EP0636255B1 - Wärme-druckfixierstation für eine elektrofotografische druckeinrichtung sowie ein verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Wärme-druckfixierstation für eine elektrofotografische druckeinrichtung sowie ein verfahren zu deren herstellung Download PDF

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EP0636255B1
EP0636255B1 EP93903850A EP93903850A EP0636255B1 EP 0636255 B1 EP0636255 B1 EP 0636255B1 EP 93903850 A EP93903850 A EP 93903850A EP 93903850 A EP93903850 A EP 93903850A EP 0636255 B1 EP0636255 B1 EP 0636255B1
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EP
European Patent Office
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roller
heating roller
heating
recording medium
nipping
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP93903850A
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English (en)
French (fr)
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EP0636255A1 (de
Inventor
Helmut Naeser
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Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Nixdorf Informationssysteme AG
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Publication date
Application filed by Siemens Nixdorf Informationssysteme AG filed Critical Siemens Nixdorf Informationssysteme AG
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Publication of EP0636255B1 publication Critical patent/EP0636255B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/20—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
    • G03G15/2003—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat
    • G03G15/2014—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat
    • G03G15/2053—Structural details of heat elements, e.g. structure of roller or belt, eddy current, induction heating
    • G03G15/2057—Structural details of heat elements, e.g. structure of roller or belt, eddy current, induction heating relating to the chemical composition of the heat element and layers thereof

Definitions

  • the heat fixing device for toner images described therein contains a heating roller and a pressure roller, both rollers having a cylindrical core which is coated with a heat-resistant elastic layer and with a synthetic resin surface layer. Both rollers have the same outer diameter and they are pressed against each other with an elastic force.
  • both the heating roller and the pressure roller are coated with a heat-resistant elastic layer, there is the problem that the thermal conductivity of the heating roller, ie the heat transfer from the heat source to the recording medium, is reduced by the elastic layer.
  • thermally conductive material for example carbon black, metal oxides or titanium oxide
  • this has the disadvantage that the surface hardness thereby exceeds a predetermined limit value, so that it is again difficult to ensure a sufficient contact area width. It is therefore proposed to set the thermal conductivity of the elastic layer preferably to a value of 6.5 ⁇ 10 -3 J / cm ⁇ s ⁇ ° C or less.
  • the heating roller consists of an aluminum drum with a surface layer made of fluororesin and the pressure roller consists of an aluminum cylinder with an outer silicone rubber layer.
  • the thickness of the fluororesin layer on the heating roller is selected so that it does not exceed that thickness which is given by the square root of the product of the heat diffusion rate of the material of the fluororesin layer and a clamping period in which a recording medium passes through the clamping zone and the thickness of the jacket is chosen that it is not less than the thickness given by the square root of the product of the heat diffusion rate of the material of the jacket and a rotation period of the drum.
  • the specified dimensioning specification is intended to multiply the amount of heat that flows from the drum into the fluororesin layer in order to achieve a high fixing strength.
  • the fixing device also has a cleaning device integrated in an oiling device.
  • JP-A-58-224 366 a thermal pressure fixing device with a heated fixing roller is known, in which the fixing roller has a surface layer made of PTFE with embedded fluorinated grapnite particles, which has toner-repellent properties.
  • EP-A-0 156 046 To increase the electrical conductivity, it is also known from EP-A-0 156 046 to have a heating roller add a layer of PTFE electrically conductive powder made of metal or inorganic powder, such as graphite.
  • the layer of PTFE has a thickness of less than 0.15 mm.
  • the object of the invention is therefore to provide a device for the thermal pressure fixing of toner images on a recording medium with a long service life, in which a maximum fixing quality is achieved with the lowest possible heating power and which is insensitive to electrostatic charges.
  • the device according to the invention has a heating roller with a core made of an aluminum hollow cylinder, which is encased by a toner-repellent surface layer made of PTFE with a layer thickness of 100 ⁇ - 500 ⁇ .
  • Graphite particles made of high-purity carbon in crystalline form are embedded in the surface layer, with a share of about 15 percent by weight.
