DE2843743A1

DE2843743A1 - Fixiereinrichtung

Info

Publication number: DE2843743A1
Application number: DE19782843743
Authority: DE
Inventors: Atsushi Kubota; Teruo Morikawa; Kenji Ohkawara; Haruo Tsunoi; Katsuhiko Yamada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1977-10-07
Filing date: 1978-10-06
Publication date: 1979-04-12
Also published as: US4192229A; GB2009039A; GB2009039B; DE2843743C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fixiereinrichtung für elektrostatische Kopiergeräte oder Druckgeräte.

Bei elektrophotographischen Kopiergeräten oder Druckgeräten wird bisher weitgehend ein Wärme-Fixierverfahren angewendet. Bei diesem Wärme-Fixierverfahren wird ein an der Oberfläche eines z.B. aus einem Blatt Papier bestehenden Bildempfangsmaterials elektrostatisch haftendes Tonerbild zur dauerhaften Fixierung auf dem Bildempfangsmaterial mit Wärme einer Schmelzbehandlung unterzogen.

Erwiesenermaßen weist dieses Wärme-Fixierverfahren jedoch verschiedene Nachteile auf. Zunächst ist zur Wärmeerzeugung ein ■ erheblicher Betrag an elektrischer Energie erforderlich. Der in einer solchen Fixierstation anfallende Stromverbrauch erreicht ungefähr 70 bis 80% des Stromverbrauchs des gesamten Kopiergerätes. Sodann wird eine relativ lange Zeit zur Erwärmung der Fixier-

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einrichtung benötigt. Es ist daher nicht möglich, einen Kopiervorgang unmittelbar nach dem Einschalten des Hauptschalters des Kopiergerätes zu beginnen. Schließlich hat die von der Fixiereinrichtung abgegebene Wärme auf die Eigenschaften des verwendeten photoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials und/oder des Entwicklers nachteilige Auswirkungen. Das gesamte Kopiergerät leidet unter der von der Fixiereinrichtung abgegebenen Wärme, durch die Änderungen der Eigenschaften des photoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials und/oder des Entwicklers auftreten, wodurch wiederum deren Leistungsfähigkeit und effektive Lebensdauer beeinträchtigt und herabgesetzt werden. Im schlimmsten Falle kann das schwerwiegende Problem auftreten, daß das Bildempfangsmaterial im Falle einer Hemmung bzw. eines Verklemmens in der Fixiereinrichtung in Brand gesetzt wird.

Aufgrund dieser Nachteile des Wärme-Fixierverfahrens besteht derzeit eine verstärkte Tendenz, anstelle des Wärme-Fixierverfahrens ein Druck-Fixierverfahren anzuwenden. Bei einem solchen Druck-Fixierverfahren wird insbesondere für das Druck-Fixierverfahren vorbereiteter bzw. geeigneter Toner zur Bildung eines Tonerbildes haftend auf ein Bildempfangsmaterial aufgebracht und das dieses Tonerbild tragende Bildempfangsmaterial sodann zur Erzielung einer Druck-Fixierung des Tonerbildes durch zwei einander unter hohem Druck berührende Walzen hindurchgeführt.

Ein typisches Beispiel für eine Druck-Fixiereinrichtung des Standes der Technik ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Hierbei ist mit P ein Bildempfangsmaterial bezeichnet, das ein Tonerbild trägt. Die Fixierung des Tonerbildes erfolgt unter Druck zwischen zwei Walzen 1 und 2. Der erforderliche Druck wird von einem Druckmechanismus 3 aufgebracht,der die beiden Walzen 1 und 2 unter hohem Druck miteinander in Berührung bringt. Eine der Walzen, die mit der Bildseite des Bildempfangsmaterials P in Berührung steht, d.h., die Walze 1, besteht aus Metall. Die andere Walze, die mit der Rückseite des Bildempfangsmaterials P in Berührung steht, d.h., die Walze 2, ist durch Beschichtung der Walzen-

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Oberfläche mit elastischem Material als elastische Walze ausgebildet. Alternativ können beide Walzen 1 und 2 als feste Metallwalzen ausgebildet sein, wobei in diesem Falle beide Metallwalzen 1 und 2 jedoch derart angeordnet sind, daß eine Walze die andere überschneidet.

Eine aus einer Metallwalze und einer elastischen Walze bestehende Druck-Fixiereinrichtung weist den Nachteil auf, daß der von den Fixierwalzen auf das das Tonerbild enthaltende Bildempfangsmaterial aufbringbare Maximaldruck durch die Art des für die elastische Walze verwendeten Materials beschränkt ist. Die Aufbringung eines hohen Druckes auf diese Art von Fixierwalzen ist daher nicht zulässig. Darüberhinaus wird die elastische Walze leicht von dem Toner und dem Trägermaterial beschädigt.

In Bezug auf die letztgenannte Art von Druck-Fixiereinrichtungen, bei der zwei feste Metallwalzen Verwendung finden, ist zwar die Aufbringung eines hohen Berührungsdruckes zulässig, jedoch treten in der Praxis einige Nachteile auf. Die Fixierwalzen müssen einen größeren Durchmesser aufweisen, damit eine Belastung (ein Druck) auf die Oberfläche des Bildempfangsmaterials aufgebracht werden kann, die größer als der für eine ausreichende Fixierung des Tonerbildes erforderliche kritische Druckwert ist. Bei der Erfüllung dieses Erfordernisses vergrößern sich unvermeidlich Abmessungen und Gewicht der gesamten Fixiereinrichtung. Dies hat wiederum nachteilige Auswirkungen auf die Fixierbarkeit des Tonerbildes. Wenn die beiden Metallwalzen, die, wie vorstehend bereits erwähnt, einander überschneidend angeordnet werden müssen, darüberhinaus unterschiedliche Durchmesser aufweisen, ergibt sich das Problem, daß das Bildempfangsmaterial knittert. Dieses Problem des Knitterns tritt insbesondere dann in erheblichem Maße auf, wenn ein Bildempfangsmaterial mit einem größeren Breitenformat verwendet wird.

