Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Fixieren elektrophotographischer Pulverbilder, mit einer geheizten Fixierrolle und einer Gegenrolle, welche miteinander gekuppelt sind, wobei wenigstens die Fixierrolle einen hülsenförmigen Mantel aufweist, dessen Enden mit Hilfe je eines hohlen Achsstückes gelagert sind.
Bei einer der vorbekannten Einrichtungen dieser Art weist sowohl die Fixierrolle als auch die Gegenrolle einen starren und daher auch massigen, hülsenförmigen Mantel auf, wobei der Mantel der Gegenrolle zudem noch einen Überzug aus Gummi besitzt. Während des Betriebes dieser Fixiereinrichtung wird die Fixierrolle mit Hilfe eines in ihrem Innern angeordneten Heizelementes aufgeheizt und die beiden Rollen werden gegeneinander angepresst. Zwischen diese Rollen wird dann ein zu behandelnder Bildträger, z. B. ein Papierblatt, mit bildmässig verteiltem Toner, eingeführt.
Unter der kombinierten Einwirkung von Druck und der von der Fixierrolle abgegebenen Wärme wird das Tonerbild fixiert.
Damit die Fixierung des Bildes erfolgen kann, muss die gesamte Fixiereinrichtung eine genügend hohe Temperatur aufweisen und zwar bereits vor dem Anfang des eigentlichen Fixiervorganges. Da diese vorbekannte Einrichtung ziemlich viel Masse aufweist, verstreicht jeweils eine beträchtliche Zeitspanne, bis sie die genannte erforderliche Temperatur einnimmt und man muss daher mit einem weiteren Kopiervorgang zunächst abwarten. Die Wartezeit ist im Grunde genommen um so länger, je länger die vorangehende Ruhepause der Fixier einrichtung ist. Diese Wartezeit kann sogar einige Minuten dauern, z.B. wenn die über Nacht abgestellte Kopiermaschine wieder in Betrieb genommen werden soll. Dies ist einer der
Nachteile der vorbekannten Fixiereinrichtung der genannten
Art.
Ein zweiter Nachteil dieser Fixiereinrichtung beruht darin, dass der Bildträger zwischen den zwei Rollen ziemlich fest zusammengepresst wird um möglichst gute Wärmeleitung von der Fixierrolle zum Bildträger zu erreichen und die Kontaktfläche zu vergrössern. Das Zusammenpressen des Bildträgers zwischen den Gummiwalzen lässt keine seitlichen Bewegungen des Bildträgers zu. Falls nun irgendwelche Änderungen der Form des Bildträgers, z. B. Änderungen in seiner Länge oder Breite eintreten, besteht die Gefahr, dass daraus Falten im behandelten Bildträger resultieren werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die genannten Nachteile der vorbekannten Fixiereinrichtung der genannten Art zu beheben.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zum Fixieren elektrophotographischer Pulverbilder der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Mantel nachgiebig ist und aus einem metallischen Material besteht.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher dargelegt. Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines der Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Fixiereinrichtung, nachdem die Seitenwände dieser Einrichtung entfernt worden sind, und
Fig. 2 im Längsschnitt einen Teil des genannten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Einrichtung.
Die Einrichtung zum Fixieren elektrophotographischer Pulverbilder enthält eine Fixierrolle 1 und eine Gegenrolle 2, die in einem Gehäuse 3 gelagert sind.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung sind die beiden Rollen 1 und 2 hohl und in ihrem Innern befinden sich Heizelemente 4 und 5. Diese Heizelemente 4 und 5 sind an eine nicht dargestellte Speisequelle angeschlossen, welche die Heizelemente während des Betriebs der Einrichtung mit elektrischer Energie beliefert, um die zur Fixierung der Pulverbilder erforderliche Wärme erzeugen zu können.
In manchen Fällen genügt es jedoch, nur die Fixierrolle 1 mit einem Heizelement zu versehen.
