DE2617682B2 - Reinigungsvorrichtung zum Reinigen der Oberfläche einer Andrückrolle in einer Rollenfixiereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung zum Reinigen der Oberfläche einer Andruckrolle in einer Rollenfixiereinrichtung eines elektrophotographischen Kopiergerätes von zufällig anhaftendem Toner mit einem entgegen der Umlaufrichtung der Andruckrolle unter einem festgelegten spitzen kritischen Anstellwinkel angelegten flexiblen Abstreifmesser, das mittels eines Wagens in axialer Richtung längs der Andruckrolle hin- und herführbar ist.

Rollenfixiereinrichtungen sind bekannt als eine der möglichen Ausbildungsformen einer Fixierstation in einem elektrophotographischen Gerät, beispielsweise einem Kopiergerät. Durch Anwendung von Druck und Hitze werden Tonerbilder durch Anschmelzen an das Papier des Kopierblattes fixiert. Solche Tonerbilder sind das Ergebnis eines elektrophotographischen Verfahrens. Es ist üblich, in Rollenfixiereinrichtungen eine Fixierrolle mit elastisch verformbarer Oberfläche und einer Wärmequelle im Innern vorzusehen. Diese Fixierrolle arbeitet gewöhnlich mit einer Andruckrolle zusammen, die eine glatte Oberfläche hat und während des Fixierens relativ kühl bleibt Zwischen diesen beiden Rollen läuft das Kopierpapier hindurch, wobei die Seite mit dem Tonerbild der geheizten Fixierrolle zugewandt ist Das Rollenpaar wird mit einer gewissen Kraft zusammengehalten, wodurch die Andruckrolle in der elastisch verformbaren Außenschicht der Fixierrolle einen Eindruck hervorruft der die eigentliche Anschmelzzone zum Fixieren der mit ein^m Harz

ίο überzogenen Tonerteilchen auf dem Kopierblatt bildet In einigen elektrophotographischen Geräten wird der

Walzenspalt jeweils zwischen den einzelnen Blättern geöffnet und beim Einlaufen eines neuen Blattes in die Fixierststion wieder geschlossen. In anderen elektro-

u photographischen Einrichtungen bleibt dieser Walzenspalt auch zwischen den einzelnen Blättern immer geschlossen. Bei diesen Geräten kann es geschehen, daß sich unerwünschter Toner auf der Andruckrolle ansammelt, beispielsweise restlicher Toner von Kopien oder auch Tonerstaub, wie er innerhalb des Gerätes auftreten kann.

Es ist daher üblich, besondere Vorrichtungen zum Reinigen der Andruckrolle vorzusehen, um diese von solch restlichem Toner oder anderen Ablagerungen zu befreien. Beispielsweise beschreibt die US-Patentschrift 37 94 417 eine Reinigungsvorrichtung, die eine Mehrzahl von einzelnen blattfederartigen Abstreifmessern mit einer scharfen Schneide aufweist, welche solche Ablagerungen von der Mantelfläche der Andruckrolle

jo abschaben.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 32 370 ist bereits eine Vorrichtung zum Reinigen der Aufzeichnungsfläche einer Selentrommel bekannt, bei welcher auf der hochempfindlichen Selenoberfläche mit Hilfe eines nichtmetallischen flexiblen Reinigungsblattes mit hoher Elastizität und hoher Festigkeit der nach der Bildübertragung noch an der Aufzeichnungsfläche anhaftende Toner entfernt werden soll. Dieses wie ein Schneidstahl geformte, aus Kunststoff bestehende Reinigungsblatt wird unter innem spitzen Winkel gegen die Aufzeichnungsfläche angestellt. Dadurch wird das bei jedem Aufzeichnungsvorgang ständig vorhandene restliche Tonermaterial entfernt.

