DE68910678T2

DE68910678T2 - Schmelzvorrichtung mit axial freitragender fixierwalze.

Info

Publication number: DE68910678T2
Application number: DE68910678T
Authority: DE
Inventors: John Derimiggio; Linn Hoover
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2009-12-27
Also published as: JPH03503093A; DE68910678D1; US4905050A; EP0402453A1; EP0402453B1; WO1990007733A1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Fixiervorrichtungen in elektrostatografischen Kopierern und Druckern, um Tonerbilder auf geeigneten Trägern oder Kopierblättern aus Papier zu fixieren. Insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung, die eine axial nicht gelagerte Fixierwalze aufweist.
Elektrostatografische Kopierer und Drucker mit herkömmlichen Wärme- und Druckfixiervorrichtungen sind beispielsweise in den Patenten US-A-4,147, 501, erteilt am 3. April 1979 an Goshima und Miterfinder, US-A-4,341,458, erteilt am 27. Juli 1982 an Glasa und Miterfinder und US-A-4,551,006, erteilt am 5. November 1985 an Elvin offenbart. Herkömmliche Fixiervorrichtungen, wie die genannten, weisen mindestens ein Paar Walzen auf, deren jede allgemein aus einem hohlen Metallkern besteht, der mit einer Schicht eines nachgiebigen Materials, wie einem Elastomer, überzogen ist. Die zum Fixieren erforderliche Wärme wird von mindestens einer der Walzen geliefert, gewöhnlich von derjenigen Walze, die direkt die zu fixierenden Tonerbilder berührt. Diese Wärme kann von einer Wärmequelle oder Lampe stammen, die im Hohlraum des Metallkerns einer solchen Walze angeordnet ist oder andererseits von einer äußeren Wärmequelle, welche die Oberfläche einer Walze direkt berührt und aufheizt. Typischerweise ist die erwärmte Walze die Fixierwalze, während die andere Walze die Andrückwalze ist. Der Druck zum Fixieren wird im WaIzenspalt durch das Zusammenwirken von Fixier- und Andrückwalze erzeugt. Ob von innen oder von außen beheizt, sind solche Fixier- und Andrückwalzen auf einer Grundplatte in Lagern angebracht und werden üblicherweise axial gestützt, um einen Fixierwalzenspalt zu bilden, durch den die Tonerbilder befördert werden, um sie auf einem geeigneten Träger oder einem Kopierblatt aus Papier zu fixieren.
Jedoch können axial gelagerte und unterstützte Walzen, wie sie beispielsweise im oben genannten Patent von Goshima und Miterfindern (US-A- 4,147,501) offenbart sind, kostspielig sein, weil sie axiale Lagerelemente, wie Drehzapfen und Lager erfordern. Außerdem sind axial unterstützte Walzen, wie axiale Lagerelemente im allgemeinen nicht leicht zu warten, weil sie bei einer solchen Wartung zu demontieren sind. Weiterhin rotieren axial gelagerte Walzen gewöhnlich um eine feste Achse und sind daher normalerweise nicht in der Lage, Rotationsspannungen und -belastungen abzuleiten, die Fehler beim Fixieren, wie Verzerren des Kopierblattes, Aufrollen der Kopie, Zerknittern und Bild-Leerstellen, verursachen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fixiervorrichtung zu schaffen, die Spannungen und Belastungen beim Fixieren wirkungsvoll ableitet und dadurch im wesentlichen das Auftreten fixierungsbedingter Fehler, wie Verzerren des Kopierblattes, Aufrollen der Kopie, Zerknittern und Bild-Leerstellen vermeidet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es , eine Fixiervorrichtung zu schaffen, die eine Fixierwalze mit weniger Bauteilen enthält, die auch einfacher zu warten ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine Fixiervorrichtung mit einer Andrückwalze, einer Fixierwalze und mindestens einer weiteren Walze dadurch gekennzeichnet, daß
(a) zwei Heizwalzen vorgesehen sind, die mindestens eine weitere Walze umfassen, welche in einer Einrichtung axial gelagert und seitlich nebeneinander angeordnet sind,
