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    • 专利摘要:
    Dievorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Fixierstation (10)zum Fixieren eines Tonerbildes auf einem Empfangselement, wobeidie Fixierstation eine Fixierwalze (14) mit einer Härte vonca. 50 bis ca. 80 Shore A und eine Außenbeschichtung aus einer thermoplastischen,statistischen Fluorkohlenstoff-Copolymerformulierung mit niedrigerDämpfungumfasst, die einen Tangens-Deltawert von 0,01 bis ca. 0,15 aufweist,und ca. 1,5 bis 2,5 Teile/Hundert eines Härtemittels, bezogen auf die Massedes Copolymers, mit einem Bisphenolrest, und wobei eine Druckwalze(12) einen kleineren Außendurchmesser(13) als die Fixierwalze (14) aufweist und in Druckkontakt mit derFixierwalze (14) steht, um einen Fixierspalt zwischen der Druckwalze(12) und der Fixierwalze (14) zu bilden. Zudem ist ein Verfahrenzum Fixieren von Tonerbildern auf Empfangsbögen mithilfe der Fixierstationvorgesehen.
    公开号:DE102004012464A1
    申请号:DE200410012464
    申请日:2004-03-15
    公开日:2005-02-10
    发明作者:David Francis Cahill；Jiann-Hsing Chen；Charles E. Hewitt；Joseph A. Pavlisko
    申请人:NexPress Solutions LLC；
    IPC主号:C08K5-13
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Fixierstation miteiner Druckwalze und einer Fixierwalze zum Fixieren unter Wärme schmelzendenToners auf einem Empfangselement, wie beispielsweise Papier oder Ähnlichem.Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Fixierendes Toners auf dem Empfangselement. Es wird eine bessere Ablösung oderTrennung des Empfangsbogens und des Toners von den Fixierwalzenerzielt.
    [0002] Beimelektrofotografischen Kopieren wird ein elektrostatisches Latentbildauf einem primärenbilderzeugenden Element ausgebildet, beispielsweise einer fotoleitendenOberflächeund mit einem unter Wärme schmelzendenthermoplastischen Tonerpulver zur Erzeugung eines Tonerbildes entwickelt.Das Tonerbild wird anschließendauf ein Empfangselement übertragen,beispielsweise auf einen Bogen aus Papier, Kunststoff oder einemvergleichbaren Material, und das Tonerbild wird anschließend aufdem Empfangselement in einer Fixierstation unter Einwirkung vonWärme,Druck oder beidem fixiert. Ein Fixierabschnitt umfasst Fixierelemente,die üblicherweiseals Walzen ausgebildet sind, beispielsweise eine Druckwalze undeine Fixierwalze, obwohl auch Fixierbänder und ähnliches verwendbar sind. Alswesentliche Funktion wird das Tonerbild auf dem Empfangselementin dem Fixierabschnitt der Anwendung von Wärme und Druck unterzogen, umdas Bild auf dem Empfangselement zu fixieren. In der Besprechungder vorliegenden Erfindung werden die Begriffe Druckwalze und Fixierwalzefür diebeiden in dem Fixierabschnitt benutzten Walzen verwendet. Es seidarauf hingewiesen, dass die Bezugnahme auf die Walzen auch eineBezugnahme auf Fixierbänderund ähnlicheEinrichtungen umfasst, die eine vergleichbare Wärme- und Druckbehandlung vonLatentbildern auf Empfangsbogen vorsieht.
    [0003] DerFixierschritt wird üblicherweiseausgeführt,indem das das Tonerbild tragende Empfangselement zwischen zwei inEingriff befindlichen Walzen durchgeführt wird, die am Eingriffspunktder Walzen eine als Fixierspalt bezeichnete Druckkontaktfläche bilden.Um den Spalt zu bilden, umfasst mindestens eine der Walzen üblicherweiseeine nachgiebige oder verformbare Schicht. Wärme wird von mindestens einerder Walzen auf den Toner in dem Fixierspalt übertragen, wodurch der Tonerteilweise schmilzt und sich an das Empfangselement anlegt. Fallsdas Fixierelement eine beheizte Walze ist, wird typischerweise einenachgiebige und angepasste Druckwalze mit glatter Oberfläche verwendet.Wenn das Element als Band ausgebildet ist, etwa als flexibles Endlosband,das um die beheizte Walze geführtwird, ist das Band üblicherweisemit einer glatten, gehärtetenAußenfläche versehen.
    [0004] Diemeisten Fixierabschnitte, die als Simplex-Fixierer bezeichnet werden,bringen Toner nur jeweils auf einer Seite des Empfangselements auf.In diesen Fixierern ist üblicherweiseeine erste von zwei Walzen drehbar angetrieben. Die zweite Walzewird dann durch Reibschluss mit der ersten Walze gedreht. Wärme wird ebenfallsnur an eine der Walzen angelegt, wobei diese Walze im Allgemeinenals Fixierwalze bezeichnet wird. Die Wärme kann durch Verwendung eineroder mehrerer Heizwalzen in Kontakt mit der beheizten Walze angelegtwerden, um die Außenfläche derbeheizten Fixierwalze zu erwärmen,oder die Wärmekann innen an die beheizte Fixierwalze angelegt werden.
    [0005] Esfinden unterschiedliche Arten von Heizwalzen Verwendung. Zur Erzielungbesserer Fixierergebnisse variiert die Härte der Walzen über einenweiten Bereich. ÜblicherweisekönnenFixierwalzen und Druckwalzen eine gleichförmige Schicht umfassen, dieaus einem geeigneten Material ausgebildet ist, beispielsweise Polydimethylsiloxanelastomer.
