DE3734673A1 - Waermefixiereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmefixiereinrichtung für bilderzeugende Geräte, wie z. B. elektrophotographische Ge­ räte oder Kopiergeräte und elektrostatische Druckgeräte. Die Wärmefixiereinrichtung dient zur Fixierung eines Toner­ bildes, das auf einem Blatt Papier oder einem anderen blattförmigen Material erzeugt worden ist, wobei die Fi­ xierung mit Hilfe zweier Rollen vorgenommen wird, die mit vorbestimmten Druck gegeneinandergepreßt werden. Wenigstens eine dieser Rollen ist dabei mit einer Heizeinrichtung ver­ sehen. Die Wärmefixiereinrichtung nach der Erfindung ist in der Lage, Tonerbilder auch auf solchen blattförmigen Trä­ gern ohne Verwerfungen bzw. Faltenbildungen fixieren zu können, die aus einer Mehrzahl übereinanderliegender Schichten bestehen, also z. B. in Form einer Umhüllung vor­ liegen.

Es ist bereits eine Fixiereinrichtung für ein bilderzeugen­ des Gerät bekannt, wobei innerhalb der Fixiereinrichtung eine Heizrolle und eine Andruckrolle vorhanden sind, die gegeneinandergepreßt werden. Die Heizrolle weist einen Me­ tallzylinder mit guter thermischer Leitfähigkeit auf, der mit einer nicht anklebenden, hitzebeständigen Schicht um­ mantelt ist. Innerhalb des Metallzylinders befindet sich eine Heizquelle, z. B. eine Infrarotlampe, eine Halogenlam­ pe oder ein Nickel-Chrom-Draht. Die Andruckrolle besteht ebenfalls aus einem Metallzylinder, der mit einer hitzebe­ ständigen, elastischen Oberflächenschicht ummantelt ist. Mit Hilfe der konventionellen Wärmefixiereinrichtung wird ein Tonerbild auf einer blattförmigen Unterlage dadurch fi­ xiert, daß die Heizquelle mit Energie versorgt wird, so daß die Oberfläche der Heizrolle auf eine Temperatur gebracht wird, die nötig ist, um den Toner fixieren zu können. Die Heizrolle und die Andruckrolle werden mittels einer vorbe­ stimmten Druckkraft gegeneinandergepreßt und gedreht, wobei das das Tonerbild tragende Blatt zwischen beiden Rollen hindurchläuft.

Beim Fixieren mit Hilfe der konventionellen Wärmefixierein­ richtung muß dafür gesorgt werden, daß ein Versatz bzw. Offset und eine damit verbundene Verwerfung des das Toner­ bild tragenden Blattes vermieden wird, um ein fixiertes Bild von hoher Qualität erhalten zu können.

Um einen Versatz bzw. Offset des fixierten Bildes zu ver­ hindern, wird die Heizrolle mit einem Harz ummantelt, das gute Freigabe- bzw. Ablöseeigenschaften im Hinblick auf die Freigabe bzw. Ablösung des blattförmigen Materials auf­ weist. Zur Bildung dieser Ummantelung können z. B. Polyte­ trafluorethylen (PTFE), ein Perfluoralkoxy-Tetrafluorethy­ len-Copolymer (PFA), usw. verwendet werden. Die genannte Heizrolle besitzt jedoch nur eine unzulängliche Fixierfä­ higkeit, da sie nur eine kleine Elastizität aufweist. Ihre Oberfläche ist ferner gegen Beschädigungen anfällig. Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, die Heizrolle mit einer Schicht zu ummanteln, die aus einer Mischung aus einem Fluor enthaltenden Gummi und einem Fluor enthaltenden Harz besteht, und die nach Backen eine aus ei­ nem Fluor enthaltenden Harz bestehende Schicht als äußerste Schicht besitzt (US-PS 45 68 275). Diese Heizrolle ist je­ doch nicht sehr haltbar. Sie weist nur die aus einem Fluor enthaltenden Harz bestehende Oberflächenschicht auf, deren Dicke lediglich einige µm beträgt. Diese Oberflächenschicht ist daher schon nach Herstellung einiger zehntausend Kopien abgenutzt, und zwar aufgrund des Kontakts mit dem Reini­ gungselement, usw.

In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59 2 17 010 wurde daher vorgeschlagen, oberhalb der genannten Mischungsschicht der Heizrolle eine weitere Schicht aus ei­ nem Fluor enthaltenden Harz vorzusehen.

