DE2529765A1 - Aufschmelzvorrichtung - Google Patents
AufschmelzvorrichtungInfo
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Description
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Xerox Corporation, Rochester, N.Y. / USA
Aufschmelzvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufschmelzvorrichtung zur
Verwendung beim Fixieren von Tonerbildern auf Kopierblättern mit einer beheizten Aufschmelzrolle und einer Stützrolle, die
zum Druckeingriff mit der Aufschmelzrolle gelagert ist, um mit ihr einen Spalt zu bilden, durch den die Kopierblätter hindurchgehen,
wobei die Tonerbilder die erwärmte Aufschmelzrolle berühren.
Beim xerografisehen Verfahren wird ein Lichtbild eines zu kopierenden
Originals typisch in Form eines latenten, elektrostatischen Bildes auf einem fotosensitiven Teil aufgezeichnet, wobei
das latente Bild anschließend durch Anwendung elektroskopischer Markierungspartikel, die im allgemeinen als Toner bezeichnet
werden, sichtbar gemacht wird. Das sichtbare Bild kann dann entweder direkt auf dem fotosensitiven Teil fixiert oder
von dem fotosensitiven Teil auf ein Blatt ebenen Papiers übertragen werden, worauf es anschließend fixiert wird.
Es gibt verschiedene Wege, die Tonerpartikel auf dem Trägerteil zu verschmelzen oder zu fixieren, einer dieser Wege ist die Anwendung
von Wärme. Um elektroskopisch.es Tonermateriäl auf einem
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Trägereiement durch Wärme ständig zu fixieren oder zu verschmelzen,
ist es notwendig, die Temperatur des Tonermaterials auf einen Punkt zu erhöhen, auf welchem die Bestandteile des
Tonermaterials koaleszieren und klebrig werden. Diese Wirkung führt dazu, daß der Toner in gewissem Ausmaß von den Fasern
des Trägerelements absorbiert wird, welches in vielen Fällen aus Papier besteht. Wenn das Tonermaterial abkühlt, verursacht
die danach auftretende Verfestigung des Tonermaterials eine feste Verbindung desselben mit dem Trägerelement. Sowohl in
der xerografischen als auch der elektrografisehen Aufzeichnungstechnik
ist die Verwendung von Wärmeenergie zum Fixieren von Tonerbildern auf einem Trägerelement alt und gut bekannt.
Eine Art des Warmaufschmelzehs elektroskopischer Tonerbilder auf einen Träger war der Durchgang des Trägers mit dem darauf
befindlichen Tonerbild durch ein Paar gegenüberliegender Rollen, von denen mindestens eine von außen oder von innen erwärmt wird.
Während des Betriebes einer Aufschmelzvorrichtung dieser Art wird das TrMgerelement, an welchem die Tonerbilder elektrostatisch
haften, durch den Spalt bewegt, der zwischen den Rollen gebildet ist, wobei die Tonerbilder die Aufschmelzrolle berühren,
um dadurch die Erwärmung der Tonerbilder innerhalb des Spaltes zu bewirken. Um das Aufschmelzen der Tonerbilder in
der oben beschriebenen Weise zu fördern, ist die Stützrolle des Rollenpaares gewöhnlich so aufgebaut, daß die Aufschmelzrolle
eine Vertiefung in der Stützrolle aufgrund der Druckkraft erzeugt, welche die Rollen miteinander in Eingriff preßt.
Aus diesem Grunde weist die Stützrolle einen starren Kern mit einer relativ dicken Schicht aus einem Elastomer auf, die daran
befestigt ist und eine äußere Schicht aus abhäsivem Material. Das abhäsive Material zeigt eine niederige Affinität für klebrigen
Toner. Die oben erwähnte Vertiefung wird kontinuierlich ausgebildet wenn verschiedene Abschnitte der Stützrolle in
und außer Eingriff gelangen, was zu einer großen Anzahl von
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Biegungen der äußeren Schicht führt. Die nutzbare Lebensdauer solcher Stützrollen hängt in hohem Maße von der Fähigkeit des
die äußere Schicht bildenden Materials ab, der Beanspruchung der ständigen Biegungen standzuhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufschmelzvorrichtung
mit einer Stützrolle zu schaffen, die eine wesentlich höhere Lebensdauer als bisher bekannte Rollen aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stützrolle
aus einem starren Kern, einer Schicht aus auf den Kern geklebtem elastischen Material und einer äußeren Schicht aus einem
Copolymer aus Perfluoralkyl - perf1uorvinyl-äther mit Tetrafluoräthylen
besteht, wobei der Äther die Formel c n F2n+l~°~CF=CF2
hat.
Die Dicke des elastischen Silikongummis und des abhäsiven Materials
sind so ausgewählt, daß sie leicht den Kräften der Aufschmelzrolle standhalten.
