CH620531A5

CH620531A5 -

Info

Publication number: CH620531A5
Application number: CH1078577A
Authority: CH
Inventors: Helmut Naeser; Alban Nusser
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1977-02-15
Filing date: 1977-09-05
Publication date: 1980-11-28
Also published as: BE858749A; US4147922A; JPS53102044A; DE2706362B2; DE2706362C3; FR2380579B1; JPS6016631B2; CA1108223A; DE2706362A1; FR2380579A1; IT1086494B; NL7709658A; GB1532756A; ATA530977A; AT350904B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Fixierung eines auf einem Aufzeichnungsträger aufgebrachten Tonerbildes, bei der der Aufzeichnungsträger zwischen zwei Fixierwalzen hindurchläuft, von denen zumindest eine beheizt ist, und bei der in Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers gesehen vor bei Fixierwalzen eine Vorheizeinrichtung vorgesehen ist, die aus einem Sattel, über den der Aufzeichnungsträger mit seiner nicht betonerten Seite läuft, und aus Heizelementen unter dem Sattel besteht, insbesondere bei nichtmechanischen Druckern und Kopiergeräten.

Nichtmechanische Druckgeräte bzw. Kopiergeräte sind aus der Literatur bekannt (s. z.B. US-PS 3 861 863). Bei diesen Geräten werden auf einem Aufzeichnungsträger, z.B. einer Papierbahn Tonerbilder der zu druckenden Zeichen erzeugt. Dies kann z.B. dadurch geschehen, dass auf einem fotoelektrischen bzw. dielektrischen Zwischenträger, z.B. einer Trommel elektrofotografisch bzw. elektrografisch Ladungsbilder der zu druckenden Zeichen erzeugt werden. Diese Ladungsbilder werden in einer Entwicklerstation mit Hilfe von Toner entwickelt. Die Tonerbilder werden dann in einer Umdruckstation auf den Aufzeichnungsträger übertragen. Um die Tonerbilder verwischfrei zu machen, müssen sie anschliessend in einer Fixierstation in den Aufzeichnungsträger eingeschmolzen werden.

Fixierstationen, durch die die Tonerbilder in den Aufzeichnungsträger eingeschmolzen werden, sind bereits bekannt (US-PS 3 861 863 oder US-PS 3 324 791). Bei diesen bekannten Fixiereinrichtungen läuft der Aufzeichnungsträger zwischen zwei Fixierwalzen hindurch, von denen zumindest eine beheizt ist. Durch Wärme und durch Druck werden dann die Tonerteilchen in den Aufzeichnungsträger eingeschmolzen.

Für hohe Druckgeschwindigkeiten von z.B. 0,7m/sec. reicht das Fixieren mit zwei Fixierwalzen allein nicht mehr aus, um eine gute Fixierqualität zu erreichen. In der US-PS 3 861 863 ist darum vorgeschlagen worden, vor dem Paar von Fixierwalzen eine Vorheizeinrichtung anzuordnen. Diese Vorheizeinrichtung besteht aus einem Sattel, über den der Aufzeichnungsträger mit seiner nicht betonerten Seite hinwegläuft. Unterhalb des Sattels sind Heizelemente in regelmässigen Abständen angeordnet, deren Heizstrahlung auf die Unterseite des Sattels gerichtet ist. Dadurch wird der Sattel erwärmt und es kann Wärme von dem Sattel auf den über den Sattel hinweglaufenden Aufzeichnungsträger übertragen werden. Bevor somit der Aufzeichnungsträger zu den Fixierwalzen gelangt, ist es bereits auf eine festlegbare Temperatur vorgeheizt worden. Damit wird die von den Fixierwalzen auf den Aufzeichnungsträger zu übertragende Wärmemenge zum Fixieren geringer.

In der bekannten Anordnung sind die Heizelemente unterhalb des Sattels gleichmässig verteilt. Damit ist es aber nicht möglich, eine gleichmässige Temperatur über den ganzen Sattel zu erreichen. Da der Aufzeichnungsträger an der Stelle, an der er auf den Sattel aufläuft, im folgenden 'Aufzeichnungsträgereinlauf' genannt, eine Umgebungstemperatur von z.B. 20° C hat und somit ein grosser Temperaturunterschied zwischen Sattel und Aufzeichnungsträger besteht, ist der Wärmefluss vom Sattel zum Aufzeichnungsträger sehr gross.