Die Gegenrolle 2 besitzt zwei hohle Achsstücke, von welchen in der Zeichnung nur das linke Achsstück 6 dargestellt ist. Die Achsstücke 6 sind mittels eines starren Mantels 7, z.B.
aus Metall miteinander verbunden.
Das jeweilige Achsstück 6 besteht aus einem rohrförmigen Teil 8 sowie einem Flansch 9, wobei der Flansch 9 an dem im Innern der Fixiereinrichtung liegenden Ende des rohrförmigen Teiles 8 befestigt ist. Die Umfangspartie des Flansch 9 ist mit dem Mantel 7 der Gegenrolle fest verbunden.
Das rohrförmige Teil 8 ist in einer der Seitenwände 10 des Gehäuses 3 gelagert, wobei sein Ende, welches aus dem Gehäuse 3 ragt, an eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung der Fixiereinrichtung angeschlossen ist.
Die Fixierrolle 1 besitzt ebenfalls zwei hohle Achsstücke, von welchen in der Zeichnung wiederum nur das linke Achsstück 11 dargestellt ist.
Jedes dieser Achsstücke 11 der Fixierrolle ist ringförmig ausgebildet und befindet sich teilweise in einem hülsenförmigen Mantel 12 der Fixierrolle 1. Der Mantel 12 ist nachgiebig und er ist z. B. aus Metall angefertigt. Die Wanddicke des Mantels kann z.B. 60-70 IL betragen.
Die sich ausserhalb des Mantels 12 befindliche Partie 13 des Achsstückes 11 stösst mit seiner äusseren Stirnfläche an die Seitenwand 10 der Fixiereinrichtung. Der äussere Durchmesser des Achsstückes 11 ist wenigstens im Berührungsbereich mit dem hülsenförmigen Mantel 12 kleiner als der innere Durchmesser dieses Mantels 12. Dieser Teil des Achsstückes 11 befindet sich innerhalb der Randpartie des nachgiebigen, hülsenförmigen Mantels 12 der Fixierrolle 1 und liegt über dieser Randpartie des Mantels 12 auf der Gegenrolle 2 auf. Auf diesem Wege wird der Antrieb sowohl des nachgiebigen Mantels 12 als auch der Achsstücke 11 und daher der gesamten Fixierrolle 1 bewerkstelligt.
Das Achsstück 11 der Fixierrolle 1 kann jedoch auch einen Absatz 14 aufweisen. Die abgesetzte Partie 14 des Achsstückes 11 hat dann einen Durchmesser, der kleiner ist als der innere Durchmesser des nachgiebigen Mantels 12. Die abgesetzte Partie 14 befindet sich in diesem Fall im nachgiebigen, hülsenförmigen Mantel 12 und liegt über der jeweiligen Randpartie des Mantels 12 auf die Gegenrolle 2 auf. Der jeweilige Rand des Mantels 12 stösst dann an die zur Achsstückachse senkrecht stehende Wand 15 des Achsstückes 11 an, so dass die Lage des das Achsstück 11 nur lose umgebenden Mantels 12 in Achsialrichtung der Fixierrolle 1 dadurch definiert ist.
Die abgesetzte Form des Achsstückes 11 kann vorteilhaft derart erreicht werden, dass die vorstehend als abgesetzt bezeichnete Partie 14 des Achsstückes ein Rohrstück ist, das sich stumpf an die sich ausserhalb des Mantels 12 befindliche Partie 13 des Achsstückes 11 anschliesst, wobei der Durchmesser dieses Rohrstückes kleiner ist als der Durchmesser der äusseren Partie 13 des Achsstückes 11.
