Einrichtung zum Heissfixieren von Tonerbildern aus thermoplastischem Tonermaterial

Abstract

 Es ist ein Paar von zu beiden Seiten einer Transportbahn für die Aufzeichnungsträger (3) angeordneten und mit vor­bestimmten Anpreßdruck aufeinander abrollenden Fixierrol­len (1, 2) vorgesehen. Davon ist mindestens die dem To­nermaterial (5) zugewandte Fixierrolle (1) erwärmbar und mit einer dünnen Oberflächenschicht aus Silikonöl be­netzt. Dieses wird über eine Anordnung (6, 7, 8, 9) zur Ölzuführung zugeleitet. Diese weist ein Leitungsendstück (71) aus porösem Material und ein damit in Kontakt ste­hendes Andruckkissen (8) ebenfalls aus porösem und zu­sätzlich wärmebeständigem Material auf. Das Leitungsend­stück und das Andruckkissen sind parallel zur Längsachse der zugeordneten Fixierrolle (1) so angeordnet, daß das Andruckkissen auf der Oberfläche der Fixierrolle großflä­chig anliegt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Heiß­fixieren von auf blattförmige Aufzeichnungsträger aufge­brachten Tonerbildern aus thermoplastischem Tonermaterial gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

[0002] Bei elektrofotografischen Geräten, wie Kopiergeräten und nach dem elektrofotografischen Prinzip arbeitenden nicht­mechanischen Druckern, wird zunächst unter Verwendung be­kannter Verfahren das gewünsche Druckbild in Form einer mikroskopisch feinen Verteilung von Tonerteilchen auf dem Aufzeichnungsträger erzeugt und dieses anschließend in einer Fixierstation dokumentenecht auf dem Aufzeichnungs­träger fixiert. Für das dokumentenechte Fixieren des To­nerbildes sind eine Reihe von Fixierverfahren bekannt, die je nach dem gewählten Anwendungsfall eingesetzt wer­den. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ein­richtung zum Heißfixieren von Tonerbildern aus thermopla­stischem Tonermaterial, das beim Fixieren durch Wärmezu­fuhr erweicht wird. Da die Zufuhr von Wärme in bezug auf das Material der Aufzeichnungsträger kritisch ist, werden seit langem Anstrengungen unternommen, neben der Verbes­serung der thermoplastischem Eigenschaften des Tonermate­rials auch die zuzuführende Wärmemenge zu reduzieren. Das läßt sich dadurch erreichen, daß gleichzeitig mit der Wärmezufuhr auch Druck auf das zu fixierende Tonerbild ausgeübt wird.

[0003] Eine dieses Konzept verwirklichende Fixierstation kann aus einem Paar von Fixierrollen aufgebaut werden, die je­ weils zu beiden Seiten einer Transportbahn für den Auf­zeichnungsträger angeordnet sind und aufeinander gegen­läufig abrollen. Üblicherweise wird dabei mindestens eine dieser beiden Fixierrollen mit einer elastischen Oberflä­chenschicht versehen, die beispielsweise aus Silikonkaut­schuk besteht. Aufgrund der elastischen Eigenschaften dieses Materials und der gegenseitigen mechanischen An­ordnung des Rollenpaares ergibt sich eine definierte Ver­formung dieser elastischen Oberfläche, so daß sich das Rollenpaar in einem vorbestimmten Bereich des Umfanges berührt, der praktisch die Fixierstrecke darstellt. Damit hat man es in der Hand, die Betriebsparameter Druck, Wär­me und Einwirkzeit auf den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere auch das verwendete Tonermaterial optimal einzustellen.

[0004] Damit ist jedoch ein Problem noch nicht gelöst, das das Adhäsionsverhalten des Tonermaterials betrifft. Wenn im Bereich der Fixierstrecke die dem Tonermaterial zugekehr­te Fixierrolle auf den Aufzeichnungsträger einwirkt, dann muß erreicht werden, daß sich die erweichenden Tonerteil­chem im Idealfall vollständig mit der Oberfläche des Auf­zeichnungsträgers bleibend verbinden und nicht etwa an der Oberfläche der zugeordneten Fixierrolle haften blei­ben. Zu diesem Zweck wird diese Rolle bekanntlich mit Si­likonöl benetzt, um die Affinität der Rollenoberfläche für die Tonerteilchen herabzusetzen, so daß im wesentli­chen keine Tonerteilchen vom Aufzeichnungsträger auf die Fixierrolle wandern.