Der vorliegenden Erfindung liegt jedoch die Aufgabe zugrunde, von der nur mit der Rückseite der zu fixierenden Kopie in Berührung kommenden Andruckrolle, die eine glatte und empfindliche Oberfläche aufweist, den gelegentlich und keineswegs regelmäßig, sondern völlig unregelmäßig sich auf dieser Oberfläche

so ablagernden Toner sauber zu entfernen. Das führt zu ständig sich ändernden Reibungsverhältnissen, die man bisher nicht beherrschen konnte. Dies hat immer wieder zu Beschädigungen der Oberfläche der Andruckrolle geführt. Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der kritische Anstellwinkel, gemessen gegen die im Berührungspunkt an die Andrückrolle anzulegende Tangente so bemessen ist, daß der sich ausbildende Winkel, den die aus der jeweiligen Normalkomponente und der entsprechenden Tangentialkomponente Resultierende mit der Tangente im Berührungspunkt bildet, im Falle einer von Toner freien Oberfläche größer als der kritische Anstellwinkel, und im Falle einer mit Toner verunreinigten Oberfläche kleiner als der kritische Anstellwinkel ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung sind den ebenfalls beigefügten

Patentansprüchen im einzelnen zu entnehmen. In den Zeichnungen zeigt

F i g, 1 eine schematische Obersicht eines elektrophotographischen Kopiergerätes, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird,

Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt, der die Anschmelzzone zeigt, die zwischen der Fixierrolle und der Andruckrolle einer Rollenfixiereinrichtung gebildet ist,

F i g. 3 eine Seitenschnittansicht der Andrückrolle und der Reinigungsvorrichtung,

F i g. 4 eine entsprechende perspektivische Ansicht,

F i g. 5 den Anstellwinkel des Abstreifmessers und die auftretenden Reaktionskräfte der Reibung im Falle, daß die Außenschicht der Andruckrolle sauber ist,

F i g. 6 den Anstellwinkel des Abstreifmessers und die auftretenden Reaktionskräfte der Reibung im Falle, daß Verunreinigungen auf der Außenschicht der Andruckrolle abgelagert sind.

Die F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines elektrophotographischen Kopiergerätes, in welchem die vorliegende Erfindung verwendet wird. Eine Abtastspiegeleinrichtung 10 und eine bewegliche Optik 11 dienen dazu, im Gleichlauf mit der D>-ehung der Kopiertrommel 12 ein latentes Ladungsbild einer Kopiervorlage 13 auf der Oberfläche der Kopiertrommel zu erzeugen. Wie in dieser Technik üblich, wird der Photoleiter auf der Kopiertrommel zunächst gleichmäßig mittels der Koronaentladungsvorrichtung 15 aufgeladen, bevor in der Belichtungsspur 14 die zeilenweise selektive Belichtung erfolgt In der Entwicklungsvorrichtung 16 wird das Ladungsbild anschließend mitteh einer magnetischen Bürste entwickelt Bei der Übertragungsstation 17 wird mit Hilfe der Übertragungskoronavorrichtung 18 das Tonerbild auf ein Blatt Papier übertragen, das von einem Papiervorrat 23 ausgegeben wird. Danach entfernt eine Kopierblattablösevorrichtung 19 das Papierblatt mit dem Tonerbild von der Trommel, das über den Förderweg 20 mittels eines Förderbandes 21 zu einer Rollenfixiervorrichtung 22 gebracht wird. Nach dem Fixieren folgt das fertige Kopierblatt dem Förderweg 33 und wird im Ausgabefach 29 abgelegt. Die Trommeloberfläche wird nach dem Verlassen der Übetragungsstation beim Passieren der Reinigungsstation 30 gereinigt

Eine Ausgabevorrichtung in dem Papiervorratsbehälter 23 gibt das oberste Blatt des Stapels an der Papierabgabe 26 ab. Dieses Blatt läuft dann den Förderweg 27 herunter und wird zunächst an der Blatteinführung 28 angehalten. Wenn die Vorderkante des Tonerbildes auf der Trommel in der Nähe der Blatteinführung ankommt wird diese geöffnet, um dem Blatt das Einlaufen in die Übertragungsstation 17 in genauer Übereinstimmung mit dem Tonerbild auf der Trommeloberflänhe zu ermöglichen. Ein Beispiel einer Papierabgabevorrichtung, die das oberste Blatt tines Stapels aus einem Vorratsbehälter entnimmt ist im IBM Technical Disclosure Bulletin vom Februar 1974 auf den Seiten 2966 und 2967 besch.ieben.