Die Außenschicht besteht aus einem Fluorkohlenstoffharz, das
von der E.I. DuPont de Nemours und Co. (Inc.) hergestellt wird und als "Teflon" PFA Fluorkohlenstoffharz bezeichnet wird. Diese
Art Harz ist ein durch Schmelzen herstellbares Perfluorpolymer, welches das Kohlenstoff-fluoringerüst in der Hauptkette mit
Perfluoralkoxy-Seitenketten kombiniert.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines xerografi-
schen Reproduktionsgerätes mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Kontaktaufschmelzen,
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Fig'. 2 einen Querschnitt des Aufschmelzsystems gemäß
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III der
Fig. 2,
Fig. 4 eine Seitenansicht der Aufschmelζvorrichtung
gemäß einem AusfUhrungsbeispiel der Erfindung, wobei die Stützrolle und die Aufschmelzrolle
außer Eingriff sind,
Fig. 5 eine Seitenansicht der Aufschmelzvorrichtung
ähnlich Fig. 4, wobei die Aufschmelzrolle und
die Stützrolle jedoch in Eingriff sind,
Fig. 6 eine Teildarstellung einer flexiblen Antriebskupplung, und
Fig. 7 eine Draufsicht der in Fig. 2 dargestellten Aufschmelzvorrichtung
.
In der Zeichnung, insbesondere in Fig. 1 ist ein automatisches, xerografisches Reproduktionsgerät 9 mit einem Ausführungsbeispiel
des Rollenaufschmelzsystems gemäß der Erfindung dargestellt.
Das automatische, xerografische Reproduktionsgerät umfaß eine xerografische Platte 10, die zu einer Trommel geformt
ist. Die Platte hat eine fotoleitende Schicht oder lichtempfindliche Oberfläche auf einer leitenden Unterlage, die in einem
Rahmen zur Drehung in Richtung des dargestellten Pfeiles gelagert ist. Die Drehung führt dazu, daß die Plattenoberfläche
nacheinander an einer Reihe xerografieeher Behandlungsstationen
vorbeiläuft.
Zur Erläuterung x<;erden die einzelnen xerografisehen Behandlungsstationen
auf dem Bewegungsweg der Piattenoberfläche im folgenden in ihrer Funktion beschrieben:
Eine Ladestation A, wo die gleichmäßige elektrostatische Ladung auf die fotoleitende Platte aufgebracht
wird,
eine Belichtungsstation B, an viel eher Licht oder ein
Strahlungsmuster von zu reproduzierenden Kopien auf die Plattenoberfläche projiziert wird, um die Ladung
in den belichteten Bereichen derselben zu löschen und dadurch latente, elektrostatische Bilder der zu reproduzierenden
Kopien zu formen,
eine Entwicklungsstation C, an weicher xerografisches Entwicklermaterial aus Tonerpartikeln mit einer elektrostatischen
Ladung entgegengesetzt zu der der latenten elektrostatischen Bilder über die latenten
elektrostatischen Bilder kaskadenartig geschüttet wird, um Pulverbilder in Form der zu reproduzierenden
Kopien zu bilden,
eine Übertragungsstation D, wo die Pulverbilder elektrostatisch von der Plattenoberfläche auf ein Übertragungsmaterial
wie Papier übertragen werden, was dann
durch ein erwärmtes Druckaufschmelzsystem gemäß einem
Ausführungsbeispiei der vorliegenden Erfindung läuft, die im folgenden beschrieben werden wird, und
eine Trommelreinigungs- und -entladungsstation E, an welcherdie Plattenoberfläche gebürstet wird, um restliche
Tonerpartikel, die darauf nach der Bildübertragung zurückbleiben, zu entfernen und wo die Platte einer relativ
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hellen Lichtquelle ausgesetzt wird, um eine im wesentlichen vollständige Entladung von jeder restlichen elektrostatischen
Ladung zu bewirken, die darauf zurückgeblieben ist.
Weitere Einzelheiten der oben beschriebenen xerografisehen Behandlungsstation
können der US-Patentschrift 3 578 859 entnommen
werden.
Eine Druck und Wärme kombinierende Aufs chmel zvorr ichtung 12, wie
sie besonders in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, umfaßt eine beheizte Aufschmelzrolle l6 und eine Stützrolle l8.
Der Aufbau der Aufschmelzrolle l6 besteht aus einem starren zylindrischen
Teil 20, das vorzugsweise aus Stahl hergestellt ist, an welchem Endkappen 22 und 22' in geeigneter Weise, z.B. durch
Löten, befestigt sind. Das Teil 20 hat bei einem arbeitenden Ausführungsbeispiel
einen Außendurchmesser von 60 mm (2 3/8"). Die Endkappe 22' (Fig. 2) wird von einem Lager 24 getragen, das in
einem seitlichen Rahmenteil 26 der mit einer Rolle arbeitenden Aufschmelzvorrichtung 12 angeordnet ist* Die Endkappe 22 wird
von der Nabe 28 eines Antriebszahnrades 30 für die Aufschmelzrolle
gehalten, welche ihrerseits von einem Stützlager 32 gehalten
oder gelagert wird, welches in einem seitlichen Rahmenteil 26' angeordnet ist.