    [0006] Üblicherweiseumfassen Fixierwalzen einen Hohlzylinderkern, der oft metallischist, wobei die Walze von einer Walzendämpfschicht umschlossen wird.Derartige Dämpfschichtenbestehen üblicherweiseaus Siliconkautschuk oder Siliconpolymeren mit niedriger Oberflächenenergie,beispielsweise Polydimethylsiloxan, das die Haftung des Toners ander Walze mindert, insbesondere an der beheizten Walze. Bekanntlichsind gehärtetePolyfluorkohlenstoffpolymere und Copolymere zur Beschichtung derDämpfschichtfläche verwendbar, umdie Neigung des Toners zur Anhaftung an der Walze zu reduzierenund den Kontakt von Trennölenmit der Dämpfschichtzu minimieren.
    [0007] DieDämpfschichtkann Füllstoffeumfassen, die aus anorganischen Partikeln bestehen, wie Metallen, Metalloxiden,Metallhydroxiden, Metallsalzen, Mischungen darauf usw. Die Dämpfschichtkann ein Siloxanelastomer umfassen, wie ein vernetztes Kondensations-Polydimethylsiloxan,das Metalloxidfüllstoffeenthält. Dämpfmaterialiendieser Art weisen nach einiger Zeit gravierende Stabilitätsproblemeauf, wenn sie in Kontakt mit Trennölen oder Ähnlichem kommen.
    [0008] DerartigeMaterialien werden detaillierter in US6,361,829 und US 6,355,352 beschrieben.
    [0009] Bekanntermaßen sindverschiedene Fluorpolymere, wie thermoplastische Fluorkohlenstoffpolymere undstatistische Copolymere, als Beschichtungen auf derartigen Walzenzur Verwendung als Trennflächengeeignet. Einige dieser thermoplastischen Fluorkohlenstoffpolymereund thermoplastischen statistischen Copolymere, einschließlich verschiedenerZusatzmaterialien, werden in US6,372,833 , US 6,361,828 sowie US 6,429,249 B1 beschrieben.
    [0010] Siliconkautschukeund Siliconpolymere sind zwar als Dämpfschichten weit verbreitet,aber sie finden vereinzelt auch als Außenschichten Verwendung. Fluorelastomereund Kautschuke, wie Kautschuke aus Ethylenpropylendienmonomerenusw., werden ebenfalls als Dämpfschichtmaterialienverwendet. In zahlreichen Fixierprozessen, bei denen sich die Fixierwalzeim direkten Kontakt mit dem Toner befindet, insbesondere bei beheiztenFixierwalzen, wird das Äußere derWalze währenddes Fixierens mit einem Trennölbeschichtet. Derartige Trennölewirken sich nachteilig auf Siliconkautschuke und Siliconpolymereaus. Polyfluorkohlenstoffpolymere und statistische Copolymere, dieauf das Äußere derDämpfschichtaufgetragen werden, haben sich gegenüber diesen Ölen als beständig erwiesenund erzeugen eine Flächemit geringer Oberflächenenergie, diesich leicht von dem Toner und dem Empfangselement löst und vonden üblichen Ölen nichtbeeinträchtigt wird.
    [0011] Ungeachtetder Verwendung dieser Materialien für die Herstellung von Walzenhat man in vielen Fällen festgestellt,dass der Bogen und der Toner weiterhin dazu neigen, an der Fixierwalzeanzuhaften, währendder Empfangsbogen durch den Fixierspalt und aus diesem heraus tritt.Das erzeugt ein gravierendes Problem, wenn die Rückhaltekräfte des Bogens so stark sind,dass sich der Bogen um die Walze herum wickelt. Probleme können auchdann entstehen, wenn die Rückhaltekräfte zwarweniger stark sind, aber ein Ablösendes Bogens nur mit einer Luftrakel oder ähnlichem möglich ist. Derartige Handhabungsschwierigkeitenstellen fürden Routinebetrieb von elektrofotografischen Kopiervorrichtungenein gravierendes Problem dar. Zwar kommen verschiedene der zuvorbesprochenen Materialien in derartigen Anwendungen zum Einsatz,aber es besteht weiterhin Bedarf nach einem verbesserten Verfahren,worin eine verbesserte Ablösefähigkeitdes Empfangsbogens und Toners von der Fixierwalze erzielt wird,wenn der Bogen aus dem Fixierspalt tritt. An der Auswahl und Entwicklungvon Walzen, die diese Anforderungen erfüllen, und an der Entwicklungverbesserter Trennmaterialien zur Verwendung als Beschichtung für die Druck-und Fixierwalzen wird fortlaufend gearbeitet.
    [0012] Nachder vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass eine verbesserteTrennung des Empfangsbogens und des Toners von den Walzen in einerFixierstation zum Fixieren eines Tonerbildes auf einem Empfangselementerzielbar ist, worin die Fixierstation folgendes umfasst: eine Fixierwalzemit einer Härtevon ca. 50 bis ca. 80 Shore A, einen Außendurchmesser und eine Außenbeschichtungaus einer thermoplastischen, statistischen Fluorkohlenstoff-Copolymerformulierungmit niedriger Dämpfung,wobei die Formulierung einen Tangens-Deltawert von 0,01 bis ca.0,15 aufweist und folgendes umfasst: ein thermoplastisches, statistisches Fluorkohlenstoff-Copolymermit ca. 5 bis ca. 20 Teilen/Hundert eines Aminosiloxans, bezogenauf die Masse des Copolymers, und mit ca. 1,5 bis ca. 2,5 Teilen/Hunderteines Härtemittels,bezogen auf die Masse des Copolymers, mit einem Bisphenolrest; undeine Druckwalze, deren Außendurchmesserkleiner ist als der Außendurchmesserder Fixierwalze, die sich in Druckkontakt mit der Fixierwalze befindet,um einen Fixierspalt zwischen der Druckwalze und der Fixierwalzezu bilden, der eine Breite von ca. 18 bis ca. 22 mm aufweist, wobei dieDruckwalze eine Härtevon ca. 25 bis ca. 33 Shore A besitzt und eine Außenbeschichtungaus der Copolymer-Formulierung.
