EP0638855B1 - Wärmefixiereinrichtung für ein- oder beidseitig bedruckte Aufzeichnungsträger eines Druck- oder Kopiergerätes - Google Patents

Wärmefixiereinrichtung für ein- oder beidseitig bedruckte Aufzeichnungsträger eines Druck- oder Kopiergerätes Download PDF

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EP0638855B1
EP0638855B1 EP93112069A EP93112069A EP0638855B1 EP 0638855 B1 EP0638855 B1 EP 0638855B1 EP 93112069 A EP93112069 A EP 93112069A EP 93112069 A EP93112069 A EP 93112069A EP 0638855 B1 EP0638855 B1 EP 0638855B1
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recording medium
saddle
thermal fixing
toner
fixing system
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Walter Dipl.-Ing. Kopp
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Wincor Nixdorf International GmbH
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    • G03G2215/2083—Type of toner image to be fixed  duplex

Definitions

  • the invention relates to a heat fixing device for fixing toner images on the front side of a tape-shaped recording medium in an electrographic printing or copying device, in which the rear side of the recording medium can already have a fixed toner image.
  • heat-fixing devices are used in printing or copying devices, which have a preheating saddle with a downstream fixing zone comprising a heated fixing roller and a pressure roller.
  • the already fixed print image which runs over the hot preheating saddle surface, is heated so strongly that it assumes a pasty to liquid state and is partially smeared on the saddle surface.
  • the more toner that accumulates on the saddle surface the more toner is transferred from the toner image to the saddle surface until there is a visible destruction of the toner image on the paper.
  • the paper web with the already fixed print image lies on the hot saddle.
  • the print image in the area of the preheating saddle surface is heated so strongly that it assumes a pasty to liquid state and sticks to the hot preheating saddle surface.
  • the toner image is torn from the paper web surface and sticks to the hot saddle surface.
  • the aim of the invention is therefore to provide a heat fixing device with a preheating saddle for fixing toner images on the front side of a recording medium in an electrographic printing or copying device, in which the rear side of the recording medium may already have a fixed toner image.
  • the heat fixing device can be used in printing or copying machines that work in both simplex and duplex mode.
  • PTFE or PFA compounds Materials that are made from fluorine compounds, such as PTFE or PFA compounds, have proven to be favorable.
  • the material can be evaporated, sprayed or glued onto a corresponding receiving surface of a preheating saddle.
  • PTFE or PFA compounds show a very good repellency against the toner material and very good properties against abrasion from the paper web.
  • components such as graphite or glass fibers that reduce wear can be mixed to a greater or lesser extent with the PTFE or PFA.
  • preheating saddles of this type are generally used in high-performance electrographic printing devices (between 2 million and 10 million A4 pages per month), wear-free operation over many years is impossible. For this reason, it is useful if the saddle surface can be replaced easily and easily if necessary, without the expensive basic structure of the heating saddle with heating elements having to be replaced.
  • a toner-repellent layer can be evaporated, sprayed or glued onto thin metal plates, in which case these coated individual plates are then exchangeably attached to the basic structure of the preheating saddle.
  • the toner-repellent layer is designed as a film which has a thin, thermally conductive adhesive layer on one side.
  • the adhesive layer is designed so that when the saddle is hot, the film can be easily removed again. A quick renewal of the saddle surface is therefore possible very quickly on site at the customer's site.
  • the toner-repellent layer can also be designed as a thin film, which is drawn off from a supply reel and guided over the preheating saddle surface and then wound up again. The film is moved very slowly in relation to the paper running direction.
  • the repellency of the surface against the toner image may be reduced.
  • it is advantageous to lift the recording medium off the saddle surface This can be done by creating an air cushion between the paper web and the saddle surface or sliding surface in the waiting state of the printing device with the aid of a blower device.
  • Another possibility for lifting is to provide a suitable lifting element, for example a tensioning wire, which engages behind the recording medium over its entire width. The preheating saddle and the lifting element are moved relative to one another in such a way that in a lifting state the recording medium is guided over the lifting element at a distance from the preheating saddle.
  • the paper web is automatically inserted into the printer.
  • the paper web must be guided over the preheating saddle, among other things. Coatings made of fluorine compounds become electrostatically charged on their surface when paper slides on them. Due to the electrostatic forces, the paper web adheres to the preheating saddle so strongly that it can possibly no longer be transported.
  • An advantageous admixture of electrostatically conductive substances such as graphite or the like can prevent the formation of electrostatic charges.
  • the adhesive is also conductive, in order to establish a conductive connection between the toner-repellent material and the grounded carrier.
  • An electrographic printing device for printing on continuous paper contains a heat fixing device, shown schematically in FIG. 1, as described in US Pat. No. 4,147,922.
  • the heat fixing device is designed as a thermal pressure fixing device. It contains a heating roller 11, which is heated by radiators 10, and a pressure roller 12, which can be pivoted and pivoted onto the heating roller 11 by an electric motor.
  • the heating roller consists of an aluminum cylinder with a heat-resistant coating arranged on it, the pressure roller also consists of an aluminum cylinder with a coating of silicone.
  • the heating roller 11 is driven by an electric motor.
  • the heating roller 11 is assigned an oiling device 13 for applying separating oil to the heating roller.
  • a heated preheating caliper 15 with associated vacuum brake 16 is arranged upstream of the rollers in the recording medium transport direction.