[0005] Durch diese Maßnahme wird also verhindert, daß das Toner­bild auf dem Aufzeichnungsträger gespalten wird und ein Geisterbild im nächsten Zyklus auf den Aufzeichnungsträ­ger übertragen wird. Diese Benetzung der dem Tonerbild zugewandten Fixierrolle hat darüber hinaus insbesondere bei blattförmigen Aufzeichnungsträgern den weiteren Vor­teil, daß auch der Aufzeichnungsträger selbst weniger leicht an der Fixierrolle haften bleibt und sich das Ab­streifen der Vorderkante des geförderten Aufzeichnungs­trägers vereinfacht.

[0006] Allerdings ist das Benetzen der Oberfläche der Fixierrol­le mit Silikonöl durchaus nicht unkritisch. Einerseits sollte die Ölschicht auf der Oberfläche der Fixierrolle möglichst gleichmäßig und ausreichend dick sein, damit der gewünschte Erfolg in jedem Fall eintritt, anderer­seits darf die Menge an Silikonöl auf der Oberfläche der Fixierrolle einen gewissen Maximalwert nicht überschrei­ten, sonst bleiben sichtbare Rückstände von Silikonöl auf dem Aufzeichnungsträger, die unansehnliche oder sogar mangelhafte Druckerzeugnisse bedeuten.

[0007] Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, auch dieses Pro­blem beim Heißfixieren beherrschen zu lernen. Die bekann­ten Lösungen reichen von Versuchen die Oberfläche der Fi­xierrolle selbstschmierend zu gestalten, d. h. eine sepa­rate Zuführung von Silikonöl völlig zu vermeiden bis zu Versuchen durch die Art der Aufbringung des Silikonöls auf die Oberfläche der Fixierrolle die aufgebrachte Sil­ikonölmenge so einzustellen, daß den beiden gegenläufigen Forderungen genügt wird. So hat man beispielsweise Schmierfilze zur Übertragung von Silikonöl aus einem Vor­ratsbehälter auf die Oberfläche der Fixierrolle verwen­det, wobei die Kapillarwirkung im Schmierfilz ausgenutzt wird. Diese Lösung hat den Nachteil, daß sich Silikonöl auf der Oberfläche der Fixierrolle während Betriebspausen in unerwünschter Menge ansammeln kann und dann die ersten durch die Fixierstation laufenden Aufzeichnungsträger verschmutzt sind. Man hat aber auch Röhrchen verwendet, die in Richtung der Längsachse der Fixierrolle und unmit­telbar benachbart zu deren Oberfläche angeordnet sind. Solche Röhrchen weisen eine Vielzahl von Mikrodüsen auf, durch die unter Anwendung eines vorbestimmtem Druckes ei­ne definierte Menge von Silikonöl nur bei umlaufender Fi­ xierrolle austritt. In Betriebspausen wird der Überdruck weggenommen, um das Austreten von Silikonöl zu vermeiden. Dies hat den Nachteil, daß in diesen Pausen Luft in die Zuführleitung für das Silikonöl eintritt und diese Luft erst ausgepumpt werden muß, wenn das elektrofotografische Gerät wieder in Betrieb genommen wird. Diese Lösung ist also konstruktiv sehr aufwendig.

[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­grunde, in einer Einrichtung zum Heißfixieren von auf blattförmige Aufzeichnungsträger aufgebrachten Tonerbil­dern aus thermoplastischem Material eine Anordnung zum Zuführen von Silikonöl zu schaffen, die bei geringem kon­struktiven Aufwand im Betriebszustand stets eine noch ausreichende Menge von Silikonöl gleichmäßig auf die Oberfläche der zugeordneten Fixierrolle überträgt und da­bei im wesentlichen wartungsfrei ist bzw. eine einfache Durchführung von Wartungsarbeiten gestattet.

[0009] Bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 beschriebenen Merkmale gelöst.

