DE1497216B2

DE1497216B2 - Waerme-druck-schmelzfixiereinrichtung zum fixieren thermoplastischer tonerbilder

Info

Publication number: DE1497216B2
Application number: DE19651497216
Authority: DE
Inventors: Gilbert Allen Rochester; Figler Robert Henry Webster; Redding Thomas Pater Penfield; N.Y. Äser (V.StA.)
Original assignee: Rank Xerox Ltd
Current assignee: Xerox Ltd
Priority date: 1964-09-30
Filing date: 1965-09-29
Publication date: 1976-09-16
Also published as: DE1497216A1; DE1497216C3; GB1122628A; US3291466A

Description

Rolle, welcher eine Rahmenplatte 13, die an der ! Grundplatte 10 des Kopiergerätes befestigt ist, und eine j Rahmenplatte 12, nämlich die innenseitige Rahmenplat- ! te des Kopiergerätes, umfaßt. Die untere Rolle ist ' parallel zur oberen Rolle in dem Rahmen der Blattfördervorrichtung 55 befestigt. Obwohl in dem dargestellten Ausführungsbeispiel getrennte Vorrichtungen gezeigt sind, kann jedoch auch ein einziger Rahmen für die Halterung von beiden Rollen verwendet werden.

Das Aufschmelzen eines Tonerbildes auf ein Bildempfangsmaterial mittels unmittelbarer Berührung wird dadurch erreicht, daß ein Blatt des Biidempfangsmaterials, welches das aufzuschmelzende Tonerbild trägt, zwischen die beheizte obere Rolle 801 und eine nicht erwärmte untere Rolle 802, die sich in innigem, durch Druck hergestellten Kontakt drehen, gefördert wird. Das Bildempfangsmaterial, welches die noch nicht verschmolzenen Tonerbilder trägt, wird zwischen diese beiden Rollen derart eingeführt, daß das Tonerbild gegen die erwärmte Rolle hin gerichtet ist, so daß der Schmelzvorgang eintritt, sobald der Kontakt hergestellt ist.

Wie in Fig.6 dargestellt ist, umfaßt die obere Rolle 801 einen Zylinder 803, der an seinen gegenüberliegenden Enden mittels rechten und linken Schmelzrollenkappen 804 bzw. 806 teilweise verschlossen ist. Diese Kappen sind auf dem Zylinder, beispielsweise durch Preßsitz, befestigt. Die Rolle kann sich in den Lagern

807 und 808 der Rahmenplatten 12 bzw. 13 drehen. Der innere Laufring des Lagers 808 ist an der Kappe

806 mittels einer Kopfschraube 811 befestigt. Eine Gegendruckunterlagsscheibe 812 umgibt den Drehspindelteil der Rollenkappe 806 zwischen dem Lager

808 und einem Haltering 813, der in einer Rille der Rahmenplatte 13 befestigt ist. Diese Gegendruckunterlagsscheibe hält den äußeren Laufring dieses Lagers fest, ermöglicht aber die Ausdehnung der erwärmten Rolle 801 während des Betriebs.

Am gegenüberliegenden Ende der Rolle ist der innere Laufring des Lagers 807 an der Lagerbüchse des Zahnrades 814 befestigt. Die Zahnradnabe 814 umgibt den Drehspindelteil der Kappe 804 und dreht sich mit dieser durch den Eingriff des Vorsprungs 815 an der . Zahnradnabe in einem in der Kappe 804 vorgesehenen Einschnitt. Der äußere Laufring des Lagers 807 ist in der Rahmenplatte mittels des Halteringes 816 gehaltert, der in einer ringförmigen Rille der Rahmenplatte befestigt ist.

Jede der Rollenkappen weist eine Öffnung auf, durch die eine Quarzröhre 821 mit einem Widerstandsheizelement 822 eingeschoben werden kann. Das Widerstandsheizelement 822 erstreckt sich durch die Rolle 801 und ist über Leitungen 823 mit einer Spannungsquelle verbunden, wobei der außenseitige Leiter von der Kappe 824 abgedeckt ist. Ein wärmeabhängiger Widerstand 825, der Teil eines elektrischen Steuersystems für die Steuerung der an das Widerstandselement 822 zugeführten Spannung ist, ist in geeigneter Lage im Bereich der Schmelzrolle angeordnet.