  • the recording medium 17 is guided tightly over the preheating caliper 15.
  • a loose toner image on the recording medium is preheated on the preheating saddle 15 and fixed between the rollers 11 and 12 by heat and pressure.
  • a cooling device 18 arranged downstream of the rollers 11 and 12 in the paper running direction ensures cooling of the entire paper.
  • the cooling device 18 contains a cooling surface 19 provided with openings, which is swept by the recording medium 17, cold air supplied via an air supply channel 20 flowing out of the openings and producing a cooling air cushion under the recording medium 17.
  • air is blown onto the concrete side of the recording medium via an opposite profile.
  • the continuous paper 17 is preheated via a low-temperature preheating saddle 15, which consists of two heated saddles connected in series, namely a stationary preheating saddle 21 and a heating saddle 23 which can be pivoted about a pivot point 22, seen in the paper running direction two separate heating zones.
  • the entire preheating section has a length of approximately 500 to 700 mm.
  • the paper 17 slides on sliding surfaces 24 of the preheating saddle 21 or heating saddle 22.
  • the sliding surfaces or the saddles are curved with a curvature radius which in the example shown is 700 mm. Due to the curvature of the sliding surfaces in connection with the train through the rollers 11 and 12 and the braking by the vacuum brake 16, a force component acts over the entire length of the saddle, which Presses paper 17 against the sliding surfaces 24. It also promotes the stability of the paper run on the saddle.
  • the saddles 21 and 23 have transversely to the paper running direction elongated recesses 25 which extend over the entire width of the saddles. They are connected to a channel 27 by side bores 26.
  • the air duct runs underneath the saddles and is connected to a pneumatic device that generates positive and negative pressure, for example a blower and a pump.
  • a pneumatic device that generates positive and negative pressure
  • the recording medium paper
  • the recording medium is sucked into the sliding surfaces 24 of the saddles by negative pressure and the water vapor released by the preheating is sucked out.
  • an air cushion is generated between recording medium 17 and saddle or sliding surface 24 by overpressure.
  • the saddles 21 and 23 are heated by electrical resistance elements in the form of exchangeably arranged heating cartridges which are arranged in bores 29.
  • the preheating saddle is designed as a low-temperature saddle, the heating power of which is regulated by a microprocessor-controlled control arrangement.
  • the heat fixing device is also suitable for fixing recording media which already have a fixed toner image on their back.
  • This toner image can be printed and fixed in a first pass on the back or the front of the recording medium, after which a further pass is applied and fixed on the corresponding other side in a further pass.
  • the sliding surface 24 consists of a toner-repellent plastic layer, of a fluorine compound, for example a PTFE or PFA compound, which is evaporated, sprayed or glued onto the machined surface of the preheating saddle 15.
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • PTFE or PFA compounds show a very good repellency against the toner material and very good properties against abrasion from the paper web.
  • components such as graphite or glass fiber can be mixed to a greater or lesser extent with the toner-repellent layer.
  • heating saddles are generally used in high-performance electrographic printing systems with a page yield of 2 to 10 million A4 pages per month, these heating saddles are subject to relatively high wear. For this reason, it is favorable if the saddle surface can easily be replaced if necessary without the expensive basic structure of the heating saddle having to be renewed with heating elements.
  • the toner-repellent layer 30 is evaporated, sprayed or glued onto thin metal plates 31 in an exemplary embodiment according to FIG.
  • the thin metal plates 31 can have a thickness of 1 to 5 mm and they are interchangeably clamped or screwed onto the basic structure 32 of the preheating saddle.
  • the toner-repellent layer 30 can also be designed as a thin film, which has a thin, good heat-conducting adhesive layer on one side.
  • the adhesive layer is designed so that when the saddle is hot, the film can be easily removed again. A quick renewal of the saddle surface is therefore possible very quickly on site at the customer's site.
  • the toner-repellent layer 30 is designed as a thin film 33.
  • the film 33 extends over the entire width of the preheating saddle. It is wound up as a supply on a spool 34, which is attached in the saddle inlet area below the preheating saddle. Starting from this supply reel 34, this film is stretched over the preheating saddle in the paper running direction to the heating saddle outlet and wound up again on a take-up reel 35 below the preheating saddle. The film is moved extremely slowly in relation to the recording medium speed with the aid of a drive device coupled to the take-up reel 35 and wound onto the take-up reel 35.
  • On the inlet side supply spool 34 there is a film supply which can be designed for the entire printer service life. In this way, the preheating saddle is designed to be maintenance-free.
  • the repellency of the surface against toner can possibly be reduced.
  • air is supplied in the waiting state in an exemplary embodiment according to FIG. 7 via the pneumatic channel 27, the bores 26 and the slots 25, so that between the sliding surface 24 and the recording medium 17 an air cushion is created which keeps the record carrier 17 at a distance from the sliding surface 24. This prevents the recording medium from sticking to the preheating saddle surface.
  • a film 33 is used as the toner-repellent layer, an air cushion can be produced in a similar manner between the film 33 and the preheating saddle.
  • FIG. 1 A further possibility for lifting the recording medium from the preheating saddle in the waiting mode of the printing device is shown in FIG.