Ferner wurden verschiedene Vorschläge unterbreitet, um zu vermeiden, daß das durch die Wärmefixiereinrichtung trans­ portierte blattförmige Material verworfen bzw. gewellt wird. So ist in der offengelegten japanischen Gebrauchsmu­ steranmeldung Nr. 54-98 226 eine Wärmefixiereinrichtung of­ fenbart, die eine Heizrolle und eine Andruckrolle enthält, welche mit nur geringem Druck gegeneinandergepreßt sind. Das Druckdeformationsverhältnis beider Rollen ist identisch oder nahezu gleich, so daß dadurch verhindert wird, daß auch dickes Kopierpapier gewellt bzw. mäanderförmig ver­ formt wird. Aus der offengelegten japanischen Patentanmel­ dung Nr. 59-74 578 geht eine Wärmefixiereinrichtung mit ei­ ner Heizrolle und einer Andruckrolle hervor, von denen jede einen Kernzylinder aufweist, einen auf dem Kernzylinder liegenden hitzebeständigen, elastischen Mantel und eine auf dem Mantel liegende Schicht aus einem Fluor enthaltenden Harz. Auf diese Weise werden Krümmungen oder Verwerfungen des Kopierpapiers vermieden, auch wenn Kopien auf beiden Seiten eines dünnen Papierblatts erzeugt werden.

In der Zwischenzeit ist der Wunsch aufgekommen, Adressen direkt auf eine Mehrzahl von Umhüllungen aufzudrucken, z. B. auf Briefumschläge usw. Hierbei tritt jedoch das Pro­ blem auf, daß die das Tonerbild tragende Umhüllung zerknit­ tert bzw. verworfen wird, wenn es durch die konventionelle Wärmefixiereinrichtung transportiert wird. Dies ist jedoch nicht der einzige Nachteil. Vielmehr werden dabei auch die gedruckten Daten zerstört oder deformiert, so daß sie im Extremfall nicht mehr zu lesen sind. Dies liegt daran, daß die die Umhüllung bildenden blattförmigen Elemente aufein­ anderliegen, wobei zum verklebten Bereich in der Nähe der Öffnung oder zu den sich überlappenden Teilen z. B. drei oder vier Blattschichten gehören. Dadurch erhöht sich ei­ nerseits die maximale Dicke der Umhüllung. Andererseits kann es leicht geschehen, daß zwei aufeinanderliegende Schichten relativ zueinander verschoben werden. Die Art dieses Problems trat in üblichen Kopierern niemals auf. Um das Problem zu lösen, wurde bereits vorgeschlagen, den Fi­ xierdruck bei der Fixierung von Bildern auf Umhüllungen re­ lativ zum Fixierdruck für übliche, ebene Papiere zu vermin­ dern (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 61-2 94 475).

Im Falle der Fixierung eines Tonerbildes auf einer Umhül­ lung mit Hilfe der oben beschriebenen, konventionellen Techniken konnten jedoch keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden, da es nicht möglich war, einerseits eine Verwerfung des blattförmigen Papiers zu vermeiden und ande­ rerseits eine gute Fixierqualität aufrechtzuerhalten. Ins­ besondere gemäß der offengelegten japanischen Patentanmel­ dung Nr. 61-2 94 475 wurden keine guten Ergebnisse bezüglich der Fixierung des Tonerbildes erzielt, und zwar aufgrund des niedrigen Fixierdrucks, obwohl sich bezüglich der Ver­ werfungen des Papiers Verbesserungen gezeigt haben. Auch bei Anwendung der Lehre der offengelegten japanischen Ge­ brauchsmusteranmeldung Nr. 54-98 226 ließ sich die Fixierfä­ higkeit nicht verbessern, und zwar aufgrund der Tatsache, daß beide Rollen mit nur geringem Druck gegeneinanderge­ preßt werden, um auf diese Weise zugewährleisten, daß glei­ che oder nahezu gleiche Verformungen beider Rollen in den Kontaktbereichen auftreten. Mit Hilfe der aus der offenge­ legten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-74 548 bekannten Einrichtung kann ebenfalls nicht verhindert werden, daß Verwerfungen der genannten Art auftreten, wenn z. B. ein Tonerbild auf einer Umhüllung fixiert werden soll, da die Heizrolle und die Andruckrolle elastische Schichten ver­ schiedener Dicke aufweisen. Ein im wesentlichen ebener Be­ rührungsbereich zwischen den beiden Rollen kann hier nicht erhalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmefixier­ einrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, qualitativ hochwertige Tonerbilder auf einer Unterlage zu fixieren, ohne die Unterlage zu verwerfen bzw. zu zerknittern, auch wenn diese aus einer Mehrzahl übereinanderliegender Schich­ ten besteht, also z. B. in Form eines Kuverts ausgebildet ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

