DE3113659C2 - Druckfixiereinrichtung für Tonerbilder in einem Fotokopiergerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fixiereinrichtung mit Druckwalzen, bei der über die gesamte Walzenlänge eine annähernd konstante Linienlast längs der Berührungslinie der Walzen erzielt werden soll, bei der die Walzen einfach herstellbar sind und die auf die Walzen wirkenden Kräfte variiert werden können. Hierzu ist eine der Walzen als massive zylindrische Walze ausgebildet und die Gegenwalze als zylindrische Hohlwalze, wobei auf die Enden der Massivwalze die erforderliche Kraft in Richtung auf die Hohlwalze ausgeübt wird und die Hohlwalze in der Mitte und innen gegen diese Kraft ab gestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckfixiereinrichtung für Tonerbilder in einem Fotokopiergerät nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, zylinderförmige Druckwalzen vorzusehen, welche sich längs einer Mantellinie berühren. Auf den Toner muß, um ihn zum Fixieren zu bringen, ein bestimmter Mindestdruck ausgeübt werden. Diesen Druck erreicht man, indem man auf die Enden der Walzen eine Kraft ausübt, die sich längs der Berührungslinie der Walzen fortpflanzt und diese gegeneinanderpreßt. Bei einem Walzendurchmesser von ca. 60 mm rechnet man pro Zentimeter Walzenlänge mit einer Streckenlast von N/cm. Will man doshalb eine DIN-A4-Kopie fixieren, welche in Längsrichtung zwischen den Walzen hindurchläuft, müssen die Walzen mit 6178 N belastet werden, d. h. daß auf die Enden der Walzen eine Kraft von 3089 N erforderlich ist. Diese Kraft darf die Walzen nur geringfügig durchbiegen. Deshalb verwendet man massive und dicke Walzen.

Die Verwendung derartiger kalter Druckwalzen hat den Vorteil, daß das Gerät zum Kopieren keine Aufwärmzeit braucht. Der Nachteil der Druckfixierung

des Toners nach dem Stand der Technik ist jedoch der, daß der Materialaufwand der Druckfixiereinrichtung sehr groß ist, wodurch das Gerät einerseits verteuert und andererseits gewichtsmäßig sehr schwer wird. Eine bekannte Druckfixiereinrichtung nach dem Stand der Technik, welche zwei Druckwalzen mit einem Durchmesser von 58 mm aufweist, wiegt etwa 18 kg.

Der Hauptnachteil derartiger Druckfixiereinnchtungen ist jedoch der, daß, wenn auf die Enden der Druckwalzen die notwendigen Kräfte ausgeübt werden, sich die Druckverteilung zur Mitte der Walzen hin abschwächt, d. h. der Druck verteilt sich nicht gleichmäßig über die gesamte Länge der Walzen.

Um diesen Nachteil abzuhelfen, hat man bereits vorgesehen, zwei zylindrische Druckwalzen unter einem kleinen Winkel zueinander anzuordnen, so daß sich die Walzen zunächst nur in der Mitte in einem Punkt berühren. Wird jetzt auf die Enden der Walzen die notwendige Kraft ausgeübt so verformen sich die Walzen so, daß sich die Walzen über ihre ganze Länge berühren. Die Druckverteilung bei dieser Ausbildung ist wesentlich besser, d. h. gleichmäßiger als bei der erstgenannten Ausbildung. Jedoch hat diese Einrichtung den Nachteil, daß beim Durchlauf auf das Papier Scherkräfte ausgeübt werden, die zu einer bleibenden Verformung des Papieres führen.

Als weitere Lösung des aufgezeigten Kioblems hat man bereitj vorgeschlagen, die Druckwalzen tonnenförmig (konvex) auszubilden, so daß ihr Durchmesser in der Mitte etwas größer ist als an den Enden. Preßt man derartige Walzen aufeinander, so kann bei richtiger Kontur der Tonnenform in Abhängigkeit von dem gewünschten Druck exakt eine gleichmäßige Druckverteilung über die Walzenlänge erreicht werden.

Diese Ausbildung hat jedoch den Nachteil, daß das Kopierpapier über die Breite der Walzen unterschiedlich schnell transportiert wird, im vorliegenden Fall in der Mitte der Walzen schneller als an den Rändern. Dies bewirkt, daß sich in der Mitte des Papieres eine Quetschfalte bilden kann, welche in jedem Fall unerwünscht ist.

