DE3432189A1

DE3432189A1 - Fixiervorrichtung

Info

Publication number: DE3432189A1
Application number: DE19843432189
Authority: DE
Inventors: Masaaki Yokohama Kanagawa Sakurai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-09-01
Filing date: 1984-08-31
Publication date: 1985-03-21
Anticipated expiration: 2004-09-01
Also published as: DE3432189C2; US4580033A

Description

Fixiervorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fixiervorrichtung zum Fixieren eines nicht fixierten Bildes auf einem Aufzeichnungsmaterial durch Druck oder Hitze und Druck, vorzugsweise eine Fixiervorrichtung, die zwei drehbare Fixierelemente, beispielsweise Rollen oder Bänder bzw. Riemen, besitzt, um ein nicht fixiertes Tonerbild auf einem Aufzeichnungsmaterial zu fixieren.

Vorrichtungen, bei denen die vorliegende Erfindung anwendbar ist, umfassen Bilderzeugungsvorrichtungen, bei-10' spielsweise Drucker, Faksimilevorrichtungen, Kopiervorrichtungen und Druckmaschinen sowie verschiedene andere Vorrichtungen zur Fixierung von nicht fixierten Bildern auf Aufzeichnungsmaterialien.

Fixiervorrichtungen, bei denen zwei drehbare Elemente Verwendung finden, sind in der Vergangenheit oft verwendet worden. Hierbei spielt die Fixierung über Rollen die Hauptrolle. Diese Fixierung findet über die Einwirkung von Hitze und Druck sowie die Einwirkung von

20 Druck allein Anwendung.

Die Rollenfixiervorrichtungen können allgemein in die folgenden Gruppen unterteilt werden: (1) ein System, bei dem als Fixierrolle zum Kontakt mit einem Tonerbild eine starre Rolle verwendet wird, die einen Metallkersi aufweist, der mit PTFE (Teflon) oder PFA beschichtet ist, und als Druckrolle eine mit einem elastischen Material, beispielsweise einem Silikonkautschuk, Fluorkautschuk, EPDM, Hydrokautschuk oder Fluorsilikonkautschuk, beschichtete Rolle und (2) ein System, bei dem als Fixierrolle und als Druckrolle Rollen Verwendung finden, die mit einem elastischen Material beschichtet sind.

Von den vorstehend beschriebenen Systemen (1) und (2) besitzt die Vorrichtung, bei der die unter (2) erwähnte, mit einem elastischen Material beschichtete Rolle als Fixierrolle verwendet wird, im Vergleich zu dem System, bei dem die mit Teflon beschichtete Rolle als Fixierrolle eingesetzt wird, ein ausgezeichnetes Fixiervermögen, ausgezeichnete Bildeigenschaften und ein ausgezeichnetes Einrollvermögen (was insbesondere für automatische zweiseitige Kopiervorrichtungen von Bedeutung ist) und ist daher äußerst geeignet.

Wenn demgegenüber beim System (2) die Oberfläche der Fixierrolle rauh ist, kann die Rolle während einer Langzeitbenutzung durch Toner verschmutzt werden. Dies ist insofern nachteilig, als daß es äußerst schwierig ist, den Toner zu entfernen, der einmal an der Oberfläche haftet. Wenn der Toner einmal an der Oberfläche der Rolle haftet, steigt die Tonerabweichung stark an, da zwischen diesem Toner und dem Toner auf dem Kopierpapier eine gute Affinität besteht. , Dies hat zur Staubildung und anderen Problemen geführt.

Darüberhinaus besitzt eine Fixierrolle, in der eine Heiz,-

einrichtung vorgesehen ist, normalerweise eine geringe Festigkeit, da die Dicke des elastischen Materiales aufgrund der erforderlichen Wärmeleitung gering gehalten · werden muß. Wenn man'ein Reinigungselement, beispielsweise eine Filz-, Barid- oder Blattreinigungsrolle an die Fixierrolle anpresst, kann das elastische Material beschädigt werden, oder es können andere Probleme in bezug auf die Haltbarkeit des Materials entstehen.

Wenn andererseits die Oberfläche der Rolle glatt ausgebildet wird, um die vorstehend aufgezeigten Nachteile zu beheben, steigt die elektrostatische Anziehungskraft und die Vakuumanziehungskraft des Kopierpapiers zur Rolle an, so daß die Trennbarkeit des Papiers von der Rolle verschlechtert wird.

Es ist daher erforderlich, entsprechende Maßnahmen einzuleiten, beispielsweise ein klinkenförmiges Trennelement unter hohem Druck gegen die Rolle zu pressen. Dies kann jedoch zur Beschädigung der Rolle führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Problem der Tonerabweichungen zu beheben und eine Fixiervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein drehbares Fixierelement mit einer erhöhten Lebensdauer aufweist.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer Fixiervorrichtung, bei der die Verschmutzung des Aufzeichnungsmateriales durch die Verunreinigung des drehbaren Elementes verhindert wird und die Trennfähigkeit des Aufzeichnungsmateriales groß ist.

Desweiteren soll durch die^ Erfindung eine Fixiervorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die eine einfache

Konstruktion sowie ein ausgezeichnetes Fixiervermögen und ausgezeichnete Bildeigenschaften besitzt und die über eine lange Zeitdauer in Betrieb gehalten werden kann.

Ferner oezweckt die Erfindung die Schaffung einer Fixiervorrichtung, bei der Tonerabweichungen selbst dann verhindert werden, wenn Bilder auf beiden Seiten eines Aufzeichnungsmaterials erzeugt werden, und mit der Bilder mit einer ausgezeichneten Fixierung erhalten werden können.

