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Die Erfindung betrifft eine Fixiereinrichtung für ein mit Naßentwickler arbeitendes elektrophotographisches Kopiergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine Fixiereinrichtung der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE-OS 25 39 642 bekannt.
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Diese bekannte Fixiereinrichtung enthält sowohl eine Fixierrolle mit kleinen Unebenheiten an ihrer Umfangsfläche, die hier aus Rändelungen bestehen, als auch ein der Fixierrolle gegenüberliegendes Andrückteil, welches als Heizfläche dient und mit der Fixierrolle zusammenwirkt, um im Bereich zwischen der Fixierrolle und dem Andrückteil auf ein zu fixierendes Bild Wärme zu übertragen. Wenn bei dieser bekannten Fixiereinrichtung die Fixierrolle so angeordnet würde, daß sie mit der Heizfläche in Anlage käme, wenn dazwischen ein Kopierblatt durchläuft, so würde sich eine Offseterscheinung ergeben. Folglich muß bei der bekannten Konstruktion die Fixierrolle in einem solchen Abstand von dem Andruckteil angeordnet werden, welcher größer als die Dicke des Kopierblattes ist. Aber selbst dann treten Nachteile auf, da das zu fixierende Bild teilweise in eine reibende Berührung mit der Fixierrolle gelangt, wodurch Abweichungen in dem sich ergebenden Bild erzeugt werden. Um auch diese Abweichungen auszuschalten, wurde die Fixierrolle mit einer gerändelten Oberfläche ausgestattet, um dadurch die Reibung mit dem Bild auf ein Minimum herabzusetzen. Die Rändelkronen der gerändelten Oberfläche der Fixierrolle besitzen aber flache, ebene Flächen, wobei sich der Toner bevorzugt auf diesen flachen ebenen Flächen absetzen kann, was wiederum dazu führt, daß das Bild seitlich versetzt wird.
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Aus der DE-OS 20 08 047 ist ein thermisches Gerät zum Fixieren von thermoplastischem harzigen Pulver bekannt, also ein mit Trockenentwickler arbeitendes Gerät, bei welchem naturgemäß andere Probleme auftreten als bei einem Gerät mit Naßentwickler. Die Hauptschwierigkeiten bei einem Kopiergerät mit Naßentwickler ergeben sich aus der Tatsache, daß der Fixierschritt mit Hilfe der Verdampfung eines Lösungsmittels des Entwicklers durchgeführt wird, wobei der Verdampfungsvorgang jeweils auf einem Teilabschnitt des zu fixierenden Bildes bzw. Kopier- oder Transferblattes abgeschlossen ist, während andere Teilabschnitte desselben Bildes bzw. Kopier- oder Transferblattes noch feucht sind. Dies bringt es mit sich, daß Offseterscheinungen besonders bei Kopiergeräten mit Naßentwickler in Erscheinung treten.
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Bei einem Gerät nach der DE-OS 20 08 047 sind in der direkt metallischen Oberfläche einer Heizwalze feine Vertiefungen und Erhebungen ausgebildet. Bei einer solchen Ausbildung hat sich gezeigt, daß, wenn der Spalt zwischen der Heizwalze und einem ihr gegenüberliegenden Andrückteil klein gehalten wird, sich in erheblichem Maße Tonerteilchen an der Heizwalze anlagern und eine starke Offsetwirkung auftritt. Wird hingegen der Spalt größer gemacht, kann keine ausreichende Wärmeübertragung erzielt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Fixiereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 den Wärmeübergang zu verbessern und dabei Offseterscheinungen zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Erfindung ermöglicht es, daß in der Fixierstation eines Naßkopiergerätes der Spalt zwischen der Fixierwalze und dem Andruckschuh sehr klein gehalten werden kann und sich dadurch ein sehr guter Wärmeübergang auf das Kopierblatt ergibt und daß Offseterscheinungen vermieden werden können.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer Fixiereinrichtung gemäß der Erfindung, in welcher eine Fixierrolle und ein beheizter Andruckschuh vorgesehen sind, wobei der letztere als zusätzliche Zuführeinrichtung wirkt;
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Fig. 2 eine schematische vergrößerte Schnittansicht des Oberflächenteils der in Fig. 1 dargestellten Fixierwalze;
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Fig. 3 in einem größeren Maßstab eine Schnittansicht des Berührungsbereichs zwischen dem Oberflächenteil der Fixierwalze und der Oberfläche eines Kopierblatts während eines Fixiervorgangs.