Die Rollenfixiereinrichtung 22 besteht im wesentlichen aus einer aufheizbaren Fixierrolle 34 und einer Andruckrolle 35. Einzelheiten der Fixiereinrichtung werden nicht beschrieben, weil sie von üblicher Bauweise und daher bekannt sind Gewöhnlich wird die Fixierrolle 34 durch eine im Inneren angebrachte Vorrichtung beheizt, wobei die Temperatur an der Oberfläche dieser Rolle durch irgendeine nicht dargestellte Regeleinrichtung konstant gehalten wird. Vorzugsweise besitzt die Fixierrolle an ihrer Außenfläche eine dünne Schicht aus einem Elastomeren, das die mit dem Tonerbild versehene Seite des Blattes ergreift, den Toner darauf anschmilzt und das Blatt wieder freigibt, wobei möglichst wenig restlicher Toner an der heiflen Außenfläche der Rolle ankleben soll. Eine solche Fixierrolle ist beispielsweise im IBM Technical Disclosure Bulletin vom August 1973 auf der Seite 896 beschrieben. Falls erwünscht kann eine Abstreifleiste

ίο vorgesehen sein, um das Ablösen der Blätter von der Fixierrolle 34 zu erleichtern.

Der Spalt zwischen den Rollen 34 und 35 wird vorzugsweise im Gleichlauf geöffnet und geschlossen mit der Notwendigkeit, ein Blatt Papier oder eine Reihe solcher Blätter zu fixieren. Dieser Gleichlauf wird durch nicht dargestellte Mittel gesteuert Ein Beispiel einer solchen Einrichtung ist im IBM Technical Disclosure Bulletin vom Mai 1973 auf der Seite 3644 dargestellt

Die vorliegende Erfindung sieht ein verbessertes Abstreifmesser 31 vor, mit dem die Oberfläche der Andruckrolle 35 zuverlässig gereiiu-gt werden kann.

Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, besteht die Fixierrolle 34 vorzugsweise aus einem Aluminiumzylinder 37, der mit einer relativ dünnen Schicht 36 aus einem

>5 weichen Siliconelastomer überzogen ist. Auf beiden Seiter, ist der Zylinder mit wärmeisolierenden Endscheiben versehen, die auch die Lager tragen, die das Umlaufen der Rolle ermöglichen. Als Heizquelle dient beispielsweise eine Infrarotlampe mit einem Wolfram-Heizfaden, welche im Bereich der Zylinderachse angeordnet ist. Im innern des Zylinders kann auf beiden Seiten eine reflektierende Endscheibe angeordnet sein, die die axiale Gleichmäßigkeit der Wärmeaufnahme durch den Zylinder unterstützen. Die innere Mantelfläehe des Zylinders kann schwarz gefärbt sein, was die Absorptionsfähigkeit für Wärmestrahlung verbessert.

Die Andruckrolle 35 ist als Aluminiurnzylinder 38 mit relativ großer Wandstärke dargestellt. Die äußere Oberfläche der Andrucksrolle ist gehont unc geläppt, um sie besonders glatt zu machen. Die äußere Überzugsschicht 39 der Andruckrolle bietet eine dünne wärmeisolierende Fläche dar, damit die Andruckrolle möglichst wenig Wärme von der geheizten Fixierrolle übernimmt. Diese Schicht muß dünn sein, d:\mit sich die übertragende Wärme irnerhalb des Zylinders 38 rasch verteilt und damit sicherstellt, daß die Andruckrolle keine ungleichmäßige Temperaturverteilung annimmt.