    [0013] Weiterhinwurde festgestellt, dass eine verbesserte Trennung des Empfangsbogensvon einer Fixierwalze durch ein Verfahren zum Fixieren eines Tonerbildesauf einem Empfangselement erzielbar ist, bei dem das Empfangselementeine geringere Neigung zur Haftung an der Fixierwalze und eine höhere betriebliche Zuverlässigkeitaufweist, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Positionieren einerFixierwalze mit einer Außendurchmesserhärte vonca. 50 bis ca. 80 Shore A und einer Außenschicht aus einer Fixierwalzen-Beschichtungsformulierungaus thermoplastischem, statistischem Fluorkohlenstoff-Copolymermit niedriger Dämpfung, wobeidie Formulierung einen Tangens-Deltawert von ca. 0,01 bis ca. 0,15aufweist und folgendes umfasst: ein thermoplastisches, statistischesFluorkohlenstoff-Copolymer mit ca. 5 bis 20 Teilen/Hundert, bezogenauf die Masse des Copolymers, eines Aminosiloxans, und ca. 1,5 bisca. 2,5 Teilen/Hundert, bezogen auf die Masse des Copolymers, einesHärtemittelsmit einem Bisphenolrest, sowie eine Druckwalze mit einem kleineren Außendurchmesserals der Außendurchmesserder Fixierwalze, wobei die Druckwalze eine Härte von ca. 25 bis ca. 33 ShoreA besitzt und eine Außenbeschichtungaus der Copolymer-Formulierung in Druckkontakt mit der Fixierwalze,um einen Fixierspalt zwischen der Fixierwalze und der Druckwalzezu bilden, und Drehen der Fixierwalze und der Druckwalze, um dieOberflächender Walzen in einer Richtung zu bewegen, die orthogonal zur Längsachseder Walzen verläuft,um die Empfangsbögenzwischen der Fixierwalze und der Druckwalze zu transportieren.
    [0014] DieErfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellterAusführungsbeispielenäher erläutert.
    [0015] Eszeigen
    [0016] 1 eine schematische Darstellungeines Ausführungsbeispielsder vorliegenden Erfindung;
    [0017] 2 eine Schnittansicht einerWalze, die eine erfindungsgemäße Druckwalzeoder Fixierwalze sein kann;
    [0018] 3 eine schematische Darstellungdes Ablösebereichsdes Empfangsbogens von einer Fixierwalze in einer Fixierstationnach dem Stand der Technik;
    [0019] 4 eine grafische Darstellungder Testergebnisse aus Beispiel 2; und
    [0020] 5 eine grafische Darstellungder Ergebnisse der in Beispiel 3 gezeigten Tests.
    [0021] Dievorliegende Beschreibung betrifft eine Fixierstation zum Fixiereneines Tonerbildes auf einem Empfangselement mit verbesserter Trennungdes Toners und des Empfangselements von der Fixierwalze. Die Fixierstationumfasst folgendes: eine Fixierwalze mit einer Härte von ca. 50 bis ca. 80 ShoreA, einem Außendurchmesserund einer Außenschichtaus einer Walzenbeschichtungsformulierung aus thermoplastischem, statistischemFluorkohlenstoff-Copolymer mit niedriger Dämpfung, wobei die Formulierungeinen Tangens-Deltawert von ca. 0,01 bis ca. 0,15 aufweist und folgendesumfasst: ein thermoplastisches, statistisches Fluorkohlenstoff-Copolymermit ca. 5 bis 20 Teilen/Hundert, bezogen auf die Masse des Copolymers,eines Aminosiloxans, und ca. 1,5 bis ca. 2,5 Teilen/Hundert, bezogenauf die Masse des Copolymers, eines Härtemittels mit einem Bisphenolrest,sowie eine Druckwalze mit einem kleineren Außendurchmesser als der Außendurchmesserder Fixierwalze, und in Druckkontakt mit der Fixierwalze angeordnet,um einen Fixierspalt zwischen der Fixierwalze und der Druckwalzezu bilden, der ca. 18 bis ca. 22 mm breit ist, und wobei die Druckwalzeeine Härtevon ca. 25 bis ca. 33 Shore A und eine Außenbeschichtung aus der Copolymer-Formulierung besitzt.
    [0022] DieFixierstation nach Anspruch 1 umfasst Walzen, die in Druckeingriffgehalten werden, wobei darauf hingewiesen sei, dass die Fixierwalzeoder die Heizwalze mechanisch drehbar ist, wobei die andere Walze durchKontakt mit der mechanisch gedrehten Walze angetrieben wird.
    [0023] DieFixierwalze hat vorzugsweise eine Härte von ca. 50 bis ca. 80 ShoreA nach ASTM D-2240.Die Fixierwalze weist zudem eine Außenschicht auf, die die zuvorals Copolymerformulierung beschriebenen Materialien umfasst. Typischerweiseist diese Beschichtung auf einer Walze ausgebildet, die einen Metallkerneiner ausgewähltenGröße und einDämpfmaterialumfasst, das um die Außenfläche angeordnetist, wobei die Copolymerbeschichtungsformulierung über derDämpfschichtangeordnet ist und die Copolymerformulierung in situ ausgehärtet wird.