Um eine Übertragung des Toners auf die beheizte Rolle, die das nicht verschmolzene Tonerbild auf dem Bildempfangsmaterial berührt, zu verhindern, ist ein die Übertragung verhinderndes Material 826 aus einem Tetrafluoräthylenkunstharzprodukt über die äußere Oberfläche des Zylinders 803 der Walze 801 gebracht. Dieses Material ist chemisch inert, nicht porös und nicht absorbierend, relativ hart und hat die wachsähnliche Struktur eines synthetischen Harzes, welches unter geringem Druck etwas elastisch und bei größerer Druckausübung kaltfließend ist und ferner dazu in der Lage ist, über eine Oberfläche selbstschmierend zu gleiten.

Die obere Rolle 801 ist in zeitlicher Beziehung zu der Geschwindigkeit der Fördervorrichtungen 55 und 65 mittels einer Antriebskette 817, die die drei Mechanismen mit einer gemeinsamen, nicht dargestellten Energiequelle verbindet, angetrieben. Die Kette umfaßt das Zahnrad 818 der Zahnradnabe 814, welche an der oberen Rolle 801 befestigt ist. Hierdurch wird die Rolle 801 mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die der Geschwindigkeit des Bildempfangsmaterials gleich ist, welches an die Schmelzfixiereinrichtung über die endlose Fördervorrichtung 55 des Kopiergerätes geliefert wird.

Die Rolle 802 umfaßt einen festen Kern 830, der mit einem federnden deformierbaren Material 831, beispielsweise einem Silikongummi, überzogen ist. Auf den Überzug ist ein Überzug aus Tetrafluoräthylen 832 aufgebracht. Dieser Überzug deformiert sich mit dem Gummi 831 entsprechend der Größe der zwischen der aufgeheizten Rolle 801 und der Rolle 802 ausgeübten Druckes, um eine Berührungszone zu bilden, damit eine gute Verschmelzung des thermoplastischen Harzes auf dem Bildempfangsmaterial erreicht wird. Der Überzug liefert eine Schutzschicht für den Gummi 831, um eine Zerstörung des Gummis infolge von Wärme und/oder Berührung mit einer die Übertragung des Kunstharzes verhindernden Flüssigkeit, deren Anwendung anschließend beschrieben wird, zu verhindern.

Die Welle 833, welche die Rolle 802 trägt, ist an Gleitstücken 840 mit Stiften 841 befestigt. Diese Gleitstücke sind in den gabelförmigen Enden der Rahmenplatten 842 und 843 des Papiertransportes 55 mittels Büchsen 844 gelagert, um zu ermöglichen, daß die Rolle 802 in Arbeitsstellung mit der aufgeheizten Rolle 801 angehoben werden kann, damit die Tonerteilchen auf dem Bildempfangsmaterial aufgeschmolzen werden, oder um die Rolle aus ihrer Arbeitsstellung mit der Rolle 801 abzusenken. Die Rolle 802 wird in Druckberührung mit der Rolle 801 durch Betätigung einer Membran 845 gebracht, welche oberhalb einer in der Grundplatte 10 ausgebildeten Ausnehmung mittels eines Halteringes 846, der von Schrauben in seiner Lage gehalten wird, befestigt ist. Die Ausnehmung in der Grundplatte 10 ist mit einer Druckquelle verbunden, beispielsweise einem nicht dargestellten motorgetriebenen Kompressor, um eine vertikale Bewegung der Membran 845 zu bewirken, wodurch eine Hubstange 847 mittels eines Blockes 848, der an der Platte 849 und an der Membran 845 befestigt ist, angehoben wird. Mittels dieser Anordnung wird die Rolle 802 an die Rolle 801 derart angedrückt, daß sie zuläßt, daß ein Blatt des Bildempfangsmaterials zwischen die Rollen eingeführt wird.