Während des Betriebes der Aufechmelzvorrichtung 12 wird eine Trägerkopie oder ein Blatt 34 (Fig. 3) durch den Spalt 36 bewegt,
der durch den Eingriff der Aufsehmelzrolle l6 und der Stützrolle gebildet wird, so daß die Tonerbilder von der Aufsehmelzrolle
16 berührt werden. Um Wärmeenergie zur Erhöhung der Temperatur der Tonerpartikel auf eine geeignete Aufschmelztemperatur
zu erzeugen, ist ein Heizelement 38 innerhalb des zylindrischen Teils 20 durch Heizungsso ekel 23 und 23' gelagert. Das Heizelement
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kann aus einem Quarzheizeraufbau mit einer Quarzhülle und einem
innerhalb derselben angeordneten Widerstandsheizelement aus
Wolfram bestehen. In der Praxis wird Energie in der Größenordnung von 1475 Watt zum Widerstandsheizelement über elektrische
Anschlüsse 39 geleitet, um dadurch die Oberflächentemperatur der Aufschmelzrolle auf ungefähr 193°C (28O0F) zu erhöhen.
Um den Aufbau der Aufschmelzrolle Io mit einer Außenfläche zu
versehen, die eine relativ niedrige Affinität für klebrige Tonerpartikeln
hat, ist eine Schicht 40 aus einem Fluorkohlenstoffpolymer,
z.B. Polytetrafluräthylen (PTFE) auf dem starren zylindrischen Teil 20 angeordnet. Die Schicht 40 aus PTFE kann eine
Dicke von 30 bis 38 ,um (1,2-1,5 mil) haben und das Teil 20 ist
vorzugsweise aus wärmeleitendem Material wie Kupfer oder Aluminium hergestellt. Wenn Kupfer verwendet wird, sollte es mit Aluminium
oder Nickel beschichtet werden, ehe die Schicht aus PTFE aufgebracht wird. Die besondere Art, in welcher die Aufschmelzrolle
1β hergestellt wird, bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Daher kann diese Herstellung gemäß bekannten Verfahren
durchgeführt werden, wie sie z.B. in den US-Patentschriften 3 437 032 und 3 776 76O beschrieben sind. Während der Aufbau der
Aufschmelzrolle hier mit einer PTFE-Schicht beschrieben ist, kann sie auch ohne die Schicht hergestellt werden und einfach
eine blanke Metalloberfläche aufweisen.
Durch Steuerung der Wärmeübertragung auf den Toner ist unter normalen
Bedingungen tatsächlich kein Absetzen der Tonerpartikel vom Kopierblatt zur Aufschmelzrolle zu erwarten. Dieses beruht darauf,
daß die auf die Oberfläche der Rolle aufgebrachte Wärme nicht ausreicht, um die Temperatur der Oberfläche der Rolle über die
"Heißabsetztemperatur" ("hot offset" temperature) des Toners zu
erhöhen, bei welcher die Tonerpartikel in den Bildbereichen des Toners verflüssigt wurden und eine Scherwirkung im geschmolzenen
Toner verursacht würde, um dadurch ein "Heißabsetzen" zu ergeben.
Ein Scheren tritt auf, wenn die die viskosen Tonermassen zusammenhaltenden
Kohäslvkräfte kleiner als die Adhäsivkräfte sind, die dazu neigen, sie auf einer Berührungsfläche wie eine
Aufschmelzrolle abzusetzen.
Gelegentlich werden jedoch Tonerpartikel auf der Aufschmelzrolle durch unzureichende Anwendung von Wärme auf deren Oberfläche
abgesetzt (d.h. "Kaltabsetzen")., durch unzureichende
Eigenschaften der Oberfläche der Rollen oder durch unzureichendes Haften der Tonerpartikel am Kopierblatt durch die elektrostatischen
Kräfte, welche sie dort normalerweise halten. In einem solchen Fall können Tonerpartikel auf die Oberfläche der
Aufschmelzrolle mit einer anschließenden Übertragung auf die Stützrolle während der Zeiten übertragen werden, in welchen
kein Kopierpapier im Spalt ist.
Darüber hinaus können Tonerpartikel von der Aufschmelz- und/oder Stützrolle während des Aufschmelzens von Doppelkopien oder einfach
aus der Umgebung des Reproduziergerätes aufgenommen werden.
Um die Möglichkeit des Absetzens von Toner auf der Aufschmelzrolle
auf ein Minimum zu verringern, ist eine dünne Schicht eines Organosiloxanpolymers oder eines anderen geeigneten Materials
auf die Oberfläche der Aufschmelzrolle 16 aufgebracht, um dadurch eine Zwischenfläche zwischen der Rollenoberfläche
und den Tonerpartikeln, die vom Trägermaterial getragen werden, zu bilden. So liegt dem Toner eine Schicht geringer Oberflächenenergie
gegenüber, wenn er durch den Aufschmelzspalt hindurchgeht, und dadurch wird der Grad der Absetzung von Toner auf die
Oberfläche der Aufschmelzrolle auf ein Minimum herabgesenkt.