    [0024] DieDämpfschichtkann aus einem der Materialien bestehen, die zuvor genannten Patentenbeschrieben wurden. Die Auswahl eines bestimmten Dämpfmaterialsund die Dicke eines bestimmten Dämpfmaterials erfolgtnach der gewünschtenHärte derFixier- oder Druckwalze. In der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert,dass die Fixierwalze zusätzlichzu den zuvor genannten Eigenschaften eine Dämpfschicht umfasst, die derartabgewandelt ist, dass sie einer Fixierwalze die gewünschte Härte verleiht.Typischerweise weist die Fixierwalzendämpfschicht eine Dicke zwischen1,27 mm und 7,62 mm auf, wobei die Dämpfschicht mit einer gehärteten Schichtder Copolymerformulierung von ca. 38,1 μm bis ca. 76,2 μm Dicke beschichtetist.
    [0025] DieHerstellung derartiger Walzen ist einschlägigen Fachleuten gut vertraut. Üblicherweisewird das Dämpfmaterialum das Äußere desKerns mithilfe geeigneter Verfahren gelegt und anschließend aufeine gewünschteForm oder Dicke geschliffen. Die Copolymerformulierung ist üblicherweisein einem geeigneten Lösemittelgelöstund kann auf das Äußere derDämpfschichtdurch Sprühen,Tauchen oder ähnlichein der Technik bekannte Verfahren aufgebracht werden. Die Dickeder Copolymerformulierung auf der Walze wird bekanntermaßen durchAbweichungen der Viskosität,Sprühzeitoder anderer Bedingungen bestimmt, um eine Schicht aus einer Copolymerformulierungmit den gewünschtenDicken zu erzeugen. Erfindungsgemäß ist es wünschenswert, dass der Durchmesserder Fixierwalze etwas größer alsder der Druckwalze ist.
    [0026] DieDruckwalze wird in gleicher Weise wie die Fixierwalze hergestellt,mit dem Unterschied, dass mit der Druckwalze die gewünschte Härte zwischenca. 25 bis ca. 35 Shore A beträgt,wobei die Dämpfschicht eineDicke von ca. 2,54 mm und ca. 7,62 mm aufweist. Vorzugsweise weistdie Dämpfschichteine Dicke von ca. 4,57 bis ca. 5,59 mm auf.
    [0027] DieFixierwalze umfasst typischerweise das Heizsystem. Der Kern kannaus unterschiedlichen Materialien bestehen, wie Aluminium oder einemanderen Metall, Elastomeren, Kunststoffen usw. Das Dämpfmaterialkann aus jedem geeigneten Siliconkautschuk, Siliconpolymer, Fluorkohlenstoffpolymeroder -copolymer, Fluorelastomer oder ähnlichem gebildet sein. Verschiedenedieser Materialien werden in US6,429,249 beschrieben.
    [0028] DerartigeMaterialien und andere fürdiesen Zweck bekannte Materialien sind einschlägigen Fachleuten bekannt, sodass fürdas jeweils gewählteDämpfmaterialkein Anspruch auf Neuheit angemeldet wird. Vorzugsweise ist dasgewählteDämpfmaterialein Siliconharz oder ein Siliconkautschuk. Das Material wird ineiner Dicke verwendet, die ausreicht, um die gewünschte Shore Härte zu erzielen.
    [0029] Über derGrunddämpfungist ein Elastomer angeordnet, das ein Material mit einer geeignetenniedrigen Oberflächenenergieumfassen kann, um das Trennen der Tonerbilder derart zu ermöglichen,dass die Tonerbilder von der Fixierwalze nicht im nennenswertenMaße vondem Empfangselement entfernt werden.
    [0030] ThermoplastischeFluorkohlenstoffpolymere und -copolymere werden als Trennschicht über dem Dämpfmaterialbevorzugt. Die geeignete Dicke der Copolymerformulierung über demDämpfmaterialist bereits oben genannt worden.
    [0031] DerartigeMaterialien sind einschlägigenFachleuten bekannt und werden in US 6,355,352 B1 sowie US 6,429,249 B1 beschrieben.Vorzugsweise könnenderartige Materialien weitere Zusatzmaterialien enthalten, wie Aminosiloxane,Metalloxide und Glanzeinstellmittel, wie Fluorethylenpropylen.
    [0032] DasAminosiloxan ist vorzugsweise ein aushärtbares aminofunktionales Polydimethylsiloxancopolymer,das zusammen mit dem thermoplastischen Fluorkohlenstoffcopolymeraushärtet,um die fürdie Verwendung als Tonertrennschicht eines Fixierelements geeigneteBeschichtung zu erzeugen. Bevorzugte aushärtbare, aminofunktionale Polydimethylsiloxaneumfassen Materialien, wie (Aminoethylaminpropyl)methyl, (Aminopropyl)methylund (Aminopropyl)dimethyl. Derartige Materialien sind in der Technikbekannt. Bevorzugte Metalloxide sind Materialien, wie Zinkoxid.Sowohl die Dämpfschichtals auch die Copolymerformulierung können Metalloxide enthalten.
    [0033] EinGlanzeinstellmittel, wie fluoriertes Ethylenpropylen, ist in denCopolymerformulierungen verwendbar; soweit dieses verwendet wird,ist es üblicherweisein Mengen von 0 bis ca. 45% vorhanden.
    [0034] Wichtigist, dass die Copolymerformulierung ca. 1,5 bis ca. 2,5 Teile/Hundert,bezogen auf die Masse des Copolymers, eines Härtemittels mit einem Bisphenolrestenthält.
    [0035] DasHärtemittelist vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus einer aromatischenDihydroxyverbindung in Kombination mit einem Organophosphoniumsalzin einem Verhältnisvon ca. 4 Teilen aromatischer Dihydroxyverbindung pro Teil Organophosphoniumsalzbesteht. Ein bevorzugtes Organophosphoniumsalz ist Benzyltriphenylphosphoniumchlorid.