Der motorgetriebene Kompressor ist mit dem elektrischen Schaltsystem des Kopiergerätes verbunden. Wenn dieser Schaltkreis erregt wird, daß er das Blatt durch das Kopiergerät fördert, dann wird auch der den Kompressor betreibende Motor erregt und liefert Druckluft eines vorgegebenen Druckes, um zu bewirken, daß die Membran die Rolle 802 an die Rolle 801 oder an ein zwischen den beiden Rollen befindliches Blatt des Bildempfangsmaterials drückt. Wird der Schaltkreis des Kopiergerätes abgeschaltet oder in Fällen, bei denen die Blätter nicht durch das

Kopiergerät befördert werden, wird der Kompressor nicht betätigt und der Luftdruck des Systems wird vermindert, wodurch sich die Rolle 802 infolge ihres eigenen Gewichts und des Gewichtes ihrer Halteanordnung absenkt und damit aus der Berührung mit der Rolle

801 kommt. Daher sind während der Bereitschaftsstellung des Gerätes, in der die Schmelzfixiereinrichtung nicht arbeitet, die Rollen 801 und 802 automatisch voneinander getrennt. Die Trennung der nicht erwärmten Rolle von der erwärmten Rolle verhindert eine thermische Zersetzung des Gummis.

Die Rollen 801 und 802 müssen an ihrer Berührungsstelle immer gleiche Geschwindigkeit aufweisen, während ein Bild auf dem Bildempfangsmaterial aufgeschmolzen wird. Dies ist notwendig, um ein Zerreißen des Bildempfangsmaterials oder eine Zerstörung des Bildes auf dem Bildempfangsmaterial zu verhindern.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Außendurchmesser der Rollen 801 und 802 gleich und beide Rollen sind mit denselben Antriebsvorrichtungen mit gleicher Winkelgeschwindigkeit angetrieben, so daß die Umfangsgeschwindigkeit an der Berührungsstelle der beiden Rollen für beide dieselbe ist. Wird jedoch ein Druck auf die Rolle 802 ausgeübt, um sie in Berührung mit der aufgeheizten Rolle 801 zu bringen, wird der Abstand zwischen den Mittelachsen der Rollen 801 und

802 vermindert. Der Radius vom Mittelpunkt der Rolle 801 bis zur Berührungsstelle mit der Rolle 802 bleibt konstant infolge der Materialeigenschaften des Materials, aus dem die Rolle hergestellt ist. Der Radius der Rolle 802 von ihrem Mittelpunkt bis zur Kontaktstelle mit der Rolle 801 wird durch den Druck verkleinert, der dazu notwendig ist, um eine Berührungslinie zwischen beiden zu bilden, um damit eine gute Verschmelzung sicherzustellen. Sind die Winkelgeschwindigkeiten der Roilen gleich, dann würde der Unterschied der Radien zu einer unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeit an der Berührungsstelle führen, wodurch ein Verschmieren des klebrigen Bildes und ein Zerreißen des Übertragungsmaterials eintreten könnten. Um auch die geringsten Unterschiede der Umfangsgeschwindigkeiten an der Berührungsstelle der beiden Rollen zu verhindern, ist eine Einwegkupplung 855 an der Rolle 851 des Transportes 55 vorgesehen. Das außenseitige Ende der Rolle 851 weist eine Stummelwelle 852 auf, die sich mit der Rolle dreht und an ihrem außenseitigen Ende eine Einwegkupplung trägt. Der angetriebene Teil dieser Kupplung ist mit einem Zahnrad 853 verbunden, welches mittels einer Kette 854 mit dem Zahnrad 856 auf der Rolle 802 der Schmelzfixiereinrichtung 60 verbunden ist, um diese Rolle der Schmelzfixiereinrichtung anzutreiben. Infolge der Verwendung dieser Einwegkupplung 855 zum Antrieb der Rolle 802 kann sich die Rolle frei relativ zur Kupplung drehen, d. h. eine Einwegkupplung erlaubt, so daß sich ein angetriebens Teil schneller drehen kann als sein antreibendes Teil. Dies gilt sogar dann, wenn der antreibende Teil angehalten oder in umgekehrter Richtung bewegt wird oder mit langsamerer Geschwindigkeit läuft relativ zu dem angetriebenen Teil.

