DE1597885B2 - Fixiereinrichtung zum waermeschmelzfixieren von tonerbildern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fixiereinrichtung zum Wärmeschmelzfixieren von Tonerbildern auf Blattmaterial, mit einem das Tonerbild beaufschlagenden Heizstrahler, einer Transporteinrichtung in Form eines endlos umlaufenden Trägers für das Blattmaterial, um dieses, mit dem Tonerbild dem Heizstrahler zugewendet, durch die Fixierzone zu bewegen, bei der durch eine zweite Heizeinrichtung das Blattmaterial auch von seiner Rückseite her erwärmt wird.

Bei einer solchen aus der GB-PS 1 001 140 bekannten Wärmeschmelzfixiereinrichtung wird ein bandförmiges Material, das auf seiner Oberfläche Tonerbilder trägt, durch das Gehäuse der Wärmeschmelzfixiereinrichtung hindurchbewegt. Innerhalb des Gehäuses sind der die Tonerbilder tragenden Oberfläche des bandförmigen Materials zugewandt zwei Heizstrahler angeordnet, die die Tonerbilder von oben mit Strahlungswärme beaufschlagen. Mit seiner den Tonerbildern abgewandten Seite wird das bandförmige Material über eine fest in dem Gehäuse angeordnete Fläche geführt, die von unten, d. h. von ihrer dem bandförmigen Material abgewandten Seite her mit Hilfe einer Heizeinrichtung erwärmt wird. Das bandförmige Material wird mit Hilfe von außerhalb des Gehäuses der Wärmeschmelzfixiereinrichtung angeordneten Transportrollen bewegt. Mit Hilfe eines Gebläses kann dem Gehäuse der Wärmeschmelzfixiereinrichtung Umgebungsluft zugeführt werden, die zusammen mit den während des Fixiervorganges in dem Gehäuse gebildeten Gasen über einen Abzug aus dem Gehäuse wieder austritt. Diese bekannte Wärmeschmelzfixiereinrichtung arbeitet derart, daß der Toner allein in den Bildbereichen, in denen er in relativ dichter Form ausreichend fest an der Oberfläche des bandförmigen Material elektrostatisch anhaftet, durch Aufnahme einer entsprechenden Menge von Strahlungswärme und gleichzeitige Erwärmung des Materials von unten ausreichend stark schmilzt, um auf der Oberfläche des bandförmigen Materials dauerhaft anzuhaften. Die nicht zu den Bildbereichen gehörenden, also den sogenannten Untergrundtoner bildenden Tonerteilchen haben dagegen keine ausreichende Dichte und elektrostatische Haftung an der Oberfläche des bandförmigen Materials, um ausreichend stark durch Aufnahme von Strahlungswärme erhitzt zu werden, so daß diese an dessen Oberfläche /f nicht dauerhaft anhaften können und außerhalb der * Wärmeschmelzfixiereinrichtung z. B. mit Hilfe einer die Oberfläche des Tonerbildes beaufschlagenden Bürste entfernt werden können. Die bekannte Wärmeschmelzfixiereinrichtung verfügt über eine Steuereinrichtung, mit der die Temperatur der Heizeinrichtung und die Temperatur der Heizstrahler in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit des bandförmigen Materials gesteuert werden können. Diese bekannte Wärmeschmelzfixiereinrichtung eignet sich zwar zum einwandfreien Fixieren von relativ dichten Tonerbildern, versagt jedoch bei der Fixierung von kleinen Tonerbildern geringerer Dichte, da diese zu wenig Strahlungsenergie von der Wärmestrahlungsquelle aufnehmen und den größten Teil dieser aufgenommenen Wärmestrahlung noch an das den Toner tragende Material abgeben, das besonders bei kleinen Bildern als eine extrem große Wärmesenke wirkt. Außerdem wird bei der bekannten Wärmeschmelzfixiereinrichtung das bandförmige Material relativ schnell über die durch die Heizeinrichtung erwärmte _f Fläche bewegt, wodurch sich Lufteinschlüsse zwischen % der erwärmten Fläche und dem bandförmigen Material bilden können, die zu einem ungleichmäßigen und ungenügenden Wärmeübergang führen.

Aus der DT-PS 813 016 ist eine Transporteinrichtung für blattförmiges Material bekannt, mit der es an einer Abtastvorrichtung eines Faksimiligerätes vorbeibewegt wird. Die Transporteinrichtung weist ein elektrisch isolierendes endloses Förderband auf, auf dessen nach oben weisende Oberfläche des oberen Trums die Blätter aufgegeben werden. Anschließend gelangt das Blatt zusammen mit dem Förderband durch eine Einrichtung zum elektrostatischen Aufladen sowohl des Förderbandes als auch des Blattes.