(b) der seitliche Abstand zwischen den beiden nebeneinander gelagerten Heizwalzen geringer ist als der Durchmesser der Fixierwalze,
(c) die Fixierwalze unterhalb der Andrückwalze positioniert und zwischen den Heizwalzen aufliegend angeordnet ist,
(d) die Fixierwalze keine axialen Lagerelemente umfaßt und
(e) die Fixierwalze in Reibungs- und Dreheingriff mit jeder der Heizwalzen steht.
Die Fixiervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien und die Größe einer jeden Andrückwalze und Heizwalze so gewählt sind, daß die Steifigkeit der Andrückwalze über der Fixierwaize der Steifigkeit der beiden Heizwalzen unter der Fixierwalze entspricht.
Vorteilhafterweise kann die Fixiervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung durch Lösen der Andrückwalze sowie der anderen Walzen und anschließendes Herausschieben der Fixierwalze leicht gewartet werden. Da außerdem die Fixierwalze keine axialen Lagerelemente, wie Lagerzapfen und Lager aufweist, ist die Fixiervorrichtung relativ weniger kostspielig, als wenn sie axial gelagert wäre. Am wichtigsten ist, daß die Fixierwalze wegen des Fehlens axialer Lagerelemente bei derselben in der Lage ist, sich selbst einzustellen und auf fixierungsbedingte Spannungen und Belastungen durch Ableitung derselben entlang ihrer Längsachse und um sie herum frei zu reagieren. Die Ableitung solcher Spannungen und Belastungen verhindert im wesentlichen sowohl mögliches Verzerren des Kopierblattes als auch solche fixierungsbedingte Fehler, wie Aufrollen der Kopie, Zerknittern und Bild-Leerstellen.
Bei der unten wiedergegebenen detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen. Die Zeichnung zeigt in der
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Fixiervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die eine Fixierwalze aufweist, welche, axial nicht gelagert, auf einem Paar Heizwalzen aufliegt;
Fig. 2 eine Perspektivdarstellung einer Fixiervorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Schema der Fixiervorrichtung gemäß Fig. 1, das die auf die verschiedenen Walzen wirkenden Kräfte illustriert und
Fig. 4 eine Perspektivdarstellung einer Andrückwalze zum Gebrauch der Fixiervorrichtung gemäß Fig. 1 im Duplex-Modus.
Unter Bezug auf Fig. 1 wird eine Vorrichtung zum Fixieren von Tonerbildern in einem elektrostatografischen Kopierer oder Drucker allgemein mit 20 bezeichnet, die ein Paar Heizwalzen 22 und 24, eine Andrückwalze 26 und eine Fixierwalze 28 enthält.
Die Fixierwalze 28 hat ähnlich wie herkömmliche Fixierwalzen einen hohlen Zylinderkern 29 aus einem wärmeleitenden Metall, wie Aluminium. Der Kern 29 ist außen mit einem nachgiebigen, widerstandsfähigem Material 31, beispielsweise Silikongummi, überzogen und hat eine glatte Oberfläche 35, die für den Kontakt mit Tonerbildern geeignet ist. Abweichend von herkömmlichen Fixierwalzen hat die Fixierwalze 28 jedoch keine Lagerelemente, wie Lagerzapfen und Lager. Stattdessen ist die Fixierwalze 28 einfach, axial ungelagert, in gestapelter Anordnung auf die Heizwalzen 22, 24 und unter die Andrückwalze 26 eingelegt. Eingelegt derart, daß die Fixierwalze 28 mit der Andrückwalze 26 einen Fixierwalzenspalt 30 bildet, durch den Tonerbilder 40 auf Trägern oder Kopierblättern aus Papier 41 fixiert werden können. Zusätzlich ist die Fixierwalze 28 in Reibungs- und Dreheingriff mit jeder der Heizwalzen 22 und 24.