Wird ein Blatt· eines Bildempfangsmaterials zwischen die Rollen 801 und 802 gefördert, dann berührt das Tonerbild auf dem Bildempfangsmaterial die an ihrem Umfang aufgeheizte Oberfläche der Rolle 801, wodurch das Tonerbild klebrig wird und die Neigung erhält, sich auf diese Rolle zu übertragen, es sei denn, daß es durch den Tetrafluoräthylenüberzug auf der Rolle daran gehindert wird. Um jedoch die Neigung des Toners, sich auf die erhitzte Oberfläche der Rolle 801 zu übertragen, noch weiter zu beschränken, ist ein Applikator vorgesehen, der einen dünnen Film einer die Übertragung verhindernden Flüssigkeit, beispielsweise Silikonöl, auf den Überzug 826 der Rolle 801 aufbringt.

Ein Vorrat des Silikonöls, welches auf die Rolle 801 aufgebracht werden soll, ist in einer Ölpfanne 860 untergebracht, die an ihren gegenüberliegenden Enden Halterungen 861 aufweist, mit der sie an einem Bürstenreinigungsgehäuse 76 befestigt ist. Eine Applikatorwalze 862 überträgt einen dünnen Ölfilm, während diese Walze in dem Silikonöl gedreht wird, an einen Docht 863, beispielsweise einen Tetrafluoräthylenfilzstreifen, der mittels Bügeln an einer Trägerplatte 864 derart befestigt ist, daß der Streifen auf der äußeren Oberfläche der Rolle 801 und der Applikatorwalze 862 ruht. Die Wischerplatte ist am einen Ende gekrümmt, um sich dem Umfang der Rolle 801 anzupassen.

Die Applikatorwalze 862 besteht aus einer hohlen zylindrischen Öltrommel, die an gegenüberliegenden Enden mittels der Kappen 865, 866 gehaltert ist. Die Öltrommel ist durch diese Kappen auf der Welle 867 befestigt, die sich in den Trägern 868 und 869, die von der Ölpfanne 860 gehalten sind, dreht. Eine Druckfeder 870 ist axial auf der Welle 867 zwischen dem Träger 868 und der Kappe 865 befestigt, um eine Verschiebung der Applikatorwalze 862 zu erleichtern, wobei die Feder die Applikatorwalze normalerweise nach rechts, wie in Fig. 6 gezeigt ist. dreht. Um die Drehung der Applikatorwalze in einer Richtung zu bewirken, wird sie über eine Einwegkupplung 871, die ähnlich der beschriebenen Kupplung 855 ausgebildet ist. angetrieben. Die Antriebselemente der Kupplung sind von der Nabe 873 umschlossen, die in dem Lager 572 der Welle 867 drehbar gehalten sind, an der ein Steuerarm 876 befestigt ist. Dieser Steuerarm 876, welcher den Einwegkupplungsmechanismus 875 antreibt, weist einen nach unten hängenden Nockenteil auf, der in Eingriff mit einem Auslöser 805 kommen kann, der von der Kappe 804 der oberen Rolle 801 vorsteht, in Berührung mit der Nocke gedreht wird. Ein Fortsatz 877 des Steuerarmes 876 wird in Berührung mit der Klaue 874, die an der Rahmenplatte 12 des Kopiergerätes befestigt ist, mittels einer Feder 878 am Steuerarm 878 und der Ölpfanne 860 gezogen. Die Drehgeschwindigkeit der Applikatorwalze kann durch Einstellung der Klaue 874 geregelt werden, die die Bahn des Steuerarmes 876 des Einwegkupplungsmechanismus 875 steuert. Mit Hilfe dieser Anordnung kann, wenn die obere Rolle mittels des oben beschriebenen Antriebsmechanismus gedreht wird, der Auslöser 805 auf die Oberfläche der Nocke des Steuerarmes auftreffen und bewirkten, daß der Steuerarm um die Achse der Applikatorwalze 862 während jeder Umdrehung der oberen Rolle 801 oszilliert.