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Die Erfindung beruht auf der folgenden Feststellung: Abgesehen von solchen Materialien wie Filmen u. ä., welche eine glatte Oberfläche haben, hat ein Kopier- oder Transferblatt aufgrund des Vorhandenseins von Fasern eine gewisse Unebenheit, selbst wenn die Glattheit des Blattes hoch ist. Toner setzt sich dann an den oberen Teilen bzw. Kronen einer Unebenheit ab, und je größer der Unebenheitsgrad ist, umso geringer ist das Absetzen von Toner und umso niedriger ist der Tonerübertragungswirkungsgrad von einem photoempfindlichen Teil auf das Kopierblatt. Durch Versuche hat sich bestätigt, daß das Absetzen von Toner minimal ist, wenn die Unebenheit im Durchschnitt 10 bis 50 µm übersteigt. In Abhängigkeit von der Art der Kopierblätter kann die Gleichförmigkeit einer schwarzen geschlossenen Fläche unter bestimmten Umständen gut, unter anderen Umständen schlecht sein. Eine Überprüfung der einzelnen Flächen mittels eines Mikroskops oder eines Oberflächenrauhigkeitsmessers hat gezeigt, daß je größer die Oberflächenunebenheit ist, desto schlechter die Gleichförmigkeit einer zusammenhängenden schwarzen Fläche. Oder anders ausgedrückt, wenn ein Kopierblatt eine größere Unebenheit hat, ist der Übertragungswirkungsgrad geringer; umgekehrt führt eine niedrigere Unebenheit zu einem besseren Übertragungswirkungsgrad.
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Den vorstehenden Ausführungen ist zu entnehmen, daß die oben erwähnten Schwierigkeiten bei den herkömmlichen Einrichtungen beseitigt werden können, indem ein Kopier- oder Transferblatt mit einer größeren Oberflächenunebenheit für bzw. bezüglich der Fixierwalze eingesetzt wird und eine Fixierwalze vorgesehen wird, welche aus einem Material mit einer Unebenheit hergestellt ist, die gleich oder größer als 10 µm ist, welche eine entsprechende Wärmefestigkeit hat, und welche vorzugsweise eine niedrige Oberflächenenergie aufweist. Wenn diese Bedingungen erfüllt werden, kann das gewünschte Ergebnis erreicht werden.
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In Fig. 1 bis 3 ist eine Fixiereinrichtung für ein elektrophotographisches Naßkopiergerät dargestellt, welche gemäß der Erfindung ausgeführt ist. In Fig. 1 ist eine drehbare Fixierwalze 5 dargestellt, deren Oberfläche in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist. Gemäß Fig. 2 weist der Oberflächenteil der Walze drei Schichten auf, nämlich eine Glasperlenschicht 50 B, eine Bindeschicht 50 K und eine Träger- oder Halteschicht 50 S.
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Insbesondere weist die Schicht 50 B Glasperlen 50 G mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 10 bis 500 µm auf; die Glasperlen brauchen nicht kugelförmig zu sein, obwohl eine kugelförmige Ausbildung bevorzugt wird, um die belichtete Fläche oder die Fläche der Oberteile oder Kronen in dem unebenen Bereich auf ein Minimum herabzusetzen. Obwohl die Perlen gleichförmig verteilt in einer Schicht dargestellt sind, sind sie in der Praxis im allgemeinen auf zwei oder drei Lagen verteilt. In Anbetracht der Wärmeleitung der Fixierwalze, welche die Wärme ausnutzt, sind die Perlen vorzugsweise in einer Schicht bzw. Lage verteilt. Außer Glas sollte das Material das zur Ausbildung der Perlen verwendet wird, vorzugsweise eine niedrige Oberflächenenergie haben und wärmebeständig sein (so daß es nicht beispielsweise bei einer Temperatur von 300°C schmilzt). Kugeln, die mit einem Fluorharz bedeckt sind, können ebenfalls verwendet werden.