Aufgrund dieser elektrostatischen Aufladung haftet das Blatt an der Oberfläche des Förderbandes an, so daß es bei einer Weiterbewegung auch dann nicht von der Oberfläche des Förderbandes abfällt, wenn es sich an der nach unten weisenden Oberfläche des unteren Trums des Förderbandes befindet, also infolge der Schwerkraftwirkung von dem Förderband herabfallen möchte.
Aus den US-PS 3 076 083 und 3 079 483 sind

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Wärmefixiereinrichtungen bekannt, die zwei Wärmequellen benutzen, die an einander gegenüberliegenden Seiten eines Förderbandes angeordnet sind, das die zu fixierenden Blätter trägt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fixiereinrichtung der genannten Art so weiterzubilden, daß mit ihr auch kleine Tonerbilder relativ geringer Dichte einwandfrei und gleichmäßig zu fixieren sind, während auf dem Blattmaterial in unerwünschter Weise abgelagerter Untergrundtoner nicht fixiert werden kann.

Bei einer Fixiereinrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der umlaufende Träger von einer geschlossenen isolierenden Fläche gebildet ist, die in an sich bekannter Weise das Blattmaterial zumindest in der Fixierzone ganzflächig berührend von der zweiten Heizeinrichtung erwärmt ist, und dadurch, daß zum Halten des Blattmaterials auf dem Träger, dem Träger in an sich bekannter Weise eine Einrichtung zum elektrostatischen Aufladen seiner tragenden Oberfläche zugeordnet ist.

Bei der neuen Fixiereinrichtung ist die von der Heizeinrichtung erwärmte Fläche beweglich gelagert, so daß ein von ihr getragenes Blattmaterial mit seinem zu fixierenden Tonerbild an den Heizstrahlern vorbeibewegt wird. Außerdem ist die erwärmte Fläche mit einem elektrisch isolierenden Stoff überzogen und eine Einrichtung vorgesehen, mit der das Blattmaterial auf der Fläche elektrostatisch derart innig anzuheften ist, daß keinerlei Luft- oder Gaseinschlüsse zwischen der Fläche und dem Blattmaterial auftreten können. Durch diese besondere Ausbildung der Fixiereinrichtung wird also einmal sichergestellt, daß keine Relativbewegung zwischen dem Blattmaterial und der erwärmten Fläche während der Beaufschlagung des Tonerbildes durch die Heizstrahler auftritt, so daß keinerlei Lufteinschlüsse zwischen der Fläche und dem Blattmaterial und ein dadurch bedingter ungleichmäßiger bzw. schlechter Wärmeübergang von der erwärmten Fläche zum Blattmaterial auftreten können. Durch diesen konstant aufrechtzuerhaltenden guten Wärmeübergang von der erwärmten Fläche zum Blattmaterial ist durch eine Regulierung der Oberflächentemperatur der erwärmten Fläche eine sehr genaue Steuerung auch der durch Aufnahme von Strahlungswärme erreichten Temperatur des zu fixierenden Toners zu erzielen, so daß durch entsprechende Vorwahl der Oberflächentemperatur der erwärmten Fläche auch kleine Tonerbilder sehr geringer Dichte noch sicher fixiert werden können, während der mit einer entsprechend noch geringeren Dichte abgelagerte Untergrundtoner nicht fixiert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines automatisch arbeitenden elektrofotografischen Kopiergerätes, das mit der neuen Fixiereinrichtung ausgerüstet ist,

F i g. 2 einen Teilschnitt 2-2 der in F i g. 1 gezeigten Fixiereinrichtung,

Fig. 3 den Verlauf von für das Wärmeschmelzfixieren wichtigen Größen in Abhängigkeit von der Wellenlänge der benutzten Wärmestrahlung und

F i g. 4 die Seitenansicht einer Einrichtung zur Steuerung der im Inneren des Kopiergerätes auftretenden atmosphärischen Bedingungen.

Bei einem schnell arbeitenden elektrofotografischen Kopiergerät steht eine nur geringe Zugriffszeit zur selektiven Wärmeschmelzfixierung eines Tonerbildes auf einem Blattmaterial zur Verfügung, so daß eine wirksame und schnelle Wärmeübertragung erreicht werden muß. Wärmeübertragung durch Strahlung mit einer Quelle hoher Temperatur, die infrarote Energie in Form elektromagnetischer Wellen abgibt, ermöglicht einen schnellen und wirksamen Energieübergang auf eine wärmeaufnehmende Fläche. Diese Energie muß jedoch durch das aufnehmende Material

ίο schnell absorbiert werden, d. h. der die Energie empfangende Körper muß einen hohen Prozentsatz der auf seine Oberfläche auftreffenden Energie schnell absorbieren. Elektrofotografische Toner können ca. 94% der auf sie auftreffenden infraroten Strahlung

x5 schnell absorbieren, was von der Wellenlänge der auftreffenden Energie unabhängig ist. Man kann daher sagen, daß dieser Toner wie ein schwarzer Körper wirkt, da er für infrarote Wärmeenergie sehr gut aufnahmefähig ist.