Im Rahmen der Erfindung durchgeführte Versuche haben zu dem Ergebnis geführt, daß anstelle des auf den Quetsch- bzw. Druckbereich zwischen den beiden Walzen wirkenden Gesamtdruckes (W ) vielmehr

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der Maximaldruck je Einheitsfläche (P ) ein die Druckfixierbarkeit von Tonerbildern wesentlich bestimmender Faktor ist. Das heißt, es konnte ermittelt werden, daß der örtliche Maximaldruck P einen größeren Einfluß auf die Druckfixierbarkeit eines Tonerbildes als der Gesamtdruck W ausübt.

Wie aus Fig. 2 der Zeichnung ersichtlich ist, kann eine übliche Druck-Fixiereinrichtung keinen hohen örtlichen Maximaldruck P erzeugen und zwar auch dann nicht, wenn der Gesamtdruck W erhöht wird. Die Walzen 1 und 2 gem. Fig. 2 weisen einen größeren Durchmesser R₁ auf. Ein ein Tonerbild enthaltendes Bildempfangsmaterial P befindet sich in Druckberührung zwischen den beiden Walzen, wobei sich eine Druckzonenbreite (Winkel o£ ) bildet. Ersichtlicherweise wird diese Druckzonenbreite bei einer Vergrößerung des Walzendurchmessers R₁ breiter. Durch eine Vergrößerung des Gesamtdruckes W läßt sich daher nicht eine entsprechende Vergrößerung des Wertes von P (Maximaldruck je Einheitsfläche) erzielen, da der Anstieg des Wertes P im Vergleich zu dem Anstieg des Gesamtdruckes W relativ klein ist oder überhaupt keine Änderung des Wertes von P eintritt. Aus diesem Grunde kann durch Vergrößerung des Gesamtdruckes W bei einem üblichen Druck-Fixiergerät keine wesentliche Verbesserung der Druck-Fixierbarkeit eines Bildempfangsmaterials erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik eine Fixiereinrichtung zu schaffen, die bei kleinen Abmessungen und geringem Gewicht das Aufbringen einer höheren Belastung bzw. eines höheren Druckes auf ein ein Tonerbild enthaltendes Bildempfangsmaterial und eine Verbesserung der Fixierbarkeit des Tonerbildes in Proportion zu einer Vergrößerung des Gesamtdruckes ermöglicht.

Darüberhinaus soll eine Fixiereinrichtung geschaffen werden, die ein gleichmäßiges Aufbringen von Druck auf ein ein Tonerbild enthaltendes Bildempfangsmaterial gewährleistet und eine Faltenbildung

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bzw. ein Knittern des Bxldempfangsmaterials sowie ein unregelmäßiges Fixieren des Tonerbildes auf dem Bildempfangsmaterial verhindert.

Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst, wobei in den Unteransprüchen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben sind.

Ausfuhrungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Fixiereinrichtung des Standes der Technik,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Druckverhältnisse bei einer Fixiereinrichtung des Standes der Technik,

Fig. 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung r

Fig. 4 eine schematische Darstellung, die die Art der Berührung der ersten Walze gem. Fig. 3 mit der unteren Druckwalze gem. Fig.3 veranschaulicht,

Fig. 5 eine Schnittansicht der Fixiereinrichtung gem. Fig. 3 in einer die Achsen der Walzen schneidenden Ebene,

Fig. 6 eine weitere Schnittansicht in einer entlang der Achsen der Walzen verlaufenden Ebene, wobei der Mittelteil der Walzen nicht dargestellt ist,

Fig. 7 eine Seitenansicht der Fixiereinrichtung gem. Fig. 3, 35

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Fig. 8 eine Darstellung der Druckverteilung bei der Fixiereinrichtung gem. Fig. 1,

Fig. 9 eine Darstellung der Druckverteilung bei der Fixiereinrichtung gem. Fig. 3,

Fig. 10 bis 13 weitere Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 14 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, 10

Fig. 15 eine Schnittansicht entsprechend der Linie IV-IV gem. Fig. 14,

Fig. 16 eine Draufsicht der Ausführungsform gem. Fig. 14, die die Anordnung der Walzen veranschaulicht,

Fig. 17 eine Seitenansicht der Ausführungsform gem. Fig. 14, und

Fig. 18 eine Darstellung der Druckverteilung bei der Fixiereinrichtung gem. Fig. 14.

Die erste Ausführungsform der Fixiereinrichtung gem. der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Fixiereinrichtung umfaßt drei Walzen, nämlich eine erste Walze 4 und zwei Druckwalzen 5 und 6, die mit der Umfangsflache bzw. Außenseite der ersten Walze 4 in Berührung stehen. Diese Walzen bestehen aus hartem metallischem Material, wie z.B. aus Eisen, wobei der Durchmesser der ersten Walze 4 kleiner als die Durchmesser der beiden Druckwalzen 5 und 6 ist. Die Durchmesser der Druckwalze 5 und der Druckwalze 6 können gleich oder unterschiedlich sein. Wenn die beiden Druckwalzen aus dem gleichen Material bestehen und den gleichen Aufbau aufweisen, haben sie jedoch vorzugsweise den gleichen Durchmesser.