Hierdurch ist die Applikatorwalze für einen Teil einer Umdrehung während jedes Oszillationszyklusses des Steuerarmes 876 eingeteilt durch den Einwegkupplungsantrieb zwischen der Applikatorwalze und dem Steuerarm.

Bei einer vorgegebenen Temperatur der oberen Rolle 801 hängt die Schmelzgeschwindigkeit von der Bogenlänge der Berührungszone des Bildempfangsmaterials mit dieser Rolle und der Zeit, die das Tonerbild zwischen den Rollen verbleibt, ab. Diese Zeit kann entweder durch Veränderung der Umfangsgeschwindigkeit der Rollen oder durchÄnderung der Bogenlänge der Berührungszone verändert werden bei konstanter Geschwindigkeit der Rollen. Die Bogenlänge der

ierührungszone hängt von der Weichheit des Gummis iuf der Rolle 802 und der Größe des zwischen den lollen 801 und 802 vorliegenden Druckes ab. Verändert nan den Druck zwischen den Rollen, kann man gleiche 3ogenlängen der Berührungszone bei verschiedenen Härten des Gummis erhalten.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Wärme-Druck-Schmelzfixiereinrichtung zum Fixieren von thermoplastischen Tonerbildern mit einer beheizbaren Fixierrolle, die eine Oberflächenschicht aus Polytetrafluoräthylen aufweist, mit einer mit der Fixierrolle in und außer Eingriff bringbaren Andruckrolle mit einem Gummimantel, mit einer Betätigungseinrichtung für die Andruckrolle, die, abhängig vom Antransport eines zu fixierenden Materials, die Andruckrolle aus einer Ruhestellung in Eingriff mit der Fixierrolle bringt, und mit einer Einrichtung zum Auftragen einer Antihaftflüssigkeit auf die Fixierrolle sowie mit einer Antriebsvorrichtung für die Rollen zur Förderung eines zwischen sie gebrachten Materials, nach Hauptanmeldung 17 72 686, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gummimantel (831) der zweite Rolle (802) ein äußerer Überzug (832) aus Polytetrafluoräthylen aufgebracht ist und daß eine Einwegkupplung (855) in der Antriebsvorrichtung (55) vorgesehen ist, die mit der zweiten Rolle verbunden ist, damit diese an der Berührungsstelle mit der beheizbaren Rolle (801) die gleiche Umfangsgeschwindigkeit annehmen kann, die die beheizbare Rolle (801) hat.

Gegenstand der Hauptanmeldung ist eine Wärme-Druck-Schmelzfixiereinrichtung zum Fixieren von thermoplastischen Tonerbildern mit einer beheizbaren Fixierrolle, die eine Oberflächenschicht aus Polytetrafluoräthylen aufweist, mit einer mit der Fixierrolle in und außer Eingriff bringbaren Andruckrolle mit einem Gummimantel, mit einer Betätigungseinrichtung für die Andruckrolle, die, abhängig vom Antransport eines zu fixierenden Materials, die Andruckrolle aus einer Ruhestellung in Eingriff mit der Fixierrolle bringt, und mit einer Einrichtung zum Auftragen einer Antihaftflüssigkeit auf die Fixierrolle sowie mit einer Antriebsvorrichtung für die Rollen zur Förderung eines zwischen sie gebrachten Materials, nach Hauptanmeldung 17 72 686.

Die mit dem Überzug aus Tetrafluoräthylen versehene beheizbare Rolle drückt in der Arbeitsstellung der Schmelzfixiervorrichtung gegen die mit dem Gummimantel versehene zweite Rolle, wobei sich dieser jedoch elastisch verformt, so daß ein Verwischen des Tonerbildes infolge einer Relativbewegung der beiden sich jeweils berührenden Oberflächen der Rollen auftreten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die mit dem Hauptpatent angegebene Schmelzfixiereinrichtung derart weiterzubilden, daß die mit ihr fixierbaren Tonerbilder beim Hindurchlaufen zwischen der beheizten und der zweiten Rolle nicht verwischt werden können.