  • a roller that has an elastic silicone layer at least in its contact area with the recording medium serves as the pressure roller.
  • the mixture of PTFE and graphite particles used as the material for the surface layer increases the heat penetration coefficient of the surface layer, so that no heat build-up can occur.
  • the thermal energy generated by the heating device in the heating roller is transferred to the recording medium without delay. This reduces the temperature on the heating roller surface.
  • the increased electrical conductivity achieved by the addition of graphite is also advantageous. This makes it possible to discharge electrostatic charges that occur via the roller or to prevent the formation of electrostatic charges.
  • the graphite additive can be in a relatively large range of 10-25 percent by weight without impairing the non-stick ability of the synthetic resin surface layer. It also supports the toner-repellent effect of the surface layer and ensures a certain lubrication effect, which prevents the toner particles from being blurred when the toner image passes through the fixing device.
  • the heating roller has an oiling device and a cleaning device separate from the oiling device. Due to the separation of oiling and cleaning in separate stations, an exact metering of the oil supply is possible without this being influenced by the cleaning device.
  • a scraper with sealing roller and collecting container serves as a cleaning device. If the dirt particles or oil droplets that have accumulated in front of the scraper fall down, both are either picked up by the sealing roller or thrown by it into the collecting container.
  • the sealing roller lies against the heating roller with moderate pressure, it can be coated with felt, toner or foam. Effective cleaning of the pressure roller is achieved with a cleaning device which has a cleaning felt and a scraper. The wiper in front of the cleaning felt increases the efficiency of the cleaning device and its service life.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below, for example.
  • the figure shows a schematic sectional view of a heat pressure fixing station for an electrophotographic printing device.
  • the heat-pressure fixing station shown in the figure is arranged in the paper transport channel of an electrophotographic printing device. It is used to fix toner images 10 on a recording medium 11, which can consist of single sheets or continuous paper.
  • the fixing device contains a motor-driven fixing roller, referred to as the heating roller 12, with an internal heating device 13 and a pressure roller 14, which is in contact with the heating roller under the action of a pressing force (for example a spring).
  • the recording medium 11 for fixing the toner images becomes between the pressing roller 14 and the heating or fixing roller 12 10 passed.
  • the heating roller consists of an approximately 8 mm thick aluminum hollow roller 15 with a heat-resistant and toner-repellent surface layer 16 made of polytetrafluoroethylene (PTFE) with a thickness of approximately 100-500 ⁇ m and graphite particles embedded therein.
  • the total diameter of the fixing roller 12 is ⁇ 50 mm.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the synthetic resin surface layer 16 consists of a mixture of PTFE (tetrafluoroethylene resin) and graphite particles, the synthetic resin containing about 10 to 25 percent by weight graphite particles of high-purity carbon in crystalline form. A share of 15% has proven to be favorable.
  • the pressure roller 14 contains a solid metal core 17, e.g. made of aluminum or another mechanically stable material with an elastic layer 18 made of silicone or silicone rubber arranged thereon.
  • the pressure roller 14 also has a diameter of about 50 mm with a silicone layer thickness of about 5 mm.
  • PFA Perfluoral resin
  • An oiling station 19 is arranged for wetting the fixing roller 12 with separating oil, which can contain an oil application roller, for example.
  • a cleaning device which serves to remove any dirt particles or excess oil adhering to the fixing roller 12. It consists of a sealing roller 20 with a coating of felt, Viton or foam, which rests with moderate pressure on the heating roller 12 and is moved by it.
  • the sealing roller 20 is partially surrounded by a collecting container 21.
  • a cleaning device assigned to the pressure roller 14 consisting of a cleaning felt 23 with a stripping element 24 in the form of an elastic rubber lip upstream of the cleaning felt 23 in the direction of movement of the pressure roller 14 (arrow).
  • a collecting container 25 for collecting the stripped dirt particles is arranged below the stripping element 24.
  • the fixing roller 12 in the exit area of the recording medium can be assigned a deflecting finger 26 or other paper guide elements.