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Wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich ist, sind die Druckwalzen und 6 relativ zu der ersten Walze 4 derart angeordnet, daß drei Mittelpunkte (Mittelpunkte der Achsen) a, b und c der Walzen 4, und 6 in jedem ihrer Querschnitte ständig auf einer durch den Berührungsbereich Q zwischen der ersten Walze 4 und der unteren Druckwalze 6 verlaufenden Geraden J„ liegen und daß die Achse der Druckwalze 6 die Achse der ersten Walze 4 kreuzt bzw. überschneidet. In weiteren Querschnitten der Walzen, die in Fig. 5 gestrichelt bzw. strichpunktiert dargestellt sind, liegen die drei Achsenmittelpunkte der Walzen 4, 5 und 6 jeweils auf den ebenfalls durch den Berührungsbereich Q verlaufenden Geraden J₁ und J_. Gemäß Fig. 5 liegen somit die Achsenmittelpunkte der drei Walzen 4, 5 und 6 an der einen Endseite der Achsen (an der Frontseite gem. Fig. 5) auf der Geraden J₁, im Mittelteil der Achsen auf der Geraden J„ und an der anderen Endseite der Achsen (gem. der Zeichnung an der Hinterseite) auf der Geraden J-..

In Fig. 4 ist die Art der Berührung zwischen der ersten Walze 4 und der unteren Druckwalze 6 dargestellt. Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, kreuzen bzw. überschneiden sich die Achse der Walze 4 und die Achse der Walze 6 unter einem bestimmten Winkel. In Richtung der Walzenachsen gesehen, bildet der Berührungsbereich Q, in dem die beiden Walzen 4 und 6 miteinander in Berührung stehen oder die größte Annäherung zueinander aufweisen, eine gerade Linie H. Diese spezielle Anordnung der beiden Walzen relativ zueinander stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar.

Bei der gezeigten Ausführungsform stehen die erste Walze 4 und die untere Druckwalze 6, mit der ein ein Tonerbild tragendes BiIdempfangsmaterial während des Fixierens in Berührung kommt, miteinander in direkter Berührung. Die beiden Walzen können jedoch auch im Abstand zueinander angeordnet sein, so daß zwischen ihnen ein Spalt vorhanden ist und sie indirekt über das Bildempfangsmaterial miteinander in Berührung treten können. Im Rahmen der Erfindung soll daher der Ausdruck "Berührungsbereich zwischen der

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ersten Walze und der einen Druckwalze" die beiden Fälle der direkten Berührung und der indirekten Berührung über das Bildempfangsmaterial bezeichnen.

Wie am besten den Fig. 6 und 7 entnehmbar ist, ist die obere Druckwalze 5 in einem Lager 5a drehbar an zwei oberen Tragplatten 7 gelagert, während die untere Druckwalze 6 in einem Lager 6a drehbar an zwei unteren Tragplatten 8 gelagert ist. Die erste Walze 4 ist in einem Lager 4a drehbar an der unteren Halterung gelagert. Wie vorstehend beschrieben, sind die drei Walzen 4, und 6 derart angeordnet, daß bei einer gegenseitigen Druckberührung die Mittelpunkte bzw. Achsenmitten dieser drei Walzen in jedem beliebigen Querschnitt ständig auf einer Geraden J liegen.

Diese spezielle Anordnung der drei Walzen bringt bestimmte Vorteile mit sich. Da die die drei Mittelpunkte bzw. Achsenmitten der Walzen 4, 5, 6 verbindende Linie eine Gerade bildet, kann die Last bzw. der Druck auf das Bildempfangsmaterial S gleichförmig über dessen Oberfläche verteilt werden. Wenn hierbei die erste Walze 4 zwischen den beiden Druckwalzen 5 und 6 angeordnet ist, wird durch das vorstehend beschriebene Anordnungsmerkmal die Wirkung erzielt, daß ein Herausgleiten der Walze 4 aus ihrer Stellung oder ein Verbiegen durch den Stoß, der auftritt, wenn das das Tonerbild tragende Bildempfangsmaterial S mit der Walze in Berührung tritt oder außer Berührung mit der Walze gelangt, verhindert wird.

Um ein störungsfreies Aufbringen eines gleichmäßig verteilten Druckes auf das Bildempfangsmaterial S zu ermöglichen ist die an der Tragplatte 8 angebrachte erste Walze 4 außerdem in einer parallel zu der Geraden J verlaufenden Richtung ein wenig bewegbar. Wie den Fig. 6 und 7 zu entnehmen ist, weist die untere Tragplatte 8 hierzu eine Öffnung 9 auf, die durch die Platte in Richtung der Geraden J hindurchläuft. Das Lager 4a für die erste

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Walze 4 ist innerhalb der Öffnung 9 angebracht und in Richtung der Geraden J innerhalb der öffnung geringfügig bewegbar.

Das z.B. aus einem Blatt Papier mit einem darauf befindlichen Tonerbild bestehende Bildempfangsmaterial S wird in den Berührungsbereich zwischen der ersten Walze 4 und der unteren Druckwalze 6 eingeführt, wobei die mit dem Tonerbild versehene Seite mit der ersten Walze in Berührung kommt.

Am einen Ende der Achse der unteren Druckwalze 6 ist ein Antriebsritzel 10 (Fig. 6) vorgesehen, das in Wirkverbindung mit einer Antriebseinrichtung steht. Wenn das Antriebsritzel 10 von einem Motor angetrieben wird, dreht sich die Druckwalze 6, wodurch auch die Walzen 4 und 5 in Drehung versetzt werden. Das Antriebsritzel kann alternativ auch an einem Ende der ersten Walze 4 angebracht sein.