Es ist jedoch schwierig, mit Strahlungswärme eine Fixierung von Flächenteilen geringer Tonerdichte zu erreichen, da die in diesen Flächenteilen für die Strahlungswärme zur Verfügung stehende Absorptionsfläche relativ klein ist. Ferner kann relativ wenig der absorbierten Energie im Inneren der Flächenteile geringer Tonerdichte gespeichert werden, da die Tonermenge in diesen Bildteilen gleichfalls gering ist. Es wurde festgestellt, daß durch Erhöhung der Stärke der infraroten Strahlung bis zu einem Punkt, bei dem eine Fixierung von Bildteilen geringer Tonerdichte erreicht wird, eine zu starke Erhitzung der Bildteile hoher Tonerkonzentration auftritt, wodurch Tonerexplosionen und/oder ein Durchbrennen der Bildteile durch das Blattmaterial auftritt.

Ein wirksamer Strahler infraroter Energie, der einen hohen Prozentsatz der verfügbaren inneren Energie in Strahlungswärme umsetzt, konzentriert diese Energie innerhalb eines schmalen Wellenlängenbandes am kürzeren Ende des infraroten Spektrums. Beispielsweise setzt ein Wolframfaden, der als gute Quelle infraroter Strahlung bekannt ist, ca. 86% der verfügbaren inneren Energie in infrarote Energie um, wenn er mit einer Temperatur von ca. 2260° C arbeitet und die so erzeugte Energie innerhalb eines schmalen Wellenlängenbandes mit einem Mittelpunkt von ca. 1,1 Mikrometer konzentriert ist.

In F i g. 3 sind die verschiedenen wichtigen Parameter der elektrofotografischen Infrarotfixierung in Form eines Schaubildes dargestellt. Die Kurven zeigen Energiewerte über der Wellenlänge in Prozenten eines theoretischen Energiewertes, so daß die einzelnen Parameter miteinander verglichen werden können. Es ist zu erkennen, daß Papier einen hohen Prozentsatz infraroter Energie bei Wellenlängen größer als 3,0 Mikronmeter absorbiert, daß die Absorptionskurve jedoch für infrarote Energie kürzerer Wellenlängen schnell abfällt. Im Gegensatz hierzu ist die Absorption der Toner relativ konstant, da der Toner über 90% aller empfangenen infraroten Energie unabhängig von deren Wellenlänge absorbiert. Es sei besonders bemerkt, daß die Strahlungsemissionskurve für eine Strahlungsquelle hoher Temperatur von 2260° C, dem Temperaturbereich einer Quarzlampe hoher Temperatur, einen hohen Prozentsatz der abgegebenen Nutzenergie bei einer Wellenlänge konzentriert zeigt, bei der Papier extrem schlechte Absorptionseigenschaften hat. Ein Vergleich der drei Kurven zeigt, daß die stark wirksame bei kürzeren Wellenlängen er-

zeugte infrarote Energie vom Toner schnell absorbiert wird, jedoch auf das Papier nur eine geringe oder keine Wärmewirkung ausübt.

Wie aus der Kurve gemäß F i g. 3 hervorgeht, wird infrarote Energie, die auf ein Tonerbild auftrifft, schnell in innere Energie umgesetzt. Ist jedoch die Temperatur der Bildunterlage geringer als diejenige des Tonerbildes, so wirkt die Unterlage als wärmeaufnehmender Körper und entzieht den Bildteilen die Wärme. Je größer der Temperaturunterschied zwisehen den beiden Stoffen ist, um so mehr Wärmeenergie wird durch Leitung vom Toner auf das Blattmaterial übertragen. Wie zu erkennen ist, ist die Wärmeableitung in Flächenteilen geringer Tonerdichte kritisch, da jede geringe Wärmeableitung durch die begrenzt verfügbare innere Energie den Unterschied zwischen einem fixierten und einem nichtfixierten Zustand bedeuten kann.

Bei der neuen Fixiereinrichtung ist die Verwendung einer Infrarotquelle hoher Temperatur zur schnellen Fixierung von Bildteilen geringer Dichte möglich, indem die Papierunterlage vorbehandelt wird. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Temperatur der Bildunterlage genau steuert, wodurch der Wärmeverlust der Bildteile geringer Dichte gesteuert wird. Dies bedeutet, daß bei steigender Papiertemperatur die Wärmeableitung von den Bildteilen geringer Dichte geringer wird, wodurch in Flächenteilen geringer Konzentration eine größere Energiemenge verfügbar ist.