Schließlich soll durch die Erfindung eine Fixiervorrichtung zur Verfügung gestellt werden, bei der Tonerabweichungen durch eine Vielzahl von Konstruktionen in bezug auf die Fixierung stark, reduziert werden können.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Fixiervorrichtung nach den Patentansprüchen gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht einer Fixiervorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung Anwendung findet;

Figur 2 einen Schnitt entlang Linie X-X¹ in Figur 1;

Figur 3 ein Diagramm, das die Verteilung des Heizwertes der Heizeinrichtung 3 der Figur 1

zeigt;

Figur 4A eine vergrößerte Fotografie der Oberfläche einer Fixierrolle, wobei die Drehrichtung der Fixierrolle dargestellt ist; und

Figur 4B eine vergrößerte schematische Darstellung der Bewegungsrichtung der Körner auf der Oberfläche der Fixierrolle.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Fixiervorrichtung. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine solche, bei der ein über ein elektrofotografis.ches Verfahren ausgebildetes Tonerbild T durch eine Heizfixiervorrichtung auf unbeschichtetem Papier (Normalpapier) P fixiert wird.

In Figur 1 ist mit 1 eine Heizrolle bezeichnet, in der eine Heizeinrichtung 3, beispielsweise eine Halogenheizeinrichtung, angeordnet ist. Die Heizrolle 1 ist auf der dem Tonerbild T benachbarten Seite angeordnet.

Mit 2 ist eine Druckrolle bezeichnet, in der eine schwache Heizeinrichtung 3' angeordnet ist. Die Druckrolle kann gegen die Heizrolle 1 gepresst werden, um auf diese Weise das Tonerbild zu erhitzen und gegen Papier P zu pressen, um auf diese Weise das Bild zu fixieren. Bei der Rolle 1 handelt es sich um eine elastische Rolle, die einen hohlen Rollenkern la umfasst, der aus Metall besteht, beispielsweise aus Aluminium,rostfreiem Stahl oder Kupfer, sowie eine relativ dünne elastische Schicht Ib, die aus einem Material., wie Silikonkautschuk, Fluorkautschuk oder Fluorsilikonkautschuk, besteht und auf der äußeren Umfangsfläche des Rollenkerns la vorgesehen ist. Die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit RZ der Umfangsfläche der elastischen Schicht Ib liegt im Bereich von- Ιμπι - ΙΟμπι.

Die Druckrolle 2 ist über ein nicht gezeigtes Lager drehbar gelagert und kaan zumindest während der Fixierung über eine herkömmlich ausgebildete Presseinrichtung gegen die Fixierrolle 1 gedrückt werden. Sie umfasst

einen hohlen metallischen Rollenkern 2a und eine relativ dicke elastische Schicht 2b, die aus einem Material, wie beispielsweise Silikonkautschuk, Fluorkautschuk, Fluorsilikonkautschuk, EPDM oder Hydrinkautschuk, % besteht und auf der äußeren Umfangsfläche des Rollenkernes 2a vorgesehen ist. Die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit RZ der Umfangsfläche der elastischen Schicht 2b liegt im Bereich von 6μπι - 25[jm und darüber. Diese Raugigkeit ist größer als die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit der elastischen Schicht Ib der Fixierrolle 1.

Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit der Heizrolle 1 etwa 2pm und die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit der Druckrolle etwa 7μπι.

Die thermische Abweichungen verhindernde Konstruktion der vorliegenden Ausführungsform wird hiernach beschrieben. Um eine gleichmäßige Oberflächentemperatur zu erhalten, indem man verhindert, daß die Wärme der Fixierrolle 1 und der Druckrolle 2 durch Wärmeleitung von einem Abschnitt entweicht, der die Druckrolle 2 etc. lagert, findet ein Wärmeisolationsmaterial, beispielsweise Kunststoff, für ein Zahnrad Verwendung, das die Antriebskraft eines Motors oder der Lager der Rolle überträgt, um auf diese Weise die Fixierrolle 1 und die Druckrolle 2 in ihre;n thermisch miteinander in Kontakt stehenden Zustand zu bringen. Wenn jedoch eine Anzahl von Papierbögen kontinuierlich zwischen der Fixierrolle 1 und der Druckrolle 2 hindurchläuft, wird die Wärmeenergie in den mittleren Abschnitten dieser Rollen von den Papierbögen aufgenommen und die Temperatur in diesen mittleren Abschnitten der Rollen abgesenkt. In den Endabschnitten der Rollen ist jedoch die Wärmeübertragung auf die zwischen den Rollen hindurchlaufenden Papierbögen im Vergleich zu

den mittleren Abschnitten der Rollen gering. Der Temperaturabfall der Endabschnitte der Rollen wird daher geringer als der Temperaturabfall der mittleren Abschnitte der Rollen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wärme in den· Endabschnitten der Rollen in Richtung auf die mittleren Abschnitte der Rollen geleitet, so daß die Wärmeenergie der gesamten Rollenoberflächen ausgeglichen wird. Insgesamt resultiert jedoch; eine nicht zufriedenstellende Fxierung in den mittleren Abschnitten. Um diesen EinfluG zu beseitigen, wird daher die Verteilung der von der Heizeinrichtung 3, die in der Fixierrolle 1 vorgesehen ist, erzeugten Wärme so vorgenommen, daß die irn mittleren Abschnitt der Fixierrolle 1 erzeugte Wärme etwa doppelt so groß ist wie die in den Endabschnitten der Fixierrolle 1 erzeugte Wärme. Somit erhält im Normalfall sowie bei einer kontinuierlichen Durchführung von Papierbögen die Oberfläche der Rolle eine gute gleichmäßige Temperatur, die für eine Fixierung geeignet ist. Ein wärmeempfindliches Element 4, beispielsweise ein Thermistor oder ein Thermoelement, ist in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche der Fixierrolle 1 angeordnet. Ein Signal dieses Elementes wird einer herkömmlich ausgebildeten Steuereinrichtung (nicht gezeigt) zugeführt, um auf diese Weise die Temperatur der äußeren Umfangsfläche der Fixierrolle 1 auf einer Tonerbildverschmelztemperatur zu halten (indem die Leistung der Heizeinrichtung 3 oder die daran angelegte Spannung gesteuert wird).