Um die Kräfte, mit denen Druckfixierwalzen gegeneir.andergedrückt werden müssen, kleiner zu halten, hat man des weiteren Druckfixiereinrichtungen mit drei Walzen vorgesehen, wobei eine mittlere dünnere Walze durch zwei dickere Walzen abgestützt wird.

Diese Ausbildung ist aufwendig.

Um die genannten Nachteile zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen (deutsche Patentanmeldung P 31 08 095.2), wenigstens eine der Druckwalzen als konkav «, Rohr auszubilden und in diesem Rohr in der Mitte und in ihrem Innern ein Stützlager vorzusehen, durch das eine die Walze durchgreifende Achse oder Welle greift und auf die Enden der Achse oder Welle in Richtung auf die Gegenwalze die notwendigen Kräfte wirken zu lassen.

In die Dimensionierung der als Rohr ausgebildeten Walze wird bei dieser Ausbildung bewußt die Verformung durch die ausgeübten Kräfte einkalkuliert. Sie ist dabei im Vergleich zu den Druckwalzen nach dem Stand der Technik dünner, was geringere Kräfte, die die Walzen gegeneinander drücken, zuläßt.

Damit zeigt diese Druckwalzenausbildung einen geringen Materialeinsatz, und sie hat ein geringes Gewicht, was sich preisgünstig auswirkt. Außerdem bildet sich bei dieser Ausbildung auch keine Mittelfalte mehr im Kopierpapier. Da der kleinere Durchmesser

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der Walzen in der Mitte liegt, strecken die äußeren dickeren Enden der Walzen das Kopierpapier beim Durchlauf.

Es wurde gefunden= daß sich mit dieser Druckwalze sehr gute Ergebnisse erzielen lassen, nur Lit darauf zu achten, daß die auf die Enden der massiven Druckwalze und auf die Enden der die Hohlwalze durchgreifenden Achse oder Welle ausgeübte Kraft der vorher einkalkulierten Verformung entspricht, was sich als Nachteil auswirken kann.

Außerdem ist die vorgenannte Hohlwalze schwer herstellbar, da ihre Mantelfläche konkav ist.

Um die Biegelinien der Druckwalzen einander anzupassen, hat man des weiteren vorgeschlagen (DE-AS 26 18 698), eine Druckwalze als zylindrisches '⁵ Rohr auszubilden, in deren Inneren zwei Stützlager für die Steckachse vorgesehen sind, auf deren Enden die notwendigen Drücke ausgeübt werden. Um die Biegelinien der Walzen einander anzupassen, werden bei dieser Ausbildung die Stützlager im i.ineren der Hohlwalze geeignet angeordnet.

Diese Maßnahme reicht nicht aus, um eine genügende Deckung der Biegelinien der Druckwalzen zu erreichen. Auch die weiterhin vorgesehene Maßnahme, die Stützlager elastisch auszubilden, kann hierbei nicht weiterhelfen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einer in der Mitte abgestützten, als Hohlwalze ausgebildeten Druckwalze, die Annäherung der Biegelinien der Hohlwalze und Gegenwalze (Massivwalze) zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst.

Da die Hohlwalze jetzt eine zylindrische Mantelfläche aufweist, läßt sie sich leicht herstellen. Die auf die Enden der Massivwalze oder die die Hohlwalze durchgreifende Welle oder Achse ausgeübten Kräfte sind variierbar. Es läßt sich stets erreichen, wenn die Trägheitsmomente der Hohlwalze und der Massivwalze entsprechend gewählt sind, daß sich die Biegelinien der Hohlwalze und der Massivwalze in drei Punkten berühren, nämlich einmal an den Enden der Walzen und einmal in deren Mitte.

Hierdurch variiert zwar die Linienlast (q). Die Linienlast (q) bleibt jedoch üblicherweise in den zulässigen Toleranzgrenzen.

Nur dann, wenn eine höhere Genauigkeit hinsichtlich der Linienlastverteilung über die Länge der Druckwalzen gefordert wird, wird man die Linienlastverteilung verbessern, indem der Wandstärkenverlauf der Hohl- ^M walze von innen her geeignet variiert wird oder aber, wenn eine spezielle Linienlastverteilung gewünscht wird, in die Massivwalze von den Enden her rotationssymmetrische Ausnehmungen einbringen.