In F i g. 1 ist die Verwendung einer solchen Fixiereinrichtung in einem schnell arbeitenden Kopiergerät dargestellt. Vor der Eingabe in das Gerät befinden sich die Papierblätter in einer Aufnahmeeinrichtung 10. Diese dient nicht nur zur Versorgung des Geräts mit Papier, sondern auch zur Vorbehandlung des Papiers vor der Infraroterhitzung. Die Aufnahmeeinrichtung ist mit einer Temperatursteuerung und einer Feuchtigkeitssteuerung versehen, die den Feuchtigkeitsgehalt im Papier auf einem bestimmten Wert haiten. Der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers ist eine der vielen Veränderlichen, die bei mangelnder Berücksichtigung zu einer falschen und oft unbefriedigenden Wärmeschmelzfixierung führen. Obwohl ganz trokkenes Papier wegen der Brandgefahr in der Fixierzone unerwünscht ist, soll es jedoch auch nicht zu feucht sein, da die Wärmeenergie dann zur Entfernung der Feuchtigkeit statt zur Vorerwärmung des Papiers verbraucht wird. Bei kurzer Zugriffszeit ist eine solche Verschwendung untragbar.

In F i g. 4 ist die Papieraufnahmevorrichtung 10 deutlicher dargestellt. Innerhalb des Gehäuses 89 ist ein Tisch 81 vorgesehen, der in einem beweglichen Rahmen 83 montiert ist. Rollen 82 ermöglichen ein Anheben oder Absenken des Tisches längs Führungsschienen 78, die im Rahmen befestigt sind. Während das Papier von der Oberseite des Stapels 80 abgenommen wird, wird eine Scheibe 84 über das Seil 85 gedreht und bewegt den Tisch aufwärts, wodurch die Oberseite des Papierstapels innerhalb eines relativ konstanten Pegels bleibt. Beim Betrieb der Einrichtung liegt auf der Oberseite des Papierstapels ein nicht dargestellter Blattfühler auf, der zwischen zwei Schaltern beweglich ist, die mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden sind, der die Scheibe 84 antreibt. Wird mit dem Blattfühler ein zu niedriger Stapel festgestellt, so wird durch Betätigung des untersten Schalters der Motor eingeschaltet, so daß der Tisch 81 auf die gewünschte Betriebshöhe gebracht wird. Ist diese erreicht, so wird ein zweiter Ausschalter betätigt, der den Motor zum Stillstand bringt. Die einstellbare Führung 87 ermöglicht die Eingabe von Papierblättern veränderlicher Größe sowie eine richtige Ausrichtung der Vorderkanten der Blätter innerhalb des Papierstapels.

Ein Saugfuß 90 steht über ein Rohr mit einem Unterdrucksystem in Verbindung, das an der Fußöffnung eine Saugwirkung erzeugt. Ein Nockensystem wirkt zusammen mit dem Saugfuß derart, daß das Papier vom Stapel entnommen und in den Spalt zwischen einer Antriebsrolle 91 und einer Andruckrolle 92 der Vakuumlagereinrichtung 12 gebracht wird. Auf der Achse 95 ist ein Kipphebel 94 befestigt, der synchron mit dem Antrieb des Kopiergerätes (F i g. 1) bewegt wird. Der Kipphebel 94 dient zur Betätigung des Nockenstößels 96. Dieser bewegt über das Gelenk 97 den Saugarm nach oben und gleichzeitig nach vorne, so daß ein von diesem gehaltenes Papierblatt in den Spalt zwischen den Transportrollen gebracht wird. Eine genauere Beschreibung eines geeigneten Unterdruck-Transportsystems findet sich in der US-PS 3 241 830. f

Durch Steuerung der atmosphärischen Bedingun- gen innerhalb des Gehäuses 79 wird der Feuchtigkeitsgehalt des darin enthaltenen Papiers auf einem vorgegebenen Wert gehalten. Beim Betrieb der Einrichtung überwacht der Humidistat 100 dauernd den Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre innerhalb des Gehäuses 79. Steigt dieser Feuchtigkeitsgehalt über einen vorgegebenen Wert an, so wird Wärmeenergie zugeführt, wodurch die relative Feuchtigkeit verringert wird. Es wird Wärmeenergie zur Dampf mischung hinzugefügt, um die Temperatur auf einen Punkt zu erhöhen, bei dem eine Streuung zwischen der trockenen und der feuchten Temperatur der Atmosphäre eine relative Luftfeuchtigkeit innerhalb der vorgegebenen Grenzen erzeugt oder, mit anderen Worten, die Temperatur ohne die Zugabe von Dampf zur Verringerung der relativen Luftfeuchtigkeit erhöht wird. Die Wärmeenergie wird mit Heizkissen 102 und 103 zugeführt, die im oberen Teil und am Boden des Gehäuses 79 vorgesehen sind und durch den Thermostat 101 gesteuert werden.