    [0036] Diearomatische Dihydroxyverbindung ist aus der Gruppe auswählbar, dieBisphenol A, Bisphenol AF, Hydrochinon und Kombinationen darausumfasst. Diese Materialien sind unter ihren Freinamen in der Technik bekannt,wobei nachfolgend zur Klarstellung jedoch auch die chemischen Bezeichnungenaufgeführtwerden: Bisphenol A steht fürHexafluorpropylidendiphenol; Bisphenol AF steht für 4,4' Isoprophylidendiphenolund Bisphenol S steht für4,4'-Sulfonyldiphenyl.
    [0037] DasVerhältnisvon aromatischer Dihydroxyverbindung zu Benzyltriphenylphosphoniumchloridkann zwischen 1,5:1 und 9:1 schwanken.
    [0038] Vorzugsweiseist die aromatische Dihydroxyverbindung Bisphenol A oder BisphenolAF.
    [0039] DieseMaterialien sind problemlos unter der Produktbezeichnung CURE 50Härtemittelerhältlich. CURE50 ist eine Marke von Dupont Dow Elastomer. Dieses Material istoffenbar eine Mischung aus Bisphenol AF und Benzyltriphenylphosphoniumchloridin einem Verhältnisvon 1 Teil Bisphenol AF zu 4 Teilen Benzyltriphenylphosphoniumchlorid.Zwar sind die anderen oben angeführtenMaterialien ebenfalls geeignet, aber dieses Material ist problemloserhältlichund findet als Härtemittelweite Verbreitung.
    [0040] DerBegriff „niedrigeDämpfung" bezieht sich aufdas Verhältnisdes Viskositätsmodulszum Elastizitätsmodul.Vorzugsweise ist dieses Verhältnisderart, dass weitere Änderungendie Eigenschaften des Empfangselements nicht weiter betreffen. Üblicherweisehat dieses Verhältniseinen Wert von kleiner als ca. 0,15.
    [0041] Dieerfindungsgemäße Formulierungsieht eine wesentliche Verbesserung gegenüber vorhandenen Formulierungendieser Art vor, die sich aus verbesserten Trenneigenschaften ergeben,wenn die Formulierungen als eine Außenschicht auf Walzen verwendetwerden. Wie bereits erwähnt,bezeichnet der Betriff „Walzen" sowohl Druckwalzenals auch beheizte Fixierwalzen sowie ähnliche Kontaktflächen, dieals Fixierbänderund ähnlichesausgebildet sein können.Derartige Flächenprofitieren in allen Fällenvon der Verwendung dieses Materials als Außenbeschichtung.
    [0042] Wiebereits erwähnt,umfassen diese Walzen üblicherweiseDämpfmaterialienin einer Menge, die darauf ausgelegt ist, den Fixierwalzen die gewünschte Dämpfung zuverleihen. Üblicherweiseumfassen DämpfmaterialienSiliconkautschuke oder Siliconpolymere und ähnliche in der Technik bekannteMaterialien und könnenauf das Äußere desinneren Kerns einer Fixierwalze durch ein beliebiges Verfahren aufgetragen,gehärtet unddann zur Erzielung der gewünschtenForm und Konfiguration bearbeitet werden.
    [0043] DieMolmasse des ungehärtetenCopolymers ist vor allem eine Frage der Handhabung, obwohl übermäßig große oderkleine Molmassen Probleme erzeugen würden, wie einschlägigen Fachleutenbekannt ist. Üblicherweisehat das Copolymer eine mittlere Molmasse im Bereich von ca. 100.000bis ca. 200.000.
    [0044] Beider Herstellung der erfindungsgemäßen Formulierungen werden dasthermoplastische Fluorkohlenstoffcopolymer, das Aminosiloxan unddas Härtemittelsowie weitere gewünschteZusätzegemischt und anschließenddurch Wärmebei einer gewähltenTemperatur gehärtet,die üblicherweiseca. 260°Cbis ca. 270°C beträgt, undzwar fürdie Dauer von ca. 0,5 bis 3 Stunden.
    [0045] Beider Verwendung der erfindungsgemäßen Formulierungenwerden üblicherweisedas Copolymer, das Aminosiloxan und das Härtemittel mit einem geeignetenLösemittel,wie Methylethylenketon, in einer Mühle oder in sonstiger, einschlägigen Fachleutenbekannten Weise gemischt. Eine Vielzahl geeigneter Lösemittel istzu diesem Zweck in der Technik bekannt. Nach dem Mischen werdendie Materialien auf das Äußere der Dämpfschichtum den Kern der Fixierwalze im Sprüh-, Tauch- oder vergleichbarenVerfahren aufgetragen, wie in der Technik bekannt ist. Anschließend werdensie füreine geeignete Dauer auf die gewünschteTemperatur erwärmt,um die Formulierung auszuhärten.
    [0046] DiegehärteteFormulierung hat einen Tangens-Deltawert von ca. 0,01 bis ca. 0,15,vorzugsweise von ca. 0,1 bis ca. 0,12. Diese Formulierung erzeugtAußenbeschichtungenfür Fixierwalzen,die die Empfangsbögenleichter aus dem Spalt freigeben, so dass im Fixierabschnitt einguter Empfangsbogentransport erzielt wird. Die verbesserten Trenneigenschaftenreduzieren die Aufrollneigung des Papiers.