Die beiden Tragplatten 7 und 8 werden von einer gemeinsamen Achse 12 gehalten und sind um diese Achse schwenkbar. Das jeweilige freie Ende der Tragplatten ist mit einer Bohrung versehen, durch die ein Schraubenbolzen 13 hindurchverläuft. Um den mit einer aufgeschraubten Schraubenmutter 15 versehenen Schraubenbolzen herum ist eine Schraubenfeder 14 angeordnet. Die Federkraft der Schraubenfeder 14 kann durch Hereindrehen oder Herausdrehen der Schraubenmutter 15 auf dem Schraubenbolzen 13 eingestellt bzw. justiert werden. Der Schraubenbolzen 13, die Schraubenfeder und die Schraubenmutter 15 bilden zusammen einen Druckmechanismus, über den die Walzen miteinander in Druckberührung gebracht werden. Wenn die oberen und unteren Tragplatten 7 und 8 durch den Druckmechanismus in der in Fig. 7 dargestellten Weise aufeinander zu und in eine dicht beieinanderliegende Stellung bewegt werden, werden die drei Walzen 4, 5 und 6 miteinander in Druckberührung gebracht. En dieser Stellung wird das Antriebsritzel 10 zur Drehung der Walzen angetrieben und das das Tonerbild enthaltende Bildempfangsmaterial S in den Berührungsbereich zwischen den Walzen 4 und 6 zur Fixierung des auf dem Bildempfangsmaterial enthaltenen Tonerbildes eingeführt. Wie vorstehend beschrieben,

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ist der Berührungsdruck zwischen den Walzen mittels der Schraubenmutter 15 justierbar.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 soll nun die erfindungsgemaß erzielbare Wirkung näher beschrieben werden.

Wie vorstehend erwähnt, ist ein die Druck-Fixierbarkeit eines Tonerbildes wesentlich beeinflussender Faktor weniger der auf die Walzen ausgeübte Gesamtdruck sondern vielmehr der an dem Berührungsbereich bzw. in der Druckzone örtlich wirkende Maximaldruck je Einheitsfläche. Zum Nachweis der erfindungsgemäß erzielbaren vorteilhaften Wirkung wurden Versuche unter Verwendung der Fixiereinrichtung gem. Fig. 3 durchgeführt und die Breite des Berührungsbereiches bzw. die Druckzonenbreite sowie der Maximaldruck in dem Berührungsbereich bzw. Druckzonenbereich gemessen und berechnet. Das Ergebnis ist in Fig. 9 veranschaulicht. Zum Vergleich wurden entsprechende Versuche und Berechnungen unter Verwendung des Fixiergerätes des Standes der Technik gem. Fig. 1 durchgeführt. Das Ergebnis ist in gleicher Weise in Fig. 8 veranschaulicht.

Zur Berechnung wurde folgende Gleichung verwendet:

P_max = 0,6 /w-E/R, '

wobei W ein linearer bzw. senkrecht wirkender Druck, E der Elastizitätsmodul des das Tonerbild tragenden Bildempfangsmaterials in Längsrichtung und R der Walzenradius sind.

Als Bildempfangsmaterial S wurde sowohl für die Fixiereinrichtung gem. Fig. 1 als auch die Fixiereinrichtung gem. Fig. 3 Kopierpapier der gleichen Art verwendet. Desweiteren wurden für die Versuche der gleiche Toner, Walzen aus dem gleichen hartmetallischen Material sowie die gleiche Transportgeschwindigkeit bzw. Zuführgeschwindigkeit für das Kopierpapier verwendet.

Bei dem Versuch gem. Fig. 8 betrugen der Radius R₁ der Walzen 1 und 2 jeweils 30 mm, der Gesamtdruck W₁ (als linearer bzw. senk-

recht wirkender Druck) 40 kp/cm , die Dicke 1. des Kopierpapiers vor der Druckbehandlung 80 μπι und die Dicke I^ des Kopierpapiers während der Druckbehandlung 30 μπι. Unter diesen Bedingungen wurden

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eine Druckzonenbreite L₁ (worunter die Breite des deformierten Teiles des zwischen den beiden Walzen eingeklemmten Kopierpapiers verstanden wird) von 2,2 mm und ein örtlicher Maximaldruck P₁

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von 220 kp/cm ermittelt.

Demgegenüber wurde bei der erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung gem. Fig. 9 festgestellt, daß die Druckzonenbreite L„ einen Wert von 1,3 mm und der örtliche Maximaldruck P₉ einen Wert von

2
270 kp/cm aufwiesen, wobei der Radius R₉ der ersten Walze 4 den Wert 10 mm, der Radius R-. der Druckwalzen 5 und 6 jeweils den Wert 20 mm, der Gesamtdruck W₉ (linearer bzw. senkrecht

wirkender Druck) den Wert 20 kp/cm und die Dicke 1_ des Kopierpapiers während der Druckbehandlung den Wert 30 μπι aufwiesen.

Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Fixiereinrichtung im Vergleich zu der Fixiereinrichtung des Standes der Technik die Aufbringung einer größeren Belastung bzw. eines größeren Maximaldruckes je Einheitsfläche auf das Bildempfangsmaterial bei kleinem Gesamtdruck ermöglicht, so daß bei der erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung eine bessere Fixierleistung erzielbar ist.