  • the fixing roller 12 In order to discharge electrostatic charges on the recording medium, the fixing roller 12 is grounded, surface charges flowing off on the fixing roller via the surface layer 16 and the aluminum hollow roller core 15. In addition, it may also be favorable to arrange an earthed discharge brush 27 in the area of the pressure roller 14.
  • the raw material consisting of PTFE with embedded graphite particles is peeled off as a film from a compact and glued onto the roller body 15 of the heating roller.
  • the film can be applied thicker and then ground to a precise thickness in the range of 100 ⁇ - 500 ⁇ .
  • the possibility of smoothing permits precise grinding of the roller contour (convex, concave, cylindrical). This is important for the paper running behavior, for example to avoid paper creasing. If, for example, a powder coating process is selected, the roll body must first be ground with the desired contour. As a result of the subsequent coating process, the basic contour becomes inaccurate, namely by the thickness tolerance of the applied coating.
  • the entire PTFE compound with 15% by weight graphite can be described as follows: Density (DIN 53 479): 2.16 g / cm 3 Tear resistance (DIN 53 455): ⁇ 12 N / mm 2 Elongation at break (DIN 53 455): ⁇ 120% Ball indentation hardness (DIN 53 456): ⁇ 28 N / mm 2 Specific resistance (DIN 53 482): > 10 10 ⁇ cm Surfaces wid. (DIN 53 482): > 10 11 ⁇ Thermal conductivity (DIN 52 612): 0.6-0.9 W / mK

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Eine Wärme-Druckfixierstation für elektrofotografische Druckeinrichtungen enthält eine Heizwalze (12) mit einem Kern aus einem wärmeleitfähigen Material, der mindestens in einem Kontaktbereich zum Aufzeichnungsträger (11) mit einer wärmebeständigen, Toner abweisenden Oberflächenschicht (16) aus PTFE ummantelt ist. In die Oberflächenschicht (16) eingelagert sind 10 - 25 Gewichtsprozente Graphitpartikel. Eine an der Heizwalze (12) federnd anliegende Andruckwalze (14) weist eine elastische Außenschicht auf. Zum Reinigen der Heizwalze (12) von anhaftenden Schmutzpartikeln ist getrennt von einer Beölungseinrichtung (19) eine Reinigungseinrichtung mit Abstreifrolle (20) und Abstreifelement (22) vorgesehen.

Description

  • Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-C2-37 34 673 bekannt. Die dort beschriebene Wärme-Fixiereinrichtung für Tonerbilder enthält eine Heizwalze und eine Andruckwalze, wobei beide Walzen einen zylindrischen Kern aufweisen, der mit einer wärmebeständigen elastischen Schicht und mit einer Kunstharz-Oberflächenschicht ummantelt ist. Beide Walzen haben den gleichen Außendurchmesser und sie werden mit einer elastischen Kraft gegeneinander gedrückt.
  • Werden sowohl die Heizwalze als auch die Andruckwalze mit einer wärmebeständigen elastischen Schicht ummantelt, so besteht das Problem, daß durch die elastische Schicht die thermische Leitfähigkeit der Heizwalze, d.h. der Wärmeübergang von der Wärmequelle auf den Aufzeichnungsträger verringert ist. Um diese thermische Leitfähigkeit zu erhöhen, wird vorgeschlagen, der elastischen Schicht einen großen Anteil thermisch leitfähigen Materials, z.B. Ruß, Metalloxyde oder Titanoxyd beizumischen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß dadurch die Oberflächenhärte einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, so daß es wiederum schwierig ist, für eine hinreichende Berührungsbereichsbreite zu sorgen. Es wird deshalb vorgeschlagen, die thermische Leitfähigkeit der elastischen Schicht vorzugsweise auf einen Wert von 6,5 x 10-3 J/cm · s · °C oder kleiner einzustellen.