    [0047] Härtemittelkommen bereits auch bislang in der Technik zum Einsatz, aber inder Vergangenheit ist nicht berücksichtigtworden, dass bereits ein sehr kleiner Bereich von Härtemittelkonzentrationen überraschendgute Ergebnisse liefert. Beispielsweise wurde festgestellt, dassbei Härtemittelkonzentrationenunter ca. 1 Teil/Hundert, bezogen auf die Masse des Copolymers,die verbesserten Trenneigenschaften nicht erzielt werden. Weiterwurde festgestellt, dass bei Konzentrationen von ca. 2,5 Teilen/Hundert,bezogen auf die Masse des Copolymers, die Gelierung relativ schnellerfolgt und zusätzlicheBeschichtungsaktivitätenunter Verwendung der Formulierungslösung beeinträchtigt sowiedie Qualitätund Menge der resultierenden Beschichtung auf dem Äußeren derbeschichteten Fixierwalze.
    [0048] Wünschenswerterweisebeträgtder Tangens-Deltawert der gehärtetenCopolymerformulierung zwischen ca. 0,01 und 0,15, vorzugsweise zwischenca. 0,01 und ca. 0,12. Bekanntermaßen bestimmt sich der Tangens-Deltawertdadurch, dass man den Verlustmodul durch den Elastizitätsmodulfür dasjeweilige Material dividiert. Dieser Wert hat sich als aussagekräftig für die Fähigkeitdes Materials erwiesen, Empfangsbögen aus der Fixierwalze sehreffizient und zuverlässigauszugeben.
    [0049] DerBegriff „niedrigeDämpfung" bezeichnet im vorliegendenZusammenhang das Verhältnisvon Viskositätsmodulzu Elastizitätsmodul.Wünschenswerterweiseist dieses Verhältnisderart bemessen, dass weitere Änderungendie Trenneigenschaften des Empfangselements nicht beeinträchtigen.Typischerweise sind diese Werte kleiner als ca. 0,15.
    [0050] DurchKombination der zuvor beschriebenen Merkmale wird eine verbesserteTrennung der Empfangsbögenvon der Fixierwalze erzielt. Wünschenswerterweiseist die Fixierwalze etwas größer alsdie Druckwalze. Beispielsweise werden günstige Ergebnisse erzielt,wenn die Fixierwalze einen Außendurchmesservon ca. 15,25 cm aufweist und die Druckwalze einen Außendurchmesservon ca. 8,90 cm. Erhebliche Abweichungen davon sind innerhalb desGeltungsbereichs der vorliegenden Erfindung möglich, aber die Fixierwalzesollte einen etwas größeren Außendurchmesserals die Druckwalze aufweisen.
    [0051] DieWalzen sollten zudem bei einem derartigen Druck betrieben werden,dass der zwischen den beiden Walzen gebildete Spalt ca. 18 bis ca.22 mm beträgt.
    [0052] 1 zeigt eine schematischeDarstellung eines Ausführungsbeispielsder vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Fixierstation 10 gezeigt.Die Fixierstation umfasst eine Druckwalze 12 mit einemAußendurchmesser 13 undeine Fixierwalze 14 mit einem Außendurchmesser 15.Bei jeder dieser Walzen ist eine Längsachse mittig durch die Walzenorthogonal zur Drehrichtung der Walze angeordnet. Die Heizwalzen 16 sindzur äußeren Beheizungder Fixierwalze 14 vorgesehen. Eine Dochtwalze 18 trägt Öl auf dieAußenfläche derFixierwalze 14 auf, um das Trennen der Empfangsbögen vonder Fixierwalze 14 zu verbessern. Eine ebenfalls gezeigtePapierbahn 22 umfasst eine Vielzahl von Komponenten, dienotwendig sind, um das Papier zum Fixierspalt und durch diesen hindurchzuleitenund aufzunehmen. Der Fixierspalt ist zwar mit keinem Bezugszeichenversehen, bildet aber den Raum zwischen der Druckwalze 12 undder Fixierwalze 14, in der sich die Walzen in Eingriffbefinden. Dieser ändertsich als Funktion der Härteder Walzen und des auf die Walzen ausgeübten Drucks. Eine Luftrakel 20 lenktLuft zur Oberflächeder Fixierwalze 14, während dieEmpfangsbögenausgegeben werden, um die Abnahme der Empfangsbögen zu unterstützen, ohnedass diese an der Oberflächeder Fixierwalze 14 haften bleibt.
    [0053] 2 zeigt eine Walze 30 miteinem Außendurchmesser 11,die einen Metallkern 32, eine um einen Metallkern 32 angeordneteDämpfschicht 34,eine um die Dämpfschicht 34 angeordneteTrennschicht 36 zur Ausbildung einer Oberfläche 38 aufder Walze 30 umfasst, die eine niedrige Oberflächenenergieaufweist und auf eine problemlose Trennung der Empfangsbögen vonder Oberflächeder Walze 30 ausgelegt ist. Im Allgemeinen wird die gleicheKonstruktion fürdie Druckwalze und die Fixierwalze der vorliegenden Erfindung verwendet,wobei mit der Fixierwalze aber auch weniger oder gar kein DämpfmaterialVerwendung finden könnte.
    [0054] 3 zeigt eine schematischeDarstellung einer Druckwalze 50 mit einer Oberfläche 52.Eine Fixierwalze 54 mit einer Oberfläche 56 ist in Kontaktmit der Druckwalze 50 dargestellt. Diese Walzen drehensich in der durch die Pfeile 58 bezeichneten Richtung,und eine Luftrakel 60 ist so angeordnet, dass eine Luftrakeldüse 62 Luftin einer durch den Pfeil 64 bezeichneten Richtung zur Unterstützung derTrennung der Empfangsbögenvon der Fixierwalze ausgibt.
    [0055] Einezur Definition der Qualitätder Trennung der Empfangsbögenvon der Fixierwalze häufigverwendete Eigenschaft wird als der Trennabstand bezeichnet, derdurch die Pfeile 70 dargestellt ist. Der Trennabstand istals der Abstand zwischen dem Ende eines Bogens 68, an demdiese sich von der Fixierwalze 54 trennt, und einer Vorderkante 66 derLuftrakel definiert. Dieser Abstand ist der Trennabstand und sollteso groß wiemöglichsein.