  • a lifting element engaging behind the recording medium 17 in the region of the preheating saddle for example in the form of a tensioning wire 38, is arranged in a fixed manner in holders of the printing device in such a way that the tensioning wire 38 comes to rest in a recess 39 in the preheating saddle in a position D of the preheating saddle assigned to the printing operation.
  • the tensioning wire 38 remains stationary and the paper web 17 is thereby lifted off the hot preheating saddle surface.
  • Another possibility is to pivot the tensioning wire 38 or other paper depositing elements out of the surface of the preheating saddle and to sink it back into the surface when printing starts.
  • the recording medium 17 is automatically inserted into the printing device.
  • the paper web must be guided over the preheating saddle, among other things.
  • Coatings made of fluorine compounds such as PTFE or PFA become extremely electrostatically charged on their surface when paper slides on them. It can thus occur that the electrostatic forces generated in this way hinder further transport of the paper web 17.
  • Such electrostatic charges can be prevented by adding electrostatically conductive substances, for example graphite or similar materials, to the toner-repellent layer 30. If the toner-repellent layer 30 consists of a layer glued to the preheating saddle, it is necessary to also make the adhesive conductive, in order to establish a conductive connection to the preheating saddle, which is expediently grounded.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmefixiereinrichtung zum Fixieren von Tonerbildern auf der Vorderseite eines bandförmigen Aufzeichnungstragers in einem elektrografischen Druck- oder Kopiergerät, bei dem die Rückseite des Aufzeichnungsträgers bereits ein fixiertes Tonerbild aufweisen kann.
  • Zum Themodruckfixieren von Tonerbildern auf einem meist aus Papier bestehenden Aufzeichnungsträger werden in Druck- oder Kopiergeräten Warmefixiereinrichtungen verwendet, die einen Vorwärmsattel mit nachgeschalteter Fixierzone aus beheizter Fixierwalze und Andruckwalze aufweisen.
  • Derartige Wärmefixiereinrichtungen sind z. B. aus der US-A-4 147 922 oder Japan Abstract Vol.13, No.120, 24.März 1989 (Japan-A-63-292177) bekannt.
  • In der Literaturstelle RESEARCH DISCLOSURE, Bd.2244, Nr.308, Dezember 1989, Emsworth GB, Seite 977 wird eine Transporteinrichtung für blattförmige Aufzeichnungsträger in Kopiergeräten beschrieben, die den Aufzeichnungsträger berührungslos transportiert. Hierzu wird unterhalb des Aufzeichnungsträgers ein Luftkissen erzeugt. Durch den berührungslosen Transport soll das Verschmieren der losen Tonerbilder vor dem Fixieren verhindert werden. Ein Vorwärmsattel ist nicht vorgesehen.
  • Bei elektrografischen Druckeinrichtungen, die im obersten Geschwindigkeitsbereich mit beispielsweise einer Druckgeschwindigkeit von größer als 0,5 m/s arbeiten und die zum Fixieren eine Thermodruckfixierstation verwenden, ist es günstig, die Papierbahn oder das Papierblatt vor dem eigentlichen Thermodruckfixiervorgang auf Temperaturen von ca. 100°C oder höher zu erwärmen, um so eine gute Verbindung des Tonerbildes mit der Papieroberfläche zu erhalten.
  • Soll eine Papierbahn oder ein Papiereinzelblatt, welches bereits auf einer Seite, beispielsweise der Rückseite, bedruckt und fixiert ist, auf der anderen Seite bedruckt und fixiert werden, so muß die bereits fixierte erste Seite zum Erwärmen des Papiers für den zweiten Fixiervorgang über die heiße Vorwärmsatteloberfläche geführt werden. Dabei treten bei diesem zweiten Fixiervorgang die folgenden Probleme auf:
    • a) Kontinuierlicher Druckbetrieb:
  • Das bereits fixierte Druckbild, welches über die heiße Vorwärmsatteloberfläche läuft, wird so stark erwärmt, daß es einen teigigen bis flüssigen Zustand annimmt und zum Teil auf die Satteloberfläche geschmiert wird. Je mehr Toner sich auf der Satteloberfläche ansammelt, umso mehr wird erneut Toner vom Tonerbild auf die Satteloberfläche übertragen, bis es zu einer sichtbaren Zerstörung des Tonerbildes auf dem Papier kommt.
    • b) Warte- oder Standby-Betrieb:
  • Während der Drucker sich im Warte- oder Standby-Betrieb befindet, liegt die Papierbahn mit dem bereits fixierten Druckbild auf dem heißen Sattel auf. Das Druckbild im Bereich der Vorwärmsatteloberfläche wird so stark erwärmt, daß es einen teigigen bis flüssigen Zustand annimmt und mit der heißen Vorwärmsatteloberfläche verklebt. Beim Start der Papierbahn wird dann das Tonerbild von der Papierbahnoberfläche gerissen und bleibt auf der heißen Satteloberfläche kleben.
  • Ziel der Erfindung ist es deshalb, eine Wärmefixiereinrichtung mit einem Vorwärmsattel zum Fixieren von Tonerbildern auf der Vorderseite eines Aufzeichnungsträgers in einem elektrografischen Druck- oder Kopiergerät, bei dem die Rückseite des Aufzeichnungsträgers bereits ein fixiertes Tonerbild aufweisen kann, bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Bei der Angabe Vorderseite und Rückseite eines Aufzeichnungsträgers handelt es sich um eine reine Relativangabe zur Beschreibung der beiden Seiten eines Aufzeichnungsträgers.