  • Es hat sich nun herausgestellt, daß eine derartige Wärmeschmelzfixiereinrichtung mit entsprechend aufgebauter Heiz- und Andruckwalze einem hohen Verschleiß unterliegt, was einen häufigen Austausch der Walze erforderlich macht. Andererseits ist es durch die Reduktion der thermischen Leitfähigkeit der Walzenschichten notwendig, in der Heizwalze einen Strahler mit hoher Wärmeleistung anzuordnen. Dies erhöht die Schichttemperaturen beim Übergang vom Aluminiumkörper zum Beschichtungsmaterial, was die Lebensdauer verringert. Eine hohe Heizleistung der Heizquelle in der Heizwalze in Verbindung mit der hohen Wärmekapazität der elastischen Schicht vergrößert die Regelhysterese beim erforderlichen Ausregeln der Heizquelle und verhindert dadurch eine schnelle Anpassung der Wärmefixiereinrichtung an verschiedene Betriebszustände. Die bekannte Vorrichtung weist weiterhin eine hohe Heizwalzenoberflächentemperatur auf, was wiederum einen negativen Einfluß auf die Formbeständigkeit des Aufzeichnungsträgers beim Durchlauf durch die Wärmeschmelzfixiereinrichtung haben kann.
  • Es wird weiterhin in der DE-A1-40 29 841 eine Fixiervorrichtung und ein Aufzeichnungsgerät mit einer Heizwalze und einer Andruckwalze beschrieben, bei der die Heizwalze aus einer Aluminiumtrommel besteht mit einer Oberflächenschicht aus Fluorharz und die Andruckwalze aus einem Aluminiumzylinder mit einer äusseren Silikongummischicht. Die Dicke der Fluorharzschicht auf der Heizwalze ist so gewählt, daß sie diejenige Dicke nicht überschreitet, die durch die Quadratwurzel aus dem Produkt der Wärmediffusionsrate des Materials der Fluorharzschicht und einer Klemmzeitspanne gegeben ist, in der ein Aufzeichnungsträger die Klemmzone durchläuft und die Dicke des Mantels so gewählt ist, daß sie nicht kleiner ist als diejenige Dicke, die durch die Quadratwurzel aus dem Produkt der Wärmediffusionsrate des Materials des Mantels und einer Umdrehungsperiode der Trommel gegeben ist. Durch die angegebene Dimensionierungsvorschrift soll erreicht werden, daß sich die Wärmemenge, die von der Trommel in die Fluorharzschicht fließt, vervielfacht, um so eine hohe Fixierstärke zu erzielen. Zusätzlich weist die Fixiervorrichtung noch eine in einer Beölungseinrichtung integrierte Reinigungsvorrichtung auf.
  • Es ist weiterhin aus der US-A1-4 434 355 eine Thermofixiereinrichtung mit einer Heizwalze und einer Andruckwalze bekannt, bei der die Heizwalze eine Fluorkunstharzschicht von 30 - 40 µm Schichtdicke mit einem Kohlefaseranteil von 9 - 25 Gewichtsprozenten aufweist. In der Literaturstelle Xerox Disclosure Journal Vol. 8, Nr. 5, Sept./Oct.83, Seite 375 ist eine Fixierwalze beschrieben, die eine Beschichtung aus Elastomer (Fluorsilicone elastomer) gefüllt mit Teflon oder Perfluorgraphit aufweist.
  • Aus der JP-A-58-224 366 ist eine Wärmedruckfixiereinrichtung mit einer beheizten Fixierwalze bekannt, bei der die Fixierwalze eine Oberflächenschicht aus PTFE mit eingelagerten fluorinierten Grapnitpartikeln aufweist, die tonerabweisende Eigenschaften aufweist.
  • Ein weiteres Problem bei der Verwendung von Wärme-Druckfixierstationen in elektrofotografischen Druck- oder Kopiergeräten ist der Einfluß von elektrostatischen Kräften auf den Transport des Aufzeichnungsträgers. Bedingt durch den elektrofotografischen Prozeß und andere Einflüsse kann der Aufzeichnungsträger nach dem Umdruck der Tonerbilder Restladungen aufweisen bzw. es kann durch Reibung eine Aufladung entstehen. Dies führt zu unerwünschten Haftkräften an den Transportrollen bzw. im Transportkanal. Es kann deshalb notwendig sein, auftretende elektrostatische Aufladungen abzuleiten. Werden die Heiz- bzw. die Andruckwalzen mit wärmebeständigem Kunststoff wie Fluorharz beschichtet, das einen elektrischen Isolator repräsentiert, so führt dies zu einer Ladungsanhäufung an der Oberfläche der Walzen. Eine derartige Ladungsanhäufung ist unerwünscht und führt zu Störungen des Aufzeichnungsträgertransports.