    [0056] DieKombination der Copolymer-Beschichtungsformulierung mit den Eigenschaftender Fixierwalze und der Druckwalze, wie zuvor beschrieben, ergibteine Fixierstation, die nicht nur die Tonerbilder wirksam auf denEmpfangsbögenfixiert, sondern auch eine wesentlich verbesserte Trennung der Bögen vondem Toner und der Fixierwalze beim Austritt aus dem Spalt erzielt.Dies ist eine wesentliche Verbesserung in einem Bereich, der für einschlägige Fachleuteeinen Problembereich darstellt, und eine wesentliche Neuerung gegenüber demStand der Technik.
    [0057] Diefolgenden Beispiele stellen verschiedene Merkmale der vorliegendenErfindung dar.
    [0058] Diein Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung wurde durch Änderungder Menge des Härtemittels CURE50, das der Zusammensetzung zugesetzt wurde, variiert. Die derartabgewandelte Zusammensetzung wurde dann zur Beschichtung einer Fixierwalzeund von tonerbildtragenden Empfangselementen verwendet, die dannmit der Fixierwalze in einer Fixiervorrichtung fixiert wurden.
    [0059] DieTestergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
    [0060] DieVerwendung von CURE 50 Härtemittelin einer Menge von mindestens 1,5 Teilen/Hundert hat zu deutlichgrößeren Trennabständen geführt.
    [0061] Inden Copolymerformulierungen, die durch Veränderung der Mengen des CURE50 Härtemittels,die in den Zusammensetzungen von Tabelle 1 aufgeführt sind,erzeugt wurden, wurde der Tangens-Deltawert bei 200°C der verändertenZusammensetzungen ermittelt. Die gezeigten Trenndaten weisen aufdie nötigenTangens-Deltawerte füreine gute Trennung hin. Diese Daten werden schematisch in 4 gezeigt und machen deutlich,dass der Tangens-Deltawert von der verwendeten Menge des HärtemittelsCURE 50 abhängt.Der Tangens-Deltawert sollte zwischen 0,01 und 0,15 liegen, wasungefähretwas weniger als 1,5 Teile/Hundert an CURE 50 Härtemittel entspricht. Die Kurvezeigt deutlich die auf den Tangens-Deltawert erzielte Wirkung als Funktionder Menge des HärtemittelsCURE 50.
    [0062] InBeispiel 3 wurden zunehmende Mengen an CURE 50 Härtemittel in einer Copolymerformulierung verwendet.Diese Copolymerformulierung wurde dann in einem geeigneten Lösemittelgelöst,bei dem es sich um Methylethylketon handelte. Es konnte beobachtetwerden, dass sich mit zunehmenden Mengen des Härtemittels CURE 50 die Viskosität der resultierendenLösungschnell erhöhte,wenn zusätzlicheMengen von CURE 50 auf ca. 2,5 Teile/Hundert eingebracht wurden.Dieser Viskositätsanstiegmacht das Ausbringen der Formulierung auf der Außenseite einer Walze schwierigerund verdeutlicht die zunehmende Neigung der resultierenden Lösung zurschnellen Gelbildung. Diese schnelle Gelbildung und schnelle Aushärtung kannzu einer weniger haltbaren und weniger wünschenswerten äußeren Beschichtungder Walzen führen.Die Testergebnisse sind in 5 dargestellt.
    10 Fixierstation 11 Außendurchmesservon Walze 30 12 Druckwalze 13 Außendurchmesservon Druckwalze 14 Fixierwalze 15 Außendurchmesservon Fixierwalze 16 Heizwalze 18 Dochtwalze 20 Luftrakel 22 Papierpfad 30 Walze 32 Metallkern 34 Dämpfschicht 36 Trennschicht 38 Oberfläche 50 Druckwalze 52 Oberfläche 54 Fixierwalze 56 Oberfläche 58 Pfeile 60 Luftrakel 62 Luftrakeldüse 64 Pfeil 66 Vorderkanteder Luftrakel 68 Bogen 70 Pfeile
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Fixierstation (10) zum Fixieren einesTonerbildes auf einem Empfangselement, wobei die Fixierstation folgendesumfasst: a) eine Fixierwalze (14) mit einer Härte vonca. 50 bis ca. 80 Shore A, einem Außendurchmesser (11)und eine Außenbeschichtungaus einer thermoplastischen, statistischen Fluorkohlenstoff-Copolymerformulierungmit niedriger Dämpfung,wobei die Formulierung einen Tangens-Deltawert von 0,01 bis ca.0,15 aufweist und folgendes umfasst: ein thermoplastisches, statistischesFluorkohlenstoff-Copolymer mit ca. 5 bis ca. 20 Teilen/Hundert einesAminosiloxans, bezogen auf die Masse des Copolymers, und mit ca.1,5 bis ca. 2,5 Teilen/Hundert eines Härtemittels, bezogen auf dieMasse des Copolymers, mit einem Bisphenolrest; und b) eineDruckwalze (12), deren Außendurchmesser (13)kleiner ist als der Außendurchmesserder Fixierwalze (14), die sich in Druckkontakt mit derFixierwalze (14) befindet, um einen Fixierspalt zwischender Druckwalze (12) und der Fixierwalze (14) zubilden, der eine Breite von ca. 18 bis ca. 22 mm aufweist, wobeidie Druckwalze (12) eine Härte von ca. 25 bis ca. 33 ShoreA besitzt und eine Außenbeschichtungaus der Copolymer-Formulierung.