Außerdem erwies sich bei den vorstehend beschriebenen Versuchen, daß die Dicke des Kopierpapiers bei Messung untermittelbar nach der Druckfixierung bei der Fixiereinrichtung des Standes der Technik auf 60 μΐη verringert war, während die Dicke des Kopierpapiers bei der erfindungsgemäßen Einrichtung einen entsprechenden Wert von 65 \im aufwies. Dieser Unterschied ist auf die Differenz der Druckzonenbreite zurückzuführen. Wie vorstehend erwähnt, betrug die Druckzonenbreite bei der erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung 1,3 mm,während sie bei der Fixiereinrichtung des Standes der Technik 2,2 mm betrug. Die Druckzönenbreite bei der erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung ist somit um 40 % kleiner als bei der Fixiereinrichtung des Standes der Technik. Bei gleicher Transportgeschwindigkeit des Kopierpapiers wird somit bei der erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung die Zeit verkürzt, während der

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ein Druck auf das Kopierpapier ausgeübt wird. Dies wiederum trägt zu einer Verringerung von Qualitätsänderungen des Kopierpapiers bei, die üblicherweise durch den hohen Druck während des Fixierens auftreten und sich z.B. in einem Elastizitätsverlust und Aneinanderhaften von Papierfasern in dem Kopierpapier bemerkbar machen. Bei Durchführung der Druckfixierung mit der erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung kann das Kopierpapier somit nach dem Fixieren weiterhin seine Elastizität, gute Oberflächenbeschaffenheit und Weichheit beibehalten. Darüberhinaus wird eine Faltenbildung bzw. ein Knittern des Kopierpapiers während des Hindurchtretens des Kopierpapiers durch die beiden einander überkreuzend angeordneten Walzen vermieden. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung sind somit ein stabiler gleichbleibender Transport des Kopierpapiers und eine gleichmäßige Fixierung des darauf befindlichen Tonerbildes gewährleistet.

In den Fig. 10 bis 18 sind weitere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, bei denen diejenigen Teile und Bauelemente, die gleiche Funktionen und den gleichen Aufbau wie die entsprechenden Elemente der ersten Ausführungsform aufweisen, mit den gleichen Bezugszahlen und Bezeichnungen versehen sind.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 10 weist die untere Druckwalze 106 Flansch teile 106.. und 106_? an beiden Walzenenden auf. Ein jedes Flanschteil weist im Vergleich zu dem mittleren Teil der Walze einen größeren Durchmesser auf, so daß zwischen der Druckwalze 106 und der ersten Walze ein Zwischenraum d zur Aufnahme des hindurchgeführten Bildempfangsmaterials S geschaffen wird. Der Betrag dieses Abstandes d ist derart bemessen, daß er größer als die Partikelabmessungen des Toners, jedoch kleiner als die Dicke des durch den Druck während des Fixierens deformierten Bildempfangsmaterials ist.

Zum Aufbringen eines gleichmäßig verteilten Druckes auf den Bereich zwischen den Walzen 4 und 106 sowie zur Verhinderung eines Knitterns des Bildempfangsmaterials S sind die drei Walzen 4, 5 und 106 in der gleichen Weise wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform angeordnet. Wie bei der ersten Aus-

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führungsform bildet daher der Berührungsbereich, über den die erste Walze 4 und die untere Druckwalze 106 über das Bildempfangsmaterial S indirekt miteinander in Berührung stehen, in Richtung der Walzenachse gesehen, eine Gerade. 5

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 11 stehen das Lager 5a¹ zur Lagerung der oberen Druckwalze 5 und das Lager 6a¹ zur Lagerung der unteren Druckwalze 6 zur Bildung eines Spaltes d zwischen der unteren Druckwalze 6und der in einem Lager 4a¹ gelagerten ersten Walze 4 miteinander in Berührung.

Bei der modifizierten Ausführungsform gem. Fig. 12 ist ein Abstandsstück 50 zwischen den Lagern 5a¹ und 6a' zur Bildung eines Zwischenraums d vorgesehen.

Ein solcher Zwischenraum oder Spalt d zwischen der ersten Walze 4 und der unteren Druckwalze 6 oder 106 dient zur Verringerung des Stoßes, der möglicherweise auftritt, wenn das Bildempfangsmaterial S in den Druckbereich zwischen den beiden Walzen eintritt und diesen Druckbereich wieder verläßt.

Die Ausführungsform gem. Fig. 13 ist durch eine für die untere Druckwalze 106 gem. Fig. 10 vorgesehene Einrichtung zum Aufbringen eines Schmiermittels gekennzeichnet. In einem Behälter 112 enthaltenes flüssiges Schmiermittel wird den Flanschteilen 106- und 106« der Druckwalze 106 über eine Schmiermittelzuführungswalze 110 und zwischen der Schmiermittel-Zuführungswalze und den Flanschteilen der Druckwalze vorgesehene Filzstreifen zugeführt. Als Schmiermittel kann z.B. Silikonöl verwendet werden, das auch als Oberflächenschmiermittel für Toner dient. Zwei blattförmige Auffangelemente 113 verhindern, daß das auf die Flanschteile aufgebrachte Schmiermittel in den Mittelteil der Walze 106 fließt. Die Schmiermittel-Zuführungswalze 110 wird von einer Antriebseinrichtung 114 angetrieben. Zur Verhinderung eines Einfließens des Schmiermittels in den Mittelteil der Druckwalze 106 kann weiterhin zumindest ein Spalt mit einem U-Profil

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oder V-Profil in dem Bereich zwischen jeweils einem Planschteil und dem Mittelteil auf der Außenseite der Walze angebracht werden. Die vorstehend beschriebene Einrichtung zur Aufbringung des Schmiermittels stellt einen wirksamen Schutz gegen Reibung an den im Vergleich zu dem restlichen Teil der Walze stärker belasteten Flanschteilen dar.

Bei sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen stehen die erste Walze und die die erste Walze überschneidende bzw. kreuzende Druckwalze derart miteinander in Berührung, daß eine linear verlaufende Berührungslinie gebildet wird. Das Bildempfangsmaterial kann daher ohne Faltenbildung und Knitterung durch den Berührungsbereich hindurchtreten und stets stabil und gleichmäßig transportiert werden. Die in Bezug auf die Verhinderung einer Faltenbildung bzw. eines Knitterns erzielte vorteilhafte Wirkung ist insbesondere dann vor. Bedeutung, wenn ein Bildempfangsmaterial mit größerer Formatbreite verwendet wird.