Die Wärmefixiereinrichtung nach der Erfindung mit einer Heizrolle, mit der ein ein Tonerbild tragendes Blatt in Kontakt bringbar ist, und einer Andruckrolle, die in Druck­ kontakt mit der Heizrolle steht, um einen Berührungsbereich zwischen beiden Rollen zu bilden, zeichnet sich dadurch aus, daß

• - die Heizrolle und die Andruckrolle einen zylindrischen Kern aufweisen, der mit einer hitzebeständigen, elasti­ schen Schicht und einer darauf liegenden Oberflächenharz­ schicht mit Freigabeeigenschaften ummantelt ist,
• - die Heizrolle und die Andruckrolle eine solche Oberflä­ chenhärte aufweisen, daß der Berührungsbereich im wesent­ lichen eben ist,
• - die Heizrolle und die Andruckrolle im wesentlichen einen gleichen Außendurchmesser aufweisen, und
• - der Kontaktdruck zwischen den beiden Rollen so gewählt ist, daß der Berührungsbereich eine Breite (W) aufweist, die eine gute Fixierfähigkeit gewährleistet.

Beide Rollen sind so ausgebildet, daß durch sie das das fi­ xierte Tonerbild tragende Blatt von der Heizrolle getrennt wird.

Bei der Wärmefixiereinrichtung nach der Erfindung liegt der Berührungsbereich bzw. Berührungsabschnitt zwischen der Heizrolle und der Andruckrolle, durch den das das Tonerbild tragende Blatt transportiert wird, im wesentlichen in Form eines flachen bzw. ebenen Abschnitts vor. Das das Tonerbild tragende Blatt wird somit nicht gekrümmt bzw. zerknittert. Durch den genannten ebenen Berührungsbereich wird außerdem verhindert, daß nach Fixierung das das Tonerbild tragende Blatt um die Heizrolle herumgewickelt wird. Es ist daher nicht mehr erforderlich, eine gesonderte Trennklinge vorzu­ sehen, so daß die Rollenoberfläche nicht mehr durch die ge­ nannte Trennklinge beschädigt bzw. zerkratzt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Andruckrolle und einer Heizrolle zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips, wobei Andruckrolle und Heizrolle mit einem vorbestimmten Druck gegenein­ andergepreßt werden,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Wärmefixiereinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung,

Fig. 3 eine schematische Ansicht der Heizrolle und der mit ihr unter Druckkontakt stehenden Andruckrolle in einer konventionellen Wärmefixiereinrichtung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Faltenbildung auf einer Umhüllung bei unterschied­ licher Oberflächenhärte der Andruckrolle und der Heizrolle nach Fig. 1, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Faltenbildung auf einer Umhüllung bei verschiede­ nen Durchmessern der Andruckrolle und der Heizrol­ le nach Fig. 1.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben.