Die Außenschicht 39 ist eine leicht verletzliche Schicht. Deshalb muß eine Reinigungsvorrichtung für diese Schicht so konstruiert und angeordnet sein, daß diese Schicht ohne Beschädigung gereinigt werden kann. Diese Schicht kann beispielsweise aus Alumini'imoxyd, Chromoxyd, Polytetrafluoräthylen oder aus Polytotrafluoräthylen mit darin verteiltem Aluminiumoxyd bestehen.

Wie aus der F ι g. 2 ersehen werden kan;j, drückt sich die Andruckrolle 38 in die elastisch verformbare Elastomerschicht 36 der Fixierrolle ein und bildet dort eine Druckzor.e 40, die die Anschmelzzone für das Blatt 41 ist, dessen Tonerbild sich auf der Seite der Fixierrolle 34 befindet. Wie die Pfeile zeigen, dreht sich die Fixierrolle 34 im Uhrzeigersinn und die Andruckrolle 35 im Gegenuhrzeigersinn.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, enthält die Reinigungsvorrichtung 31 ein ve-hältnismäßig schmales Abstreifmesser 50. Dieses Abstreifmesser ist an einem Wagen 51 befestigt. Dieser Wagen gleitet längs einer Stange 54 und überquert die Außenfläche der Andruckrolle 35 in

axialer Richtung, während er durch die Führungsspindel 52 hin und her geführt wird, die mit einem linksgängigen und einem rechtsgängigen Gewinde versehen ist. Das Abstreifmesser 50 entfernt alle Tonerteilchen oder sonstige Ablagerungen, welche sich auf der Außenschicht der Andruckrolle befinden. An den Umkehrpunkten der Transversalbewegung bewegt sich das Abstreifmesser 50 über den eigentlichen Arbeitsbereich der Andruckrollenoberfläche hinaus, d. h. des Teiles der Oberfläche, der mit zu fixierenden Blättern zusammen arbeitet, so daß das Abstreifmesser zeitweilig über das Ende der Andruckrolle hinaussteht. In dieser Lage scheint die Andrückrolle die Neigung zu haben, Toner und ähnliche Ablagerungen zu entfernen, die sich möglicherweise an der Unterseite des Abstreifmesser angesammelt haben. Solche Abfälle des Abstreifmessers werden ^;n einer Mulde 53 des Gehäuses der Fixiereinrichtung gesammelt. Vorzugsweise sind mit richtung 62, welche eine verunreinigte Außenfläche 39 auf das Abstreifmesser 50 ausübt:

Ft2 = μ2- Fr>2.

Da nun μ 2 größer als μ 1 ist, sind entsprechend auch die Kraftkomponenten Fn 2 und Ft 2 größer als FnI bzw. Ft \. Das ist in den Fig.5 und 6 aus den unterschiedlichen Längen dieser Vektoren ersichtlich. Auch der resultierende Kraftvektor Fr 2 wird gröOer, so daß der Winkel 64 zwischen der resultierenden Kra t und der Tangente kleiner als der Winkel 63 im I alle einer reinen Außenfläche wird.

Der Anütellwinkel 60 zwischen dem Abstreifmesser 50 und der Tangente 62 muß nun so gewählt werden, daß er kleiner als der Winkel 63 ist und größer als der Winkel 64 im Falle einer verunreinigten Außenfläche. Die Tangentialkraft Ft wird also verkleinert, wenn die Außenfläche 39 rein ist, und vergrößert, wenn eine

ΛΛ USI ld Il 11 IC III! Cl M-IIdI ICM T Ul LlCI A.d 11 IC UCS t\ US 11 CHI IICS" sers 50 d'e übrigen Teile des Messers m t einem Material Jn von geringer Oberfiächcncnergie überzogen, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen, um das Ankleben von Verunreinigungen der Andruckrolle an dem Abstreifmesser selbst nach Möglichkeit zu verhindern.