Diese Maßnahmen müssen nicht symmetrisch zur Mitte der Druckwalzen vorgenommen werden, insbesondere dann nicht, wenn unterschiedliche Kopierpapierformfite zwischen den Walzen nicht mit ihrer Mittellinie durch die Mitte der Walzen laufen, sondern beispielsweise seitlich verschoben sind, beispielsweise ein Rand des Kopierpapiers längs einer Anlagekante zugeführt wird In diesem Fall ist eine Unsymmetrie notwendig, um den besten Kompromiß zu erreichen.

Die erfindungsgemäße Druckwalze läßt sich wartungsfreundlich gestalten, wenn die Hohlwalze mit ihrem Lager und der sie durchgreifenden Achse aus einem Stück besteht

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteransprüchen sowie der Zeichnung und deren Beschreibung entnommen werden.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine als Hohlwalze ausgebildete Druckwalze; F i g. 2 die Gegendruckwalze;

F i g. 3 ein Druckwalzenpaar.

Gemäß F i g. 1 ist die als Hohlwalze 1 ausgebildete Druckwalze in ihrer Mitte mit einem Stützlager 5 auf einer Welle abgestützt. Der mittlere Teil 13 der Hohlwalze zeigt einen gleichdicken Wandstärkenverlauf. Zu den Enden 11 und 12 der Hohlwalze hin wird die Wandstärke von innen her dünner. Hierdurch ändert sich das Trägheitsmoment der Hohlwalze 1 zu den Enden hin, und die Walze wird in diesem Bereich weicher. Damit erhält man eine bessere Annäherung der Biegelinien und damit der Druckverteilung über die Länge der Walzen.

Gemäß F i g. 2 sind in der Gegendruckwalze 2, welche üblicherweise eine Massivwalze ist, in deren Enden Ausnehmungen 15 und 16 vorgesehen, welche das Trägheitsmoment der Walze 2 zu den Enden hin ändern, so daß eine andere gewünschte Anpassung der Druckverteilung erreicht wird.

Selbstverständlich können, falls erforderlich, die Maßnahmen der F i g. 1 und 2 gleichzeitig vorgenommen werden.

Fig. 3 zeigt eine geänderte Hohlwalzenausbildung. Sie ist aus dem Vollen heraus gearbeitet. Das heißt, es sind von den Enden her Eindrehungen 3 und 4 eingebracht worden, welche in der Mitte der Walze einen Verbindungssteg 17 belassen, welcher das Stützlager 3 der F i g. 1 ersetzt. Die Wellenzapfen 18,19 sind fester Bestandteil der Hohlwalze 11.

Anstelle dieser Ausbildung kann auch eine separate Welle mit einem Mittelsteg der Hohlwelle verschraubt sein.

Hisrzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Dnickfixiereinnchtung, bei der der auf einem Kopierpapier abgelagerte Toner mit Hilfe zweier zylindrischer Druckwalzen, zwischen denen das Kopierpapier hindurchläuft, zum Fixieren gebracht wird, bei der die eine Druckwalze aus einem zylindrischen Rohr bestehend als Hohlwalze ausgebildet ist und in der Mitte in ihrem Innern ein die Walze stützendes Lager für eine die Walze durchgreifende Welle aufweist, auf deren Enden in Richtung auf die Gegendruckwalze Kräfte wirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Hohlwalze (1) wenigstens auf einem Teil ihrer Länge zu den Enden der Walze hin abnimmt

Z Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager als Steg (17) ausgebildet ist und die Hohlwalze (11), der Steg (17) und die Welle (18,19) aus einem Stück bestehen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Welle (18,19) vom Steg (17) her zu den Enden der Hohlwalze (11) hin verjüngt

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckwalze (2) massiv ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckwalze (2) über einen Teil ihrer Länge wenigstens von einem Ende her eine rotationssymmetrische Ausnehmung (15, 16) aufweist

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwalze (1, 11) bezüglich des Lagers (5), bzw. des Steges (17), symmetrisch aufgebaut ist.

7. Einrichtung nach Anspruch I₁ bei der das Kopierpapier unsymmetrisch zwischen den Walzen hindurchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwalze (1, 11), bezogen auf das Lager (5) bzw. den Steg (17) einen unsymmetrischen Wandstärkenverlauf aufweist.