  • Zur Erhönung der elektrischen Leitfähigkeit ist es weiterhin aus der EP-A-0 156 046 bekannt, einer Heizrolle mit einer Schicht aus PTFE elektrisch leitfähiges Pulver aus Metall oder anorganisches Pulver, z.B. Graphit beizumischen. Die Schicht aus PTFE hat eine Stärke von kleiner 0,15 mm.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum wärmedruckfixieren von Tonerbildern auf einem Aufzeichnungsträger mit hoher Lebensdauer bereitzustellen, bei der mit geringstmöglichster Heizleistung eine maximale Fixierqualität erreicht wird und die unempfindlich gegenüber elektrostatischen Aufladungen ist.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Heizwalze mit einem Kern aus einem Aluminiumhohlzylinder auf, der von einer tonerabstoßenden Oberflächenschicht aus PTFE mit einer Schichtdicke von 100 µ - 500 µ ummantelt ist. In die Oberflächenschicht sind Graphitpartikel aus hochreinem Kohlenstoff in kristalliner Form eingelagert und zwar mit einem Anteil von cirka 15 Gewichtsprozenten. Als Andruckwalze dient eine Walze, die mindestens in ihrem Kontaktbereich zum Aufzeichnungsträger eine elastische Silikonschicht aufweist.
  • Durch die Einlagerung von ca. 15 Gewichtsprozenten Graphitpartikel in die Kunstharz-Oberflächenschicht der Heizwalze in Verbindung mit der elastischen Andruckwalze wird die Wärmeleitfähigkeit wesentlich erhöht, wobei die cirka-Angabe üblicherweise eine Variationsbreite von 10 % aufweist. Dadurch ergibt sich eine niedrigere durchschnittliche Walzentemperatur mit geringerer Regelhysterese und verringerter Erwärmung des Aufzeichnungsträgers. Im Start-Stop-Betrieb treten geringere Über- und Unterschwinger des Temperaturverlaufes am Aufzeichnungsträger auf, was zu einer schonenderen Aufzeichnungsträgerbehandlung und einem geringeren Regelaufwand führt. Die niedrigere Schichttemperatur zwischen Aluminium und der Kunstharzoberflächenschicht erhöht die Lebensdauer der Walzenanordnung, was noch durch die wesentlich erhöhte Abriebfestigkeit verstärkt wird. Die als Material für die Oberflächenschicht verwendete Mischung aus PTFE und Graphitpartikeln vergrößert den Wärmeeindringkoeffizienten der Oberflächenschicht, so daß kein Wärmestau auftreten kann. Die von der Heizeinrichtung in der Heizwalze erzeugte Wärmeenergie wird verzögerungsfrei auf den Aufzeichnungsträger übertragen. Dies verringert die Temperatur an der Heizwalzenoberfläche.
  • Von Vorteil ist auch die durch den Graphitzusatz erzielte gesteigerte elektrische Leitfähigkeit. Damit ist es möglich, auftretende elektrostatische Ladungen über die Walze abzuleiten bzw. das Entstehen von elektrostatischen Aufladungen zu verhindern.
  • Der Graphitzusatz kann in einem relativ großen Bereich von 10 - 25 Gewichtsprozenten liegen, ohne die Antihaftfähigkeit der Kunstharzoberflächenschicht zu beeinträchtigen. Er unterstützt außerdem die tonerabstoßende Wirkung der Oberflächenschicht und sorgt für einen gewissen Schmierungeffekt, der ein Verwischen der Tonerpartikel beim Durchlauf des Tonerbildes durch die Fixiereinrichtung verhindert.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Heizwalze eine Beölungseinrichtung und eine von der Beölungseinrichtung getrennte Reinigungseinrichtung auf. Durch die Trennung von Beölung und Reinigung in separaten Stationen ist eine exakte Dosierung der Ölzufuhr möglich, ohne daß diese durch die Reinigungseinrichtung beeinflußt wird.