F i g. 4 ist eine perspektivische Darstellung der r. Reinigungsvorrichtung. Aus den F i g. 5 und 6 ist ersichtlich, daß die Reinigungsvorrichtung nach der Erfindung so aufgebaut und angeordnet ist. daß die scharfe Vorderkante des Abstreifmessers 50 sich gegen die verletzliche Außenschicht 39 der Andruckrolle unter sn einem kritischen spitzen Winkel 60 anlehnt. Dieser Winkel ist eine Funktion des Reibungskoeffizienten μ 1 der AuUenschicht 39 der Andruckroüe und des Reibungskoeffizienten μ 2 einer vcrjnreinigten Oberflächenzone 61 dieser Außenfläche. Definitionsgemäß η ist// I bedeutend geringer als// 2.

Das schmale, biegsame Abstreifmesser 50 legt sich an die Außenschicht 39 mit einer relativ geringen Auflagekraft Fn an. wobei diese Krafi Fn normal zur Tangente 62 des Rollenumfangs in·, Eierührungspunkt 4n gerichtet ist.

Im Falle einer reinen Außenschicht ist gemäß Fig. 5 die Kraftkomponente Ft 1 in Tangentenrichtting 62. welche die gegen das Abstreifmesser laufende Andruckrolle auf das Abstreifmesser 50 ausübt, durch den 4-, Reibungskoeffizienten// 1 bestimmt.

Ft 1 = //1 · Fn \

Der aus den aufeinander senkrecht stehenden >n Kräften FiI uvi FnI resultierende Kraftvektor FrI liegt innerhalb des Abstreifmessers 50 und bildet einen Winkel 63 mit der Außenfläche der Andruckrolle bzw. der Tangente 62 im Berührungspunkt.

Im Falle einer verunreinigten Außenfläche ist der maßgebliche Reibungskoeffizient μ 2. Gemäß F i g. 6 beträgt nun die Kraftkomponente Ft 2 in Tangenten-Statische Reibung μ

VCI Ulli CIIII]E Lt. V/t/\.l IMll.lll.ItS.tJlll. Wl

IVCIIII^UIIgS'

vorrichtung ankommt

Die tangentialen und normalen Teilkräftc Ft und Fn sind beide lineare Funktionen des Reibungskoeffizien ten des Materials, gegen welches sich die vordere scharfe Kante des Abstreifmessers anlegt. Der größer und größer werdende Reibungskoeffizient einer verunreinigten Oberflächenzone 61 vergrößert daher auch proportional die tangential Kraftkomponente F/2 (Fig.-¹"), wodurch sich das Abstreifmesser fester gegen diese verunreinigte Zone anlegt. Dieser Effekt mit vergrößerler Tangentialkraft Ft dauert so lange an, bis (1) entweder die Verunreinigung 61 entfernt ist oder (2) das biegsame Abstreifmesser 50 sich gegen die Außenschicht 39 hindurchbiegt, wodurch der Winkel 60 so groß wie oder kleiner als der Winkel 64 wird. Diese letztere Bedingung (2) gilt aber auch für den oberen Grenzwert für die Größe der Normalkraft Fn 2. Falls durch diese Kraft die Verunreinigung 61 nicht entfernt wird, wird das Abstreifmesser über diese Verunreini gungszone hinwegschleifen. Wenn die Verunreinigung jedoch entfernt wurde, dann legt sich das Abstreifmes ser wieder gegen eine saubere Oberfläche 39 an, so daß die Bedingungen der F i g. 5 wieder hergestellt sind, d. h. das verstärkte Anhaften des Messers an der Außenschicht 39 hört auf.