Um weiterhin zu gewährleisten, daß die Papierblät- ' ter innerhalb des Stapels sich im richtigen Zustand befinden, wird trockene Heißluft um das Papier geblasen, bevor es an die Unterdruck-Transporteinrichtung 12 übergeben wird. Komprimierte Luft wird in die Heizkammer 105 durch das Rohr 106 geleitet, wo sie auf den gewünschten Wert erhitzt wird. Die innerhalb der Kammer durch Leitung der Luft zugeführte Wärme wird durch den Thermostat 107 geregelt, der durch den Humidistat 100 gesteuert wird. Die erhitzte Luft wird in ein Rohrsystem 108 geleitet, durch das sie dann in die vordere und die seitliche Auflockerungseinrichtung 109 und 110 gelangt. Diese sind am Papierstapel im Gehäuse derart angeordnet, daß die heißen Gase durch die obersten Blätter des Stapels geblasen werden, wodurch die gesamte Oberfläche des Blattes der gesteuerten Atmosphäre ausgesetzt wird, bevor das Blatt in das in F i g. 1 dargestellte Kopiergerät transportiert wird.

Auf Anforderung wird das Papier mit der Unterdruck-Transporteinrichtung 12 an die Bildübertragungsstelle 15 des Kopiergerätes transportiert. Das Papier wird mit der Einrichtung 14 ausgerichtet und

dann mit der elektrofotografischen Trommel 13 in Berührung gebracht. Die Trommel 13 dreht sich mit derselben Umfangsgeschwindigkeit wie die Transporteinrichtung 12 und enthält auf ihrer Oberfläche ein Ladungsbild, das zuvor mit Toner sichtbar gemacht wurde. Das Tonerbild wird elektrostatisch auf das Blattmaterial übertragen, indem die Rückseite des Papiers, die nicht mit dem Tonerbild in Berührung steht, einer Koronaentladung der Übertragungseinrichtung 16 ausgesetzt wird, die so stark ist, daß das Tonerbild von der Trommel auf das Papier gebunden wird. Nach der Bildübertragung wird das Blattmaterial von der Trommel mittels einer Anblaseinrichtung 18 entfernt und mit der Bildseite nach oben auf ein Unterdruck-Fördersystem 19 gebracht.

Das Papier wird mit dem lose anhaftenden Tonerbild mittels des Unterdruck-Fördersystems 19 mit einer erhitzten Rolle 20 in Berührung gebracht. Das Fördersystem 19 ist unter einem Winkel gegenüber der Horizontalen angeordnet und wirkt zusammen mit dem gebogenen Führungsteil 21 derart, daß das Papier gebogen wird. Dieser Zustand bewirkt eine Vorspannung des Papiers, so daß es eine ausreichende Steifigkeit besitzt, mit der es in innigen Kontakt mit der erhitzten Rolle 20 gebracht wird, wozu der Antrieb durch das Fördersystem 19 dient.

Die Erwärmung der Papierunterlage durch Wärmeleitung wird durch elektrostatische Bindung des Papiers an der erhitzten Rolle 20 erreicht. Die elektrostatische Bindung des Papiers an der Rolle verhindert die Bildung einer Grenzschicht aus Luft oder Gas, die zwischen der erhitzten Fläche und der Papierunterlage auftreten könnte. Die Rolle, die auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, bewirkt einen Wärmeübergang direkt auf das Papier mit einer gesteuerten konstanten Geschwindigkeit. Bei bekannter Temperatur der Wärmequelle und der Papierunterlage, die in der Papieraufnahmeeinrichtung 10 vorbehandelt wurde, kann der Wärmeübergang zwischen den beiden Körpern leicht bestimmt werden. Durch Veränderung des Temperaturunterschiedes zwischen beiden Körpern kann die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung gesteuert werden.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ist die erhitzte Rolle 20 im Rahmen 25 drehbar gelagert und wird mit derselben Umfangsgeschwindigkeit getrieben wie das Fördersystem 19, wozu der Antriebsmotor 26 (Fig. 1) zusammen mit der Antriebsscheibe 27 dient. Die Rolle besteht aus einem Metallzylinder 30, auf dem ein Überzug 29 aus einem elektrisch isolierenden Stoff vorgesehen ist. Vorzugsweise besteht der Überzug aus Polytetrafluoräthylen, das bekanntlich ausgezeichnete Anti-Adhäsionseigenschaften für Toner bei hohen Temperaturen sowie relativ gute Wärmeübertragungseigenschaften besitzt. Der Zylinder 30 besteht aus Kupfer, Aluminium oder jedem anderen Metall guter Wärmeübertragungseigenschaften.

Das gebogene Papierblatt wird mit der Oberfläche der Rolle mit der Bildseite nach oben in innige Berührung gebracht. Das Papier wird dann elektrostatisch an der Oberfläche durch Einwirkung geladener Ionen der Korotroneinrichtung 28 gebunden. Eine Koronaaufladeeinrichtung 31, die in F i g. 2 vor dem Berührungspunkt zwischen Papier und Rolle 20 angeordnet ist, bereitet die nichtleitende Oberfläche für die Aufnahme des Papiers vor. Sie erzeugt eine Koronaentladung entgegengesetzter Polarität zu derjenigen die für die Übertragung des Tonerbildes verwendet wird und bringt diese Ladung auf die nichtleitende Oberfläche der Rolle auf. Die entgegengesetzte Ladung kompensiert zunächst alle noch auf der Rolle vorhandenen unerwünschten Ladungen, die die Papierblätter abstoßen würden. Ferner wird eine zusätzliche Kraft erzeugt, die eine festere Bindung des Papiers in Kontakt mit der Rolle bewirkt. Dies bedeutet, daß ein entgegengesetzt geladenes Feld auf die nichtleitende Oberfläche vor der Papierberührung aufgebracht wird, wodurch ein Feld zur Anziehung der von der Übertragungseinrichtung erzeugten Ionen vorhanden ist, wodurch wiederum eine Kraft erzeugt wird, die ein Blatt Papier in innigem Kontakt mit der Rolle hält.