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Die Bindeschicht 50 K dient dazu, die Glasperlen 50 G mit der Halte- oder Tragschicht 50 S zu verbinden, welche zylinderförmig ausgebildet ist. Die Bindeschicht 50 K kann so verteilt werden, daß die Glasperlen 50 G beispielsweise unmittelbar in die Halte- und Tragschicht 50 S eingebettet werden.
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Von dem Material, welches die Bindeschicht 50 G bildet, wird gefordert, daß es wärmebeständig ist, um irgendeine Änderung bei einer Temperatur zu verhindern, welche gleich ober über 200°C ist, und daß es eine entsprechende Stoß- und Lösungsmittelbeständigkeit aufweist (wobei letztere die chemische Stabilität bzw. Beständigkeit ist). Bei einer speziellen Ausführungsform wird eine Phenolharzlösung verwendet (die 2% Feststoffe in Äthanol enthält). Sie weist eine Aushärttemperatur von 150°C auf und benötigt zum Aushärten drei Stunden. Andere Materialien weisen Epoxyharz, modifiziertes Silikonharz oder ein anderes Kunstharz auf, welches chemisch beständig ist und welches eine Wärmebeständigkeit bei einer Temperatur hat, die gleich oder höher als 200°C ist.
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Ein bevorzugtes Material, um die Halte- oder Tragschicht 50 S auszubilden, ist im allgemeinen Metall, das eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. Obwohl die Auswahl des Metalls von der Anordnung und der geforderten spezifischen Wärme abhängt, ist aus Kostenüberlegungen bei einem Versuch Aluminium gewählt worden.
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Um die Fixierwalze 5 zu schaffen, ist ein Aluminiumzylinder als Halte- oder Tragschicht 50 S vorgesehen, auf welcher die oben erwähnte Phenolharzlösung durch ein Tauchverfahren aufgebracht ist. Anschließend werden Glasperlen 50 G darüber verteilt, und nach einem Vortrockenschritt wird der Aufbau bei 150°C über 3 h ausgehärtet. Danach kann der Aufbau abgekühlt werden. Selbstverständlich kann statt des Tauchverfahrens auch eine Sprühpistole verwendet werden, und es kann auch ein Lösungsmittel gewählt werden, welches flüchtiger als Äthanol ist. Da die Glaskugeln 50 G eine Ladecharakteristik aufweisen, kann diese Charakteristik dazu benutzt werden, um eine Metallabscheidung zu bewirken.
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In Fig. 1 ist die untere Hälfte der Fixierwalze 5 von einem beheizten Andruckschuh 6 umgeben, welcher entsprechend der Krümmung der Rolle gewölbt ist, um den Wärmeleitungswirkungsgrad zu erhöhen. Vorzugsweise ist soviel wie möglich von der Fixierwalze 5 bedeckt. Im Inneren des beheizten Andruckschuhs 6 sind Heizer H untergebracht, um ein unfixiertes Tonerbild zu erwärmen. Der Abstand zwischen dem beheizten Andruckschuh 6 und der Umfangsfläche der Fixierwalze 5 liegt in der Größenordnung von 0,05 bis 0,2 mm, und es besteht zwischen ihnen kein unmittelbarer Kontakt.