Mit 6 ist ein Abweichungen verhinderndes Flüssigkeitsaufb'ringungselement bezeichnet, das ebenfalls als Reinigungselement dient, um Fremdpartikel, beispielsweise übertragenen Toner und Papierpulver, die an der Oberfläche der Fixierrolle 1 haften,von der Oberfläche der Rolle zu entfernen. Das Element 6 umfasst eine hitze-

beständige Bahn 6a, beispielsweise aus Normex oder Himeron, die mit einer eine übertragung (Offset) verhindernden Flüssigkeit , beispielsweise Dirnethylsilikonöl, Methylphenylsilikonöl, Fluorsilikonöl oder Amino-denaturiertem Silikonöl, imprägniert ist.

Die Reinigungsbahn 6a wird mit Hilfe einer Druckrolle 6c, die Elastizität aufweist, gegen die Heizrolle gelagert. Die Bahn 6a wird von einer Zuführrolle 6b über eine Aufnahmerolle 6e abgezogen, so daß sie ihre Lagerposition geringfügig ändert. Auf diese Weise wird der neue Oberflächenabschnitt der Reinigungsbahn 6a immer gegen die Fixierrolle 1 gelagert. Diese Bahn 6a wird über eine Rolle 6d bewegt, die hinter der Druckrolle 6a angeordnet ist, und zur Seite der Zuführrolle 6b zurückgeführt. Sie wird von der Aufnahmerolle 6e im umgedrehten Zustand aufgenommen.

Mit 7 ist eine gekrümmte Reflektionsplatte mit Wärmereflektionsvermögen bezeichnet, die in der Nachbarschaft des Aussenumfangs der Fixierrolle 1 entlang der Gesamtlänge derselben angeordnet ist. Die Reflektionsplatte 7 besitzt eine Breite, die ausreicht, um den Raum zwischen der Druckrolle 6c, die gegen die Umfangsfläche der Fixierrolle 1 gepreßt ist, und dem Einlaßöffnungsabschnitt für das Papier P abzudecken. Mit 8 ist eine Abdeckung bezeichnet, die dick genug ist, um eine Wärmestrahlung zu verhindern, und in engem Kontakt mit der gesamten konvexen Fläche der Reflektionsplatte 7 angeordnet ist, um eine Verlustwärmestrahlung von der Reflektionsplatte 7 zu verhindern. Mit 16 ist ein Gehäuseelement über der Fixiervorrichtung bezeichnet. Das Gehäuseelement 16 umgibt das Reinigungselement 6, die Reflektionsplatte 7, die .Abdeckung 8 und das wärmeempfindliche Element 4. Der Temperaturerfassungsabschnitt des wärmeempfindlichen Elementes 4 ist näher

- 12-an der Rolle 1 als an der Reflektionsplatte 7 angeordnet.

Auf der Seite der Druckrolle 2 sind eine Reflektionsplatte 9, die der Reflektionsplatte 7 ähnlich ist, un»d eine Abdeckung 10, die der Abdeckung 8 ähnlich ist, angeordnet, um den größten Teil der Umfangsfläche der Druckrolle 2 abzudecken.

Durch die vorgesehenen adiabatischen Elemente, beispielsweise die Reflektionsplatten 7, 9 und die Abdeckungen 8, 10, kann die von der Fixierrolle und der Druckrolle in überflüssiger Weise verbrauchte Wärmeenergie herabgesetzt und das Temperaturmeßvermögen des wärrneempfindlichen Elementes 4 stabilisiert werden. Somit können Abweichungen, die aus Temperaturunregelmäßigkeiten resultieren, zum größten Teil verhindert werden«Auch kann die Temperaturtönung der Fixierrolle 1 relativ zu der eingestellten Temperatur stabilisiert und der Energieverbrauch reduziert werden.

Mit 22 ist eine Führungsplatte zur Zuführung von Papier P in Richtung auf die Fixierrolle 1 bezeichnet. Die Führungsplatte 1 ist in der Nähe der Fixierrolle 1 vorgesehen, so daß sie zwischen einem Ende der Reflektionsplatte 7 und einem Ende der Reflektionsplatte 9 angeordnet ist. Mit 24 ist eine Stützplatte bezeichnet, die einen Drehpunkt 24a besitzt und die Druckrolle 2 lagert. Die Druckrolle 2 wird über eine Druckfeder 23 gegen die Fixierrolle 1 gepreßt.

Das 'Papier P, das mit dem nicht fixierten Tonerbild T versehen ist, wird zwischen der Fixierrolle 1 und der Druckrolle 2 gehalten und durch diese gefördert. Durch die aus der Oberflächen.tömperatur der Rollen 1 und 2 resultierende Wärmeenergie wird das Tonerbild T fixiert, wonach das Papier P aus der Vorrichtung herausgeführt

wird, wobei es zwischen Papierabgaberollen 20 und 21 gehalten wird. Auf der Abgabeöffnungsseite der Fixierrolle befindet sich eine Vielzahl von Trennklinken 5a, die in Axialrichtung der Rolle vorgesehen sind und in· Kontakt mit der Oberfläche der Rolle 1 stehen, um das Papier P von der Fixierrolle abzutrennen.