In F i g. 2 ist die geheizte Rolle 20 mit einer Heizeinrichtung 35 versehen, die sich auf der Mittellinie der Rolle befindet und mit einer Temperatursteuerung 33 elektrisch verbunden ist. Der Metallzylinder 30 ist an beiden Enden mittels Kappen 31 und 32 verschlossen, in denen Lagerelemente zur Drehung der Rolle vorgesehen sind. Eine Saugleitung 37 ist auf dem Maschinenteil 24 befestigt und steht in Verbindung mit der Luftkammer 36, die durch den hohlen Zylinder und die hohle Achse 38 gebildet wird. Die Saugleitung 37 ist mit einer motorgetriebenen Unterdruckpumpe 34 verbunden, die die Umgebungsluft durch die Luftkammer 36 pumpt. Ein konstanter Vorrat relativ kühler Umgebungsluft wird durch eine Anzahl von Luftöffnungen 39 in der Kappe 32 zugeführt.

Eine konstante Steuerung der an der Oberfläche

der Rolle 20 herrschenden Temperatur erfolgt durch den Thermistor 40 (F i g. 1), der mit den Heiz- und Kühlreinrichtungen innerhalb der Rolle in Verbindung steht. Der Thermistor 40 ist mit einer Wärmesonde versehen, die mit der Oberfläche der erhitzten Rolle in Berührung steht. Der dazu erforderliche Andruck wird durch einen aufliegenden Hebelarm erzeugt, der einen praktisch gleichmäßigen Druck der Sonde auf die Rollenoberfläche unabhängig von unregelmäßig auftretenden Bewegungen bewirkt. Da dieser Auflagedruck konstant ist, ist auch die erzeugte Reibungswärme konstant. Läßt man diese Wärme zu, so ist eine genaue Messung der Oberflächentemperatür der erhitzten Rolle möglich.

Beim Betrieb der Anordnung stellt der Thermistor 40 genau die Oberflächentemperatur der Rolle fest und bewirkt eine elektrische Signalgabe an die Temperatursteuerung 33, die auf eine bestimmte Temperatur voreingestellt wurde. Wird auf diese Weise festgestellt, daß die Temperatur der Rolle die vorgegebene Temperatur überschreitet, so wird die Vakuumpumpe betätigt, die wiederum relativ kühlere Umgebungsluft durch die Rolle leitet, bis die Gleichgewichtsbedingungen an der Oberfläche der Rolle wieder hergestellt sind. In ähnlicher Weise erfolgt bei Feststellung einer geringeren Temperatur an der Oberfläche der Rolle eine Einschaltung der Heizeinrichtung 35, wodurch die Temperatur der Rolle wieder auf den gewünschten Gleichgewichtszustand gebracht wird. Es ist zu erkennen, daß die Temperatur der Rollenoberfläche nicht nur dauernd überwacht sondern auch genau gesteuert wird, wodurch wiederum die Geschwindigkeit des Wärmeüberganges von der Rolle auf das auf ihr gebundene Papier gesteuert wird.

In F i g. 1 ist ein Heizstrahler für infrarote Strahlung 42 dargestellt, der über der erhitzten Rolle 20 in

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thermischem Kontakt mit dieser angeordnet ist. Der Heizstrahler 42 besteht aus einer Quarzlampe für hohe Temperatur, die in einem Reflektor 43 angeordnet ist, um den herum ein Rohrsystem 44 vorgesehen ist. Der Reflektor 43 hat eine relativ schmale Öffnung, die oberhalb und in Längsrichtung der Rolle verläuft. Der Reflektor konzentriert die infrarote Energie des Heizstrahlers längs eines relativ schmalen Bogenteiles der Oberfläche der Rolle. Die innere Fläche des Reflektors ist mit einem Stoff hohen Reflexionsgrades überzogen, der auch eine gute Wärmebeständigkeit hat. Hierzu dient beispielsweise Gold, Aluminium o. ä. Das Rohrsystem 44 ist zur Entfernung von während des Fixierens erzeugten Gasen aus dem Reflektor vorgesehen. Es wurde festgestellt, daß die durch das Fixieren abgegebenen Gase sich in dem Reflektor sammeln und eventuell einen Film auf der Reflektoroberfläche bilden, der den Reflexionsgrad verringert und damit die Wirksamkeit der infraroten Strahlung verschlechtert. Eine Reihe von Rohröffnungen ist am Reflektor innerhalb des Gehäuses 44 vorgesehen, die in Längsrichtung der erhitzten Rolle 20 verlaufen. Die Gase werden aus dem Bereich der Fixiereinrichtung dauernd herausgesogen, und zwar durch diese öffnungen hindurch, wodurch eine BiI-dung des genannten Films auf der Reflektoroberfläche verhindert wird.

