DE2041670A1 - Heat fixing device - Google Patents
Heat fixing deviceInfo
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Description
Patentanwälte Difl.-Ing. F.Weickmann, /UAIb/UPatent Attorneys Difl.-Ing. F.Weickmann, / UAIb / U
Dipl.-Ing. Ή. Weickmann, Dipl-Phys, Dr. K.Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. Ή. Weickmann, Dipl-Phys, Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 86, DEN8 MUNICH 86, DEN
POSTFACH 860 820PO Box 860 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22MÖHLSTRASSE 22, NUMBER 48 39 21/22
XEROX CORPORATION, Rochester,'■ IT.Y. 14603, V.StoA<XEROX CORPORATION, Rochester, '■ IT.Y. 14603, V.StoA <
HitzefixiervorrichtungHeat fixing device
Die Erfindung betrifft eine Hitzefixiervorrichtung zur Fixierung in bildmäßiger Verteilung auf einem Bildträger angeordneter wärmeschmelzbarer Teilchen, insbesondere für elektrofotografische Tonerbilder.The invention relates to a heat fixing device for fixing arranged in an image-wise distribution on an image carrier heat fusible particles, especially for electrophotographic toner images.
Ein vorzugsweises Verfahren zur Übertragung von Wärme zwecks Einschmelzung eines Tonerbildes in Papier "besteht darin, das Tonerbild in direkte Berührung mit einer heißen fläche, beispielsweise einer erhitzten Rolle zu bringen. Zur wirksamen und wirtschaftliehen Erzeugung fixierter Bilder ist es je- | doch erforderlich, relativ große und stabile fixierrollen zu verwenden, die eins große ".Wärmemenge'erfordern,- um durch ihre Lagerung verursachteWärmeverluste auszugleichen,, Die Heizelemente für derartige Fixierrollen sind im allgemeinen im Inneren einer der Rollen angeordnet, die einen hohen Temperatur gradienten haben und daher zum Ausgleich von Wärmeverlusten und zur Fixierung relativ große Speiseleistungen erfordern* Mit dem Erfordernis einer hohen Heizelementtemperatur müssen umfangreiche Temperaturregelungen vorgesehen sein, um andere Vorrichtungen in angemessener Weise gegen zu große Wärmeeinwirkungen zu schützen· ferner tritt auch eine Bild- '* verschiebung ein, wenn ein diesen Vorgang verhindernder Stoff,A preferred method of transferring heat to "fuse a toner image into paper" is to do so Bringing the toner image into direct contact with a hot surface, for example a heated roller. To be effective and economic production of fixed images it is ever- | but required relatively large and stable fixing rollers too use that require a large "amount of heat" - to get through their To compensate for heat losses caused by storage, the Heating elements for such fixing rollers are generally placed inside one of the rollers that have a high temperature have gradients and therefore require relatively large feed powers to compensate for heat losses and for fixation * With the requirement of a high heating element temperature extensive temperature controls must be provided, in order to adequately counteract other devices that are too large To protect the effects of heat postponement if a substance preventing this process,
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beispielsweise ein Öl, nicht laufend auf die Rollenoberflächen aufgebracht wird«, Es gibt auch andere Hitzefixiervorrichtungen, die nicht besonders für Hochgeschwindigkeitamaschinen geeignet sind, beispielsweise Anordnungen mit Heizspiralen und Reflektoren,, Diese Strahlungsheizer sowie auch andere Anordnungen mit zirkulierender Heißluft haben den Nachteil der Ableitung großer Wärmemengen in ihre Umgebung, so daß die Wärmeübertragung auf das Tonerbild selbst unzureiohend isto Die Heizspiralen liegen vollkommen frei und gefährden die Betriebssicherheito For example, an oil, is not continuously applied to the roller surfaces «, There are also other heat fixing devices which are not particularly suitable for high-speed machines, for example arrangements with heating coils and reflectors Amounts of heat in their surroundings, so that the heat transfer to the toner image itself is inadequate. The heating coils are completely exposed and endanger operational safety , etc.