[0010] Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß es bei dem heutigen Stande der Technik möglich ist, das oben erwähnte Röhrchen mit den Mikrodüsen durch Leitungsend­stücke für die Silikonölleitung aus einem porösen Mate­rial zu ersetzen. Hier kann man über die Porosität des Materials einerseits und die Viskosität des Silikonöls andererseits als Parameter die Austrittsmenge des Sili­konöls auch bei verringertem Überdruck definiert festle­gen. Allerdings sind derartige poröse Materialien in vie­len Fällen auch flexibel. Dies hat wohl den Vorteil, daß man einen solchen porösen Schlauch zwar unmittelbar auf die Oberfläche der Fixierrolle auflegen kann, jedoch ist einzusehen, daß die konstruktive Festlegung eines dünnen flexiblen Schlauchendes längs einer Mantellinie der Fi­ xierrolle konstruktiv insbesondere dann nicht ganz ein­fach ist, wenn die möglichst gleichmäßige Benetzung der Oberfläche der Fixierrolle eine unbedingte Voraussetzung ist. Dazu kommt weiterhin, daß das poröse Material im Be­reich der Berührungslinie auf Dauer einen Verschleiß un­terliegt. Man muß also davon ausgehen, daß ein derartiges Leitungsendstück zumindestens in Wartungsabständen um ei­nen definierten Winkel verdreht werden muß, um eine gleichmäßige Abnutzung zu erreichen. Eine definierte Win­keldrehung eines derartigen porösen Leitungsendstückes über die gesamte Länge ist aber nur mit relativ aufwendi­gen konstruktiven Lagerungen bzw. Halterungen für das Leitungsendstück zu erreichen.

[0011] Aus diesem Grund wird gemäß der Erfindung in Kombination mit einem derartigen porösen Leitungsendstück das An­druckkissen verwendet, das zwischen dem Leitungsendstück und der Oberfläche der zugeordneten Fixierrolle längs ei­ner Mantellinie angeordnet ist. Dabei übernimmt das An­druckkissen die Funktion eines Übertragerelementes für das aus dem porösen Leitungsendstück austretende Silikon­öl. Das Andruckkissen läßt sich bei größerer Anlagefläche konstruktiv leichter derartig haltern, daß es mit defi­niertem Anpreßdruck an der Oberfläche der Fixierrolle an­liegt. Damit wird auch die Halterung für das poröse Lei­tungsendstück wesentlich einfacher, insbesondere auch, weil es nicht mehr drehbar gelagert sein muß, da es in diesem Fall keinem Verschleiß unterliegt.

[0012] Wie Weiterbildungen der Erfindung zeigen, kann die Halte­rung für das Andruckkissen auch so ausgestaltet sein, daß dieses auswechselbar ist. In diesem Fall wird das An­druckkissen als ein echtes Verschleißteil betrachtet, das in Wartungsintervallen ausgewechselt wird. Das Andruck­kissen kann in diesem Fall eindeutig die Aufgabe mitüber­nehmen, von der Fixierrolle trotz der Benetzung mit Sili­konöl noch mitgenommene Tonerteilchen abzustreifen, so daß übliche Reinigungseinrichtungen, die z. B. aus einem Abstreifmesser aus Polyurethan bestehen, eingespart wer­den können, weil das Andruckkissen die Funktion eines Reinigungselementes für die Fixierrolle mit übernimmt.

[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der einzigen Figur näher beschrieben. Da davon ausgegangen werden kann, daß der prinzipielle Aufbau von elektrofotografischen Geräten, seien es Kopiergeräte oder nach dem elektrofotografischen Prinzip arbeitende nicht­mechanische Drucker, durchaus bekannt ist und dafür auch eine Vielzahl von Lösungen für Fixierstationen dem Fach­mann geläufig sind, erscheint es hier nicht erforderlich, eine derartige Station zum Heißfixieren von auf blattför­migen Aufzeichnungsträgern aufgebrachten Tonerbildern aus thermoplastischem Tonermaterial in allen konstruktiven Einzelheiten darzustellen und zu erläutern. Zur Vereinfa­chung der Darstellung beschränkt sich diese deshalb auf die im vorliegenden Fall wesentlichen Elemente und gibt die konventionellen Teile für eine Heißfixiereinrichtung nur schematisch wieder.