  • Führt man den Aufzeichnungsträger, der aus Einzelblättern oder aus Endlospapier bestehen kann, über einen Vorwärmsattel mit einer Gleitfläche aus tonerabweisendem Material, das eine für den teigigen bis flüssigen Toner abweisende Eigenschaft zeigt und eine hohe Abriebfestigkeit gegenüber der darauf gleitenden Papierbahn aufweist, so kann die Wärmefixiereinrichtung in Druck- oder Kopiergeräten verwendet werden, die sowohl im Simplex- als auch im Duplexbetrieb arbeiten.
  • Als günstig haben sich Materialien herausgestellt, die aus Fluorverbindungen hergestellt sind, wie zum Beispiel PTFE- bzw. PFA-Verbindungen.
    Das Material kann auf eine entsprechende Aufnahmefläche eines Vorwärmsattels aufgedampft, aufgesprüht oder aufgeklebt werden. PTFE- bzw. PFA-Verbindungen zeigen eine sehr gute Abweisfähigkeit gegenüber dem Tonermaterial und sehr gute Eigenschaften gegenüber Abrieb durch die Papierbahn.
  • Um die Abriebfestigkeit zu erhöhen, können dem PTFE oder PFA Verschleiß vermindernde Bestandteile wie Graphit oder Glasfasern mehr oder weniger stark beigemischt werden.
  • Da derartige Vorwärmsättel in der Regel bei elektrografischen Druckeinrichtungen der oberen Leistungsklasse (zwischen 2 Millionen bis 10 Millionen DIN A4-Seiten pro Monat) eingesetzt werden, ist ein verschleißloser Betrieb über Jahre hinweg unmöglich. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, wenn die Satteloberfläche bei Bedarf problemlos und einfach erneuert werden kann, ohne daß der teure Grundaufbau des Heizsattels mit Heizelementen mit erneuert werden muß. Zu diesem Zwecke kann eine tonerabweisende Schicht auf dünne Metallplatten aufgedampft, aufgesprüht oder aufgeklebt werden, wobei dann diese beschichteten Einzelplatten auswechselbar auf dem Grundaufbau des Vorwärmsattels befestigt sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die tonerabweisende Schicht als eine Folie ausgeführt, welche auf einer Seite eine dünne wärmeleitende Klebeschicht aufweist. Die Klebeschicht ist so ausgeführt, daß in heißem Zustand des Sattels die Folie von diesem wieder leicht abziehbar ist. Eine schnelle Erneuerung der Satteloberfläche ist somit bei Bedarf vor Ort beim Kunden sehr schnell möglich.
  • Die tonerabweisende Schicht kann auch als dünne Folie ausgeführt sein, die von einer Vorratsspule abgezogen über die Vorwärmsatteloberfläche geführt und dann wieder aufgewickelt wird. Die Folie wird dabei sehr langsam relativ zur Papierlaufrichtung bewegt.
  • Um einer faltenfreien Einlauf der Papierbahn in den Fixierspalt zwischen Fixier- und Andruckswalze zu erhalten, wurde bereits vorgeschlagen, das dem Fixiersoalt zugewandte Ende des Vorwärmsattels als Glättungskante auszubilden, über die der Aufzeichnungsträger stark umgelenkt wird. In dem Umschlingungsbereich im Bereich der Glättungskante tritt jedoch ein sehr starker Verschleiß der Tonerbeschichtung auf dem Aufzeichnungsträger auf. Dieser Verschleiß läßt sich verhindern, wenn im Umschlingungsbereich Rollen vorgesehen werden, die gegebenenfalls mit einer tonerabweisenden Beschichtung versehen sind.
  • Wird dem tonerabweisenden Material zur Erzielung einer hohen Verschleißfestigkeit der Oberfläche ein relativ hoher Anteil an Graphit oder Glasfasern beigemischt, so reduziert sich gegebenenfalls die Abweisfähigkeit der Oberfläche gegenüber dem Tonerbild. Um einen Übertrag des Tonerbildes in solchen Fällen während eines langen Warte- oder Standby Betriebes der Druckeinrichtung auf die Satteloberfläche zu verhindern, ist es günstig, den Aufzeichnungsträger von der Satteloberfläche abzuheben. Dies kann dadurch geschehen, daß im Wartezustand der Druckeinrichtung mit Hilfe einer Gebläseeinrichtung zwischen der Papierbahn und der Satteloberfläche bzw. Gleitfläche ein Luftkissen erzeugt wird. Eine weitere Möglichkeit zum Abheben besteht darin, ein geeignetes, zum Beispiel als Spanndraht ausgebildetes Abhebeelement, das den Aufzeichnungsträger über seine ganze Breite hintergreift, vorzusehen. Vorwärmsattel und Abhebeelement werden dabei relativ derart zueinander bewegt, daß in einem Abhebezustand der Aufzeichnungsträger im Abstand zum Vorwärmsattel über das Abhebeelement geführt wird.