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Konstruktion einer Kontaktfixiervorrichtung für Tonerbilder derart zu verbessern, daß zur schnellen Fixierung ein minimaler Wärmeverbrauch erforderlich iste Ferner soll der jeweilige Bildträger leicht durch die Vorrichtung hindurchtransportiert werden können, ohne eine Bildversohiebung zu verursachen» ( The object of the invention is to improve the construction of a Kontaktfixiervorrichtung toner image such that for fast fixing a minimum heat consumption iste required Further, the respective image carrier should be able to be easily transported through the device, without a Bildversohiebung to cause "(
Eine Hitzefixiervorrichtung der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäö derart ausgebildet, daß einem endlosen, gut wärmeleitfähigen, auf zumindest einer Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehenen Band eine Transportvorrichtung für den Bildträger, eine elektrische Entladungsvorrichtung zur elektrostatischen, flä— chigen Bindung des Bildträgers am Band und auf seiner dem Bildträger abgewandten Seite eine Heizvorrichtung zugeordnet ist, deren Wärmung eine Einschmelzung der Teilchen auf dem Bildträger bewirkt»A heat fixing device of the type mentioned is designed according to the invention in such a way to achieve this object, that an endless, highly thermally conductive, provided on at least one surface with an electrically insulating layer Belt a transport device for the image carrier, an electrical discharge device for electrostatic, flat chigen binding of the image carrier to the tape and on its side facing away from the image carrier is assigned a heating device, the heating of which causes the particles to melt causes the image carrier »
Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Vorteilen und Wesenszügen anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels beschriebene Es zeigen:The invention is illustrated below with its further advantages and features on the basis of one shown in the figures Embodiment described there show:
Fig.1 die schematische Darstellung einer für hohe Betriebsgeschwindigkeit geeigneten, automatisch arbeitenden 1 shows the schematic representation of an automatically operating one suitable for high operating speeds
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elektrofotografischen Reproduktionsmaschine, die eine Hitzefixiervorrichtung nach der Erfindung enthältAn electrophotographic reproduction machine incorporating a heat fixing device according to the invention
und ■ ·and ■ ·
Pig«2 eine perspektivische "Darstellung der erfindungsgemässen Fixiervorrichtung«,Pig «2 a perspective" representation of the invention Fixing device «,
In Hg.1 sind die verschiedenen Komponenten einer elektrofotografischen Reproäuktionsmasehine schematisch dargestellt. Wie bei allen elektrostatischen Kopiermaschinen wird ein ä In Hg.1 the various components of an electrophotographic reproduction machine are shown schematically. As with all electrostatic copying machines, an Ä
Lichtbild eines zu reproduzierenden Schriftstücks auf die sensitivierte Oberfläche einer elektrofotografischen Platte projiziert, wodurch ein elektrostatisches latentes Bild entsteht ο Danach wird das latente Bild mit einem ihm entgegengesetzt geladenen Entwicklerstoff zur Erzeugung eines elektrofotografischen Tonerbilds entwickelt, welches dem latenten Bild entspricht« Das Tonerbild wird dann elektrostatisch auf einen Bildträger übertragen, auf dem es mit eijier Fixiervorrichtung fixiert wird, die das Tonerbild dauerhaft auf dem Bildträger anhaften läßt.Photo of a document to be reproduced on the sensitized surface of an electrophotographic plate projected, whereby an electrostatic latent image is created ο Then the latent image is used with an oppositely charged developer to generate an electrophotographic The toner image then becomes electrostatic transferred to an image carrier, on which it is fixed with an eijier device is fixed, which allows the toner image to adhere permanently to the image carrier.