Bei Drehung der erhitzten Rolle in der in F i g. 1 gezeigten Richtung wird das vorbehandelte Papier, das an der Rolle mit der Bildseite nach oben gehalten ist, in thermischen Kontakt mit der von der Quarzlampe abgegebenen infraroten Strahlung gebracht. Die von der Lampe abgegebene Energie, die bei kürzeren Wellenlängen konzentriert ist, hat eine Intensität, die eine schnelle und wirksame Erhitzung des Toners bei veränderlicher Tonerdichte ermöglicht.

Das an der Rolle 20 fest anhaftende Papierblatt wird von dieser durch den Ablösearm 65 entfernt. Dieser Arm ist auf dem Rahmenteil 70 nahe an der Rolle befestigt und ruht frei in dem in der Rolle 20 vorgesehenen Schlitz 67. Der Arm 65 ist auf einen Punkt zu abgeschrägt und derart gelagert, daß dieser Punkt unterhalb der Oberfläche 29 liegt und auf die Unterseite des Papiers derart einwirkt, daß dieses von der Rolle abgestreift wird. Dabei wird es längs der Führungsteile 68 in Kontakt mit dem Unterdruck-Transportsystem 52 (F i g. 1) gebracht. In F i g. 3 ist ein Lagerarm 69 gezeigt, der an dem Führungselement 68 befestigt ist und ein Aufbiegen der Papierblätter verhindert, wenn diese längs des Führungselements 68 mit dem Transportsystem zusammengebracht werden.

Ein Polytetrafluoräthylendocht, der mit Silikonöl imprägniert ist, ist an einer Stelle hinter der Papierablösestelle vorgesehen. Er ist in einem Gehäuse 75 montiert, und berührt die Oberfläche der Rolle 20. Es stellte sich heraus, daß verbliebener Toner innerhalb des Gerätes unter bestimmten Bedingungen von einer isolierenden Fläche, wie. z. B. aus Polytetrafluoräthylen, angezogen wird. Der an der Rolle anhaftende verbliebene Toner würde eine innige Berührung der Papierblätter mit der Rolle verhindern und damit die Bildung der bereits genannten unerwünschten Grenzschichten begünstigen. Bei der Bewegung der Rolle über den Docht hinweg wird jeglicher noch anhaftender Toner entfernt. Außerdem wird eine dünne Schicht Silikonöl auf die Rolle aufgebracht, die eine Bildung von Toneransammlungen erschwert.

Innerhalb des in F i g. 1 gezeigten Geräts wird das fixierte Blatt mit einem Unterdruck-Transport unter die Biirstenanordnung 50 gebracht, mit der restlicher oder nicht fixierter Toner von der Bildfläche entfernt wird. Die Bürste 51, die aus synthetischen oder natürlichen Fasern bestehen kann, ist gegenüber dem Transportsystem 52 derart angeordnet, daß zwischen der Papierunterlage und den Bürstenfasern eine Wechselwirkung stattfindet. Eine Drehung der Bürste mit relativ hoher Geschwindigkeit in einer Richtung entgegengesetzt derjenigen des Papiertransports entfernt nicht fixierten restlichen Toner, der oft auch als »Untergrundablagerung« bezeichnet wird. Der auf diese Weise entfernte restliche Toner wird mit einem Unterdrucksystem abgesaugt, das unterhalb der Haube 53 einen Unterdruck erzeugt. Das fixierte und abgebürstete Papier wird dann mit einem Unterdruck-Transport 60 in einen Aufnahmebehälter 61 gebracht.

Bei der neuen Fixiereinrichtung wird das selektive Fixieren durch richtige Einstellung des Zustandes des Blattmaterials verbessert. Durch die Vorbehandlung des Blattmaterials können Bildflächenteile einer gewünschten Tonerdichte schnell und wirksam mittels starker infraroter Energie kürzerer Wellenlängen fixiert werden. Die Vorbehandlung besteht aus einer Steuerung des Feuchtigkeitsgehaltes des als Blattmaterial benutzten Papiers und einer Erwärmung auf einen vorgegebenen Wert durch Wärmeleitung, wodurch das Blattmaterial wie eine einstellbare Wärmeaufnahmeeinrichtung wirkt. Der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers ändert sich bekanntlich von Tag zu Tag mit den sich ändernden Umgebungsbedingungen und beeinträchtigt die selektive Fixierung stark, falls er nicht in der beschriebenen Weise beeinflußt wird. Die Fixierung würde sich dann ändern, da die Erhitzung des Papiers durch Wärmeleitung sich mit ändernder Feuchtigkeit gleichfalls ändern würde.

