DE3734673A1 - Waermefixiereinrichtung - Google Patents
WaermefixiereinrichtungInfo
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- G03G15/20—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
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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.
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