Bei der dargestellten Maschine ist ein zu kopierendes Original D auf eine transparente Auflageplatte P aufgelegt, die in I einem optischen System 10 stationär angeordnet ist» Die Bildstrahlen werden durch das optische System auf die lichtempfindliche Oberfläche einer elektrofotografischen Aufzeichnungsplatte in Form einer Trommel 11 projiziertοIn the machine shown, an original D to be copied is placed on a transparent platen P, which is shown in I an optical system 10 is arranged stationary »The image rays are transmitted through the optical system to the light-sensitive Surface of an electrophotographic recording plate projected in the form of a drum 11 o
Die elektrofotografische Trommel 11 ist im Maschinenrahmen in der dargestellten Pfeilrichtung konstant drehbar gelagerte Während ihrer Drehung wird das Lichtbild des Originals auf die elektrofotografische Trommeloberfläche an einer Beiich« tungsstation A projiziert«, Durch diese Belichtung wird die lichtempfindliche Oberfläche in den belichteten laächentei« len entladen, wodurch ein latentes elektrostatisches BildThe electrophotographic drum 11 is mounted in the machine frame so as to be constantly rotatable in the direction of the arrow shown While it is being rotated, the light image of the original is transferred to the electrophotographic drum surface on a Beiich « station A is projected «, this exposure causes the light-sensitive surface to be projected into the exposed parts of the la« len are discharged, creating a latent electrostatic image
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mit einer Konfiguration entsteht, die derjenigen des vom Original projizierten Lichtbilds entspricht Bei weiterer Drehung der Trommeloberfläche wird das elektrostatische latente Bild durch eine Entwicklungsstation B geführt, an der eine Entwicklungsvorrichtung 14 angeordnet ist» Diese bringt einen Entwicklerstoff auf die Trommeloberfläche auf, der über Bie kaskadiert wird und eine Entwicklung des elektrostatischen latenten Bildes bewirkte Während dieser Kaskadierung werden die im Entwicklerstoff enthaltenen Tonerteilchen zur Erzeugung von Tonerbildern auf der Trommeloberfläche abgelagert. with a configuration that corresponds to that of the light image projected from the original Rotation of the drum surface, the electrostatic latent image is passed through a development station B at which a developing device 14 is arranged »This applies a developer to the drum surface, the cascaded across Bie and a development of the electrostatic During this cascading, the toner particles contained in the developer material become the latent image Generation of toner images deposited on the drum surface.
Das entwickelte elektrostatische Bild wird mit der Trommeloberfläche einer Bildübertragungsstation C zugeführt, wo ein Kopieblatt synchron mit der Trommeloberfläohe an diese herangeführt wird, um das entwickelte Bild zu übertragene Es ist ein Blatttransport 16 vorgesehen, der die Kopieblätter von einem Blattförderer 18 dem entwickelten Bild auf der Trommel an der Station 0 zuführteThe developed electrostatic image becomes with the drum surface an image transfer station C, where a copy sheet is fed to the drum surface in synchronism with the drum surface is to transfer the developed image. A sheet transport 16 is provided which carries the copy sheets from a sheet feeder 18 the developed image on the drum at station 0
Nachdem das Blatt von der Trommel abgelöst ist, wird es einer Fixiervorrichtung 50 zugeführt, die es auf dem Kopieblatt in noch zu beschreibender Weise dauerhaft fixierte Danach wird die fertige Kopie aus der Maschine mit einer Fördervorrichtung 21 an eine äußere Sammelstelle ausgegeben·After the sheet is peeled from the drum, it is fed to a fuser 50 which places it on the copy sheet Permanently fixed in a manner still to be described. Then the finished copy is taken out of the machine with a conveyor device 21 issued to an external collection point
Zum Antrieb der Trommel in Verbindung mit der Belichtung mit einem zu kopierenden Original, zur Beförderung und Kaskadierung des Entwicklerstoffs, zur Einzelförderung von Kopieblättern zur Bildübertragungsstation 0 und duroh die Fixiervorrichtung hindurch in zeitlicher Abstimmung mit der Bilderzeugung ist ein geeigneter Antriebsmechanismus vorgesehen·For driving the drum in connection with the exposure of an original to be copied, for conveying and cascading of the developer, for the individual conveyance of copy sheets to the image transfer station 0 and through the fixing device a suitable drive mechanism is provided throughout, in coordination with the image generation
Die vorstehende Beschreibung mag zum Verständnis der allgemeinen Arbeitsweise einer elektrofotografischen Reproduktions-The above description may be used to understand the general operation of an electrophotographic reproduction
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maschine ausreichen, die mit einer Fixiervorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist.machine that is equipped with a fixing device according to the invention is equipped.