Eine schnelle und wirksame Erwärmung des Papiers durch Wärmeleitung ist durch Entfernung aller unnötigen wärmeaufnehmenden Anordnungen aus dem Bereich der Fixiereinrichtung und durch Vermeidung aller Grenzschichten zwischen der Wärmequelle und dem Blattmaterial möglich. Die elektrostatische Bindung des Blattmaterials an der erhitzten Rolle vermeidet die Bildung von Grenzschichten, die die Wärmeleitung stark beeinträchtigen würden. Ferner werden unhandliche Einrichtungen zur Handhabung des Blattmaterials vermieden. Da die Temperatur des Blattmaterials schnell und wirksam auf einen Wert erhöht wird, bei dem es dem Toner wenig Wärme entnimmt, kann infrarote Energie einer Stärke zur selektiven Fixierung der Bilder verwendet werden, die wirtschaftlich vertretbar ist. Daher ist es bei der neuen Fixiereinrichtung durch sorgfältige Steuerung oder Ausschaltung der Veränderlichen bei der Wärmeübertragung möglich, Bilder geringer Tonerdichte, selektiv zu fixieren, wie sie bei Halbtonbildern oder kontinuierlich getönten Bildern über unerwünschten Untergrundablagerungen bei einem schnell arbeitenden automatischen Kopiergerät erzeugt werden. Der unerwünschte und nicht fixierte Untergrundtoner kann durch Abbürsten o. ä. leicht entfernt werden.

In einem automatischen Kopiergerät ähnlich dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden 17 cm Papier pro Sekunde auf einer erhitzten Rolle innerhalb 0,5 Sekunden auf eine Temperatur von 104° C

erhitzt. Das vorbehandelte Papier wird an der infraroten Strahlungsquelle mit einer derartigen Geschwindigkeit vorbeibewegt, daß ein thermischer Kontakt mit einer Dauer von ca. 0,02 Sekunden stattfindet, wobei die Fixierung erreicht wird. Es stellte sich heraus, daß diese relativ kurze Zugriffszeit zur Fixierung von Strichbildern mit mäßiger und starker Tonerdichte ausreicht, wenn die Strahlungsquelle mit ca. 1700 Watt arbeitet. Ähnlich reicht die Zugriffszeit zur schnellen und wirksamen Fixierung von Halbtonbildern oder kontinuierlich getönten Bildern geringer Dichte aus, wenn eine Infrarotquelle von 2500 Watt Leistung verwendet wird. Es sei bemerkt, daß die Än-

derung der zugeführten Leistung die Stärke der infraroten Energie der Quelle ändert, jedoch relativ geringe oder keine Auswirkung auf die Wellenlängen und relative Verteilung der Energie zeigt, was eine Anwendung der im Handel erhältlichen Infrarotlampen ermöglicht. Es ist daher vertretbar und erwünscht, mit der neuen Fixiereinrichtung zwei Betriebsweisen zu ermöglichen. Bei der ersten Betriebsart wird eine geringe Leistung zur Reproduktion mäßiger und stark getönter Bilder wie Strichzeichnungen o. ä. eingestellt, während bei der zweiten Betriebsart zur Reproduktion von Halbtonbildern eine höhere Leistung zugeführt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Fixiereinrichtung zum Wärmeschmelzfixieren von Tonerbildern auf Blattmaterial, mit einem das Tonerbild beaufschlagenden Heizstrahler, einer Transporteinrichtung in Form eines endlos umlaufenden Trägers für das Blattmaterial, um dieses, mit dem Tonerbild dem Heizstrahler zugewendet, durch die Fixierzone zu bewegen, bei der durch eine zweite Heizeinrichtung das Blattmaterial auch von seiner Rückseite her erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Träger (20, 29) von einer geschlossenen isolierenden Fläche (29) gebildet ist, die in an sich bekannter Weise das Blattmaterial zumindest in der Fixierzone ganzflächig berührend von der zweiten Heizeinrichtung (35) erwärmt ist, und dadurch gekennzeichnet, daß zum Halten des Blattmaterials auf dem Träger, dem Träger in an sich bekannter Weise eine Einrichtung (28, 31) zum elektrostatischen Aufladen seiner tragenden Oberfläche zugeordnet ist.

2. Fixiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Träger durch die Oberfläche (29) einer drehbaren Rolle (20) gebildet ist, in der zur Einstellung der Oberflächentemperatur der Rolle die von einer Temperatursteuereinrichtung (40, 43) gesteuerte Heizeinrichtung (35) angeordnet ist.

3. Fixiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (20) mit einer Schicht (29) aus Tetrafluoräthylen überzogen ist.

4. Fixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Blatttrennvorrichtung (65, 68) zur Ablösung des elektrostatisch gehaltenen Blattmaterials von dem umlaufenden Träger aufweist.