  • In der Regel wird bei den elektrografischen Endlosdruckern der neuen Generation die Papierbahn automatisch in den Drucker eingelegt. Dabei muß die Papierbahn unter anderem über den Vorwärmsattel geführt werden. Beschichtungen aus Fluorverbindungen laden sich auf ihrer Oberfläche elektrostatisch auf, wenn Papier darauf gleitet. Durch die elektrostatischen Kräfte haftet die Papierbahn so stark an dem Vorwärmsattel, daß sie gegebenenfalls nicht mehr transportiert werden kann. Eine vorteilhafte Beimengung von elektrostatisch leitfähigen Stoffen wie Graphit oder dergleichen kann die Bildung von elektrostatischen Ladungen verhindern. Bei geklebten Materialschichten ist es günstig, wenn der Kleber ebenfalls leitfähig ist, um so eine leitfähige Verbindung zwischen tonerabweisendem Material und geerdetem Träger herzustellen.
  • Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen
    • Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Wärmefixiereinrichtung für eine elektrografische Druckeinrichtung,
    • Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Vorwärmsattels mit einer Gleitfläche aus tonerabweisendem Material,
    • Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Figur 2,
    • Figur 4 eine schematische Darstellung eines Vorwärmsattels mit darauf angeordneten beschichteten Metallplatten als Gleitfläche,
    • Figur 5 eine schematische Darstellung eines Vorwärmsattels mit zugehöriger Folientransporteinrichtung,
    • Figur 6 eine schematische Schnittdarstellung eines Vorwärmsattels mit zugeordneter Glättungsrolle,
    • Figur 7 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Vorwärmsattels mit einer pneumatischen Einrichtung zur bedarfsweisen Erzeugung eines Luftkissens zwischen dem Aufzeichnungsträger und dem Vorwärmsattel und
    • Figur 8 eine schematische Schnittdarstellung eines Vorwärmsattels mit zugehöriger mechanischer Abhebevorrichtung für den Aufzeichnungsträger.
  • Eine elektrografische Druckeinrichtung zum Bedrucken von Endlospapieren enthält eine in der Figur 1 schematisch dargestellte Wärmefixiereinrichtung, wie sie in US-A-4 147922 beschrieben ist. Die Wärmefixiereinrichtung ist als Thermodruck-Fixiereinrichtung ausgebildet. Sie enthält eine über Strahler 10 beheizte Heizwalze 11 und einen elektromotorisch an die Heizwalze 11 an- und abschwenkbare Andruckwalze 12. Die Heizwalze besteht aus einem Aluminiumzylinder mit darauf angeordneter wärmebeständiger Beschichtung, die Andruckwalze besteht ebenfalls aus einem Aluminiumzylinder mit einer Beschichtung aus Silikon. Die Heizwalze 11 wird elektromotorisch angetrieben. Der Heizwalze 11 ist eine Beölungseinrichtung 13 zum Auftragen von Trennöl auf die Heizwalze zugeordnet. In Aufzeichnungsträger-Transportrichtung den Walzen vorgelagert ist ein beheizter Vorwärmsattel 15 mit zugehöriger Unterdruckbremse 16, der dazu dient, einen als Endlospapier ausgebildeten Aufzeichnungsträger 17 vorzuwärmen und im vorgewärmten Zustand dem eigentlichen Fixierspalt zwischen den Walzen 11 und 12 zuzuführen. Gebremst von der Unterdruckbremse 16 und angetrieben über die Walzen wird der Aufzeichnungsträger 17 straff über den Vorwärmsattel 15 geführt. Ein auf dem Aufzeichnungsträger befindliches loses Tonerbild wird auf dem Vorwärmsattel 15 vorgewärmt und durch Wärme und Druck zwischen den Walzen 11 und 12 fixiert.
  • Eine den Walzen 11 und 12 in Papierlaufrichtung nachgeordnete Kühleinrichtung 18 sorgt für eine Kühlung des gesamten Papieres. Hierzu enthält die Kühleinrichtung 18 eine mit Öffnungen versehene Kühlfläche 19, die von dem Aufzeichnungsträger 17 überstrichen wird, wobei über einen Luftzuführungskanal 20 zugeführte kalte Luft aus den Öffnungen strömt und ein kühlendes Luftpolster unter dem Aufzeichnungsträger 17 erzeugt. Gleichzeitig wird über ein gegenüberliegendes Profil Luft auf die betonerte Seite des Aufzeichnungsträgers geblasen.
  • Bei der beschriebenen Wärmefixiereinrichtung erfolgt die Vorwärmung des Endlospapieres 17 über einen Niedertemperatur-Vorwärmsattel 15, der aus zwei hintereinander geschalteten beheizten Sätteln besteht, nämlich einem ortsfesten Vorheizsattel 21 und einem um einen Drehpunkt 22 verschwenkbaren Heizsattel 23. Vorheizsattel 21 und Heizsattel 23 bilden in Papierlaufrichtung gesehen zwei getrennte Heizzonen. Die gesamte Vorheizstrecke hat dabei eine Länge von etwa 500 bis 700 mm. Das Papier 17 gleitet bei der Vorwärmung auf Gleitflächen 24 des Vorheizsattels 21 bzw. Heizsattels 22.