Um das Organosiloxanpolymer, das im allgemeinen als Silikonöl bekannt ist, auf die Aufschmelzrolle 16 aufzubringen, ist eine
Menge von Silikonöl H-2 in einer Ölwanne hk enthalten, welche
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einen Teil der Aufschmelzvorrichtung 12 bildet. Ungefähr 0,65
Silikonöl in der ölwanne ergeben darin eine Höhe, welche sich
bis zu den Spitzen mehrerer Rippen 45 erstreckt. Ein Auftragteil 46 ist innerhalb der ölwanne 44 mittels eines Stützteils 48 gelagert,
so daß das Auftragteil sowohl das Silikonöl als auch die Oberfläche der Aufschmelzrolle 16 berührt. Wie in Fig. 3 dargestellt
ist, ist ein Ende des Auftragteils fest am Stützteil 48 angebracht, wie bei 49 gezeigt ist, während sich das andere Ende
desselben in das Silikonöl erstreckt und tatsächlich den Boden des ölsumpfes berührt.
Das Stützteil 48 umfaßt eine langgestreckte Konstruktion, die sich genauso weit wie die Längsachse der beheizten Aufschmelzrolle
16 erstreckt und hat ein Paar seitwärts überstehender Zapfen 50 und 50', die zwischen einem Paar nach oben ragender
Rippen oder Kanälen 52 aufgenommen sind, die integral ausgebildet
sind oder in anderer Weise in der Ölwanne 44 vorgesehen sind, wodurch das Stützteil 48 relativ zum Aufbau der Aufschmelzrolle
16 lokalisiert wird. Die Rippen verhindern übermäßiges Schwenken des Öls in der ölwanne, wenn diese bewegt wird und
sie wirken auch als Versteifungen für die Ölwanne. Ein Paar Druckfedern 54, von denen nur eine dargestellt ist, sind ebenfalls
in den Kanälen 52 aufgenommen, um das Stützteil mit der gesamten
Kraft von ungefähr 3kg (6 lbs) nach oben zu drücken, so daß ein
guter Eingriff des Auftragteils mit der Aufschmelzrolle erzielt wird.
Der Umfang des Stützteils 48 ist mit mehreren konkaven Bereichen oder Flächen 5& versehen, die Jeweils nur mit einem Abschnitt
des Auftragteils 46 zusammenwirken. Wenn der mit der Aufschmelzrolle in Berührung stehende Abschnitt des Auftragteils so stark
mit Toner belastet wird, daß er seine Wirksamkeit beim Auftragen oder Reinigen verliert, kann das Stützteil 48 neu ausgerichtet
werden, so daß ein sauberer Abschnitt des Auftragteils mit
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der Aufschmelzrolle ausgerichtet wird. Um diese neue Ausrichtung
durchzuführen, wird die Ölwanne 44 vom Rahmen 57 der Aufschmelzvorrichtung
abgenommen, indem die ölwanne, wie in Fig. 3 zu sehen ist, von rechts nach links bewegt wird.
Eine Abstreifklinge 58 und ein Träger für dieselbe sind innerhalb
der Ölwanne so angeordnet, daß die Abstreifklinge 58 die Aufschmelzrolle
16 berührt, nachdem durch das Auftragteil 46 öl
auf sie aufgebracht wurde. Der Träger 60 ist mit einem Paar Stiften 62 versehen, die in öffnungen in der Ölwanne 44 aufgenommen
sind. In Ansätzen 65 aufgenommene Federn 64 dienen dazu, den Träger 60 und damit die Abstreifklinge 58 mit der Aufschmelzrolle
mit ausreichender Kraft in Berührung zu drücken (d.h. ungefähr mit 4kg bzw. 8 lbs insgesamt), damit das aufgebrachte öl
in einer Dicke zugemessen wird, so daß 5 ml/Kopie auf einem Blatt von 21,6 χ 27,9 c^ (8 1/2 x 11") verwendet werden. Die
Abstreifklinge, die aus irgendeinem für diese Zwecke geeigneten Material hergestellt sein kann, z.B. aus einem Fluorsilikonelastomer
mit einer Shore Α-Härte von 80°, ist in einem langestreckten Kanal 66 des Trägers aufgenommen.
Die Stützrolle l8 (Fig. 2 und 3), welche ungefähr die gleichen Gesamtabmessungen wie die Aufschmelzrolle l6 aufweist, besteht
aus einem starren, im allgemeinen zylindrischen Teil 68 mit einem Außendurchmesser von 44,5 mm (1 3/4") und einer Wanddicke
von 4,8 mm (3/I6") und einem Paar Endkappen 70 und 70', die in den Endabsöhnitten des zylindrischen Teils 68 aufgenommen sind.
Eine 8,0 mm (0,315") dicke Schicht 72 aus elastomerem Material, vorzugsweise einem warmfesten Organosiloxanpolymer, das im allgemeinen
als Silikongummi bekannt ist, ist auf das zylindrische Teil 68 geklebt. Eine 0,48 mm (0,019") dicke äußere hülsenartige
Schicht 74 aus hoch warmfesten Material mit einer relativ niedrigen
Affinität für klebrig gewordenen Toner ist über der Schicht 72 aus Silikongummi angebracht. Die zusammengesetzte Dicke und
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die Härte der .Schichten 72 und 72J- sind so, daß eine Verformung
derselben durch die Aufschmelzrolle möglich ist, um eine geeignete Länge für den Spalt Jo zu erhalten (d.h. einen Bereich,
der mit dem konkaven Abschnitt der Stützrolle übereinstimmt). Ein Filzkissen 75 und ein Träger 77 für dasselbe sind am Rahmen
der Aufschmelzanordnung gelagert, so daß das Pilzkissen die Oberfläche der Stützrolle berührt. So wird jede Verschmutzung,
wie Toner von der Stützrolle während der Drehung derselben entfernt.