Da, wie vorstehend beschrieben, die drei Mittelpunkte bzw. Achsenmitten der Walzen in jedem beliebigen Querschnitt auf einer Geraden liegen, kann auf das das Tonerbild tragende Bildempfangsmaterial ein relativ hoher und gleichmäßig verteilter Druck aufgebracht werden. . Hierdurch lassen sich wiederum die Abmessungen der ersten Walze und der Druckwalzen im Vergleich zu den Abmessungen der Fixiereinrichtung des Standes der Technik verringern und außerdem kann der auf jede der Walzen aufzubringende Gesamtdruck verkleinert werden. Da demzufolge keine Notwendigkeit für die Verwendung eines großen Druckmechanismus mehr besteht, kann eine in ihrer Gesamtheit kleine Abmessungen und ein geringes Gewicht aufweisende Fixiereinrichtung hergestellt werden. Hierbei ist im Vergleich zu üblichen Fixiereinrichtungen des Standes der Technik leicht eine Gewichtsverringerung von ca. 40 % erzielbar.

Im Gegensatz zu der üblichen Druck-Fixiereinrichtung, die bewirken kann, daß das Bildempfangsmaterial mit dem darauf befindlichen Tonerbild zu sehr aufgehellt oder durchscheinend wird, ermöglicht

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die erfindungsgemäße Fixiereinrichtung, daß das Bildempfangsmaterial seine Elastizität, gute Oberflächenbeschaffenheit und Weichheit auch nach dem Fixieren beibehält, so daß ein sehr gut sichtbares fixiertes Bild erhalten wird. ·

In Fig. 14 ist eine weitere vorzugsweise verwendete Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

Bei der Anordnung gem. Fig. 14 bezeichnet die Bezugszahl 204 eine erste Walze aus einem harten metallischen Material. Die Bezugszahlen 205 und 206 bezeichnen ebenfalls aus hartem metallischem Material bestehende Druckwalzen, die in Berührung mit der ümfangsflache bzw. Außenseite der ersten Walze angeordnet sind. Die erste Walze 204 ist als zylindrische Walze ausgebildet, die einen über die Walzenlänge konstanten Durchmesser aufweist, wie dies in Fig. 15 dargestellt ist.

Eine der Druckwalzen, d.h., die Druckwalze 205, ist als gewölb bzw. ballige Walze ausgebildet, deren Durchmesser von den beiden Walzenenden zur Mitte hin allmählich größer wird. Die andere Druckwalze 206 ist als zylindrische Walze mit einem über die Walzenlänge gleichförmigen Durchmesser ausgebildet. Der mittlere Durchmesser der Walze 205 und der Durchmesser der Walze 206 sind größer als der Durchmesser der ersten Walze 204.

Wenn diese Walzen derart miteinander in Druckberührung gebracht werden, daß zwischen der ersten Walze 204 und der Druckwalze eine gleichmäßig verteilte Druckbelastung entsteht, werden die Achsen der beiden Walzen 204 und 206 in der in Fig. 15 veranschaulichten Weise ausgelenkt bzw. gebogen. Die Formgebung der als gewölbte bzw. ballige Walze ausgebildeten oberen Druckwalze 205 ist derart festgelegt, daß eine Anpassung an die Auslenkung bzw. Durchbiegung der Achsen der Walzen 204 und 206 erzielt wird.

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Die drei Walzen 204, 205 und 206 sind derart angeordnet, daß ihre Mittelachsen anders als bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen in der in Fig. 16 dargestellten Weise parallel zueinander verlaufen, wenn kein Druck auf sie ausgeübt wird. Es ist grundsätzlich möglich, auch diese drei Walzen derart anzuordnen, daß ihre Mittelachsen nicht parallel zueinander angeordnet sind, sondern einander unter einem gewissen Winkel schneiden. In diesem Falle werden jedoch die Bestimmung des Schnittwinkels und die genaue Anbringung der Walzen äußerst schwierig und auf-0 wendig.

Wie in den Fig. 15 und 17 dargestellt ist, ist die obere Druckwalze 205 in einem Lager 5a drehbar an zwei oberen Tragplatten 7 gelagert, während die untere Druckwalze 205 in einem Lager 6a drehbar an zwei Tragplatten 8 gelagert ist. Außerdem ist die erste Walze 204 in einem Lager 4a drehbar an den Tragplatten 8 gelagert. Die Walzen 204, 205 und 206 sind derart angeordnet, daß ihre Mittelachsen unter Druckeinwirkung in jedem Querschnitt auf einer Geraden 1 liegen können. Diese Anordnung der Walzen weist mehrere Vorteile auf. Sie ermöglicht, daß auf das ein Tonerbild enthaltende Bildempfangsmaterial S ein gleichmäßig verteilter Druck aufgebracht werden kann. Wenn die erste Walze 204 zwischen den beiden Druckwalzen 205 und 206 liegend festgehalten wird, kanndurch diese Anordnung verhindert werden, daß die erste Walze aus ihrer Stellung herausgleitet oder durch den Stoß gebogen wird, der möglicherweise zu dem Zeitpunkt auftritt, wenn das Bildempfangsmaterial mit der Walze in Berührung tritt und außer Berührung mit der Walze gelangt.

Zur Gewährleistung des Aufbringens eines gleichmäßig über die Oberfläche des Bildempfangsmaterials S verteilten Druckes ist die erste Walze 204 auch in einer parallel _Zu der Geraden i verlaufenden Richtung über einen kurzen Abstand bewegbar an der Tragplatte 8 angeordnet.