Bei einer Schmelzfixiereinrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf dem Gummimantel der zweiten Rolle ein äußerer Überzug aus Polytetrafluoräthylen aufgebracht ist und daß eine Einwegkupplung in der Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, die mit der zweiten Rolle verbunden ist, damit diese an der Berührungsstelle mit der beheizbaren Rolle die gleiche Umfangsgeschwindigkeit annehmen kann, die die beheizbare Rolle hat.

Durch das Beschichten der zweiten Rolle mit einem Gummimantel wird ein elastisches Nachgeben der Oberfläche der zweiten Rolle an der Berührungsstelle mit der ersten Rolle ermöglicht, wodurch ein ruhigerer Lauf und eine exaktere Hindurchführung des ein zu fixierendes Tonerbild tragenden Bildempfangsmaterials durch die beiden Rollen hindurch erreicht wird. Der auf dem Gummimantel nochmals vorgesehene Überzug aus Polytetrafluoräthylen schützt den Gummimantel gegenüber der von der beheizbaren Rolle abgegebenen Wärme, wodurch z. B. Silikongummi nicht beschädigt und auch in seiner Lebensdauer nicht beeinträchtigt wird. Da infolge der elastischen Verformung der Oberfläche der zweiten Rolle bei der Berührung mit der ersten Rolle sich jedoch die Umfangsgeschwindigkeit an dieser Stelle von der der ersten Rolle unterscheiden würde, wenn beide Rollen synchron miteinander angetrieben sind, ist in der Antriebsvorrichtung eine mit der zweiten Rolle verbundene Einwegkupplung vorgesehen, die ine schnellere Umdrehung der zweiten Rolle als durch das sie antreibende Teil befohlen ermöglicht, wodurch auch bei einer Deformation der Oberfläche der zweiten Rolle an der Berührungsstelle mit der ersten Rolle kein erzwungener Schlupf zwischen den beiden benachbarten Oberflächen infolge eines völlig synchronen Antriebs beider Rollen auftreten kann. Die Gefahr einer Verwischung eines auf dem Bildempfangsmaterial zwischen beiden Rollen befindlichen Pulverbildes ist daher trotz der angestrebten elastischen Verformung der Oberfläche der zweiten Rolle ausgeschlossen.

Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Figuren.

F i g. 1 zeigt schematisch ein elektrofotografisches Kopiergerät mit einer erfindungsgemäßen Schmelzfixiereinrichtung;

F i g. 2 zeigt eine vergrößerte Vorderansicht der Schmelzfixiereinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht von links der Schmelzfixiereinrichtung, wobei Teile aufgebrochen sind, um Einblick in den inneren Aufbau der Rollen zu gewähren;

Fig.4 zeigt ein Schnittbild längs der Linie 4-4 der F ig. 3;

Fig.5 zeigt ein Schnittbild längs der Linie 5-5 der Fig.3;

Fig.6 zeigt ein Schnittbild längs der Linie 6 — 6 der Fig.2 wobei Blattfördervorrichtungen entfernt und Teile aufgebrochen sind, um Einzelheiten der oberen Rolle zu zeigen.

In Fig. 1 ist schematisch ein kontinuierlich arbeitendes elektrofotografisches Kopiergerät dargestellt, bei der die neue Schmelzfixiereinrichtung anzuwenden ist.

Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt das Kopiergerät eine Bildplatte 20 mit einer fotoleitfähigen Schicht auf einer leitenden Unterlage in Form einer Trommel, die auf einer Welle sitzt, weiche in einem Rahmen gelagert ist und in der durch den Pfeil angegebenen Richtung rotiert, um die Trommeloberfläehe in bekannter Weise aufeinanderfolgend an einer Vielzahl elektrofotografischer Behandlungsstationen vorbeizuführen.

In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausbildungsform einer neuen Schmelzfixiereinrichtung 60 mit aufgeheizten Rollen dargestellt, mit der das zuvor in bekannter Weise erzeugte elektrofotografische Tonerbild fixiert werden kann. Die Schmelzfixiereinrichtung umfaßt einen Rahmen für die Halterung der oberen