Es versteht sich, daß die Schichten 72 und "JK aufgrund der Verformung
beim Durchlauf dieser Teile der Stützrolle durch den Spalt mechanisch beansprucht werden. Gegenwärtig scheint die
Lebensdauer eines Aufbaus wie der Stützrolle 18 durch Fehler der Schicht 7^ begrenzt zu sein. Hauptfehler sind das Splittern
oder Brechen dieser Schicht. Bisher war es allgemein üblich als warmfestes polymeres Material fluoriertes Äthylenpropylen
(FEP) für die äußere Schicht der Stützrolle zu verwenden. Bei bestimmten Maschinen scheinen Hülsen bzw. Schichten aus FEP
ziemlich zufriedenstellend zu sein. Wenn die Arbeitsparameter von Kopiermaschinen, wie die Kopiergeschwindigkeit,jedoch erheblich
ansteigen, hat es sich herausgestellt, daß die Biegedauerfestigkeit von Hülsen aus FEP nicht zufriedenstellend ist.
Die Biegedauerfestigkeit ist als Anfall der Zyklen definiert, die ein Streifen aus FEP oder anderem Material aushält bevor er
splittert, wenn er bei einer Dehnung von 10$ zwischen zwei Greifbacken
mit Radien von 0,5-mm (20 mil) bei einer Temperatur von
166°C (3300F) um 90° gebogen wird. Bekannte Materialien wie das
bei der Herstellung von Stützrollen verwendete FEP ergeben Rollen mit Hülsen oder äußeren Schichten, deren Biegedauerfestigkeit in
der Größenordnung von 10000 bis 6OOOO Biegezyklen liegt.
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Um die Lebensdauer der Stützrolle gemäß der vorliegenden Erfindung
zu verbessern, wird die hülsenartige Schicht 64 aus einem Material hergestellt, die eine Pederlebensdauer weit über der
vorhergehenden aufweist. Demzufolge ist die Schicht 74 aus einem Copolymer aus Perfluoralkyl-perfluorvinyl-äther mit Tetrafluoräthylen
hergestellt, in welchem der Äther die Formel C F1-. ,-0-CF=CFp hat, wobei η ggf. eine Zahl von 1 bis 10 einschließlich
sein kann, jedoch vorzugsweise eine Zahl von 1 bis einschließlich ist.
Eine Stützrolle 18, die mit einer Schicht 74 aus PFA hergestellt
ist, hält im Vergleich zu 50.000 Zyklen die mit Hülsen aus FEP erzielt
werden können, 1,5 Millionen Biegezyklen aus.
Die Endkappen 70 und 70' der Stützrolle l8 sind in einem Paar
seitlicher Rahmenteile 76, 76' mittels Lagern 78, 78' gelagert.
Die Stützrolle kann zusammen mit den Lagern und den Rahmenteilen leicht aus der kombinierten Druck- und Wärmeaufschmelzvorrichtung
12 entfernt werden. Hierzu sind die seitlichen Rahmenteile 76, 76' in ihren oberen Abschnitten mit hakenähnlichen Teilen
80, 80' versehen, die in Ausnehmungen 82, 82' aufgenommen werden,
welche in einem Paar von Schwenkarmen 84, 84' vorgesehen sind. Die Schwenkarme tragen die Stützrolle zur Bewegung in und außer
Eingriff mit der Aufschmelzrolle l6 in einer Weise, die später erläutert werden wird. Ein Paar Schraubbolzen 86, 86' befestigen
die untersten. Abschnitte der seitlichen Rahmenteile an den Schwenkarmen 84, 84'. Die Schwenkarme sind am Maschinenrahmen
über Wellenzapfen 85 gelagert.
Zum Einbau der Stützrolle l8 werden die hakenähnlichen Teile 80, 80' in die Ausnehmungen 82, 82' eingesetzt und danach die
Schraubbolzen 86, 86' eingeschraubt. Zum Entfernen der Stützrolle wird der vorhergehende Vorgang einfach in umgekehrter
Reihenfolge durchgeführt. Sowohl der Einbau als auch der Ausbau
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der Stützrolle können schnell mit einem Minimum an Handgriffen durchgeführt werden. Die hakenähnlichen Teile 80, 80f ersetzen
Schraubbolzen ähnlich den Schraubbolzen 86, 86'. Es ist zu erkennen,
daß beim Ausbau der Stützrolle, wenn die Schraubbolzen 86, 86' entfernt sind, die hakenähnlichen Teile die Stützrolle
auf den Schwenkarmen 84, 84' tragen, so daß die Stützrolle bis nach dem Entfernen der Schraubbolzen nicht gehalten werden muß.
Wenn die Stützrolle heiß ist, ist dieser Aspekt der Stützrollenanordnung wichtig. Bei bekannten Vorrichtungen, bei welchen
vier Schraubbolzen verwendet werden, ist es notwendig, die Stützrolle beim Entfemsn der Schraubbolzen zu halten.