Das z.B. aus einem Blatt Papier mit einem darauf befindlichen Tonerbild bestehende Bildempfangsmaterial S wird in den Berührungsbe-

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reich zwischen der erstenWalze 204 und der Druckwalze 206 eingeführt, wobei die mit dem Tonerbild versehene Seite in Berührung mit der ersten Walze· gelangt. Zum Antrieb der Fixiereinrichtung ist an einem Ende der unteren Druckwalze 206 ein mit einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung in Wirkverbindung stehendes Kettenrad 210 vorgesehen. Wenn die untere Druckwalze von dem Kettenrad gedreht wird, werden die erste Walze 204 und die obere Druckwalze 205 von der Drehbewegung der unteren Druckwalze 206 in Drehung versetzt. Alternativ kann das Kettenrad auch an einer Seite der ersten Walze 204 vorgesehen sein.

Nachstehend soll die Wirkung der Fixiereinrichtung gem. Fig. 14 auf die Fixierbarkeit eines Tonerbildes näher beschrieben werden.

Die obere Druckwalze 205 der Druck-Fixiereinrichtung gem. Fig. ist als gewölbte bzw. ballige Walze ausgebildet, durch deren Wirkung eine gleichmäßig verteilte Druckbelastung zwischen der ersten Walze 204 und der unteren Druckwalze 206, die beide als zylindrische Walzen ausgebildet sind, erzeugt wird. Wie vorstehend beschrieben, werden die erste Walze 204 und die untere Druckwalze 206, mit denen das Bildempfangsmaterial S in Berührung kommt, in der in Fig. 15 veranschaulichten Weise ausgelenkt bzw. gebogen. Bei der Anordnung gem. dieser Ausführungsform tritt jedoch keine Änderung der Umfangsgeschwindigkeit über die Walzenlänge auf, obwohl diese Walzen von der gewölbten bzw. balligen oberen Druckwalze 205 gebogen werden. Dies bedeutet, daß die Walzen 204 und 206 während des Fixierens niemals irgendeine unangemessene Kraft auf das Bildempfangsmaterial S ausüben, so daß ein Knittern oder Reißen des Bildempfangsmaterials verhindert werden kann.

In Fig. 18 ist die im Rahmen eines Versuches an der Fixiereinrichtung gem. Fig. 14 ermittelte Druckverteilung veranschaulicht. Bei dem Versuch gem. Fig. 18 wiesen der Radius R₂ der ersten Walze 204 den Wert 10 mm, der Radius R₃ der Druckwalze 206 den Wert 20 mm

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(während die obere Druckwalze 205 als gewölbte bzw. ballige Walze ausgebildet war), der Gesamtdruck W₀ (als linearer

2 bzw. senkrecht angreifender Druck) den Wert 20 kp/cm und die Dicke 1-. des Kopierblattes während der Druckbehandlung den Wert 30 um auf. Unter diesen Bedingungen wurde festgestellt, daß die Druckzonenbreite L₉ den Wert 1,3 mm und der örtliche Maximaldruck

2
P₂ den Wert 270 kp/cm aufwiesen.

Aus diesem Versuchsergebnis ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Pixiereinrichtung, bei der Druckwalzen mit einem in Bezug auf die erste Walze größeren Durchmesser verwendet werden, im Vergleich zu üblichen Fixiereinrichtungen des Standes der Technik die Aufbringung eines höheren Druckes auf ein ein Tonerbild tragendes Bildempfangsmaterial bei einem niedrigeren Gesamtdruck ermöglicht, so daß in Bezug auf die Fixierbarkeit eines Tonerbildes eine wesentliche Verbesserung erzielbar ist.

Das mit einem Tonerbild versehene Bildempfangsmaterial ist nach seiner Fixierung durch die erfindungsgemäße Fixiereinrichtung frei von jeder Faltenbildung und Knitterung und hat seine Elastizität, Oberflächenbeschaffenheit und Weichheit beibehalten. Das fixierte Tonerbild ist scharf bzw. klar und sehr deutlich sichtbar. Da die Druckbelastung gleichmäßig auf die Oberfläche des Bildempfangsmaterials aufgebracht wird, treten keine Unregelmäßigkeiten bei der Fixierung auf. Ein derart fixiertes Bildempfangsmaterial wird somit nie heller oder sogar halbdurchsichtig, was häufig bei üblichen Druck-Fixiereinrichtungen des Standes der Technik der Fall ist.

Die vorstehend beschriebene Fixiereinrichtung zur Fixierung eines auf einem Bildempfangsmaterial eines elektrophotographischen Kopiergerätes enthaltenen Tonerbildes weist somit drei Drehwalzen auf, die unter der Einwirkung einer Druckeinrichtung miteinander in Berührung stehen. Eine der drei Walzen weist einen kleineren Durchmesser als die beiden anderen Walzen auf. Die beiden Walzen,

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mit denen das das Tonerbild tragende Bildempfangsmaterial in Berührung kommt, sind derart angeordnet, daß die Achsen der beiden Walzen sich gegenseitig schneiden bzw. kreuzen und der Teil, an dem die beiden Walzen miteinander in Berührung stehen oder die engste Annäherung zueinander aufweisen, relativ zu der Richtung der Walzenachse eine Gerade bildet. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die verbleibende Walze, mit der das Bildempfangsmaterial nicht in Berührung kommt, als gewölbte bzw. ballige Walze ausgebildet, d.h., als Walze, die ihren größten Durchmesser in der Walzenmitte aufweist.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Fixiereinrichtung, gekennzeichnet durch eine erste Drehwalze (4; 204) und eine zweite Drehwalze (6? 106; 206), mit denen ein ein Tonerbild tragendes Bildempfangsmaterial (S) in Berührung tritt, durch eine mit der ersten Drehwalze (4; 204) in Berührung stehende dritte Drehwalze (5, 205) und durch eine Anpressexnrichtung (7, 8, 13, 14, 15) zum Aufbringen eines Druckes auf die dritte Drehwalze (5; 205) und damit auf das zwischen der ersten Drehwalze-, und der zweiten Drehwalze hindurchtretende Bildempfangsmaterial, wobei die erste Drehwalze (4; 205) einen kleineren Durchmesser (R„) als die zweite Drehwalze und die dritte Drehwalze aufweist und die erste Drehwalze und die zweite Drehwalze derart angeordnet sind, daß die Achse der zweiten Drehwalze die Achse der ersten Drehwalze kreuzt und der Bereich, an dem die erste Drehwalze und die zweite Drehwalze miteinander in Berührung stehen oder ihre größte Annäherung zueinander aufweisen, in Bezug auf die Richtung der Walzenachse eine Gerade (H) bildet.