[0014] So ist schematisch ein Paar von Fixierrollen 1, 2 darge­stellt, die gegenläufig drehbar und zueinander so ange­ordnet sind, daß sie unter teilweise elastischer Verfor­mung mindestens einer der beiden Rollen, hier der unten liegenden Fixierrolle 2, aufeinander abrollen. Die Berüh­rungsfläche der beiden Fixierrollen 1, 2 liegt im Bereich einer Transportbahn für blattförmige Aufzeichnungsträger 3, die in der durch den Pfeil 4 angedeuteten Transport­richtung gefördert werden. Auf dem blattförmigen Auf­zeichnungsträger 3 ist schematisch ein Tonerbild 5 ange­deutet, das beim Durchlauf durch die Fixierstation im Be­reich der Fixierstrecke, die mit dem verformten Oberflä­chenbereich 21 der zweiten Fixierrolle 2 übereinstimmt, auf dem Aufzeichnungsträger 3 fixiert wird.

[0015] In diesem Beispiel ist angenommen, daß die Fixierrolle 1, ohne daß dies hier im einzelnen dargestellt ist, in kon­ventioneller Weise von innen beheizbar ist, so daß die in dem Bereich der Fixierstrecke 21 gelangenden Tonerteil­chen unter Druck- und Wärmezufuhr schmelzen und auf der Oberfläche des blattförmigen Aufzeichnungsträgers 3 fest­backen.

[0016] Um die Affinität der Fixierrolle 1 gegenüber den auf­schmelzenden Tonerteilchen im Bereich der Fixierstrecke 21 möglichst gering zu halten, wird die Oberfläche der Fixierrolle 1 mit Silikonöl benetzt. Eine Anordnung zum Zuführen und gleichmäßigen Verteilen des Silikonöles auf der Oberfläche der Fixierrolle 1 besteht zunächst aus ei­nem Vorratsbehälter 6 für das Silikonöl und einer an die­sen Behälter angeschlossenen Ölleitung 7. Diese endet in einem Leitungsendstück 71, das parallel zur Längsachse der Fixierrolle 1 angeordnet ist. Die einzige Forderung für dieses Leitungsendstück ist zunächst nur, daß es aus einem porösen Material besteht, dessen Porosität eindeu­tig festgelegt ist. Sie ist auf die Viskosität des Sil­ikonöls derart abgestimmt, daß unter Berücksichtigung der Oberfläche des Leitungsendstückes 71 pro Zeiteinheit eine definierte Menge von Silikonöl austritt, die die Umfangs­fläche der Fixierrolle 1 gerade noch ausreichend benetzt.

[0017] Zwischen dem porösen Leitungsendstück 71 und der gegen­überliegenden Oberfläche der Fixierrolle 1 ist ein An­druckkissen 8 angeordnet, das in der Zeichnung im Schnitt dargestellt ist. Es bildet ein Übertragungs- und Vertei­lerelement für das aus dem porösen Leitungsendstück 71 austretende Silikonöl. Das Andruckkissen weist beispiels­weise ein flaches Rahmenteil 81 auf, in das das eigentli­che Übertragerelement 82 für das Silikonöl eingelegt ist. Über dieses Rahmenteil ist das Andruckkissen 8 in eine gehäusefeste Halterung 9 eingeschoben. Das gegenüberlie­gende Ende des Andruckkissens 8 möge in einer ähnlichen Halterung festgelegt sein, die in der Schnittdarstellung jedoch nicht sichtbar ist. Zugleich können diese Halte­rungen 9 auch obenliegende Querstege 91 aufweisen, die als Klemmen zum Festlegen des porösen Leitungsendstückes 71 ausgebildet sind.