Wie in Fig. 4 zu sehen ist, sind die Aufschmelzrolle 16 und die
Stützrolle 18 außer Eingriff miteinander gelagert, was entweder einer Ruhelage des Reproduktionsgerätes 9 oder einer Aufwärmperiode
entspricht, welche einem Einschalten des Reproduktionsgerätes entspricht. Die Aufwärmperiode ist u.a. erforderlich,
damit die Aufschmelzrollentemperatur auf eine vorbestimmte Höhe gebracht werden kann, die zum Aufschmelzen von Tonerpartikeln
auf das Blatt J54 ausreicht. Wenn die Rollen 16 und 18 außer Eingriff
gebracht werden, wird die Drehbewegung der Stützrolle 18 mittels einer flexiblen Welle 90 durchgeführt, welche ein Antriebszahnrad 88 mit der Stützrolle 18 verbindet. Der Aufschmelzrolle
16 wird eine Drehbewegung mittels des Antriebszahnrades 30 erteilt, das mit dem Antriebszahnrad 88 kämmt. Ein Scherstift 91
oder eine andere Sicherheitsvorrichtung, die mit der Nabe des Zahnrades 88 verbunden ist, ist vorgesehen, um das Zahnrad mit
dem nicht dargestellten Hauptantriebsmotor des Gerätes über eine ebenfalls nicht dargestellte Kette zu kuppeln.
Die Enden der flexiblen Welle 90 haben rechteckigen Querschnitt
und sind in der Endkappe 70 und einem Kupplungslager 22 aufgenommen,
welches zu einem später noch zu erläuternden Zweck im Antriebszahnrad 88 enthalten ist.
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Die flexible Welle 90 erlaubt eine vertikale Verschiebung der Stützrolle l8, wie in Fig. 2 zu sehen ist. Diese Verschiebung
wird durch einen Verbindungsmechanisraus 9^ durchgeführt (Fig. 4
und 5). Während des Eingriffs der Stützrolle und der Aufschmelzrolle wird die Stützrolle durch die Aufschmelzrolle angetrieben
und das Einweg-Kupplungslager 92 stellt sicher, daß die Stützrolle
durch die Aufschmelzrolle nach Art eines Overdrive angetrieben werden kann.
Während andere flexible Wellen verwendet werden können, kann die besondere Welle 90, die hier betrachtet wird, von der Firma
Stow Manufacturing Co. unter der Bezeichnung Core Nr. Type 899O-100
erhalten werden. Diese besondere Welle ist aus wendelförmig gewickeltem Drahtseil hergestellt, um einen mehrschichtigen.Aufbau
zu bilden, der einen allgemeinen zylindrischen Querschnitt aufweist. Die Enden der Welle sind abgesetzt, um sie zu einem allgemeinen
quadratischen Querschnitt zu formen. Im Betrieb erfolgt die Drehung der Welle in einer Richtung die dazu neigt, ihre Windungen
anzuziehen und machen die Welle daher steifer jedoch genügend flexibel, um die oben erwähnte Verschiebung zu ermöglichen.
Eine abgewandelte Form einer flexiblen Kupplung, wie sie in Fig. dargestellt ist, umfaßt eine doppelt verschiebbare Kupplung, die
im allgemeinen als Oldham-Kupplung bezeichnet wird. Um eine solche
Anordnung zum Kuppeln der Stützrolle mit einem Antriebszahnrad zu schaffen, wird die Endkappe 70 durch eine Endkappe 96 mit einem
Schlitz 98 in der Stirnfläche ersetzt. Ein innerhalb des Kupplungslagers 92 angeordnetes Wellenlager wird durch ein Kupplungsteil
100 ersetzt, das einen Schlitz 102 in seiner Kreisfläche ähnlich dem Schlitz 98, jedoch unter einem Winkel von 90° zu demselben
aufweistΓ~Ε1η Zwischenstück 1θ4 ersetzt die Welle 90 und verbindet
die Endkappe 96 mit dem Kupplungsteil 100. Für diesen Zweck
weist das Zwischenstück einen im allgemeinen zylindrischen Hauptteil mit Zungen ΙΟβ, ΙΟβ1 auf, die integral mit den Stirnseiten
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des Zwischenstücks ausgebildet sind. Diese Art Kupplung kann wie die flexible Welle 90 eine Verschiebung der Stützrolle 18 ermöglichen,
erlaubt jedoch ebenfalls einen schnellen Ausbau der Stützrolle l8 aus der kombinierten Druck- und Wärmeaufschmelzvorrichtung.
Der Verbindungsmechanismus 94 besteht wie am besten in den Fig.
und 5 zu sehen ist, aus einer Gelenkanordnung mit vier Drehpunkten,
die durch einen Magneten 108 betätigt wird, welcher an einem Haltearm 110 befestigt ist. Der Haltearm 110 ist ein Teil der
seitlichen Rahmenteile 26, 26'. Jeder der Schwenkarme 84 trägt eine Differentialschraube 112, welche ihrerseits einen beweglichen
Gelenkpunkt 114 trägt. Der Gelenkpunkt 114 ist über ein Verbindungsglied 116 einen beweglichen Gelenkpunkt 120 und ein weiteres
Verbindungsglied 118 mit einem stationären Drehpunkt 122 verbunden. Die Wellenzapfen 85,- welche die Gelenkarme 84, 84'
tragen, dienen als stationärer Drehpunkt und bilden einen der vier Dreh- oder Gelenkpunkte der Verbindungsanordnung.