Wie in Fig. 1 dargestellt, können die Heizwalzen 22 und 24 jeweils aus einem hohlen Kern 50 bestehen, der einen harten, anodisch erzeugten Oberflächenüberzug 54 aufweist. Der Kern 50 ist üblicherweise aus Metall, beispielsweise Aluminium. Wärmequellen 32 und 34, was Quarzlampen sein können, sind innerhalb des Kerns 50 angeordnet, um die Walzen 22 und 24 aufzuheizen. Wie in Fig. 1 dargestellt, können die Temperaturen der Walzen 22 und 24 durch erste und zweite Temperatursteuersensoren 36 bzw. 38 erfaßt bzw. gesteuert werden. Zum anderen kann die Temperatur der Oberfläche 35 der Fixierwalze 28 durch einen dritten Temperatursteuersensor 39 erfaßt und gesteuert werden.
Die Andrückwalze 26, die mit der Fixierwalze 28 den Fixierwalzenspalt 30 bildet, kann aus einem hohlen Metallkern 58 bestehen, der beispielsweise einen "Silverstone"-Oberflächenüberzug 64 aufweist ("Silverstone" ist ein Handelsname der Du Pont Co.). Im Kern 58 ist eine Welle 60 angeordnet, um die Walze 26 in der Vorrichtung 20 zu halten. Zur Herstellung einseitiger bzw. Simplex-Kopien ist die Andrückwalze 26 normalerweise unbeheizt. Zur Herstellung doppelseiüger bzw. Duplex-Kopien wird eine beheizte Andrückwalze 80, wie in Fig. 4 dargestellt, anstelle der unbeheizten Walze 26 verwendet. Anders als bei der Walze 26 hat die Walze 80 in ihrem Hohlraum 58 eine Wärmequelle 82, die von einer Einrichtung 84 gehalten wird. Da die Walze 80 im Duplex-Modus die Tonerbilder 40 (Fig. 1) direkt berührt, sollte sie auf dem Kern 58 zusätzlich einen Elastomerüberzug 86 ähnlich demjenigen herkömmlicher Fixierwalzen haben. Bei jedem Modus umfassen die Andrückwalzen 26 bzw. 80 jedoch eine Einrichtung, wie einen Nocken 56, um sie gegen die Fixierwalze 28 zu bewegen.
Die Nockeneinrichtung 56 kann mit einem Antrieb (nicht dargestellt) verbunden sein und ist wahlweise antreibbar, um die Andrückwalze 26 gegen die Fixierwalze 28 zu bewegen. Wie dargestellt, kann die Nockeneinrichtung 56 eine langgestreckte Welle 66 und zwei Nocken 68 und 69 umfassen, die exzentrisch an jedem Ende der Welle angebracht sind. Die Anbringung der Nocken ist derart, daß eine volle Umdrehung der Nockeneinrichtung ausreicht, um die Andrückwalze 26 gegen die Fxierwalze 28 zu bewegen und über die Länge eines Kopierblattes 41 Druck auszuüben, solange es durch den Fixierwalzenspalt 30 geführt wird. Die Andrückwalze 26 und die Nockeneinrichtung 56 werden an ihren beiden Enden von einem Halterahmen 78 gehalten, an dem eine Endplatte 79 zum Halten der Wärmequellen 32 und 34 angebracht ist.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist jede Heizwalze 22 und 24 in ein Paar zylindrischer Endlager 70 eingepaßt. Jedes Lager hat einen größeren Durchmesser als die Heizwalzen 22 und 24 und bildet somit einen Flansch 72 an jedem Ende der Heizwalzen. Im eingebauten Zustand werden die Walzen 22 und 24 durch ein Paar Lagerblöcke 74 mit den Lagern 70 im gegenseitigen Abstand voneinander, direkt und gegenüber den Blöcken 74 drehbar gehalten. Zur genauen Auflage der axial nicht gelagerten Fixierwalze 28 auf den Walzen 22 und 24 muß der gegenseitige Abstand zwischen den Walzen 22 und 24 im eingebauten Zustand kleiner sein als der Durchmesser der Fixierwalze 28. Wenn sie, als solche axial nicht gelagert, exakt aufliegt, wird die axiale Lage der Fixierwalze 28 in bezug auf die Heizwalzen 22 und 24 sowie die Andrückwalze 28 durch die Punktberührung zwischen den Endplatten 79 und einer Endkappe 76 an jedem Ende der Fixierwalze beibehalten. Die Endkappen 76 können beispielsweise aus Hochtemperatur-Kunststoff hergestellt sein.
Obwohl die Fixierwalze 28 axial nicht gelagert in die Vorrichtung 20 eingebaut wird, ist sie im wesentlichen frei von jeglicher auf sie einwirkender Tendenz zur Biegung oder Durchbiegung, well die Starrheit oder Durchbiegbarkeit der Heizwalzen 22 und 24 sowie der Andrückwalze 26 ausgeglichen wird. Eine solche Biegung oder Durchbiegung der Fixierwalze 28 wird im wesentlichen durch eine solche Wahl von Material und Abmessungen der Walzen, wie der Heizwalzen 22 und 24 sowie der Andrückwalze 26, verhindert, daß diese eine gleiche und komplementäre Steifigkeit und Durchbiegbarkeit im Bereich der Fixierwalze 28 haben.