[0018] Auch das Andruckkissen 8 ist aus einem porösen Material hergestellt, das jedoch nicht notwendigerweise identisch mit dem Material für das Leitungsendstück 71 ist. So wäre es beispielsweise denkbar, daß das Leitungsendstück 71 aus einem porösen Keramikteil besteht und damit relativ stabil ist. Wegen der Übertragerfunktion des Andruckkis­sens ist dieses dagegen vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das nicht nur porös, sondern auch elastisch ist, damit es sich einerseits gut an die Oberfläche der Fixierrolle 1 anschmiegt, andererseits aber auch nicht einem zu starken Verschleiß unterliegt bzw. die Oberflä­che der Fixierrolle beschädigt. Dazu kommt weiterhin, daß voraussetzungsgemäß die Fixierrolle 1 von innen beheizbar ist, deshalb wird auch eine gewisse Wärmebeständigkeit des porösen Materials für das Andruckkissen 8 gefordert.

[0019] Alle diese Eigenschaften weist ein Andruckkissen auf, das aus geschäumtem, offen porigem Polytetrafluoräthylen her­gestellt ist. Dieser Werkstoff ist zudem auch gegenüber Silikonöl ausreichend beständig. Wegen all dieser Eigen­schaften des genannten Werkstoffes kann es auch zweckmä­ßig sein, ebenfalls das poröse Leitungsendstück 71 aus diesem Material herzustellen, jedoch sind, wie erwähnt, auch unterschiedliche Materialkombinationen denkbar, so­fern nur jeweils die Porosität des jeweiligen Werkstoffes bekannt und mit angemessener Toleranz reproduzierbar ist.

[0020] Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß die dargestellte Halterung für das Andruckkissen 8 eine konstruktive Lö­sung illustriert, die es erlaubt, das Andruckkissen 8 in Pfeilrichtung 10 von der Fixierrolle 1 abzuziehen und durch ein neues Andruckkissen zu ersetzen. Ein derartiger Ersatz könnte in Wartungsintervallen vorgenommen werden und bietet somit die Möglichkeit, das Andruckkissen 8 selbst als Reinigungselement für die Fixierrolle 1 zu verwenden, das von der Fixierrolle trotz der Benetzung mit Silikonöl noch mitgenommene Tonerteilchen sammelt und zurückhält. Damit wird die Fixierrolle 1 kontinuierlich gereinigt und es bleiben keine Tonerreste auf der Fixier­rolle 1 zurück, die im nächsten Fixierzyklus als Ver­schmutzungen auf den dann die Fixierstation durchlaufen­den Aufzeichnungsträger 3 übertragen werden könnten.

Ansprüche

1. Einrichtung zum Heißfixieren von auf blattförmige Auf­zeichnungsträger aufgebrachten Tonerbildern aus thermo­plastischem Tonermaterial, wobei diese Einrichtung ein Paar von zu beiden Seiten einer Transportbahn für die Aufzeichnungsträger angeordneten und mit vorbestimmten Anpreßdruck aufeinander abrollenden Fixierrollen aufweist, von denen mindestens die dem Tonermaterial zugewandte Fi­xierrolle erwärmbar und mit einer dünnen Oberflächen­schicht aus Silikonöl benetzt ist, das dieser über eine Anordnung zur Ölzuführung zugeleitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anordnung zur Ölzuführung (6, 7, 8, 9) in Kombination ein Leitungsend­stück (71) aus porösem Material und ein damit in Kontakt stehendes Andruckkissen (8) ebenfalls aus porösem und zusätzlich wärmebeständigem Material aufweist und daß so­wohl das Leitungsendstück als auch das Andruckkissen par­allel zur Längsachse der zugeordneten Fixierrolle (1) derart angeordnet sind, daß das Andruckkissen auf der Oberfläche dieser Fixierrolle großflächig anliegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Querschnittsfläche und die Porosität des Leitungsendstückes (71) derart auf die Viskosität des verwendeten Silikonöles abgestimmt sind, daß im Zusammenwirken mit dem Andruckkissen (8) aufgrund der Kapillarwirkung eine gerade noch ausreichen­de Menge von Silikonöl auf der Fixierrolle (1) verteilt wird.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß das An­druckkissen (8) aus Polytetrafluoräthylen hergestellt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sowohl das Andruckkissen (8) als auch das Leitungsendstück (71) aus Polytetra­fluoräthylen hergestellt sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß eine ge­häusefeste Halterung (9) vorgesehen ist, in der das An­druckkissen (8) auswechselbar angeordnet ist.

Zeichnung