Es ist wesentlich zu beachten, daß der kritische Winkel 60 niemals größer wird als der Winkel 63 der resultierenden Kraft FrI, wenn sich das Abstreifmesser wieder gegen eine saubere Oberfläche anlegt (vgl. F i g. 5), weil dann eine Beschädigung der Außenschicht 39 und/oder des Abstreifmessers 50 möglich ist.

In einer nach dem Erfindungsgedanken geL·auten Vorrichtung war der vorherrschende Bestandteil der Verunreinigungen 61 Toner, und die Außenschicht der Andruckrolle bestand aus Polytetrafhioräthylen. Der Reibungskoeffizient μ der Außenschicht 39 bzw. einer Verunreinigung 61 gegenüber einem Abstreifmesser 50 aus Stahl wurde im statischen Falle wie folgt bestimmt.

22 C

60C

193 C

Außenschicht 39 Verunreinigung 61

0,240-0,260 0,240-0,360

0,100-0,160 0,330

0,013-0,065 1,090-1,120

Gemessene Werte für den Koeffizienten der Gleitreibung μ, wenn die AuBenschicht 39 sich mit 38 cm in der Sekunde relativ zum Abstreifmesser bewegt, waren folgende.

Gleitreibung μ

22 C

Außenschicht 39
Verunreinigung 61

0,130-0,260
0,130-0,260

Die Erfindung ist nicht auf das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Aiisfiihrungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind auch abgewandelte Ausführungen möglich. Wesentlich ist. daß solche Vorrichtungen die kritische Geometrie aufweisen, wie sie anhand der F i g. 5 und 6 erläutert wurde. Beispielsweise kann das Abstreifmesser 50 einen Z-förmigen Querschnitt haben, so daß eine zu 60

193 C

0,065-0,130
0,160-0,330

0,010-0,065
0,330-0,360

stark anwachsende Anhaftkraft Ft2 (Fig.6) bewirkt, daß der mittlere Teil des Z sich durchbiegt und auf diese Weise die scharfe Vorderkante des Abstreifmessers von der Außenfläche 39 abgehoben wird, so daß das Abstreifmesser über die Verunreinigung 61 hinweggleitet.

Hierzu 2 Blatt Zeidiniiiijien

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Reinigungsvorrichtung zum Reinigen der Oberfläche der Andruckrolle in einer Rollenfixiereinrichtung eines elektrophotographischen Kopiergerätes von zufällig anhaftendem Toner mit einem entgegen der Umlaufrichtung der Andrückrolle unter einem festgelegten spitzen kritischen Anstellwinkel angelegten flexiblen Abstreifmesser, das mittels eines Wagens in axialer Richtung längs der Andrückrolle hin- und herführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der kritische Anstellwinkel (60), gemessen gegen die im Berührungspunkt: an die Andruckrolle (35) anzulegende Tangente (62) so bemessen ist, daß der sich ausbildende Winkel (63 bzw. 64), den die aus der jeweiligen Normalkomponente (Fn 1 bzw. Fn 2) und der entsprechenden Tangentialkomponente (Ft 1 bzw. Ft 2) Resultierende (FrI bzw. Fr2) mit der Tangente (62) im BerühruEgjpunkt bildet, im Falle einer von Toner freien Oberfläche (39) größer (63) als der kritische Anstellwinkel (60), und im Falle einer mit Toner verunreinigten Oberfläche (39) kleiner (64) als der kritische Anstellwinkel (60) ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide des Abstreifmessers (50) im Vergleich zur axialen Ausdehnung der Rolle (35) schmal ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine mit einer Schicht (39) aus einem Material geringer Oberflächenenergie überzogene Andruckrolle ("5) das Abstreifmesser (50) aus Metall besteht und mit Ausnahme seiner Schneide mit einem Material ϊ -ringer Oberflächenenergie überzogen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material geringer Oberflächenenergie Polytetrafluoräthylen ist.