Zunächst werden die wesentlichen Konstruktionsmerkmale der Wärmefixiereinrichtung nach der Erfindung im Vergleich zur konventionellen Wärmefixiereinrichtung erläutert. Fig. 1 zeigt eine Andruckrolle und eine Heizrolle, die gegeneinan­ dergedrückt sind, und die zu einer Wärmefixiereinrichtung nach der Erfindung gehören. Dagegen zeigt Fig. 3 den Aufbau einer konventionellen Wärmefixiereinrichtung. Die Andruck­ rolle in Fig. 1 trägt das Bezugszeichen 1, während die Heizrolle in Fig. 1 das Bezugszeichen 2 trägt. Die Achsen der Andruckrolle 1 und der Heizrolle 2 verlaufen praktisch parallel zueinander, wobei beide Rollen 1 und 2 um diese Achsen in Richtung der Pfeile A, A′ drehbar sind. Beide Rollen 1 und 2 werden mit einer geeigneten Druckkraft ge­ geneinandergedrückt. In ähnlicher Weise ist die konventio­ nelle Wärmefixiereinrichtung nach Fig. 3 aufgebaut. Eine Andruckrolle 201 und eine Heizrolle 202 stehen unter geeig­ neter Andruckkraft in Kontakt miteinander und sind jeweils in Richtung der Pfeile A, A′ um parallel zueinander verlau­ fende Achse drehbar. Bei der konventionellen Wärmefixier­ einrichtung besteht die Andruckrolle 201 aus einem zylin­ drischen Kern 211, welcher aus Materialien hergestellt ist, die eine gute thermische Leitfähigkeit aufweisen, wie z. B. Aluminiumlegierungen, Eisen, usw. Auf dem zylindrischen Kern 211 befindet sich eine hitzebeständige und elastische Mantelschicht 212 aus Silicongummi bzw. Siliconkautschuk mit einer Oberflächenhärte Hs von 25 bis 55°, oder derglei­ chen. Die Heizrolle 202 wird durch einen zylindrischen Kern 221 aus Materialien gebildet, die eine gute thermische Leitfähigkeit aufweisen. Innerhalb des zylindrischen Kerns 221 befindet sich eine Heizquelle 223. Der zylindrische Kern 221 ist mit einer hitzebeständigen Freigabeschicht 224 bedeckt, die aus einem Harz mit einer niedrigen Oberflä­ chenenergie besteht, beispielsweise aus Tetrafluorethylen- Harz (PTFE), Perfluoralkoxy-Harz (PFA), usw. Die Freigabe­ schicht 224 (release layer) soll eine einfache Ablösung des Kopierpapiers ermöglichen. Aufgrund der Elastizitätsdiffe­ renz zwischen beiden Rollen 202 und 202 wird die Oberfläche der Andruckrolle 201 elastisch verformt, und zwar im Berüh­ rungsbereich 203 (nip portion), in welchem die Andruckrolle 201 in Kontakt mit der Heizrolle 202 steht, wie die Fig. 3 zeigt. Wird daher ein nicht gezeigtes Blatt, z. B. ein Blatt Papier, das ein Tonerbild trägt, in Richtung des Pfeils B zugeführt, so wird dieses Blatt zuerst nach oben gebogen, und zwar am Einlaß 203 a des Berührungsbereichs 203, dann nach unten gebogen, und zwar im mittleren Teil des Berührungsbereichs 203, und anschließend wieder nach oben gebogen, und zwar am Ausgang 203 b des Berührungsbe­ reichs 203. Weist das Blatt einen Bereich aus zwei oder mehreren und sich einander überlappenden Schichten zur Bil­ dung einer Hülle auf, so werden durch das wiederholte Ver­ biegen innerhalb des Berührungsbereichs 203 eine obere und eine untere Schicht des Blatts relativ zueinander verscho­ ben. Existieren darüber hinaus Differenzen in der Papier­ dicke der Hülle, so führt das Verbiegen zu Differenzen in der Transportgeschwindigkeit zwischen dem dicken Bereich und dem dünnen Bereich. Hierdurch werden ebenfalls Diffe­ renzen in der Transportgeschwindigkeit zwischen der oberen Schicht und der unteren Schicht der Umhüllung erzeugt.

Im Gegensatz dazu bestehen bei der Wärmefixiereinrichtung nach der Erfindung sowohl die Andruckrolle 1 als auch die Heizrolle 2 aus einem zylindrischen Kern 11, 21, die beide mit einer hitzebeständigen, elastischen Schicht 12, 22 be­ deckt sind, welche im wesentlichen aus demselben Material bestehen und die gleiche Dicke aufweisen, wobei die Diffe­ renz der Oberflächenhärte (Hs) zwischen beiden elastischen Schichten 12, 22 15° oder weniger ist. Der Berührungsbe­ reich 3 zwischen beiden Rollen 1, 2 ist daher im wesentli­ chen flach, wie die Fig. 1 zeigt. Ein ein Tonerbild tragen­ des Blatt wird somit nicht verbogen bzw. geknickt, wenn es zwischen beiden Rollen 1, 2 hindurchläuft. Ferner sind auch die Transportgeschwindigkeiten zwischen einer oberen und unteren Blattschicht immer gleich.

Um die oben beschriebenen Eigenschaften zu bestätigen, wur­ den die nachfolgenden Experimente durchgeführt.