  • Um zwischen den Sätteln und dem Papier einen guten Kontakt herzustellen und damit die Temperaturdifferenz klein zu halten, sind die Gleitflächen bzw. die Sättel gewölbt ausgebildet mit einem Wölbungsradius, der bei dem dargestellten Beispiel 700 mm beträgt. Durch die Wölbung der Gleitflächen in Verbindung mit dem Zug durch die Walzen 11 und 12 und das Abbremsen durch die Unterdruckbremse 16 wirkt über die gesamte Sattellänge eine Kraftkomponente, die das Papier 17 an die Gleitflächen 24 drückt. Außerdem wird die Stabilität des Papierlaufes auf dem Sattel dadurch gefördert. Die Sättel 21 bzw. 23 weisen quer zur Papierlaufrichtung längliche Vertiefungen 25 auf, die sich über die gesamte Breite der Sättel erstrecken. Sie sind durch seitliche Bohrungen 26 mit einem Kanal 27 verbunden. Der Luftkanal verläuft unterhalb der Sättel und ist mit einer Überdruck und Unterdruck erzeugenden pneumatischen Einrichtung, zum Beispiel einem Gebläse und einer Pumpe verbunden. Im Druckbetrieb wird der Aufzeichnungsträger (Papier) durch Unterdruck an die Gleitflächen 24 der Sättel angesaugt und der durch die Vorwärmung frei werdende Wasserdampf abgesaugt. Im Standby-Betrieb wird durch Überdruck ein Luftkissen zwischen Aufzeichnungsträger 17 und Sattel bzw. Gleitfläche 24 erzeugt.
  • Die Beheizung der Sättel 21 bzw. 23 erfolgt durch elektrische Widerstandselemente in Form von auswechselbar angeordneten Heizpatronen, die in Bohrungen 29 angeordnet sind. Der Vorwärmsattel ist als Niedertemperatursattel ausgebildet, dessen Heizleistung über eine mikroprozessorgesteuerte Regelanordnung geregelt wird.
  • Die Wärmefixiereinrichtung ist auch zum Fixieren von Aufzeichnungsträgern geeignet, die bereits auf ihrer Rückseite ein fixiertes Tonerbild aufweisen. Dieses Tonerbild kann in einem ersten Durchlauf auf der Rückseite oder der Vorderseite des Aufzeichnungsträgers aufgedruckt und fixiert werden, danach wird in einem weiteren Durchlauf ein weiteres Tonerbild auf der entsprechenden anderen Seite aufgebracht und fixiert. Zu diesem Zwecke besteht entsprechend der Darstellung der Figuren 2 und 3 die Gleitfläche 24 aus einer tonerabweisenden Kunststoffschicht, aus einer Fluorverbindung, zum Beispiel einer PTFE- bzw. PFA-Verbindung, die auf der bearbeiteten Oberfläche des Vorwärmsattels 15 aufgedampft, aufgesprüht oder aufgeklebt wird.
    Beschrieben werden die Verbindungen wie folgt:
  • Polytetrafluorethylen (PTFE) mit der Strukturformel:
    Figure imgb0001
  • Perfluoralkoxy-Polymere (PFA) mit der Strukturformel:
    Figure imgb0002
    mit R=CnFn+1 als perfluorierte Alkan-Seitenkette
  • PTFE- bzw. PFA- Verbindungen zeigen eine sehr gute Abweisfähigkeit gegenüber dem Tonermaterial und sehr gute Eigenschaften gegenüber Abrieb durch die Papierbahn. Um die Abriebfestigkeit zu erhöhen, können der tonerabweisenden Schicht Bestandteile wie Graphit oder Glasfaser mehr oder weniger stark beigemischt werden.
  • Da Heizsättel in der Regel bei elektrografischen Druckeinrichtungen der oberen Leistungsklasse mit einer Seitenleistung von 2 bis 10 Millionen DIN A4-Seiten pro Monat eingesetzt werden, unterliegen diese Heizsättel einem relativ hohen Verschleiß. Aus diesem Grunde ist es günstig, wenn die Satteloberfläche problemlos bei Bedarf einfach erneuert werden kann, ohne daß der teure Grundaufbau des Heizsattels mit Heizelementen miterneuert werden muß.
  • Um diese Austauschbarkeit zu ermöglichen, wird bei einem Ausführungsbeispiel entsprechend der Figur 4 die tonerabweisende Schicht 30 auf dünne Metallplatten 31 aufgedampft, aufgesprüht oder aufgeklebt. Die dünnen Metallplatten 31 können eine Stärke von 1 bis 5 mm haben und sie sind auswechselbar auf dem Grundaufbau 32 des Vorwärmsattels aufgespannt oder aufgeschraubt.
  • Die tonerabweisende Schicht 30 kann auch als dünne Folie ausgeführt sein, welche auf einer Seite eine dünne, gut wärmeleitende Klebeschicht aufweist. Die Klebeschicht ist so ausgeführt, daß im heißen Zustand des Sattels die Folie von diesem wieder leicht abziehbar ist. Eine schnelle Erneuerung der Satteloberfläche ist somit bei Bedarf vor Ort beim Kunden sehr schnell möglich.
  • Bei einem in der Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die tonerabweisende Schicht 30 als dünne Folie 33 ausgebildet. Die Folie 33 erstreckt sich über die gesamte Breite des Vorwärmsattels. Sie ist als Vorrat auf einer Spule 34 aufgewickelt, welche im Satteleinlaufbereich unterhalb des Vorwärmsattels angebracht ist. Diese Folie wird von dieser Vorratsspule 34 ausgehend über den Vorwärmsattel in Papierlaufrichtung bis zum Heizsattelauslauf gespannt und auf einer Aufnahmespule 35 unterhalb des Vorwärmsattels wieder aufgewickelt. Die Folie wird mit Hilfe einer mit der Aufnahmespule 35 gekoppelten Antriebseinrichtung im Verhältnis zur Aufzeichnungsträgergeschwindigkeit extrem langsam bewegt und auf die Aufnahmespule 35 aufgewickelt. Auf der einlaufseitigen Vorratsspule 34 befindet sich ein Folienvorrat, welcher für die gesamte Druckerlebensdauer ausgelegt sein kann. Der Vorwärmsattel ist auf diese Weise wartungsfrei ausgestaltet.