Um den Andruck der Achsstücke 11 sowohl gegen die Gegenrolle als auch gegen den nachgiebigen Mantel 12 der Fixierrolle zu vergrössern, sind zwei Paare von Stützrollen 16 und 17 vorgesehen, welche auf in der Seitenwand 10 des Gehäuses 3 verankerten Wellen 18, 19 gelagert sind. Die Stützrollen 16, 17 greifen auf den Randpartien des Mantels 12 ein, unter welchen sich die jeweilige rohrförmige Partie 14 des Achsstückes 11 befindet. Die Durchmesser der Stützrollen 16,
17 der inneren Partie 14 des Achsstückes 11 und der Gegenrolle 2 sowie ihre gegenseitige Anordnung sind so bemessen, dass sie unter Zwischenlegung des nachgiebigen, hülsenförmigen Mantels 12 der Fixierrolle 1 aufeinander aufliegen.
Oder genauer gesagt, die Stützrollen 16, 17 pressen die Randpartie des nachgiebigen Mantels 12 gegen das Achsstück 11, so dass diese über die Randpartie des Mantels 12 auf das Achs stück 11 aufliegen. Dabei biegt sich jedoch der Mantel 12 auf der Stelle des Andruckes der Stützrollen 16 und 17 durch, so dass er in diesem Bereich der Einrichtung das Achsstück eigentlich nur auf diesen Stellen berührt.
Eine ähnliche Durchbiegung des in entlastetem Zustand sonst zylinderförmigen Mantels 12 erfolgt auch auf der Berührungsstelle mit der Gegenrolle 2. Der nachgiebige, hülsenförmige Mantel 12 der Fixierrolle, der einen Durchmesser hat, der grösser ist als der Durchmesser der zentrierenden Partie 14 des Achsstückes 11, berührt daher das Achsstück 11 nur an den drei genannten Stellen. Zwischen diesen drei Stellen bildet die Randpartie des Mantels 12 Bogen 20, 21, 22, welche von der aufgenommenen Partie 14 des Achsstückes 11 abstehen. Da der nachgiebige, hülsenförmige Mantel 12 der Fixierrolle 1 auf einen starren Mantel 7 der Gegenrolle 2 aufliegt, wobei er, wie gesagt, die Achsstücke 11 nur lose umgibt, findet die Durchbiegung des nachgiebigen Mantels 12 der Fixierrolle ihrer ganzen Länge nach statt.
Diese Durchbiegung des Mantels 12 umschlingt dann den Mantel 7 der Gegenrolle 2 über eine bestimmte Strecke, wobei die Länge dieser Strecke sich mit Hilfe des Zentriwinkels a angeben lässt.
Die jeweilige Stelle des Tonerbildes, das zwischen die Rollen 1 und 2 zwecks Fixierung eingeführt wird, bleibt dann so lange mit dem heissen, nachgiebigen Mantel 12 der Fixierrolle in Berührung, wie sich dies aus der Grösse der Drehgeschwindigkeit der Rollen 1 und 2 und der Länge der durch den Winkel a angegebenen Strecke ergibt
Zwecks Erzielung der jeweils erforderlichen Fixiertemperatur kann der Zentriwinkel os und daher auch die Grösse der Berührungsfläche der Mäntel 7 und 12 geändert werden.
Dies kann erreicht werden durch Verstellen der Stützrollen 16, 17, dem Umfang des Achsstückes 11 der Fixierrolle 1 entlang, durch Verwendung von Mänteln 12 der Fixierrolle, welche verschiedene Durchmesser aufweisen, durch Änderung des Durchmessers der Gegenrolle oder durch Kombination dieser Massnahmen. Durch Vergrösserung des Winkels n können verhältnismässig hohe Fixiergeschwindigkeiten erreicht werden.
Allen diesen Ausführungsformen ist das gemeinsam, dass die Aufheizzeit der beschriebenen Fixiereinrichtung sehr kurz ist, sie kann z.B. nur einige Sekunden betragen, weil die massenarme Fixierrolle 1, die zur Fixierung des Tonerbildes erforderliche Temperatur verhältnismässig schnell einnehmen kann.
Da der Mantel 12 der Fixierrolle 1 nachgiebig ist, weist er einen nur kleinen Formwiderstand auf und der starre Mantel 7 der Gegenrolle 2 kann verhältnismässig dünn gehalten werden.