Wie aus Jig.2 hervorgeht, ist die Hitzefixiervorrichtung 50 derart ausgebildet, daß ein Kopieblatt S zur Fixierung durch sie hindurchgeführt werden kanne Das Kopieblatt S wird durch einen Eintrittsschlitz 22 an der einen Seite des Gehäuses eingeführt und durch einen Austrittsschlitz an der anderen Seite des Gehäuses herausgeführt. Das Gehäuse für die Fixiervorrichtung besteht aus isolierten Wandungen * As can be seen from Jig.2, the heat fixing device 50 is designed so that a copy sheet S can be passed therethrough for fixing. The copy sheet S is inserted through an entry slot 22 on one side of the housing and through an exit slot on the other side of the housing led out. The housing for the fixation device consists of insulated walls *
24 aus einem stark reflektierenden Material, welches mit einem stark wärmeisolierenden Material überzogen ist· Innerhalb des Gehäuses wird das Kopieblatt mit einem endlosen Band24 made of a highly reflective material, which is covered with a highly heat-insulating material · Inside of the housing becomes the copy sheet with an endless belt
25 befördert, das auf zwei parallel zueinander angeordneten Rollen 26 und 27 geführt ist. Die Achsen der Rollen 26 und 27 sind in geeigneter Weise gelagert und mit Antriebsvorrichtungen wie z.B. Antriebsriemen oder Ketten versehen, durch deren Kopplung mit einem Antriebssystem eine stetige Bewegung des Bandes in der dargestellten Pfeilrichtung erfolgte Dadurch wird das Kopieblatt durch die Fixiervorrichtung hindurchbewegt. Zwischen dem oberen und dem unteren Verlauf des Bandes 25 ist ein Heizelement 30 angeordnet, das die Form eines Streifen- oder Widerstandsheizers hat und seine Wärme % auf das Band 25 strahlte Durch die Aufheizung wirkt das Band 25 als Einschmelzelement und gibt seine Wärme gleichmäßig auf das jeweilige Kopieblatt S ab, auf dem die Tonerteilchen in bildmäßiger Verteilung angeordnet sindo25 conveyed, which is guided on two rollers 26 and 27 arranged parallel to one another. The axes of the rollers 26 and 27 are suitably supported and provided with drive devices such as drive belts or chains, the coupling of which with a drive system resulted in a constant movement of the belt in the direction of the arrow. The copy sheet is moved through the fixing device. Between the upper and the lower course of the band 25 a heating element 30 is arranged, which has the shape of a strip or resistance heater and its heat % radiated onto the band 25 respective copy sheet S on which the toner particles are arranged in an image-wise distribution
Um einen guten thermischen Kontakt gleichmäßig über die gesamte Länge des Berührungsbereiches mit dem Kopieblatt zu gewährleisten, wird dieses elektrostatisch an der Bandoberfläche durch eine Oorona-Entladungsvorrichtung 40 gebunden, die mit einer variablen Spannungsquelle 41 verbunden ist0 Die Spannungsquelle 41 ist variabel, um auch bei sich ändernden Umgebungsbedingungen wie z.B. Luftfeuchte, Temperatur und soIn order to ensure good thermal contact evenly over the entire length of the contact area with the copy sheet, this is electrostatically bonded to the belt surface by an Oorona discharge device 40, which is connected to a variable voltage source 41 0 The voltage source 41 is variable, in order also for changing environmental conditions such as humidity, temperature and so on