Auf der Abgabeoffnungseite der Druckrolle 2 ist ebenfalls eine Trennklinke 5b vorgesehen, die in Kontakt mit der Oberfläche der Rolle 2 steht.

Die Trennklinken 5a werden von einer Lagerplatte 18a gehalten, die im Abstand vom Gehäuseelement 16 angeordnet ist. Die Trennklinke 5b wird ebenfalls von einer Lagerplatte 18b gehalten, die im Abstand von einem Gehäuseelement 17 unter der Fixiervorrichtung angeordnet ist. Das Gehäuseelement 17 ist im Abstand zur Reflektionsplatte 9 und zur Abdeckung 10 der Druckrolle vorgesehen und deckt diese ab.

Mit 25 ist ein Reinigungselement bezeichnet, das über nicht dargestellte Einrichtungen gegen die Druckrolle 2 gepreßt wird. Das Reinigungselement 25 besteht aus Filz oder einem ähnlichen Material und dient dazu, die Tonerübertragung auf die Druckrolle zu entfernen.

Die Reflek-tionsplatten 7 und 9 können vorzugsweise aus einem Metall bestehen, das eine glänzende Oberfläche aufweist, beispielsweise einer Aluminium- oder Kupferplatte mit einer polierten Oberfläche oder einer Eisenplat'te, die einer Oberflächenbehandlung, beispielsweise einer Cr-Plattierung, unterzogen worden ist. Die Reflektionsplatten 7 und. 9 können vorzugsweise so ausgebildet sein, daß sie eine solche Krümmung aufweisen, daß diese Platten konzentrisch zu den Umfangsflächen der Rollen angeordnet sind. Die Dicken der Platten können

vorzugsweise relativ gering ausgebildet sein.

Die Abdeckungen 8 und 10 können vorzugsweise aus einem oder mehreren der nachfolgend aufgezählten Materialien bestehen: Glaswolle, Steinwolle, Keramikfaser und geschäumten Materialien, beispielsweise Phenolschaum oder Epoxidschaum.

Die Konstruktion des Endabschnittes der Heizrolle 1 wird nunmehr in Verbindung mit Figur 2, die einen Schnitt durch die Fixiervorrichtung entlang der Linie X-X¹ in Figur zeigt, im einzelnen beschrieben.

Mit 11 und 111 sind hitzebeständige Buchsen aus einem adiabatischen Harz bezeichnet, die an den gegenüberliegenden Enden der Welle la der Heizrolle 1 befestigt sind. Die Buchsen 11 und 111 stehen in Drehkontakt mit Lagern 12 und 121, die jeweils an Rahmenelementen 13 und 131 der Fixiervorrichtung montiert sind. Mit 14 und sind hitzebeständige Zahnräder bezeichnet, die an den Wellen 1, und 1,, der Heizrolle 1 befestigt sind. Die von einer Antriebsquelle M gelieferte Antriebskraft wird auf diese Zahnräder 14 und 141 übertragen. Das hitzebeständige Zahnrad 141 kämmt mit dem die Antriebskraft übertragenden Zahnrad 25 der Druckrolle und rotiert zusammen mit der Heizrolle 1. Die Rollen werden daher nicht übereinander angetrieben, sondern werden direkt in Abhängigkeit von der Antriebskraft gedreht. Das Zannrad 26, eines manuell betätigbaren Knopfes 26 kämmt mit dem hitzebeständigen Zahnrad 14, auf das eine manuelle Antriebskraft übertragen wird.

Da die hitzebeständigen Zahnräder 14 und 141 aus einem Wärmeenergie aufnehmenden;adiabatischen Material bestehen, wird in keinem Fall Wärmeenergie von der Heizrolle 1 durch 35

Übertragung auf andere Antriebselemente, beispielsweise die Zahnräder 14 und IAl, vernichtet. Durch diese Zahnräder wird das Wärmehaltungsvermögen der Heizrolle 1 verbessert.
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Darüberhinaus bestehen auch die hitzebeständigen Buchsen 11 und 111 aus einem wärmeaufnehmenden adiabatischen Material und verhindern·Wärmeverluste, die aus einer Wärmeübertragung von den Endabschnitten der Heizrolle 1 auf die Lager 12, 121 und die Rahmenelemente 13, 131 resultieren. Im Vergleich zum Stand der Technik kann somit über die hitzebeständigen Zahnräder 15 und 141 der Wärmeverlust von den Endabschnitten der Heizrolle 1 reduziert werden. Diese Reduzierung kann durch die zusätzliche An-Ordnung der hitzebeständigen Buchsen 11 und 111 weiter erhöht bzw. derartige Verluste können hierdurch nahezu ganz beseitigt werden.

Normalerweise ist es oft der Fall, daß zahlreiche andere Elemente zur Übertragung der Antriebskraft mit den hitzebeständigen Zahnrädern 14 und 141 in Verbindung stehen. Folglich ist bisher der größte Wärmeverlust in einem derartigen Antriebssystem aufgetreten. Im Gegensatz dazu kann bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Wärmeverlust in bezug auf das Antriebssystem reduziert oder ganz eliminiert werden, so daß auf diese Weise der thermische Wirkungsgrad stark erhöht und der Energieverbrauch reduziert werden kann. Ferner finden bei der vorstehend beschriebenen. Ausführungsform die hitzebeständigen Buchsen 11 und 111 zusätzlich zu den hitzebestän-

digen Zahnrädern 14 und 141 Verwendung, so daß daher der Wärmeverlust von den Endabschnitten der Rolle auf die Rahmenelemente 13 und 131 verhindert und der thermische Wirkungsgrad weiter erhöht werden kann. Bei der vorstehend 35

beschriebenen Ausführungsform sind die hitzebeständigen Zahnräder an den gegenüberliegenden Enden der Heizrolle 1 vorgesehen. Sie sind jedoch auch dann wirksam, wenn ein adiabatischer Bereich zwischen der Seite, die die.

