe 24 dient als Wärmequelle und ist innerhalb der Schmelzrolle angeordnet. Die Betriebsleistung für die Lampe kann mittels eines Wärmefühlers gesteuert werden, der im allgemeinen mit Thermistor bezeichnet wird und mit dem Umfang der Schmelzrolle in Berührung steht, wie beispielsweise in der US-PS 3 357 249 beschrieben. Die Gegenrolle ist ebenfalls ein kreisförmiger Zylinder und ist aus einem Metallkern 30 hergestellt, der von einer dicken Gummischicht 32 umgeben ist und ebenfalls eine Teflonschicht 34 aufweist, um das Aufsaugen von Silikonöl in der Gummischicht 32 und ein anschließendes Anschwellen derselben zu verhindern.

Wenn die zwei Rollen 16 und 18 wie in der Figur gezeigt miteinander in Eingriff stehen, so deformiert die anliegende Belastung das Gummi der Gegenrolle und bildet einen Spalt mit einer begrenzten Breite. Kopierblätter bzw. Substrate 40 mit darauf anhaftenden elektrostatischen Tonerbildern 42 werden durch den Spalt bewegt, wobei die Tonerbilder mit der Schmelzrolle 16 in Berührung gelangen. Für eine gegebene Temperatur der Schmelzrolle hängt die Schmelzgeschwindigkeit ab von der Berührungsbogenlänge des Trägermaterials und der Verweilzeit, d.h. der Zeit, während der die Tonerbilder zwischen der Schmelzrolle 16 und der Gegenrolle 18 verbleiben. Die Verweilzeit

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kann entweder dadurch geändert werden, daß die Oberflächengeschwindigkeit der Rollen verändert wird oder daß die Berührungsbogenlänge geändert wird und die Geschwindigkeit der Rollen konstant gehalten wird. Die Berührungsbogenlänge hängt ab von der Weichheit des Gummis auf der Gegenrolle 18 und der Größe des Druckes zwischen Rolle 16 und Rolle 18. Der Mechanismus zunAntrieb der Rollen und zur Absenkung bzw. Anhebung der Rollen in Berührung miteinander kann in beliebiger Form ausgebildet werden, beispielsweise wie in der US-Patentschrift 3 291 466 beschrieben.

Während ein Blatt 40 zwischen die Rollen 16 und 18 geführt wird, geraten die Tonerbilder auf diesem Blatt in Berührung mit der beheizten Außenfläche der Rolle 16, woraufhin die Tonerbilder anhaften, und in diesem Zustand neigt der Toner dazu, von der Schmelzrolle abgezogen zu werden, abgesehen davon, daß dies teilweise durch den Teflonüberzug bzw. die Schicht 22 und einen dünnen Film aus Silikonöl,der auf die Teflonschicht aufgetragen wird, verhindert wird.

Ein ölverteilungsmechanismus wird allgemein durch das Bezugszeichen 45 angedeutet. Der Zweck des Verteilungsmechanismus liegt darin, den erwähnten dünnen Film aus Silikonöl auf die Schmelzrollenoberfläche aufzubringen. Für eine detaillierte Beschreibung des ölverteilungsmechanismus wird auf die US-PS 3 745 972 verwiesen, die unter Bezugnahme auf die dortige Beschreibung einbezogen werden soll.

Zur Entfernung von auf die Schmelzrolle abgezogenen Tonerteilchen ist eine Reinigungsfolie 50 vorgesehen. Die Rolle 50 umfaßt einen Kern 52 mit einer Schicht 54 aus Elastomermaterial, beispielsweise darauf aufgebrachtes Silikongummi. Die Schicht

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enthält darin verteilte Teilchen bzw. Füllstoff mit hoher Oberflächenenergie (d.h. 30 Dyn/Zentimeter oder mehr). Die Menge des verwendeten Füllstoffes kann sich über einen breiten Bereich ändern und hängt ab von dem gewünschten Härtegrad der Rolle. So kann eine Schicht mit etwa 0,1 bis 35 Gew.% des Füllstoffes verwendet werden. Es wird angenommen, daß der jeweilige Prozentsatz des Füllermaterials nicht kritisch ist; es ist nur erforderlich, daß genügend Teilchen in dem Silikongummi vorhanden sind, um Toner von der Schmelzrolle anzuziehen und daß nicht zuAriele Teilchen vorhanden sind, so daß die Struktur der Silikongummirolle in ihrer Form nicht mehr anpassungsfähig ist.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es soll jedoch betont werden, daß zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden können, die für den Fachmann auf der Hand liegen. Beispielsweise können andere Oberflächen wie Metalle und Elastomerstoffe an Stelle der äußeren Tefonschicht der Schmelzrolle verwendet werden, und ein Reinigungsmechanismus wie die Rolle 50 kann für die Gegenrolle vorgesehen sein.

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Claims

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Xerox Corporation, Rochester, N.Y./USA

Patentansprüche

'1.) Kontaktschmelzvorrichtung zum Fixieren von Tonerbildern auf Substraten, gekennzeichnet durch
ein beheiztes Schmelzelement (16),

ein mit dem beheizten Schmelzelement (16) zusammenwirkendes Gegenelement (18) zur Bildung eines Spaltes, durch den das Substrat hindurchgelangt, so daß die Tonerbilder aufgeweicht werden und

eine mit einem der Elemente (16, 18) in Berührung stehende Reinigungseinrichtung (50) zur Entfernung von darauf abgezogenem Toner, wobei die Reinigungseinrichtung (50) eine Elastomerschicht aufweist, die von Teilchen mit großer Affinität für den abgezogenen Toner durchsetzt ist.
2. Kontaktschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungseinrichtung (50) mit dem beheizten Schmelz element (16) in Berührung steht.

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3. Kontaktschmelzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (16, 18) Rollenstrukturen umfassen.
4. Kontaktschmelzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzrollenstruktur (16) eine äußere Oberfläche aus Polytetrafluoräthylen umfaßt.
5. Kontaktschmelzvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzrollenstruktur (16) intern beheizt wird.
6. Kontaktschmelzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen Füller mit hoher Oberflächenenergie in der Größenordnung von 30 bis 95 Dyn/Zentimeter umfassen.
7. Kontaktschmelzvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (45) zum Auftragen von Silikonöl auf die Außenfläche des Polytetrafluoräthylens.
8. Kontaktschmelzvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen mit hoher Oberflächenenergie etwa 0,1 bis 35 Gew.% des Gesamtgewichts der Schicht betragen.
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