  • Als Reinigungseinrichtung dient ein Abstreifer mit Dichtungsrolle und Auffangbehälter. Fallen die vor dem Abstreifer angehäuften Schmutzpartikel oder evtl. Öltropfen nach unten, so wird beides von der Dichtungsrolle entweder aufgenommen oder von ihr in den Auffangbehälter geschleudert. Die Dichtungsrolle liegt mit mäßigem Druck an der Heizwalze an, sie kann mit Filz, mit Toner oder Schaumstoff beschichtet sein. Eine effektive Reinigung der Andruckwalze wird mit einer Reinigungseinrichtung erreicht, die einen Reinigungsfilz und einen Abstreifer aufweist. Der dem Reinigungsfilz vorgelagerte Abstreifer erhöht den Wirkungsgrad der Reinigungseinrichtung und ihre Lebensdauer.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Die Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Wärmedruckfixierstation für eine elektrofotografische Druckeinrichtung.
  • Die in der Figur dargestellte Wärme-Druckfixierstation ist im Papiertransportkanal einer elektrofotografischen Druckeinrichtung angeordnet. Sie dient zum Fixieren von Tonerbildern 10 auf einem Aufzeichnungsträger 11, der aus Einzelblättern oder Endlospapier bestehen kann. Die Fixiereinrichtung enthält eine als Heizwalze 12 bezeichnete motorisch angetriebene Fixierwalze mit innenliegender Heizeinrichtung 13 und eine unter der Wirkung einer Andruckkraft (z.B. Feder) an der Heizwalze anliegenden Andruckwalze 14. Zwischen Andruckwalze 14 und Heiz- oder Fixierwalze 12 wird der Aufzeichnungsträger 11 zum Fixieren der Tonerbilder 10 hindurchgeführt. Die Heizwalze besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer ca. 8 mm starken Aluminiumhohlwalze 15 mit einer darauf angeordneten wärmebeständigen und tonerabstoßenden Oberflächenschicht 16 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einer Stärke von etwa 100 - 500 µm und darin eingelagerten Graphitpartikeln. Der Gesamtdurchmesser der Fixierwalze 12 beträgt ~50 mm. Anstelle von Aluminium als Werkstoff für die Hohlwalze 15 läßt sich auch ein anderer wärmeleitender und mechanisch stabiler Werkstoff, z.B. auch Kunststoff, verwenden. Die Kunstharzoberflächenschicht 16 besteht aus einer Mischung aus PTFE (Tetrafluorethylen-Harz) und Graphitpartikeln, wobei in dem Kunstharz etwa 10 bis 25 Gewichtsprozente Graphitpartikel aus hochreinem Kohlenstoff in kristalliner Form enthalten sind. Als günstig hat sich dabei ein Anteil von 15 % herausgestellt. Als Grundwerkstoff für die Oberflächenschicht 16 lassen sich ggf. auch andere Kunstharze verwenden, wie z.B. POM (Polyoxymethylen), PE (Polyethylen) oder PA (Polyamid), jedoch mit verschlechterten Eigenschaften. Wesentlich für den verwendeten Kunststoff ist seine Wärmebeständigkeit in Verbindung mit der erforderlichen tonerabstoßenden Wirkung und seine Aufnahmefähigkeit für Graphitpartikel.
  • Die Andruckwalze 14 enthält einen massiven Metallkern 17, z.B. aus Aluminium oder einem anderen mechanisch stabilen Werkstoff mit einer darauf angeordneten elastischen Schicht 18 aus Silikon oder Silikongummi. Die Andruckwalze 14 hat dabei ebenfalls einen Durchmesser von etwa 50 mm mit einer Silikonschichtstärke von etwa 5 mm. Um die Silikonschicht 18 vor eindringendem Trennöl zu schützen, ist die Silikonschicht an ihrer Außenseite von einer dünnen Schutzschicht 18/1 von etwa 500 µ Stärke aus ölbeständigem Material überzogen. Als Material kann dabei PFA (Perfluoral-Harz), z.B. in Form eines Schrumpfschlauches dienen.