Antriebskraft des Elementes zur Übertragung derselben auf mindestens die Rolle 1 empfängt, und der Rolle 1 existiert. Die hitzebeständigen Buchsen können vorzugsweise aus einem zur Aufnahme von Wärmeenergie geeigneten Material bestehen, beispielsweise Polyirnid, Polyamidirnid, Polyamid PPS (Polyphenylensulfid), PBT (Polybutylenterephthalat)-Harz oder Phenolharz bzw. Gemischen dieser Materialien. Auch die Zahnräder 14 und 141 können vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Material bestehen, das ein gutes Wärmeaufnahmevermögen besitzt, beispielsweise PolyimLd, Polyamidimid, PPS, denaturiertes Phenol, oder

einem Material das aus Tetrafluoräthylen besteht, dem einverstärkendes Füllmaterial zugesetzt ist.

Wie vorstehend beschrieben, wird die Heizrolle 1 durch die hitzebeständigen Buchsen 11, 111 und die hitzebeständigen Zahnräder 14, 141 vom Maschinenkörper und den Rahmenelementen 13, 131 isoliert. Der W-ä'rmeverlust durch diese Elemente ist äußerst gering. Daher kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern bzw. Schwankungen (Offset), die aus Temperaturänderungen resultieren, reduziert werden.

Die vorstehend beschriebenen Konstruktion besitzt einen sehr hohen thermischen Wirkungsgrad, und beim Einfachkopieren wird eine gleichmäßige gute Fixierung erreicht.

Wenn 'jedoch ein kontinuierlicher Kopiervorgang durchgeführt wird, wird die Fixierung des mittleren Abschnittes des Kopierpapieres im Vergleich zur Fixierung des Grenzabschnittes des Papieres unzureichend, wobei dieser Effekt mit der Zunahme der Zahl der Papierbögen ansteigt.

Hierfür können die folgenden zwei Gründe aufgeführt werden: Grund 1: Die Temperatur des mittleren Abschnittes der Rolle wird durch die Wärmeenergie, die vom Kopierpapier aufgenommen wird, abgesenkt. Andererseits ist die in* den Endabschnitten der Rolle stattfindende Wärmeübertragung auf das Kopierpapier irn Vergleich zu der Übertragung im mittleren Abschnitt der Rolle gering, so daß der Ternperaturabfall in den Endabschnitten der Rolle kleiner ist als der Temperaturabfall im Mittelabschnitt der Rolle. Mit anderen Worten, die Oberflächentemperatur der Rolle ist in den Endabschnitten derselben höher alö im Mittelabschnitt.

Grund 2: Durch den vorstehend erläuterten Vorgang ist die Wärmemenge, die die Druckrolle von der Fixierrolle aufnimmt, in den Endabschnitten größer als im Mittelabschnitt, so daß daher ebenfalls die Temperatur der Druckrolle in den Endabschnitten höher ist als im Mittelabschnitt. Aufgrund dieser Tatsache expandiert die Druckrolle durch thermische Einwirkungen in der Form einer umgedrehten Krone, so daß die Druckkontaktkraft der beiden Rollen ebenfalls in den Endabschnitten größer ist.

Was die Verteilung der von der Heizeinrichtung in der Fixierrolle erzeugten Wärmeenergie anbetrifft, so wird die Verwendung einer Rolle bevorzugt, bei der die er- zeugte Wärmemenge im Mittelabschnitt größer ist als in den Endabschnitten. Es wird ferner bevorzugt, die Länge des Wärmeerzeugungsbereiches der Heizeinrichtung gleich wie oder kürzer als die Breite des Papiers maximaler Größe zu halten. Beispielsweise sichert die in Figur 3 dargestellte Heizeinrichtung eine gleichmäßig gute Fixierung sowohl beim Einfachkopieren als auch beim kontinuierlichen Kopieren.

Ferner hat auch der Einsatz einer Heizeinrichtung, bei der die Länge des Wärmeerzeugungsb.ereiches in der Größenordnung von 10 - 60 mm kürzer ist als die Breite des Papiers maximaler Größe, zu einem guten Ergebnis geführt.

Bei der Fixiervorrichtung der vorstehend beschriebenen Konstruktion wurde eine Rolle mit einem Aussendurchmesser von 60 mm und einem Aluminiumdorn einer Dicke von 6,5mm mit umgekehrter Kroneriform (der Durchmesser des Mittelabschnittes ist um 150pm geringer als der der Endabschnitte) sowie einem hitzevulkanisierten Silikonkautschuküberzug (TSE 220-6Mm, hergestellt von Toshiba Co., Ltd.) als Oberflächenschutzschicht als Fixierrolle 1 und eine Rolle mit einem Eisendorn mit einem Aussendurchmesser von 60 oder 50 mm und einem hitzevulkanisierten Silikonkautschuküberzug (KE 7427, hergestellt von Shinetsu Kagaku Co. Ltd.) einer Kautschukhärte von 40° (JISA) und einer Dicke von 5mm auf dem Eisendorn als Druckrolle 2 eingesetzt.

Die Fixierrolle und die Druckrolle wurden mit ihren polierten Oberflächen· so installiert, daß die Richtung des Vorstehens der konvexen Abschnitte der rauhen Oberflächen der Rollen in bezug auf die Drehrichtung der Rollen entgegengesetzt war (hiernach als Vorwärtsorientierung bezeichnet).