Die Steifigkeit oder Durchbiegbarkeit der Andrückwalze im Bereich der Fixierwalze kann beispielsweise nach der Formel
d = CF/E&sub1;I&sub1;
bestimmt werden, wobei gilt:
d = Durchbiegung
C = Konstante
F = auf die Andrückwalze ausgeübte Kraft
E&sub1; = Elastizitätsmodul des Walzenmaterials
I&sub1; = Flächenträgheitsmoment der Walze.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist ein Schema der Fixiervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Heizwalzen 22 und 24 mit der Achse der Fixierwalze 28 einen Winkel Q bilden. Es wird angenommen, daß von einer Andrückwalze 26 gegebener Größe und Materials das Flächenträgheitsmoment I&sub1; und das Material mit dem Elastizitätsmodul E¹ bekannt sind. Ferner ist bekannt, daß eine Kraft F&sub1; mit dem Betrag P in Z-Richtung auf die Andrückwalze 26 einwirkt. Folglich wirken Kräfte F&sub3; und F&sub4;, jede mit dem Betrag P/2 cos (Q/2), wie dargestellt, auf die Heizwalzen 22 und 24. Aus den bekannten und oben angegebenen Daten können das Material für und Abmessungen der Heizwalzen 22 und 24 durch Gleichsetzen der Durchbiegung CP/E&sub1;I&sub1; der Andrückwalze 26 in Z-Richtung mit der resultierenden Durchbiegung CP cos (Q/2)/[2 cos (Q/2)E&sub2;I&sub2;] der Heizwalzen ebenfalls in Z-Richtung, wobei E&sub2; und I&sub2; der Elastizitätsmodul und das Flächenträgheitsmoment jeder der Heizwalzen sind.
Das Auflösen der Gleichung CP/E&sub1;I&sub1; = CP cos (Q/2)1[2 cos (Q/2)E&sub2;I&sub2;] führt zu dem Ergebnis E&sub1;I&sub1; = 2E&sub2;I&sub2;. Mit anderen Worten: Bei der speziellen Anordnung, die für die Vorrichtung 20 nach der vorliegenden Erfindung dargestellt wurde und bevorzugt wird, gilt E&sub2;I&sub2; = 1/2 E&sub1;I&sub1;. Entsprechend können dann Material und Größe jeder Heizwalze 22 und 24 gewählt werden, so daß dieses Produktverhältnis (von Flächenträgheitsmoment und Elasfizitätsmodul) zwischen Andrück- und Heizwalzen erfüllt ist. Verfährt man so, dann wird sichergestellt, daß die Steifigkeit der Walzen 22, 24 und 26 derjenigen der Fixierwalze 28 beispielsweise in Z-Richtung gleicht. Das Gleichmachen der Steifigkeit der Walzen 22, 24 und 26 als solches dürfte wirkungsvoll jede Tendenz der Fixierwalze 28 verhindern, sich irgendwie entlang ihrer Längsachse zu verbiegen.
Zum Antrieb der Fixierwalze 28 kann eine der Heizwalzen 22 oder 24 mit Antriebsmitteln (nicht dargestellt) verbunden werden, um durch Reibung die Fixierwalze 28 in Richtung des Pfeiles 91 zu bewegen. Wie in Fig. 1 dargestellt, können auch die andere Heizwalze, die Fixierwalze 28 und die Andrückwalze 26 gleichfalls durch Reibung in den Richtungen der Pfeile 90, 91, 92 und 96 bewegt werden, wenn eine der Heizwalzen 22 oder 24 mit solchen Antriebsmitteln verbunden wird.
In der gestapelten Anordnung der Vorrichtung 20 kann die Fixierwalze 28 leicht gewartet werden, einfach indem zuvor die Andrückwalze 26 oder eine der Heizwalzen 22 oder 24 zuvor gelöst und dann die Eiiiierwalze herausgezogen wird. In einer solchen Anordnung ist die axial nicht gelagerte Fixierwalze 28 wegen der fehlenden axialen Lagerelemente, wie Lagerzapfen und Lager, relativ billiger als im Falle der axialen Lagerung. Vor allem weil die Fixierwalze 28 axial nicht gelagert ist, kann sie sich frei einstellen, um anfallende Spannungen und Belastungen abzubauen und entlang ihrer Längsachse abzuleiten. Diese Ableitung verhindert im wesentlichen mögliches Verzerren des Kopierblattes sowie mit dem Fixieren zusammenhängende Fehler, wie Aufrollen der Kopie, Zerknittern und Bild-Leerstellen.