  • Zum Benetzen der Fixierwalze 12 mit Trennöl ist eine Beölungsstation 19 angeordnet, die z.B. eine Ölantragswalze enthalten kann. Getrennt von der Beölungsstation 19 ist eine Reinigungseinrichtung angeordnet, die dazu dient, evtl. an der Fixierwalze 12 anhaftende Schmutzpartikel oder Überschußöl zu entfernen. Sie besteht aus einer Dichtungsrolle 20 mit einer Beschichtung aus Filz, Viton oder Schaumstoff, die mit mäßigem Druck an der Heizwalze 12 anliegt und von dieser mitbewegt wird. Die Dichtungsrolle 20 ist teilweise umfaßt von einem Auffangbehälter 21. Oberhalb der Dichtungsrolle 20 in Bewegungsrichtung (Pfeil) der Fixierwalze 12 nachgeordnet, befindet sich ein Abstreifelement, z.B. in Form einer Gummilippe 22. Nicht von der Dichtungsrolle 20 aufgenommene Schmutzpartikel werden durch das Abstreifelement 22 abgestreift. Die Schmutzpartikel oder evtl. überschüssige Öltropfen fallen nach unten auf die Dichtungsrolle 20 und werden durch deren Drehbewegung in den Auffangbehälter 21 geschleudert.
  • Zur Reinigung der Andruckwalze 14 dient eine der Andruckwalze 14 zugeordnete Reinigungseinrichtung aus einem Reinigungsfilz 23 mit einem dem Reinigungsfilz 23 in Bewegungsrichtung der Andruckwalze 14 (Pfeil) vorgeschaltetem Abstreifelement 24 in Form einer elastischen Gummilippe. Unterhalb des Abstreifelementes 24 ist ein Auffangbehälter 25 zum Auffangen der abgestreiften Schmutzpartikel angeordnet. Um ein Aufwölben des Aufzeichnungsträgers, insbesondere beim Einsatz in Druckeinrichtungen die mit Einzelblättern betrieben werden, zu verhindern, kann der Fixierwalze 12 im Austrittsbereich des Aufzeichnungsträgers ein Abweisfinger 26 oder sonstige Papierleitelemente zugeordnet sein.
  • Zur Ableitung von elektrostatischen Aufladungen des Aufzeichnungsträgers ist die Fixierwalze 12 geerdet, wobei Oberflächenladungen auf der Fixierwalze über die Oberflächenschicht 16 und den Alu-Hohlwalzenkern 15 abfließen. Zusätzlich kann es noch günstig sein, im Bereich der Andruckwalze 14 eine geerdete Entladebürste 27 anzuordnen.
  • Zur Herstellung der beschichteten Heizwalze 12 wird das aus PTFE mit eingelagerten Graphitpartikeln bestehende Rohmaterial als Folie von einem Pressling abgeschält und auf den Walzenkörper 15 der Heizwalze aufgeklebt. Die Folie kann dicker aufgebracht und anschließend auf die präzise Dicke im Bereich von 100 µ - 500 µ beschliffen werden. Die Möglichkeit des Überschleifens läßt ein präzises Scheifen der Walzenkontur (konvex, konkav, zylindrisch) zu. Dies ist wichtig für das Papierlaufverhalten, um z.B. ein Papierknittern zu vermeiden. Wird z.B. ein Pulverbeschichtungsverfahren gewählt, so muß erst der Walzenkörper mit der gewünschten Kontur beschliffen werden. Durch den anschließenden Beschichtungsvorgang wird die Grundkontur ungenau, nämlich um die Dickentoleranz der aufgebrachten Beschichtung.
  • Eigenschaften des Graphitzusatzes von 10 - 25 Gewichtsprozenten zum PTFE-Grundmaterial.