Entsprechend der Fig. 1 wurden die Andruckrolle 1 und die Heizrolle 2 jeweils dadurch erhalten, daß ein zylindrischer Kern 11, 21 aus einer Aluminiumlegierung mit einem HTV-Si­ licongummi bzw. Siliconkautschuk oder mit einem Perfluor­ alkoxy-Harz (PFA) beschichtet wurde, so daß sich ein Außen­ durchmesser von 31 mm ergab. Beide Rollen 1, 2 wurden ge­ geneinandergedrückt, und zwar mit einem linearen Druck von 1,2 kg/cm, um einen Fixierbetrieb zu ermöglichen. Die Fi­ xiergeschwindigkeit betrug 166 mm/s. Dagegen wurde die Fi­ xiertemperatur auf 180°C gehalten. In diesem Fall wurden Silicongummis mit verschiedener Härte verwendet, und zwar zusammen mit der mit einem PFA-Harz bedeckten Rolle. Als Hülle wurde ein ein Tonerbild tragendes Blatt verwendet. Einhundert Hüllen wurden im Hinblick auf Verwerfungen bzw. Faltenbildung für jede Kombination von Silicongummi und PFA-Harz getestet. Die Testergebnisse sind in Fig. 4 ge­ zeigt. Der Wert PFA sowohl auf der Abszisse als auch auf der Ordinate zeigt die Oberflächenhärte von PFA, die tat­ sächlich über 100 liegt und die Kapazität des verwendeten Härtetestgeräts überschreitet. In diesem Fall wurde die Oberflächenhärte (A-Typ-Federhärte: JIS K 6301) der Rollen mit Hilfe eines kommerziellen Härtetestgeräts gemessen (hergestellt von Kobunshi Keiki K.K., Typ JA). Meßergebnis­ se in Fig. 4 mit dem Zeichen "O" bedeuten keine Faltenbil­ dung bzw. Verwerfung, Meßergebnisse mit dem Zeichen "Δ" be­ deuten teilweise Faltenbildung bzw. Verwerfung und Meßer­ gebnisse mit dem Zeichen "X" weisen auf sehr starke und überall auftretende Verwerfungen bzw. Faltenbildung hin. Wie der Fig. 4 klar zu entnehmen ist, treten in der Hülle bzw. Umhüllung keine Faltenbildungen bzw. Verwerfungen auf, wenn keine Differenz bezüglich der Oberflächenhärte zwi­ schen der Andruckrolle und der Heizrolle besteht. Weisen dagegen beide Rollen eine große Differenz bezüglich der Oberflächenhärte auf, so werden immer alle Hüllen bzw. Um­ hüllungen durch Faltenbildung bzw. Verwerfungen verformt. Ist die oben beschriebene Differenz der Oberflächenhärten (Hs) 15° oder kleiner, liegt sie also im Bereich zwischen den parallel verlaufenden und strichpunktierten Linien, oder ist sie vorzugsweise 10° oder kleiner, wenn sie im Be­ reich zwischen den parallel verlaufenden und durchgezogenen Linien liegt, so können Deformationen im Berührungsbereich 3 vermieden bzw. vollständig vermieden werden, wie die Fig. 4 zeigt. Übersteigt im vorliegenden Fall die Oberflächen­ härte Hs der Andruckrolle und/oder der Heizrolle den Wert 85°, so tritt zwar keine Verformung des Papierblatts auf, jedoch läßt die Fixierfähigkeit insofern nach, als die Breite des Berührungsbereichs 3, die in Fig. 1 mit W be­ zeichnet ist, abnimmt. Wird in diesem Fall der Fixierdruck erhöht, um eine hinreichende Breite W für den Berührungsbe­ reich 3 zu erhalten, so wird die Gummischicht einer zu gro­ ßen plastischen Deformation unterworfen, und zwar aufgrund der einwirkenden Hitze und des Drucks, was zu einer Abnahme der Lebensdauer beider Rollen führt.

Die Fig. 5 zeigt die Bildung von Verwerfungen bzw. Falten eines ein Tonerbild tragenden Blatts für verschiedene Durchmesser der Andruckrolle und der Heizrolle unter den­ selben und bereits im Zusammenhang mit der Fig. 4 beschrie­ benen Fixierbedingungen. In Fig. 5 weist das Zeichen "O" auf keine Verwerfungen bzw. Falten hin, während das Zeichen "Δ" auf teilweise Verwerfungen bzw. Faltenbildung hindeu­ tet. Das Zeichen "X" gibt an, daß im gesamten Bereich stär­ kere Verwerfungen bzw. Faltenbildungen vorliegen. Wie klar zu erkennen ist, weist das die Hülle bzw. Umhüllung dar­ stellende und ein Tonerbild tragende Blatt keine Verwerfun­ gen bzw. Falten auf, wenn keine Differenz bezüglich der Durchmesser der Andruckrolle und der Heizrolle vorhanden ist. Weisen die Durchmesser beider Rollen eine große Diffe­ renz voneinander auf, so werden immer alle Umhüllungen durch Verwerfungen bzw. Faltenbildung stark deformiert. Be­ trägt die Durchmesserdifferenz beider Rollen 5 mm oder we­ niger, liegt sie also innerhalb der parallel verlaufenden und strichpunktierten Linien in Fig. 5, oder beträgt sie vorzugsweise 2 mm oder weniger, wenn sie im Bereich der parallel verlaufenden und durchgezogenen Linien in Fig. 5 liegt, so können Verwerfungen bzw. Falten in der Hülle bzw. Umhüllung praktisch vollständig vermieden werden. Besonders gute Resultate werden erhalten, wenn beide Rollen praktisch den gleichen Außendurchmesser haben.

Wie oben beschrieben, können Verwerfungen bzw. Falten in der Hülle bzw. Envelope oder in einem Blatt Papier vermie­ den werden, wenn die Heizrolle und die Andruckrolle eine solche Oberflächenhärte aufweisen, daß zwischen ihnen ein im wesentlichen flacher bzw. ebener Berührungsbereich er­ halten wird und wenn beide Rollen so ausgebildet sind, daß ihre Durchmesser so nahe wie möglich beieinander liegen.