Dieser Begriff "Vorwärtsorientierung" der Richtung der vorstehenden Abschnitte wird hiernach erläutert. Figur 4A zeigt ein typisches Beispiel einer Oberflächenfotografie der Fixierrolle (unter Verwendung von SEM mit 100-facher Vergrößerung, wobei die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit R in diesem Fall 8pm betrug). Wenn eine Rolle aus einem elastischen Material, beispielsweise Gummi, poliert wird, werden normalerweise polierte Körner in der in Figur 4A dargestellten Weise erzeugt (es ist mög-

lieh, diese polierten Körner im wesentlichen zu eliminieren, indem man eine Oberflächenpolierung, beispielsweise mit einer Feder o.a., vornimmt. Dies erfordert jedoch viel Arbeit und Kosten).
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Wenn man die Rolle in Vorwärtsorientierung installiert, so installiert man sie in einer Richtung, in der die polierten Körner am Spalt relativ zur Drehung der Rolle nach unten liegen. In Figur 4A entspricht die Richtung des gezeigten Pfeiles der Drehrichtung der Rolle. Figur 4B zeigt in schematischer Weise die polierten Körner der konvexen Abschnitte der rauhen Oberfläche (die Richtungen der Pfeile geben die Drehrichtung der Rollen wieder).

Eine Halogenheizung von 650 W wird als Heizeinrichtung in der Fixierrolle verwendet. Die Oberflächentemperatur der Rolle wird durch den Thermistor 4 erfasst, und die EIN-AUS-Steuerung der Heizeinrichtung erfolgt über eine Steuerschaltung, die nicht gezeigt ist, um auf diese Weise die Oberflächentemperatur der Fixierrolle immer auf 17O⁰C zu halten.

Die Vorschubgeschwindigkeit des Kopierpapiers der Fixiervorrichtung beträgt 405mrn/sec mit 60 Blatt/min A4-Größe.

Als Trennklinken 5 wurden solche verwendet, die einen Überzug aus denaturiertem Teflon aufwiesen, der auf Polyamidimid in der Form einer scharfen Kante gesintert worden war, wobei die Klinke eine Kontaktbreite von 2mm mit der Fixierrolle und eine vordere Endkante von O,1R aufwies. Die Position des Schwenkpunktes befand sich auf der gegenüberliegenden Seite der Rolle relativ zu der Tangente an den Kontaktpunkt zwischen dem vorderen Ende der Trennklinke und der Oberfläche der Rolle. Die Bahn 6 war mit Dimethylsilikonöl (KF 96 H , hergestellt von Shinetsu Kagako Co. Ltd. mit einer Viskosität von

10.000 CS bei 25⁰C) imprägniert. Die Bahn wurde während des Kopiervorganges graduell bewegt,;wobei eine Fixierung bewirkt wurde, während Silikonöl in einer Menge von 1 χ 10 ~⁴g pro BIa
aufgebracht wurde.

Ausführungsbeispiel 1

-4
Ix 10 g pro Blatt A4 auf die Oberfläche der Fixierro%Lle

Eine Rolle mit einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit R von 8pm wurde als Fixierrolle und eine Rolle mit einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit R von 18μπι wurde als Druckrolle eingesetzt. Die Richtungen, in denen diese Rollen installiert wurden, entsprachen den in den Figuren 4A und 4B gezeigten Richtungen. Der Kontaktdruck zwischen den Trennklinken und der Fixierrolle betrug 10g. 300.000 Bögen mit Tonerbildern, die auf 15% des Gesamtbereiches der A4-Bögen angeordnet waren, wurden kontinuierlich zugeführt, wobei kein Stau auftrat. Durch visuelle Bestätigung der Art der Trennung wurde festgestellt, daß das Kopierpapier nach der Fixierung irn wesentlichen ohne ResorPtion an den Trennklinken abgetrennt wurde. Es wurde ferner beobachtet, daß die geringe Menge

an auf die Fixierrolle übertragenem Toner infolge des Unterschiedes in der Oberflächenrauhigkeit gut auf die Druckrolle übertragen wurde, wenn die gegen die Druckrolle gepresste Fixierrolle während des Intervalls der Kopierpapierzuführung gedreht wurde. Wenn der nicht gezeigte Reinigungsfilz mit einem Druck gegen die Druckrolle gepresst wurde, war es möglich, den auf die Druckrolle übertragenen Toner durch den Filz zu entfernen. Ferner besaß die Druckrolle eine relativ große Gummidicke und ausreichende Gummielastizität, so daß sie gegen Beschädigungen nicht besonders anfällig war und das Reinigungselement mit einem großen Druck gegen die Rolle gepresst werden konnte.

Nach der Zuführung von 300.000 Papierbögen war die Druckrolle normalerweise geringfügig durch Toner verschmutzt. Die Oberfläche der Fixierrolle war jedoch überhaupt nicht verschmutzt, so daß eine weitere Zuführung von Papierbogen möglich war.

Wenn die Rollen 1 und 2 eine Konstruktion besitzen, gemäß der beide Rollen in Vorwärtsorientierung relativ zu ihren Drehrichtungen angeordnet sind, ist der Effekt zur Verhinderung von Abweichungen groß, wobei in der Größenordnung von 200.000 Papierbögen keine großen Abweichungen auftraten. Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform (Figuren 1-3) wird aufgrund der Wechselwirkung eine hohe Wirkung erreicht. Eine bevorzugte Ausführungsform kann jedoch auch dadurch erreicht werden, daß die Rollen willkürlich ausgewählt und konstruiert werden.

Vergleichsbeispiel 1

Die Zufuhr von Papierbögen wurde in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Richtung, in der die beiden Rollen installiert wurden, umgekehrt wurde.