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Während eines Fixiervorgangs läuft ein Kopierblatt S zwischen dem beheizten Andruckschuh 6 und der Fixierwalze 5 durch. Während eines derartigen Durchlaufs sollte kein Schlupf zwischen dem Blatt S und der Walze 5 bestehen, während zwischen dem Blatt S und dem Andruckschuh 6 ein Schlupf vorhanden sein muß. In dieser Hinsicht wirkt daher der Andruckschuh 6 als eine zusätzliche Zuführeinrichtung, welche das Kopierblatt S in Austragrichtung befördert, die durch einen Pfeil angezeigt ist, während gleichzeitig Wärme zugeführt wird. In Fig. 3 ist der Fixierzustand in übertriebener Form dargestellt.
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In der nachstehend wiedergegebenen Tabelle I ist ein Vergleich des Fixierverhaltens zwischen einer herkömmlichen Anordnung und der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wiedergegeben. Bei der herkömmlichen Anordnung ist der Abstand zwischen der geheizten Platte und der Fixierwalze so gewählt, daß er bei 1,5 ± 0,2 mm liegt, und die Heizer haben eine Leistung von 700 W. Tabelle I &udf53;vz15&udf54; &udf53;vu10&udf54;
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Wie Tabelle I zu entnehmen ist, kann gemäß der Erfindung der Abstand verringert werden, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen, um dadurch eine zufriedenstellende Fixierleistung selbst bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur sicherzustellen. Offensichtlich kommt es auch nicht zu der sogenannten Offset-Erscheinung. Um eine Beziehung zu dem Stand der Technik zu haben, wird die Oberflächentemperatur der geheizten Platte während des Fixiervorgangs auf 190 + 10°C gehalten.
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Mit jeder der beschriebenen Ausführungsformen ist die beabsichtigte Wirkung erreicht und das Auftreten der sogenannten Offset-Erscheinung verhindert. Im Vergleich zu der herkömmlichen Anordnung ergibt sich kein nennenswerter Unterschied in der fixierten Bildqualität. Da die Blatttrennung verbessert ist, brauchen keine Trennklauen und ein ihnen zugeordneter Antriebsmechanismus vorgesehen zu werden, so daß die Größe der Anordnung verkleinert werden kann.
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Selbst wenn Druck ausgeübt wird, kann es nicht vorkommen, daß das Kopierblatt S oder der Toner gänzlich in den Zwischenraum zwischen den Glasperlen 50 g aufgenommen werden, sondern es besteht immer ein Zwischenraum 10, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Folglich findet ein Fixiervorgang durch ein Zusammenwirken einer geheizten Rolle, die durch die Oberteile oder Kronen der unebenen Ausbildung aus geführt wird, und durch das Fixieren in der Lufthülle statt, was durch die Unterteile der unebenen Ausbildung durchgeführt wird. Im Unterschied zu dem Fixieren unter Druck, bei welchem ein Druck ausgeübt wird, um den Toner in den Zwischenraum zwischen benachbarte Fasern eines Transfer- oder Kopierblatts zu zwingen, kann ein glanzloses Bild erhalten werden. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf das Fehlen irgendeines aufgebrachten Silikonöls, da die sogenannte Offset-Erscheinung beseitigt ist.
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Die verschiedenen, mit der Erfindung erreichten Wirkungen sind nachstehend zusammengefaßt.
- 1. Das Lösungsmittel kann innerhalb einer geringeren Zeitdauer verdampft werden, um den Gesamtfixierwirkungsgrad zu erhöhen, indem ein Kopier- oder Transferblatt in satte Anlage mit dem beheizten Andruckschuh gebracht wird, und dadurch der thermische Wirkungsgrad erhöht wird.
- 2. Durch den besseren Fixierwirkungsgrad wird der Energieverbrauch geringer, so daß eine Einsparung bei der erforderlichen Energie erreicht ist.
- 3. Es kommt zu keiner Offset-Erscheinung, wenn die Fixierwalze an der Bildoberfläche anliegend angeordnet ist. Auf die Oberfläche der Fixierwalze oder auf den oberen Teil der Kugeln wird eine sehr geringe Tonermenge aufgebracht, die aber durch das Kopierblatt verteilt wird, so daß sie nicht als ein Verschmieren sichtbar erkennbar ist. Auf diese Weise wird die Fixierwalze sauber gehalten.