Wird allerdings die in Fig. 1 dargestellte Wärmefixierein­ richtung mit einer herkömmlichen Maschine verbunden, so kann in einigen Fällen ein zu Problemen führender Offset bzw. Versatz auftreten. Ein zur Überwindung dieses Nach­ teils geeigneter Aufbau ist in Fig. 2 gezeigt.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau besitzt die Andruckrolle 101 eine Freigabeschicht 114 (release layer), die z. B. aus dem oben erwähnten Fluorharz besteht, und die sich auf der Oberfläche der hitzebeständigen, elastischen Schicht 112 befindet, die ihrerseits auf dem zylindrischen Kern 111 an­ geordnet ist. Auch die Heizrolle 102 weist eine Freigabe­ schicht 124 auf der Oberfläche der hitzebeständigen, ela­ stischen Schicht 122 auf, die sich ihrerseits auf der Ober­ fläche des zylindrischen Kerns 121 befindet. Da die Heiz­ rolle 102 eine aus Harz bestehende Oberflächen- bzw. Frei­ gabeschicht besitzt, läßt sich ein Versatz bzw. Offset ver­ meiden. Auch die Andruckrolle 101 weist eine aus Harz be­ stehende äußere Freigabeschicht auf. Beide Rollen 181, 102 haben daher im wesentlichen dieselbe Oberflächenhärte, was dazu führt, daß ebenfalls auch Faltenbildungen bzw. Verwer­ fungen vermieden werden. Die für beide Rollen 101, 102 vor­ gesehene und aus Harz bestehende Freigabeschicht kann eine Dicke von 10 bis 50 µm oder dergleichen aufweisen.

Um Hilfe der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung eine gute Fi­ xierqualität zu erhalten, können folgende Bedingungen wahl­ weise eingestellt werden.

Da die Andruckrolle 201 bei der in Fig. 3 gezeigten konven­ tionellen Einrichtung eine leicht verformbare, elastische Struktur aufweist, läßt sich bezüglich des Berührungsbe­ reichs 203 eine Breite von üblicherweise 3 bis 5 mm zur Er­ zielung einer guten Fixierfähigkeit einstellen, auch bei einem linearen Druck zwischen beiden Rollen bis herauf zu 1 kg/cm. Es ist allerdings darauf hinzuweisen, daß bei dieser Einrichtung schon ein linearer Druck von 0,1 bis 0,2 kg/cm zu Verformungen eines Blattes bzw. einer Umhüllung führt.

Im Gegensatz dazu weist bei der Einrichtung nach Fig. 2 die Andruckrolle 101 eine größere Steifigkeit als die konven­ tionelle Andruckrolle auf, so daß beide Rollen (Andruckrol­ le und Heizrolle) unter größerem Druckkontakt zueinander stehen sollten, um sicherzustellen, daß die gewünschte Breite des Berührungsbereichs erhalten wird. Die Andruck­ kraft zwischen beiden Rollen sollte bezüglich des linearen Drucks 0,8 kg/cm oder mehr und vorzugsweise 1,2 kg/cm oder mehr betragen. Wird der lineare Druck jedoch zu groß, so könnte dies zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Ein­ richtung führen, und zwar aufgrund von plastischen Verfor­ mungen der Gummischicht. Der Druck sollte daher 2,0 kg/cm nicht übersteigen. Insbesondere zur Sicherstellung einer guten Fixiereigenschaft sollte die Fixiergeschwindigkeit 100 mm/s oder mehr betragen. Der lineare Druck sollte 1,2 kg/cm oder größer sein.

Zur Erzielung guter Fixierergebnisse sollten bezüglich der Rollen weitere Parameter wie folgt eingestellt werden. Wei­ sen die Andruckrolle und die Heizrolle eine Oberflächenhär­ te Hs auf, die 85° überschreitet, so kann die gewünschte Breite des Berührungsbereichs nicht durch einen geeigneten Kontaktdruck zwischen beiden Rollen eingestellt werden. Wird in diesem Fall der Kontaktdruck zwischen den beiden Rollen erhöht, um zur gewünschten Berührungsbereichsbreite zu gelangen, so wird das das Tonerbild tragende Blatt de­ formiert, was wiederum zu Faltenbildungen bzw. Verformun­ gen, usw. führt. Darüber hinaus wird durch den erhöhten Druck die Lebensdauer der Einrichtung verkürzt. Die bevor­ zugte Oberflächenhärte sollte daher 80° oder kleiner sein.