Eine geringfügige Übertragung auf die Fixierrolle fand immer statt, wobei der größte Anteil des übertragenen Toners aufgrund des Unterschiedes in der Oberflächenrauhigkeit zwischen der Fixierrolle und der Druckrolle auf die Druckrolle übertragen wurde, wenn die Rollen gegeneinander gepresst und während des Intervalls der Zuführung der Kopierbügen gedreht wurden. Ein Teil des übertragenen Toners verstopfte jedoch die polierten Körner der Fixierrolle und blieb an deren Oberfläche haften (im verschmolzenen Zustand). Es bereitete Schwierigkeiten, den anhaftenden Toner durch die Reini§ungsbahn 6 zu entfernen, und ^₅ die Fixierrolle wurde an bestimmten Stellen verschmutzt.

Bei einer weiteren kontinuierlichen Zuführung von Papierbögen nahm die Verschmutzung zu und - nachdem etwa 50.000 Papierbögen zugeführt worden waren— trat häufig infolge dieser Verschmutzung ein Stau des Kopierpapiers auf.

Mit anderen Worten, bei einer Installation der Rollen mit umgekehrter Orientierung trat eine Übertragung von Toner in das Innere der polierten Körner auf, und dieser Toner, der in das Innere der polierten Körner eingedrungen war, konnte vorn Reinigungselement (der Bahn 6) nicht entfernt werden, sondern sammelte sich dort an. Durch den in das Innere der polierten Körner eingedrungenen Toner wurde die Übertragung weiter beschleunigt, so daß es zu einem Stau kam.

Dies konnte geringfügig verbessert werden, indem die Menge des aufgebrachten Öls erhöht wurde. Selbst bei einer Aufbringung der 10-fachen Ölmenge war der Effekt jedoch immer noch vorhanden.

Wie vorstehend erläutert, wurde in einem Fall, in dem die Rolle aus einen elastischen Material, beispielsweise Gummi, hergestellt wurde, ein großer Unterschied in der Lebensdauer der Rolle festgestellt, jenachdem, ob die polierten Körner der Rolle in Vorwärtsorientierung oder in Rückwärtsorientierung angeordnet waren. Diese Vorwärtsorientierung kann für die verbesserte Fixiervorrichtung verwendet werden,und die Oberflächenrauhigkeit der Rollen kann die nachfolgend aufgeführten Werte aufweisen.

Die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit R_z der Fixierrolle betrug 1 - 12μη und die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit R der Druckrolle 6 - 25pm. Ein besseres Ergebnis wurde erzielt, wenn die Oberfläche der Druckrolle rauher war. als die Oberfläche der Fixierrolle.

Uenn die durchschnittliciie Oberflächenrau higkeit der Fixierrolle größer ist als 12uir. (dies entspricht etwa dem durchschnittlichen Partikulti uiciiincsser des Toners), wird selbst bei einer Installation der Rolle in Vorwärtsorientierung die Oberfläche der Rolle durch übertragenen Toner verschmutzt, wobei es schwierig ist,die Verschmutzung durch das Reini-' gungselement zu entfernen'. Daher ist es erforderlich, die Durckkraft des Reinigungselementes gegen die Fixierrolle oder die Kontaktbreite des Reinigungselementes mit der Rolle zu erhöhen. Hieraus resultiert jedoch eine erhöhtes Drehmoment, woraus die Notwendigkeit der Verwendung eines Antriebsmotor hoher Leistung resultiert und somit das Volumen und die Kosten der Vorrichtung erhöht werden. Selbst wenn diese Gegenmaßnahme durchgeführt wird, kann der Toner auf der Oberfläche der Rolle öfters nicht entfernt werden, so daß es in einigen Fällen zur Staubildung o,ä. komr.it.

Darüberhinaus ist die Herrstellung einer glatten Oberfläche, bei der R 1 um oder weniger beträgt, mit hohen llerstellkosten verbunden und somit nicht wirtschaftlich. Auch tritt eine elektrostatische Anziehung und eine Anziehung des Kopierpapiers durch Unterdruck zur Rolle hin auf, so daß das Kopierpapier um die Rolle herumgewickelt wird.

Uie vorstehend erläutert, kann der Toner, der schrittweise auf die Oberfläche der Fixierrolle übertragen wurde, durch die Bahn 6, die mit einem geringen Druck gegen die Fixierrolle gepresst wird, nicht entfernt werden.

Uenn einmal eine Tonerübertragung auf die Fixierrolle stattgefunden hat, wird eine solche Übertragung durch die

Affinität zwischen den Tonerpartikeln stark erhöht. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß bei einer größeren Ausbildung der Oberflächenrauhigkeit der Druckrolle als der der Fixierrolle, die benachbart zum Tonerbild angeordnet ist, der übertragene Toner aufgrund des Unterschiedes in der Oberflächenrauhigkeit sehr gut auf die Druckrolle übertragen wird. Mit anderen Worten, durch eine Konstruktion, bei der die Druckrolle eine rauhere Oberfläche besitzt als die Fixierrolle, kann der auf die Fixierrolle übertragene Toner entfernt und der Fall eines Tonerungleichgewichtes vermieden werden.

Die Druckrolle besitzt ferner eine relativ große Dicke des elastischen Materiales und eine hohe Festigkeit.

Daher kann ein Reinigungselement, beispielsweise ein Reinigungsfilz, eine Reinigungsbahn, ein Metallblatt oder ein Gummiblatt mit hohem Druck gegen die Rolle gepresst und der auf der Druckrolle befindliche Toner entfernt werden.

Auch dann, wenn beide Rollen in Vorwärtsorientierung installiert sind, ist es möglich, daß der Toner schrittweise an der Rückseite des Kopierpapiers haftet (und zwar in einem solchen Ausmaß, daß der anhaftende Toner zu keiner Verschmutzung des Papiers führt). In diesem Fall ist es nicht erforderlich, das Reinigungselement gegen die Druckrolle zu pressen.