Claims

1. Fixiervorrichtung (20) mit einer Andrückwalze (26), einer Fixierwalze (28) und mindestens einer weiteren Walze (24), dadurch gekennzeichnet, daß

(a) zwei Heizwalzen (22, 24) vorgesehen sind, die mindestens eine weitere Walze (24) umfassen, welche in einer Einrichtung (78) axial gelagert und seitlich nebeneinander angeordnet sind,

(b) der seitliche Abstand zwischen den beiden nebeneinander gelagerten Heizwalzen (22, 24) geringer ist als der Durchmesser der Fixierwalze (28),

(c) die Fixierwalze (28) unterhalb der Andrückwalze (26) positioniert und zwischen den Heizwalzen (22, 24) aufliegend angeordnet ist,

(d) die Fixierwalze (28) keine axialen Lagerelemente umfaßt und

(e) die Fixierwalze (28) in Reibungs- und Dreheingriff mit jeder der Heizwalzen (22, 24) steht.

2. Fixiervorrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Heizwalzen (22, 24) eine Antriebswalze ist, die die Fixierwalze (28) durch Reibung antreibt.

3. Fixiervorrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien und die Größe einer jeden Andrückwalze (26) und Heizwalze (22, 24) so gewählt sind, daß die Steifigkeit der Andrückwalze (26) über der Fixierwalze (28) der Steifigkeit der beiden Heizwalzen (22, 24) unter der Fixierwalze (28) entspricht.

4. Fixiervorrichtung (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus dem Elastizitätsmodul (E&sub1;) des Materials der Andrückwalze (26) und aus deren Flächenträgheitsmoment (I&sub1;) dem doppelten Produkt aus dem Elastizitätsmodul (E&sub2;) des Materials einer der Heizwalzen (22, 24) und deren Flächenträgheitsmoment (12) entspricht.

5. Fixiervorrichtung (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückwalze (26) mit der darunterliegenden Fixierwalze (28) in und außer Andrückkontakt bewegbar ist.