Weist darüber hinaus die Heizrolle eine hitzebeständige, elastische Schicht mit einer Dicke auf, die kleiner als 1 mm ist, so arbeitet diese Schicht als elastische Schicht nicht zufriedenstellend. Es ist daher schwierig, die ge­ wünschte Härte und Gleichmäßigkeit der Rollenoberfläche aufrechtzuerhalten. Übersteigt dagegen die Dicke dieser Schicht den Wert von 2 mm, so weist die Heizrolle nicht nur eine ungleichmäßige Temperaturverteilung auf. Ebenso wird die Wärmeleitung behindert, was dazu führt, daß beide Enden der Heizrolle überheizt werden, da dort niemals Papier vor­ beiläuft. Dies kann zu unvorhersehbaren Unfällen führen.

Weist das Material, das zur Bildung der elastischen Schicht der Heizrolle verwendet wird, eine thermische Leitfähigkeit auf, die kleiner als 0,2×10^-3 cal/cm×s×°C ist, so ist die Wärmeleitung der Heizrolle unzureichend, was wiederum zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung innerhalb der Reizrolle führt, und ebenfalls zur bereichsweisen Beheizung bzw. Überhitzung. Die bevorzugte thermische Leitfähigkeit der elastischen Schicht sollte 0,6×10^-3 cal/cm×s×°C oder mehr betragen. Um die thermische Leitfähigkeit der elasti­ schen Schicht auf einen Wert von 1,5×10^-3 cal/cm×s×°C oder mehr anzuheben, sollte sie einen großen Anteil ther­ misch leitfähigen Materials enthalten, wie z. B. Ruß (car­ bon black), Metalloxide, wie z. B. Titanoxid (titanium oxide), usw. Der Einschluß dieses thermisch leitfähigen Ma­ terials führt jedoch zu einer Oberflächenhärte Hs, die den Wert von 80° überschreitet, so daß es wiederum schwierig ist, für eine hinreichende Berührungsbereichsbreite zu sor­ gen. Die thermische Leitfähigkeit der elastischen Schicht wird daher vorzugsweise auf den Wert von 1,5×10^-3 cal/ cm×s×°C oder kleiner eingestellt.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Punkten unterscheidet sich die Einrichtung nach der Erfindung von der konventio­ nellen Einrichtung noch durch folgende Merkmale.

Bei der oben beschriebenen konventionellen Heizrollen-Fi­ xiereinrichtung neigt das das Tonerbild tragende Blatt da­ zu, sich nach Durchlaufen des Berührungsbereichs um die Heizrolle herumzuwickeln, da der Berührungsbereich die in Fig. 3 gezeigte bogenartige Form aufweist. Um dies zu ver­ meiden, wird eine konventionelle Trennklinge verwendet, die in Kontakt mit der Heizrolle gehalten wird, um auf diese Weise das das fixierte Bild tragende Papier von der Heiz­ rolle zu trennen. Die Verwendung der Trennklinge kann je­ doch dazu führen, daß die Oberfläche der Heizrolle beschä­ digt wird, wodurch sich die Lebensdauer der Heizrolle ver­ kürzt. Darüber hinaus kann die Trennklinge selbst verformt oder beschädigt werden, und zwar durch die von der Heizrol­ le erzeugte Hitze, wenn sie über längere Zeit verwendet wird. Sie muß daher durch eine neue Trennklinge ersetzt werden, damit die Trennfunktion gewährleistet bleiben kann.

Im Gegensatz dazu ist bei der Wärmefixiereinrichtung nach der Erfindung der Berührungsbereich im wesentlichen flach bzw. eben ausgebildet, wie die Fig. 2 zeigt. Das das Toner­ bild tragende Blatt kann somit nach Durchlaufen des Berüh­ rungsbereichs aus der Fixiereinrichtung herausgezogen wer­ den, ohne daß es dazu neigt, sich um die Heizrolle herumzu­ wickeln. Die Wärmefixiereinrichtung nach der Erfindung er­ füllt somit schon von sich aus die Trennfunktion, so daß ein den Berührungsbereich der Wärmefixiereinrichtung durch­ laufendes Blatt ohne Verwendung einer Trennklinge von der Reizrolle getrennt wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben be­ schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind Abwandlungen und Modifikationen denkbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

So brauchen die elastischen Schichten der Heizrolle und der Andruckrolle nicht unbedingt aus Silicongummi oder Silicon­ kautschuk zu bestehen. Sie können auch durch andere Mate­ rialien gebildet werden, z. B. aus einem Fluor enthaltenden Gummi oder aus einer Mischung aus einem Fluor enthaltenden Gummi und einem Fluor enthaltenden Harz. Jeweils eine ela­ stische Schicht kann auch durch zwei Schichten gebildet sein. Zum Beispiel können zu diesem Zweck eine untere Sili­ congummischicht und eine obere Schicht aus einem Fluor ent­ haltenden Gummi verwendet werden, die auch ein Fluor ent­ haltendes Harz enthalten kann. Eine solche Struktur ist vorteilhaft im Hinblick auf die Rollfestigkeit (Rollstärke bzw. Rollwiderstand).