Abgesehen von den verviendeten thermischen Elementen ist die vorliegende Erfindung ebenfalls geeignet für eine Druckfixiervorrichtung, bei der ein Druckfixiersystem Anwendung findet. Die Konstruktion der oberen und unteren Rolle im vorstehend erwähnten Größenbereich, bei der eine Ausbildung in Richtung der Körner der Rollenober-35

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fläche vermieden wird, ist hierbei ebenfalls für die Verhinderung von Ungleichgewichten und die Erreichung einer guten Abtrennung geeignet.

Die vorliegende Erfindung führt zu ausgezeichneten Bildeigenschaften, ermöglicht eine Fixierung mit hoher Geschwindigkeit und besitzt selbst bei einer komplizierten Aufzeichnung (beidseitige Aufzeichnung oder Multiplexaufzeichnung) einen hohen Wirkungsgrad in bezug auf die Verhinderung von Abweichungen bzw. Schwankungen.

Durch irgendeines der vorstehend beschriebenen Merkmale bzw. durch irgendeine der vorstehend beschriebenen Konstruktionen können Tonerübertragungen, die auf der Seite des drehbaren Elementes auftreten, die mit dem nicht fixierten Bild in Kontakt steht, verhindert werden. Die in Kombination mit anderen Konstruktionen erreichte Wirkung führt dazu, daß die Verschmutzung des drehbaren Elementes auf der Bildseite über eine lange Zeitdauer verhindert und somit die Lebensdauer des Elementes erhöht werden kann.

Erfindungsgemäß wird somit eine Fixiervorrichtung vorgeschlagen, die ein erstes und ein zweites drehbares Element aufweist, die zum Halten und Fördern eines Aufzeichnungsmateriales dienen, um ein nicht fixiertes Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial zu fixieren. Die Fixiervorrichtung ist ferner mit einer Antriebseinrichtung zum Rotierenlassen des ersten und zweiten drehbaren Elementes versehen.

Die Richtung, in der die konvexen Abschnitte der Oberflächen des ersten und zweiten drehbaren Elementes vorstehen, ist zu der Drehrichtung eines drehbaren Elementes entgegengesetzt.

Claims

Patentansprüche

1. Fixiervorrichtung, gekennzeichnet durch: Ein erstes und zweites drehbares ElementCl, 2) zum Halten und Fördern eines Aufzeichnungsmateriales, um ein nicht fixiertes Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial zu fixieren; und

Antriebseinrichtungen zum Rotierenlassen des ersten und zweiten drehbaren Elementes (1, 2), wobei die Richtung, in der die konvexen Abschnitte der Oberflächen des ersten und zweiten drehbaren Elementes vorstehen, zu der Drehrichtung einer Rolle entgegengesetzt ist.

2. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit R des ersten und zweiten drehbaren Elementes (1, 2) ein pm oder mehr beträgt und daß die Oberflächenschichten (Ib, 2b) des ersten und zweiten drehbaren

Elementes aus einem elastischen Material bestehen.

3. Fixiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem elastischen Material um Gummi handelt.

4. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen Einrichtungen zum direkten Übertragen einer Antriebskraft auf das erste und zweite drehbare Element (1, 2) aufweisen.

5. Fixiervorrichtung zum Fixieren eines nicht fixierten Bildes auf einem Aufzeichnungsmaterial, gekennzeichnet durch:

Eine erste und zweite Rolle (1, 2) zum Halten und Fördern des Aufzeichnungsmateriales; und Einrichtungen zum Pressen der ersten und zweiten Rolle gegeneinander, um das Aufzeichnungsmaterial zwischen die erste und zweite Rolle zu pressen, wobei die erste Rolle (1) eine elastische Rolle und auf der Seite angeordnet ist, auf der das nicht fixierte Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial fixiert wird, wobei die Rolle mit dem nicht fixierten Bild in Kontakt steht, wobei die zweite Rolle (2) eine elastische Rolle und auf der Seite angeordnet ist, die der Seite gegenüber liegt, auf der das nicht fixierte Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial vorhanden ist, wobei die Rolle mit dem Aufzeichnungsmaterial in Kontakt steht, und wobei die durchschnittliche Rauhigkeit der Umfsngsfläche der ersten Rolle (1) größer ist als die durchschnittliche Rauhigkeit der Umfangsfläche der zweiten Rolle (2) und die Richtung, in der die konvexen Abschnitte auf den Oberflächen der ersten und zweiten Rolle (1, 2) vorstehen, der Drehrichtung der Rollen entgegengesetzt ist.

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6. Fixiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit R der ersten Rolle (l)lpm - 20um und die durchschnittliche OberfIac
betrügt.

net, daß die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit R

:h Oberflächenrauhigkiiu R der zweiten Rolle (2) 6μπι - 25pm

7. i-ixiervorrichtunn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rolle (1, 2) eine elastische Gummioberflache au rweist.

0. Fixiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Antriebseinrichtungen aufweist, die eine Antriebskraft auf die erste und zweite Rolle (1,2) aufbringen.

9. Fixiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Rolle (1) eine Heizeinrichtung

(3) angeordnet ist, daß adiabatische Einrichtungen an den gegenüberliegenden Enden der Rolle vorgesehen sind, um Uärmeverluste von den gegenüberliegenden Enden zu verhindern, und daß ein IJärrnereflektionselement (8) auf der Oberfläche der ersten Rolle (1) angeordnet ist.

10. Fixiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (3) ein Heizelement aufweist, dessen erzeugte Wärmemenge im Mittelabschnitt der Rolle (1) größer ist als in den Endabschnitten der Rolle oder c'r.s eine in wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Uclr..i im wesentlichen über die Gesamtlänge der Rolle (1) bewirkt.