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weiter einen jeweils optimalen Betrieb zu ermöglichen.) Zur guten elektrostatischen Berührung ist die Bandoberfläche mit einer sehr dünnen Schicht eines elektrisch isolierenden materials wie ZoBo Teflon überzogen, die auch ein Ankleben des Kopieblatts am Band verhinderte Der Teflonüberzug soll so dünn aein, daß er die Wärmeleitung durch das Band hindurch nicht behindert, seine Stärke kann zwischen cao 0,05 und 0,1 mm liegeno Am Ende des jeweiligen Bandverlaufs trennt sich das Kopieblatt durch seine natürliche Steifheit vom Band ο Es sind ferner Trennfinger 43 aus einem geeigneten Material vorgesehen, die die Abtrennung des Kopieblatts vom Band 25 erleichternFurthermore, to enable optimal operation in each case.) For good electrostatic contact, the tape surface is coated with a very thin layer of an electrically insulating material such as ZoBo Teflon, which also prevented the copy sheet from sticking to the tape. The Teflon coating should be so thin that it conducts heat not impeded through the belt, its thickness may be between about 0.05 and 0.1 mm o liegeno At the end of each tape course, the copy sheet is separated from the belt by its natural stiffness ο There are further separating fingers 43 are provided from a suitable material, facilitate the separation of the copy sheet from the belt 25
Das Band 25 besteht aus einem sehr gut wärmeleitfähigen Material wie ζ·Β· Kupfer, welches eine gewisse Elastizität und eine ausreichende Festigkeit für den angetrebten Verwendungszweck besitzt. Um die Wärmeleitung zu den Tonerteilchen sicherzustellen, soll das Band relativ dünn sein und beispielsweise eine Stärke von ca» 0,25 bis ca„ 0,8 mm haben, so daß die Wärme durch das Band geleitet wird, wenn das Heizelement auf der dem Kopieblatt abgewandten Seite des Bandes angeordnet ist0 Jede der Rollen 26 und 27 besteht vorzugsweise aus einem wärmeunempfindlichen und gegen Wärme isolierenden Material und ist auf ihrer Achse mit wärmeisolierenden Halterungen befestigt·The band 25 consists of a material such as ζ · Β · copper, which has a very good thermal conductivity and which has a certain elasticity and sufficient strength for the intended use. To ensure heat conduction to the toner particles, the tape should be relatively thin and, for example, about 0.25 to about 0.8 mm thick, so that the heat is conducted through the tape when the heating element is on the copy sheet facing away from the belt 0 Each of the rollers 26 and 27 is preferably made of a heat-insensitive and heat-insulating material and is fastened on its axis with heat-insulating brackets
Der Abstand zwischen den Rollen 26 und 27 und die Länge des Bandes 25 können entsprechend den erforderlichen oder er« wünschten Fixiereigenschaften ausgewählt werdeno Beispiels« weise kann der Abstand zwischen den Rollen 26 und 27 verringert werden, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Kopieblattes S duroh die elektrofotografische Reproduktionsmaschine relativ gering ist· Andererseits kann beispielsweise bei Hochgeschwindigkeitsmaschinen mit relativ hoher Bewegungsgesohwindigkeit des Kopieblattes ein großer Abstand zwischen den RoI-The distance between the rollers 26 and 27 and the length of the belt 25 can be selected according to the required or desired fixing properties. For example, the distance between the rollers 26 and 27 can be reduced when the moving speed of the copy sheet S through the electrophotographic reproduction machine is relatively small On the other hand, for example in high-speed machines with a relatively high speed of movement of the copy sheet, a large distance between the RoI-
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len 26 und 27 vorgesehen sein, der die hohe Geschwindigkeit des Kopieblatts durch die Fixiervorrichtung hindurch kompensiert» len 26 and 27 should be provided for the high speed of the copy sheet compensated through the fuser »