  • Um einen faltenfreien Einlauf der Aufzeichnungsträgerbahn 17 in den Fixierspalt zwischen Fixierwalze 11 und Andruckwalze 12 zu erhalten, ist es günstig, die Papierbahn um die Papierauslaufsattelkante 36 des Vorwärmsattels in einer Umschlingung zu führen. In diesem Umschlingungsbereich tritt jedoch extremer Verschleiß des bereits fixierten Tonerbildes auf dem Aufzeichnungsträger auf. Dieser Verschleiß läßt sich entsprechend einer in der Figur 6 dargestellten Ausführungsform dadurch verhindern, daß im Umschlingungsbereich eine oder mehrere Umlenkrollen 37 in Form von Glättungsrollen angeordnet werden, die ebenfalls mit einer tonerabweisenden Beschichtung versehen sein können. Die Glättungsrollen 37 lenken den Aufzeichnungsträger 17 aus einer durch die Gleitfläche 24 bestimmten Laufrichtung in eine Zulaufrichtung zur Thermodruckfixierstation um und zwar mit einem Umlenkwinkel, der derart bemessen ist, daß ein Glättungseffekt auf den Aufzeichnungsträger 17 ausgeübt wird.
  • Wird der tonerabweisenden Schicht 30 zur Erzielung einer hohen Verschleißfestigkeit der Oberfläche ein relativ hoher Anteil an Graphit oder Glasfasern beigemischt, so kann sich gegebenenfalls die Abweisefähigkeit der Oberfläche gegenüber Toner vermindern. Um einen Übertrag des Tonerbildes in solchen Fällen wahrend eines langen Warte- oder Standbyzustandes der Druckeinrichtung auf die Vorwärmsatteloberfläche zu verhindern, ist es günstig, den Aufzeichnungsträger 17 im Wartezustand der Druckeinrichtung von der Vorwärmsatteloberfläche abzuheben.
  • Zu diesem Zweck wird bei einem Ausführungsbeispiel entsprechend der Figur 7 über den pneumatischen Kanal 27, die Bohrungen 26 und die Schlitze 25 im Wartezustand Luft zugeführt, so daß zwischen Gleitfläche 24 und Aufzeichnungsträger 17 ein Luftkissen entsteht, das den Aufzeichnungsträger 17 im Abstand zur Gleitfläche 24 hält. Ein Ankleben des Aufzeichnungsträgers auf die Vorwärmsatteloberfläche ist damit ausgeschlossen. Wird als tonerabweisende Schicht eine Folie 33 verwendet, so kann in ähnlicher Weise zwischen Folie 33 und Vorwärmsattel ein Luftpolster erzeugt werden.
  • Eine weitere Möglichkeit zum Abheben des Aufzeichnungsträgers im Wartebetrieb der Druckeinrichtung von dem Vorwärmsattel ist in der Figur 8 dargestellt. Ein den Aufzeichnungsträger 17 im Bereich des Vorwärmsattels hintergreifendes Abhebeelement z.B. in Form eines Spanndrahtes 38 ist ortsfest in Halterungen der Druckeinrichtung angeordnet und zwar derart, daß in einer dem Druckbetrieb zugeordneten Position D des Vorwärmsattels der Spanndraht 38 in einer Aussparung 39 des Vorwärmsattels zu liegen kommt. Beim Verschwenken des Vorwärmsattels bzw. des Heizsattels aus der Druckposition D in eine Warteposition W bleibt der Spanndraht 38 stationär und die Papierbahn 17 wird dadurch von der heißen Vorwärmsatteloberfläche abgehoben.
    Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Spanndraht 38 oder andere Papierablegeelemente aus der Oberfläche des Vorwärmsattels zu schwenken und ihn bei Aufnahme des Druckbetriebes wieder in der Oberfläche zu versenken.