    [2] Fixierstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Fixierwalze (14) einen Metallkern (32) umfasst,der mit einer Dämpfschicht(34) von ca. 1,27 mm bis ca. 7,62 mm Dicke beschichtetist, wobei die Dämpfschicht(34) mit einer gehärtetenSchicht der Copolymerformulierung von ca. 38,1 μm bis ca. 76,2 μm Dicke beschichtetist.
    [3] Fixierstation nach einem der Ansprüche 1 bis2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwalze (12) einenMetallkern (32) umfasst, der mit einer Dämpfschicht(34) von ca. 2,54 mm bis ca. 7,62 mm Dicke beschichtetist, wobei die Dämpfschicht(34) mit einer gehärtetenSchicht der Copolymerformulierung von ca. 38,1 μm bis ca. 76,2 μm Dicke beschichtetist.
    [4] Fixierstation nach nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass das Härtemittel ein Organophosphoniumsalz,insbesondere Benzyltriphenylphosphoniumchlorid und eine aromatischeDihydroxyverbindung umfasst,.
    [5] Fixierstation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass das Organophosphoniumsalz Benzyltriphenylphosphoniumchloridist und die aromatischen Dihydroxyverbindungen in einem Verhältnis vonca. 1 Teil Benzyltriphenylphosphoniumchlorid je 1,5 bis 9 Teilender aromatischen Dihydroxyverbindung vorhanden ist.
    [6] Fixierstation nach einem der Ansprüche 4 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass die aromatische Dihydroxyverbindungaus der Gruppe auswählbarist, die aus Bisphenol A, Bisphenol AF, Bisphenol S und Kombinationendaraus bestehen.
    [7] Fixierstation nach einem der Ansprüche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tangens-Deltawert von ca. 0,01bis ca. 0,12 beträgt.
    [8] Fixierstation nach einem der Ansprüche 1 bis7, dadurch gekennzeichnet, dass die Copolymerformulierung bis zuca. 45 Teile/Hundert fluoriertes Ethylenpropylen enthält, bezogenauf die Masse des Copolymers des fluorierten Ethylenpropylens.
    [9] Fixierstation nach einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aminosiloxan ein aminofunktionalesPolydimethylsiloxan-Copolymer ist, das aus der Gruppe auswählbar ist,die aus (Aminoethylaminopropyl)methyl, (Aminopropyl)methyl, (Aminopropyl)dimethylund Mischungen daraus besteht.
    [10] Fixierstation nach einem der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierwalze (14) einenAluminiumkern (32) von ca. 15,24 cm Außendurchmesser (11, 15)umfasst, der mit einer thermisch isolierenden Schicht einer Dämpfschicht(34) beschichtet ist, die einen isolierenden Kautschukvon ca. 3,175 mm Dicke mit einer gehärteten Beschichtung der Copolymerformulierungvon ca. 57,15 μmDicke überder isolierenden Kautschukschicht umfasst.
    [11] Fixierstation nach einem der Ansprüche 1 bis10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwalze (12) einenAluminiumkern (32) von 8,89 cm Außendurchmesser (11, 13)umfasst, der mit einer 5,08 mm dicken thermisch isolierenden Schichteines Kautschuks beschichtet ist, die mit einer Schicht der gehärteten Copolymerformulierungvon ca. 57,15 μmDicke beschichtet ist.
    [12] Verfahren zum Fixieren eines Tonerbildes auf einemEmpfangselement mit verringerter Neigung des Empfangselements zumAnhaften an einer Fixierwalze (14) und erhöhter Betriebszuverlässigkeit,wobei das Verfahren folgendes umfasst: a) Anordnen einer Fixierwalze(14) mit einer Härtevon ca. 50 bis ca. 80 Shore A, einem Außendurchmesser (11, 15),einer Außenfläche, einerLängsachseauf der Außenfläche undeiner Außenbeschichtungaus einer thermoplastischen, statistischen Fluorkohlenstoff-Copolymerformulierungmit niedriger Dämpfung,wobei die Formulierung einen Tangens-Deltawert von 0,01 bis ca.0,15 aufweist und folgendes umfasst: ein thermoplastisches, statistischesFluorkohlenstoff-Copolymermit ca. 5 bis ca. 20 Teilen/Hundert eines Aminosiloxans, bezogenauf die Masse des Copolymers, und mit ca. 1,5 bis ca. 2,5 Teilen/Hunderteines Härtemittels,bezogen auf die Masse des Copolymers, mit einem Bisphenolrest; b)Anordnen einer Druckwalze (12), deren Außendurchmesser(13) kleiner ist als der Außendurchmesser einer Fixierwalze(14), mit einer Härtevon ca. 25 bis ca. 33 Shore A, einer Außenfläche, einer Längsachse,einer Außenbeschichtungaus der Copolymerformulierung auf der Außenfläche, wobei die Druckwalze (12)in Druckkontakt mit der Fixierwalze (14) steht, um einenFixierspalt zwischen der Fixierwalze (14) und der Druckwalze (12)zu bilden, und c) Drehen der Fixierwalze (14) undder Druckwalze (12) derart, dass sich die Außenflächen derWalzen (12, 14) in einer Richtung bewegen, dieorthogonal zu den Längsachsender Walzen (12, 14) verläuft, um Empfangsbögen zwischender Fixierwalze (14) und der Druckwalze (12) zutransportieren.
    [13] Verfahren nach Anspruch 12, mit dem weiteren Schritt: – Beheizenmindestens entweder der Fixierwalze (14) oder der Druckwalze(12).
    [14] Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, mit dem weiterenSchritt: – DrehendesAntreiben eine der Walzen (12, 14) und Drehender anderen Walze (12, 14) durch die angetriebeneWalze (12, 14).
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