Beim Betrieb der Vorrichtung wird ein Kopieblatt mit der Bildseite nach oben auf das Band 25 geführt und mit der Corona-Entladungsvorrichtung 40 an der Bandoberfläche gebunden, so daß es durch die Fixiervorrichtung hindurchtransportiert werden kanne Die in der Fixiervorrichtung zirkulierende Wärme sowie die direkt vom Heizelement 50 abgestrahlte Wärme wirkt auf die Oberfläche des Bandes 25 ein, das in sehr gutem thermischen Kontakt mit dem Kopieblatt über dessen gesamte Länge stehte Da die Stärke des Bandes 25 in der Größenordnung von 0,25 bis 0,8 mm liegt, kann die Wärme auch dann durch das Band hindurchgeleitet werden, wenn das Heizelement auf der dem Tonerbild abgewandten Seite des Bandes angeordnet ist· Es werden ausgezeichnete Fixierungen von Tonerbildern mit durchgehend getönten Flächen und Strichzeichnungen auf sich bewegenden Kopieblättern erzielt, wenn Temperaturen von 1930C und Durchführungszeiten von ca· 0,8 bis 1,0 Sekunden verwendet werden0 During operation of the device, a copy sheet is fed with the image side up onto the belt 25 and bound to the belt surface with the corona discharge device 40 so that it can be transported through the fuser e The heat circulating in the fuser as well as that directly from the heating element 50 radiated heat acts on the surface of the tape 25, the thermal in intimate contact with the copy sheet over its entire length is e Since the strength of the tape 25 in the order of 0.25 to 0.8 mm is, the heat can are also passed through the tape when the heating element is disposed on the side opposite the toner image side of the ribbon · are achieved excellent fixation of toner images with a continuous toned areas and line drawings on the moving copy sheets when temperatures of 193 0 C and execution times of ca 0.8 to 1.0 seconds are used 0
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Ansprechzeit für das Heizelement relativ kurz, und die auf ein Band übertragene Wärmemenge reicht für jede Kopier- bzwo Vervielfältigungsgeschwindigkeit ausc Auch ist die Fixiertemperatur unabhängig von dem Absorptionsspektrum des Toners, wie dies bei'Strahlungsheizern der Fall ist« Die Aufwärmzeit für das Band auf Fixiertemperatur ist relativ kurz, und es sind keine Wartezeiten bei eingeschalteten Heizelementen vor oder während der Betriebszeit einer elektrofotografischen Reproäuktionsmaschine erforderlioh· Da minimale Wärmeverluste durch Leitung und Strahlung vorhanden sind, ist eine nur geringe Speiseleistung für die Heizelemente erforderlich. Auf das zu fixierende Bild wird kein Druck ausgeübt, so daß kei-In the inventive device, the response time is relatively short for the heating element, and transmitted to a tape heat ranges for each copy or o reproduction speed of C The fusing temperature is independent of the absorption spectrum of the toner, as bei'Strahlungsheizern the case is "The Warming up time for the belt to fusing temperature is relatively short, and there are no waiting times when the heating elements are switched on before or during the operating time of an electrophotographic reproduction machine. No pressure is exerted on the image to be fixed, so that no
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ne Verschiebung der Tonerteilchen auftritt,, Die durch das Heizelement 30 zu liefernde Wärmemenge entspricht der auf die Tonerteilohen und das Kopieblatt übertragenen zuzüglich der sehr geringen Wärmemenge, die bei der Übertragung auf das Kopieblatt verloren gehtone shifting of the toner particles occurs, which is caused by the The amount of heat to be supplied to heating element 30 is equal to that transferred to the toner parts and copy sheet plus the very small amount of heat lost in transfer to the copy sheet o
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, auf das sie nicht beschränkt ist«The invention has been described above using an exemplary embodiment to which it is not limited «
1 η 9 c 1 η / 2 ο ο 11 η 9 c 1 η / 2 ο ο 1
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