Durch Bildung einer Silicongummischicht auf der Oberfläche des zylindrischen Kerns, Bildung einer darauf liegenden Schicht aus einem Fluor enthaltenden Gummi, die Fluor ent­ haltendes Harz enthält, Backen dieser Struktur und an­ schließendes Aufbringen einer Oberflächenschicht aus einem Fluor enthaltenden Harz auf die so erhaltene Struktur wird erreicht, daß die Oberflächenschicht aus dem Fluor enthal­ tenden Harz sehr fest aufliegt und gegen Ablösungen gesi­ chert ist, da sie auf der Oberfläche der Fluor enthaltenden Gummischicht liegt.

Aufgrund des Aufbaus und der Wirkungsweise der oben be­ schriebenen Wärmefixiereinrichtung nach der Erfindung läßt sich ein ein Tonerbild tragendes Blatt, auch wenn es aus einer Mehrzahl von Schichten besteht, wie z. B. eine Hülle, einem Tonerbild-Fixierbetrieb unterziehen, ohne daß Verwer­ fungen bzw. Wellen im Blatt erzeugt werden. Der Fixiervor­ gang läßt sich daher mit hoher Qualität durchführen. Ge­ nauer gesagt, tragen die Heizrolle und die Andruckrolle je­ weils auf ihrem zylindrischen Kern eine hitzebeständige, elastische Schicht sowie eine hitzebeständige Freigabe­ bzw. Ablöseschicht (release layer) oder eine aus einem Harz bestehende Freigabeschicht, so daß die Schichtsysteme bzw. Hüllen mit hoher Qualität und ohne Wellen- bzw. Faltenbil­ dungen dem Fixierprozeß unterzogen werden können. Es ist ferner keine Trennklinge erforderlich, um ein durch die Wärmefixiereinrichtung nach der Erfindung hindurchgelaufe­ nes Blatt daran zu hindern, sich um die Heizrolle herumzu­ legen.

Claims (7)

1. Wärmefixiereinrichtung, mit

• - einer Heizrolle (2; 102), mit der ein ein Tonerbild tra­ gendes Blatt in Kontakt bringbar ist, und
• - einer Andruckrolle (1; 101), die in Druckkontakt mit der Heizrolle (2; 102) steht, um einen Berührungsbereich (3; 103) zwischen beiden Rollen zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Heizrolle (2; 102) und die Andruckrolle (1; 101) ei­ nen zylindrischen Kern (11; 21 bzw. 111; 121) aufweisen, der mit einer hitzebeständigen, elastischen Schicht (12; 22 bzw. 112; 122) und einer darauf liegenden Oberflächen­ harzschicht (114; 124) mit Freigabeeigenschaften umman­ telt ist,
• - die Heizrolle (2; 102) und die Andruckrolle (1; 101) eine solche Oberflächenhärte aufweisen, daß der Berührungsbe­ reich (3; 103) im wesentlichen eben ist,
• - die Heizrolle (2; 102) und die Andruckrolle (1; 101) im wesentlichen einen gleichen Außendurchmesser aufweisen, und
• - der Kontaktdruck zwischen den beiden Rollen so gewählt ist, daß der Berührungsbereich (3; 103) eine Breite (W) aufweist, die eine gute Fixierfähigkeit gewährleistet.

2. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Oberflächen­ härten (Hs) der Heizrolle (2; 102) und der Andruckrolle (1; 101) 15° oder kleiner ist.

3. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Oberflächenhärte (Hs) der Heizrolle (2; 102) und der Andruckrolle (1; 101) 85° oder kleiner ist.

4. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Schicht (22; 122) der Heizrolle (2; 102) eine Dicke von 1 bis 2 mm auf­ weist.

5. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Schicht (22; 122) der Heizrolle (2; 102) aus einem Material be­ steht, dessen Wärmeleitfähigkeit 0,2×10^-3 cal/cm×sec×°C oder größer ist.

6. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Druck zwi­ schen Heizrolle (2; 102) und Andruckrolle (1; 101) 0,8 kg/ cm oder größer ist.

7. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Trennfunktion zur Trennung des Blattes von der Heizrolle (2; 102) auf­ weist, ohne daß es erforderlich ist, eine zusätzliche Pa­ piertrenneinrichtung mit den Rollen in Kontakt zu bringen.