  • Bei elektrografischen Druckeinrichtungen der neueren Generation wird der Aufzeichnungsträger 17 automatisch in die Druckeinrichtung eingelegt. Hierbei muß die Papierbahn u.a. über den Vorwärmsattel geführt werden. Beschichtungen aus Fluorverbindungen wie PTFE oder PFA laden sich auf ihrer Oberfläche extrem elektrostatisch auf, wenn Papier darauf gleitet. Damit kann es vorkommen, daß die so erzeugten elektrostatischen Kräfte einen Weitertransport der Papierbahn 17 behindern. Durch Beimengung von elektrostatisch leitfähigen Stoffen, z.B. Graphit oder ähnlichen Materialien in die tonerabweisende Schicht 30 können derartige elektrostatische Ladungen verhindert werden. Besteht die tonerabweisende Schicht 30 aus einer auf den Vorwärmsattel geklebten Schicht, ist es notwendig, den Kleber ebenfalls leitfähig auszugestalten, um so eine leitfähige Verbindung zum Vorwärmsattels, der günstigerweise geerdet ist, herzustellen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    = Strahler, Heizstrahler
    11
    = Heizwalze, Fixierwalze
    12
    = Andruckwalze
    13
    = Beölungseinrichtung
    15
    = Vorwärmsattel
    16
    = Unterdruckbremse
    17
    = Aufzeichnungsträger
    18
    = Kühleinrichtung
    19
    = Kühlfläche
    20
    = Luftzuführungskanal
    21
    = Vorheizsattel
    22
    = Drehpunkt
    23
    = Heizsattel
    24
    = Gleitfläche
    25
    = längliche Vertiefung, Schlitz, Öffnung
    26
    = Bohrung
    27
    = Druckkanal, pneumatischer Kanal
    28
    = Heizpatrone, Heizelement
    29
    = Bohrung für Heizpatrone
    30
    = tonerabweisende Schicht
    31
    = Metallplatten
    32
    = Grundaufbau Vorwärmsattel
    33
    = tonerabweisende Schicht in Form einer Folie
    34
    = Vorratsspule
    35
    = Aufnahmespule
    36
    = Papierauslauf-Sattelkante des Vorwärmsattels
    37
    = Umlenkrollen
    38
    = Abhebeelement, Spanndraht
    39
    = Aussparung
    D
    = Druckposition
    W
    = Warteposition (Standby-Betrieb)

Claims (17)

  1. Wärmefixiereinrichtung zum Fixieren von Tonerbildern auf der Vorderseite eines Aufzeichnungsträgers (17) in einem elektrografischen Druck- oder Kopiergerät, bei dem die Rückseite des Aufzeichnungsträgers (17) bereits ein fixiertes Tonerbild aufweisen kann mit
    einer die Tonerbilder auf dem Aufzeichnungsträger (17) fixierenden Thermodruckfixierstation (12, 11) und
    einem der Thermodruckfixierstation (11, 12) in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung vorgelagerten Vorwärmsattel (15) mit zugeordneter, den Aufzeichnungsträger (17) über seine Rückseite aufnehmender Gleitflächer (24), wobei die Gleitfläche (24) mindestens im Kontaktbereich zum Aufzeichnungsträger (17) aus einem tonerabweisenden Material (30) aufgebaut ist.
  2. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 1 mit einem tonerabweisenden Material (30) aus einer Fluor-Verbindung.
  3. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 2 mit einer PTFE- oder PFA-Verbindung als tonerabweisendes Material (30).
  4. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem verschleißmindernde Partikel wie Graphit und/oder Glasfasern aufweisenden, tonerabweisenden Material (30).
  5. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit tonerabweisendem Material (30), das elektrostatisch leitfähig ausgebildet ist.
  6. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer auswechselbar auf dem Vorwärmsattel (15) befestigbaren Gleitfläche (24).
  7. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Folie als Gleitfläche (24), die zur Befestigung auf dem Vorwärmsattel (15) eine möglichst dünne, wärmeleitende Klebeschicht aufweist.
  8. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Folie (33) als Gleitfläche (24), die ausgehend von einem Vorratsbereich (34) über den Vorwärmsattel (15) zu einem Zuführbereich (35) geführt wird.
  9. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 8 mit einer die Folie (33) über den Vorwärmsattel (15) bewegenden Antriebseinrichtung.
  10. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer den Aufzeichnungsträger (17) von dem Vorwärmsattel (15) bedarfsweise trennenden Vorrichtung.
  11. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 10 mit einer pneumatischen Einrichtung, die über dem Vorwärmsattel (15) zugeordnete Luftaustrittsöffnungen ein den Aufzeichnungsträger (17) vom Vorwärmsattel (15) trennendes Luftkissen erzeugt.
  12. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 10 mit einem den Aufzeichnungsträger (17) über seine Breite im Bereich des Vorwärmsattels (15) hintergreifenden Abhebeelement (38), wobei Vorwärmsattel (15) und Abhebeelement (38) derart relativ zueinander bewegbar ausgebildet sind, daß in einem Abhebezustand der Aufzeichnungsträger (17) im Abstand zum Vorwärmsattel (15) über das Abhebeelement (38) geführt wird.
  13. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 12 mit einem seilartigen Element (38) als Abhebeelement.
  14. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 mit einem Vorwärmsattel (15), der an einem der Thermodruckfixierstation zugewandten Ende (36) mindestens eine Glättungsrolle (37) aufweist, über die der Aufzeichnungsträger (17) aus einer durch die Gleitfläche (24) bestimmten Laufrichtung in eine Zulaufrichtung zur Thermodruckfixierstation (11,12) umgelenkt wird, wobei der Umlenkwinkel derart bemessen ist, daß ein Glättungseffekt auf den Aufzeichnungsträger (17) ausgeübt wird.
  15. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 14 mit einer eine tonerabweisende Schicht (30) aufweisenden Glättungsrolle (37).
  16. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Vorwärmsattel (15) mit einer als Vorheizsattel (21) ausgebildeten ersten Heizzone niederer Temperatur und einer in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung nachgeordneten, als Heizsattel (23) ausgebildeten zweiten Heizzone höherer Temperatur.
  17. Verfahren zum Herstellen einer Gleitfläche (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durch Auftragen einer tonerabweisenden Materialschicht (30) auf eine dem Vorwärmsattel (15) zugeordnete Trägerfläche.
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