X/ma

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Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070

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2. Fixiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, die zweite und die dritte Drehwalze derart angeordnet sind, daß sämtliche Achsenmittelpunkte der drei Walzen auf einer Geraden (J) liegen.

3. Fixiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehwalze (4; 204) in einer zu der Geraden

(J) parallelen Richtung bewegbar angeordnet ist.

4. Fixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, die zweite und die dritte Drehwalze derart angebracht sind, daß sie miteinander in direkter Berührung stehen und von der Anpresseinrichtung (7, 8, 13, 14,15) miteinander in Druckberührung gebracht werden.

5. Fixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehwalze (4) und die dritte Drehwalze (5) miteinander in direkter Berührung stehen und daß die erste Drehwalze (4) und die zweite Drehwalze (106) derart angeordnet sind, daß zumindest in dem Bereich, in dem das das Tonerbild tragende Bildempfangsmaterial (S) mit der ersten Drehwalze und der zweiten Drehwalze in Berührung tritt, ein Zwischenraum (d) zwischen der ersten Drehwalze und der zweiten Drehwalze vorhanden ist.

6. Fixiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Zwischenraumes (d) kleiner als die Dicke des nach der Fixierbehandlung deformierten Bildempfangsmaterials

und größer als die maximale Partikelgröße des Toners ist. 30

7. Fixiereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehwalze (106) an beiden Endabschnitten Flansche(10O₁, 106-) mit einem größeren Durchmesser als der Durchmesser des Mittelteils, an dem das Bildempfangsmaterial (S) mit der zweiten Drehwalze (106) in Berührung tritt, aufweist, wodurch das Mittelteil der zweiten Drehwalze (106) durch die Flansche (106^ 106-) von der ersten Drehwalze (4) beabstandet ist. §09815/1028

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8. Fixiereinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (110 bis 114) zur Aufbringung eines Schmiermittels auf die Flansche (106^ 106₂).

9. Fixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, die zweite und die dritte Drehwalze aus einem harten Material bestehen.

10. Fixiereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehwalze und die dritte Drehwalze aus dem gleichen Material bestehen und unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

11. Fixiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Drehwalze (205) einen sich von den beiden Endteilen zu dem Mittelteil der Drehwalze hin verändernden Durchmesser aufweist.

12. Fixiereinrichtung, gekennzeichnet durch eine erste Drehwalze (204) und eine zweite Drehwalze (206) , mit denen ein ein Tonerbild tragendes Bildempfangsmaterial (S) in Berührung tritt, durch eine mit der ersten Drehwalze(204)in Berührung stehende dritte Drehwalze (205) und durch eine Anpresseinrichtung (7, 8, 13, 14, 15) zur Aufbringung eines Druckes auf die dritte Drehwalze (205) und damit auf das zwischen der ersten Drehwalze und der zweiten Drehwalze hindurchtretende Bildempfangsmaterial, wobei die dritte Drehwalze (205) einen sich von den beiden Endteilen bis zu dem Mittelteil der Drehwalze verändernden Durchmesser aufweist und der mittlere Durchmesser der dritten Drehwalze (205) und der Durchmesser der zweiten Drehwalze (206) größer als der Durchmesser der ersten Drehwalze (204) sind.

13. Fixiereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, die zweite und die dritte Drehwalze derart angeordnet sind, daß die Achsenmitten der drei Drehwalzen sämtlich auf einer Geraden liegen.

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14. Fixiereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehwalze (204) in einer parallel zu der Geraden verlaufenden Richtung bewegbar angeordnet ist.

15. Fixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, die zweite und die dritte Drehwalze aus hartem Material bestehen.

16. Fixiereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Drehwalze (205) als ballige Walze ausbildet ist, die an ihrem Mittelteil einen größeren Durchmesser als an ihren Endteilen aufweist.

17. Fixiereinrichtung, gekennzeichnet durch eine erste Drehwalze (4)und eine zweite Drehwalze (6; 106), mit denen ein ein Tonerbild tragendes Bildempfangsmaterial (S) in Berührung tritt, durch eine mit der ersten Drehwalze (4) in Berührung stehende dritte Drehwalze (5), durch eine Anpresseinrichtung (7, 8, 13, 14, 15) zur Aufbringung eines Druckes auf die Berührungsflächen der drei Walzen zur Erzielung einer Druckbelastung des durch die erste Drehwalze und die zweite Drehwalze hindurchtretenden und mit dem Tonerbild versehenen Bildempfangsmaterials und durch eine Einrichtung (10, 114) zum Antrieb einer der drei Drehwalzen, wobei die drei Drehwalzen derart angeordnet sind, daß ihre Achsen einander überschneiden, während der Berührungsbereich zwischen der ersten Drehwalze und der zweiten Drehwalze an einer in Richtung der Walzenachse verlaufenden Geraden (H) ausgerichtet ist.

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