Am Verbindungsglied II8 ist ein Nockennachläufer in Form einer
Rolle 124 befestigt. Der Kern 126 des Magneten IO8 wirkt als Nokken
der gegen die Rolle 124 drückt, um dadurch eine Drehung des Verbindungsgliedes II8 um den Drehpunkt 122 im Uhrzeigersinn zu
bewirken. Gleichzeitig bewegt sich der bewegliche Gelenkpunkt 120 nach rechts, wie in Fig. 4 zu sehen ist, zu einem Punkt
im wesentlichen auf einer geraden Linie, die durch die Mitten der Drehpunkte 114 und 122 gezogen ist. Ein einstellbarer Puffer
dient aufgrund seiner Berührung mit dem Schwenkarm 84, wie in Fig. 5 zu sehen ist, als Anschlag. Auf diese Weise begrenzt der
Puffer 128 den Grad der Bewegung des Drehpunktes 120 in eine Lage gerade links von der oben erwähnten Linie, die durch die Mitten
der Drehpunkte 114 und 122 gezogen ist.
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/ ηFi 1 δ
Ein Paar Druckfedern 1J5O (von denen nur eine gezeigt ist), jeweils
eine für jeden Schwenkarm unterstützt die durch die Aufschmelzrolle
16 ausgeübten Kräfte beim Außereingriffbringen der
Stützrolle mit der Aufschmelzrolle, wenn der Verbindungsmechanismus 94 außer Betrieb ist, mit anderen Worten, wenn die Magnete
IO8 ausgeschaltet sind. Die Federn bringen ungefähr eine Gesamtkraft
von % kg (8 lbs) auf. Es versteht sich, daß die Größe der
Kraft, die am Magneten erforderlich ist, um die Stützrolle und die Aufschmelzrolle im Spalt zu halten, ziemlich klein ist. Die
erforderliche Haltekraft ist gegenüber der erforderlichen Bewegungskraft
der Magneten in der Größenordnung von 20 Watt im Vergleich zu 320 Watt, die erforderlich sind, um die Rollen miteinander
in Eingriff zu bringen, so daß eine Gesamtkraft von ungefähr 360 kg (800 lbs) bei heißem Spalt (d.h. wenn die Aufschmelzrolle
auf der oder in der Nähe ihrer Arbeitstemperatur ist) aufgebracht
werden muß. Ein zweiter einstellbarer Puffer 132,der integral mit dem Verbindungsglied II8 ausgebildet ist, begrenzt
die Bewegung des Verbindungsgliedes II8 im Uhrzeigersinn durch seinen Eingriff mit dem Magneten 108.
Die Justierung des Verbindungsmechanismus 94 erfolgt durch Einstellung
der Puffer 128 und 132. Wenn der Magnet eingeschaltet ist, sollte der Puffer 128 die Schwenkarme 84, 84' so berühren,
daß die Mitte des Drehpunktes 120 gerade links der Linie durch die Mitten der Drehpunkte l40 und 122 liegt. Wenn dieses beim
Einschalten des Magneten nicht der Fall ist, kann der Puffer I28 in Richtung auf den Schwenkarm zu oder von diesem wegbewegt
werden, wie es gerade erforderlich ist.
Der Spaltdruck kann durch die Einstellung der Differential schraube
112 verändert werden, wenn der Verbindungsmechanismus justiert ist. Ein geeigneter Spaltdruck ist erreicht, wenn der gemessene
Kontaktbogen gleich 11,4 mm (0,45") ist. Dies kann mit üblichem Kohlepapier durchgeführt werden, das gemäß bekannter Verfahren
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S ΠΙ 988JR/Il 6 1.5
zum Messen des Beruhrungsbogens zwischen der Stützrolle und der
Aufschmelzrolle benutzt wird.
Es versteht sich, daß die von der Aufschmelzrolle ausgeübte Kraft normalerweise dazu neigen würde, eine wesentliche Scherkraft an
den Schraubbolzen 86, 86f hervorzurufen. Daher sind die seitlichen
Rahmenteile 76, 761 so ausgebildet, daß sie die erwähnten
Scherkräfte über die seitlichen Rahmen in eine Richtung leiten, in welcher diese Kräfte gegen geneigte Flächen 1^4 der Schwenkarme
84, 841 gerichtet sind.