Infolgedessen muss nicht einmal die Gegenrolle 2 viel Masse aufweisen, und sie verzögert daher den Anfang des Fixiervorganges nach einer Ruhepause der Kopiermaschine auch nicht beträchtlich.
Falls die Gegenrolle nicht geheizt werden muss, so kann ihr Mantel aus einem Wärme schlechtleitenden Material bestehen.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Fixiereinrichtung beruht darin, dass der Anpressdruck, der auf den Bildträger während der Behandlung desselben zwischen den Rollen 1 und 2 ausgeübt wird, gering ist, so dass allfällige Änderungen der Form des Bildträgers während des Fixierens des Bildes zwischen den Rollen 1 und 2 ohne weiteres vor sich gehen können, so dass keine Falten in den Träger eingedrückt werden.
Falls es erforderlich ist, kann auch der Mantel 7 der Gegenrolle 2 nachiebig sein. Dabei solten allerdings die beiden Achsstücke 6 der Gegenrolle 2, welche in den Mantel 7 passen und dadurch die Form desselben bestimmen, synchron angetrieben werden.
Wenigstens eine der Rollen 1 bzw. 2 kann mit einer Schicht aus einem Antihaftstoff wie z. B. aus einem fluorierten Kohlenwasserstoff, aus Silikongummi oder Silikonöl versehen sein, um das Lösen des Bildträgers von den Rollen 1 bzw. 2 nach erfolgter Fixierung des Bildes zu erleichtern.
Die niminale Dicke der Mantelwandung der Rollen 1 und 2 ist durch die Bruchfestigkeit des jeweils verwendeten Materials begrenzt. Nach oben ist die Dicke der Mantelwandung durch das Erfordernis einer möglichst guten Wärmeübertragung durch die Mantelwandung sowie durch eine möglichst kleine Wärmeträgheit des Mantels beschränkt. Falls der Mantel der Rollen aus einem der Metalle Cu, Ni, Co, Cr oder aus einer dieser Metalle enthaltenden Legierung besteht, so kann die Wanddicke des Mantels zwischen 20 bis 200 ,u liegen. Vorzugsweise liegt jedoch die Dicke der Mantelwand zwischen 50-100 ,u.
Die Stützrollen 16 und 17 können auch als durchgehende Stützrollen ausgeführt sein, welche sich über die ganze Länge der Fixierrolle 1 zwischen den Seitenwänden 10 erstrecken.
Es ist auch denkbar, die Stützrollen im Inneren des Mantels der Fixierrolle anzuordnen und zwar beiderseits der Zone, wo der Mantel der Fixierrolle mit dem Mantel der Gegenrolle in Berührung kommt.
Falls erforderlich, können die Stützrollen auch angetrieben werden.
Die Fixiereinrichtung kann mit einem oder mehreren Wärmefühlern versehen sein, um den Aufheizvorgang der
Fixiereinrichtung zu steuern bzw. auch zu überwachen.
Die Rollen 1 und 2 können auch bei längeren Ruhepausen in ständigem Kontakt miteinander bleiben, ohne sich dabei zu deformieren. Dies ist bei der vorbekannten Fixiereinrichtung mit einer Gummirolle nicht der Fall, und man muss die Rollen auseinander bringen, falls eine längere Ruhepause vorgesehen ist, um eine bleibende Deformation der Gummirolle zu verhindern.
Die Mäntel der Rollen der vorstehend näher beschriebenen Fixiereinrichtung passen sich an den Bildträger an und üben dabei den gleichen Anpressdruck auf denselben aus.
Ausserdem unterstützt die Deformation des Mantels 12 der Fixierrolle 1 auch die Lösung des Bildträgers von derselben.
Eine Einsparung an Energie kann man bei der vorstehend beschriebenen Einrichtung auch dadurch erreichen, dass die Achsstücke der geheizten Rollen aus einem wärmeisolierenden Material sind.