  • Hochreiner Kohlenstoff in kristalliner Form
    Herstellung: synthetisch
    Reinheitsgrad: >99 % C
    Form: unregelmäßig
    Partikelgröße: < 75 µm
    Dichte: 2,26
  • Das gesamte PTFE-Compound mit 15 % Gewichtsprozenten Graphit entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist wie folgt beschreibbar:
    Dichte (DIN 53 479) : 2,16 g/cm3
    Reißfestigkeit (DIN 53 455) : ≧ 12 N/mm2
    Reißdehnung (DIN 53 455) : ≧ 120 %
    Kugeldruckhärte (DIN 53 456) : ≧ 28 N/mm2
    Spez.Widerstand (DIN 53 482) : > 1010 Ωcm
    Oberflächen wid. (DIN 53 482) : > 1011 Ω
    Wärmeleitfähigkeit (DIN 52 612) : 0,6-0,9 W/m.K
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Tonerbilder, Toner
    11
    Aufzeichnungsträger, Einzelblätter, Endlospapier
    12
    Heizwalze
    13
    Heizeinrichtung
    14
    Andruckwalze
    15
    Aluminium-Hohlwalze
    16
    Oberflächenschicht
    17
    Metallkern
    18
    elastische Schicht
    18/1
    ölbeständige Deckschicht
    19
    Beölungsstation
    20
    Dichtungsrolle
    21
    Auffangbehälter
    22
    Abstreifelement
    23
    Reinigungsfilz
    24
    Abstreifelement
    25
    Auffangbehälter
    26
    Abweisfinger, Papierleitelemente
    27
    Entladebürste

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Wärme-Druckfixieren von Tonerbildern (10) auf einem Aufzeichnungsträger (11) eines nach dem Umdruckprinzip arbeitenden Druck- oder Kopiergerätes mit
    - einer Heizwalze (12), die einen Kern (15) aus einem wärmeleitfähigen Material aufweist, der mindestens in einem Kontaktbereich zum Aufzeichnungsträger (11) mit einer wärmeleitfähigen Oberflächenschicht (16) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einer Schichtdicke von 100 µm - 500 µm ummantelt ist, die cirka 15 Gewichtsprozente eingelagerte Graphitpartikel aus hochreinem Kohlenstoff in kristalliner Form enthält, und mit
    - einer der Heizwalze (12) zugeordneten Andruckwalze (14).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Andruckwalze (14) mindestens in ihrem Kontaktbereich zum Aufzeichnungsträger (11) elastisch ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Andruckwalze (14) mehrschichtig aufgebaut ist mit einer Grundschicht aus Silikon und einer ölabweisenden Deckschicht.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer der Heizwalze (12) zugeordneten Reinigungseinrichtung, die eine sich auf der Heizwalze (12) abstützende, Schmutz aufnehmende Dichtungsrolle (20) mit zugehörigem Schmutzauffangbehälter (21) und eine separate Beölungseinrichtung (19) zum Auftragen von Trennöl auf die Heizwalze (12) aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4 mit einem in Bewegungsrichtung der Heizwalze (12) der Dichtungsrolle (20) nachgeordnetes Schmutz-Abstreifelement (22).
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei mindestens die Oberfläche der Dichtungsrolle (20) aus porösem, Schmutz aufnehmendem Material besteht.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer der Andruckwalze (14) zugeordneten Reinigungseinrichtung mit einem auf der Andruckwalze (14) aufliegenden Reinigungselement (23) aus porösem Werkstoff und einem dem Reinigungselement (23) in Bewegungsrichtung der Andruckwalze (14) vorgeschalteten Schmutz-Abstreifelement (24) mit zugehörigem Schmutz-Auffangbehälter (25).
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer der Andruckwalze (14) bedarfsweise zugeordneten, elektrische Aufladungen abführenden Einrichtung (27).
  9. Verfahren zum Herstellen einer Heizwalze (22) nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten:
    - Abschälen der Oberflächenschicht (16) von einem Preßling in Form einer Folie;
    - Aufkleben der Folie auf den Walzenkern (15);
    - Einstellen der präzisen Schichtdicke durch materialabhebende Maßnahmen entsprechend der gewünschten Walzenkontur.
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