Der Magnet IO8 kann aus einem einzelnen Gleichstrommagneten von
der Größe 8EC bestehen, der von der Ledex Corporation erhalten v/erden kann oder aus einem Paar Gleichstrommagneten der Größe
7EC, die ebenfalls von dieser Firma bezogen werden können.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, verbindet eine Welle Ij56 zur Drehmomentübertragung
die Schwenkarme 84, 84', um eine genaue Verriegelung durch den Verbindungsmechanismus 94 sicherzustellen. Hierfür
sind die unteren Abschnitte der Schwenkarme mit kronenartigen Vorsprüngen I38, 138' versehen, die integral mit ihnen ausgebildet
sind. Die Welle 136 trägt ein Paar kronenartiger Hülsen l40,
l40', die mit den Vorsprüngen I38, 138* in Eingriff stehen, wodurch
die Bewegung, die einem der Schwenkarme erteilt wird, auf den anderen der Schwenkarme übertragen wird. Die Hülse l40 ist
an der Welle mit einer Madenschraube 142 befestigt, während die Hülse l40' eine Madenschraube 142' trägt, die in einem Schlitz
144 der Welle 136 gleitet. Eine Schraubenfeder 146 steht mit einem Haltering 148 und der Hülse l40r in Eingriff, um die Hülsen
mit den Vorsprüngen I38, I381 in Eingriff zu drücken. Das
Entfernen der Welle kann durch einfaches Bewegen derselben nach rechts gegen die Kraft der Schraubenfeder 146 erfolgen, wie in
Fig. 7 zu sehen ist.
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9-886/08 1 5
Ebenfalls sind in Fig. 7 ein Paar Finger 150, 150* dargestellt,
welche, wie in Fig. 3 zu sehen ist, neben dem Austritt des Spaltes 36 angeordnet sind. Die Finger bewirken ein Abnehmen des
Blattes 3^· von der Aufschmelzrolle l6. Wenn das Blatt den Spalt
verläßt, folgt es der Drehung der Aufschmelzrolle, wo es mit der Oberseite der zum Abstreifen dienenden Finger in Berührung
kommt. Die Finger werden so zwischen dem Blatt und der Aufschmelzrolle angeordnet und leiten das Blatt dadurch entlang
einem vorbestimmten Bewegungsweg von der Aufschmelzrolle weg,
so daß es von einer nicht dargestellten Transporteinrichtung aufgenommen werden kann. Die Finger können aus einem PTFE-Material
hergestellt sein oder ihre Oberseite kann mit PTFE beschichtet sein, um die Neigung der Kopie daran kleben zu bleiben oder
des Toners sich darauf abzusetzen, auf ein Minimum zu verringern.
Wie in Fig. 3 zu sehen ist, sind ein Thermistor 152 und ein Halter
15^ für denselben schwenkbar in Berührung mit der Aufschmelzrolle
16 angeordnet. Der Thermistor kann irgendeinen geeigneten Aufbau haben, wie er z.B. in der US-Patentanmeldung Serial No.
364 178, eingereicht am 25. Mai 1973* beschrieben ist, welche der
Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde. Die Temperatur der Aufschmelzrolle kann in Verbindung mit dem Ausgang
des Thermistors durch einen Steuerkreis gesteuert werden, wie er in der US-Patentschrift 3 327 096 beschrieben ist.
Die gesamte kombinierte Druck- und Wärmeaufschmelzvorrichtung 12 ist innerhalb des Reproduktionsgerätes durch obere und untere
Schlitten gelagert und Befestigungsarmen zugeordnet. Nur der obere Schlitten I60 ist dargestellt. Geeignete Schlitten werden
von der Accuride Co. verkauft und tragen die Teile-Nummer C-30I-17-LC.
Die Schlitten und zugehörigen Beschläge tragen die kombinierte Druck- und Wärmeaufschmelzvorrichtung in einer Weise, die
es erlaubt, sie in einer Richtung in die Maschine und aus der
- 19 -
509886/0815
Maschine zu schieben, die mit der Längsachse der Rollen 16 und 18 zusammenfällt.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beschrieben wurde, versteht es sich, daß verschiedene Abwandlungen ohne Abweichung vom Gedanken der Erfindung
durchgeführt werden können. Daher ist diese Beschreibung nicht als Beschränkung gedacht.
Kurz zusammengefaßt wird durch die Erfindung eine Stützrolle zur Verwendung in einer Aufschmelzvorrichtung zum Fixieren von
Tonerbildern auf Kopierblättern durch die Anwendung von Wärme und Druck geschaffen. Die Stützrolle zeichnet sich durch einen
starren Kern aus, der mit einer relativ dicken Schicht aus einem Elastomer bedeckt ist, über welcher eine relativ dünne Schicht
aus einem Material mit hoher Biegedauerfestigkeit gelegt ist, welche die äußere Oberfläche der Stützrolle bildet.
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Claims (1)
- Patentansprüchel.J Aufschmelzvorrichtung zu Verwendung beim Fixieren von Tonerbildern auf Kopierblättern mit einer beheizten Aufschmelzrolle und einer Stützrolle, die zum Druckeingriff mit der Aufschmelzrolle gelagert ist, um mit ihr einen Spalt zu bilden, durch den die Kopierblätter hindurchgehen, wobei die Tonerbilder die erwärmte Aufschmelzrolle berühren, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrolle aus einem starren Kern, einer Schicht aus auf den Kern geklebtem elastischen Material und einer äußeren Schicht aus einem Copolymer aus Perfluoralkylperfluorvinyl-äther mit Tetrafluoräthylen besteht, wobei der Äther die Formel c n P2n+l""°~CF=CF2 hat*2« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Äther die Formel CnFpn+1-O-CF=CFp hat und η eine Zahl von 1 bis einschließlich 5 ist.3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschmelzrolle von innen beheizt ist.2λLeerseite
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