Damit wird dem Sattel eine entsprechende Wärmemenge entzogen und diese kühlt sich entsprechend ab. Anders sind die Verhältnisse an der Stelle, an der der Aufzeichnungsträger den Sattel verlässt, im folgenden 'Aufzeichnungsträgerauslauf genannt. Dort hat der Aufzeichnungsträger im wesentlichen schon die Temperatur des Sattels erreicht, somit ist der Wärmefluss zwischen Sattel und Aufzeichnungsträger nur noch gering. An dieser Stelle wird also der Sattel eine höhere Temperatur haben als an der Stelle des Aufzeichnungsträgereinlaufes. Die gleichmässige Verteilung der Heizelemente über den Sattel hat noch den weiteren Nachteil, dass der Sattel verhältnismässig gross sein muss, um den Aufzeichnungsträger auf die gewünschte Temperatur vorzuerwärmen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur Fixierung eines auf einem Aufzeichnungsträger aufgebrachten Tonerbilders anzugeben, bei der eine Vorheizeinrichtung vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass der Aufzeichnungsträger sehr schnell auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Heizleistung der Heizelemente und deren Anordnung unter dem Sattel derart gewählt ist, dass die Summe der Heizleistungen aller Heizelemente am Aufzeichnungsträgereinlauf des Sattels am grössten ist und zum Aufzeichnungsträgerauslauf des Sattels hin ständig abnimmt. Dabei kann die Summe der Heizleistungen aller Heizelemente so sein, dass die Temperatur des Sattels über seinen ganzen Bereich konstant ist. Diese Temperatur kann gleich einer Grenztemperatur sein, bei deren Vorliegen

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auch bei Stillstand des Aufzeichnungsträgers dieser noch nicht gebräunt wird. Dann ist ein maximaler Wärmeübergang bezogen auf die Grenztemperatur vom Sattel zum Aufzeichnungsträger möglich.

Um einen derartigen Verlauf der Summe der Heizleistungen 5 zu erreichen, ist es zweckmässig, die Heizelemente im Bereich des Aufzeichnungsträgereinlaufs eng zueinander anzuordnen und deren Abstand zum Aufzeichnungsträgerauslauf hin zu vergrössern. Dazu können die Heizelemente im Bereich des Aufzeichnungsträgereinlaufs näher zum Sattel angeordnet wer- 10 den und der Abstand der Heizelemente zum Aufzeichnungsträgerauslauf des Sattels hin ständig vergrössert werden. In diesem Falle können die Heizleistungen der einzelnen Heizelemente gleich gewählt werden.

Es ist dabei zweckmässig, die einzelnen Heizelemente so 15 eng zueinander anzuordnen, dass sich die Heizleistungen der Heizelemente auf den Sattel addieren.

Um die Wirkung der Heizelemente zu verstärken, kann hinter den Heizelementen von der Unterseite des Sattels aus gesehen zumindest ein Reflektor angeordnet sein, der die von 20 den Heizelementen kommende Wärmestrahlung zum Sattel reflektiert.

Dabei ist es vorteilhaft, dass zumindest die dem Aufzeichnungsträgerauslauf am Sattel am nächsten liegenden Heizelemente jeweils mit eigenen Reflektoren versehen sind, wobei ein 25 Reflektor jeweils nur ein Heizelement umfasst. Die Seiten dieser Reflektoren können dann so angeordnet sein, dass die von den Heizelementen ausgehende Wärmestrahlung im wesentlichen in Richtung auf den Aufzeichnungsträgereinlauf reflektiert werden. 30

Da durch die Anordnung der Heizelemente unterhalb des Sattels eine konstante Temperatur auf dem Sattel erreicht wird, genügt es, dass nur ein einziger Temperaturfühler auf dem Heizsattel angeordnet ist. Mit diesem einzigen Temperaturfühler können dann alle Heizelemente gesteuert werden. 35

Anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Fixierstation mit Fixierwalzen und mit einer Vorheizeinrichtung,

Figur 2 die Verteilung der Heizelemente unterhalb des 40 Sattels,

Figur 3 die Verteilung der Heizleistungen der einzelnen Heizelemente und die Summe der Heizleistungen der Heizelemente,

Figur 4 die Verteilung der Heizelemente unter den Sattel 1,5 mit zusätzlicher Anordnung von Reflektoren.

Aus Figur 1 ergibt sich die Fixiervorrichtung bestehend aus Fixierwalzen FW und einer Vorheizeinrichtung VR. Die Fixierwalzen FW können auf bekannte Weise aufgebaut sein, z.B. so, wie es in den oben angegebenen US-Patentschriften beschrieben ist. Zwischen den Fixierwalzen FW läuft dann der zu fixierende Aufzeichnungsträger AT, z.B. eine Papierbahn, hindurch. Durch Wärme und durch Druck wird das Tonerbild in den Aufzeichnungsträger eingeschmolzen.

In Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers AT gesehen ist vor den Fixierwalzen FW die Vorheizeinrichtung VR angeordnet. Diese besteht aus einem Sattel SA, z.B. aus Metall, und aus unterhalb des Sattels angeordneten Heizelementen HE. Die Heizelemente können in bekannter Weise aufgebaut sein, z.B. so, wie es in der US-PS 3 861 863 angegeben ist. Unterhalb der Heizelemente HE ist schliesslich noch ein Reflektor FR angeordnet.

Der Aufzeichnungsträger AT läuft mit seiner nicht betonerten Seite auf dem Sattel SA entlang. Er trifft an der Stelle des <,5 Aufzeichnungsträgereinlaufes PE auf den Sattel auf, gleitet auf diesem entlang, wird dabei erwärmt und verlässt den Sattel SA an der Stelle des Aufzeichnungsträgerauslaufes PA. Der Auf50

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zeichnungsträger AT wird dann sofort dem Walzenpaar FW zugeführt. Auf dem Sattel SA kann noch ein Temperaturfühler TE angeordnet sein, mit dessen Hilfe die Temperatur auf dem Sattel festgestellt wird, und der die Heizleistung der Heizelemente HE steuert.

Der über den Sattel SA laufende Aufzeichnungsträger AT wird durch die Vorheizeinrichtung VR vorgewärmt, so dass der Wärmeübergang von den Fixierwalzen FW zu dem Aufzeichnungsträger zum Fixieren des Tonerbildes auf den Aufzeichnungsträger nicht mehr sehr gross sein muss. Ein Beispiel für die Temperaturen auf dem Sattel und den Fixierwalzen kann der US-PS 3 861 863 entnommen werden.

Wie aus Figur 1 zu ersehen ist, sind die Heizelemente HE nicht gleichmässig unterhalb des Sattels SA angeordnet, sie liegen vielmehr zum Aufzeichnungsträgereinlauf PE hin enger zueinander und ihr Abstand voneinander vergrössert sich in Richtung auf den Aufzeichnungsträgerauslauf PA. Weiterhin sind die Heizelemente zum Aufzeichnungsträgereinlauf hin näher an dem Sattel angeordnet und der Abstand der Heizelemente in Richtung zu dem Aufzeichnungsträgerauslauf PA wird immer grösser. Durch diese spezielle Anordnung der Heizelemente HE unterhalb des Sattels SA wird erreicht, dass am Aufzeichnungsträgereinlauf PE von den Heizelementen HE eine grössere Heizleistung in der Summe aufgebracht wird als am Aufzeichnungsträgerauslauf PA. Dies ist auch sinnvoll, da an der Stelle des Aufzeichnungsträgereinlaufes PE der Temperaturunterschied zwischen dem Aufzeichnungsträger AT und dem Sattel SA sehr gross ist und zur möglichst schnellen Erwärmung des Aufzeichnungsträgers ein grosser Wärmefluss zwischen dem Sattel SA und dem Aufzeichnungsträger AT stattfinden soll. Am Aufzeichnungsträgerauslauf PA ist dagegen kaum noch ein Unterschied zwischen dem Aufzeichnungsträger und dem Sattel gegeben, so dass kaum noch ein Wärmefluss zwischen Sattel und Aufzeichnungsträger stattfindet. Bei der gewählten Anordnung der Heizelemente kann die Heizleistung jedes Heizelementes gleich gewählt werden. Weiterhin kann erreicht werden, dass trotz des verschiedenen Wärmeflusses zwischen dem Sattel SA und dem Aufzeichnungsträger AT an den verschiedenen Stellen des Sattels die Temperatur des Sattels über seinen ganzen Bereich konstant ist.

Dabei kann die Temperatur des Sattels gleich einer Grenztemperatur gewählt werden, bei der der Sattel noch nicht so heiss ist, dass der Aufzeichnungsträger gebräunt wird, wenn dieser auf dem Sattel stillsteht. Bei dieser über den ganzen Sattel konstanten Grenztemperatur wird ein maximaler Wärmeübergang vom Sattel zum Aufzeichnungsträger erreicht. Die Grenztemperatur kann bei ca. 120° C liegen.

Ein Beispiel einer Anordnung der Heizelemente unterhalb des Sattels kann der Figur 2 entnommen werden. Hier sind vier Heizelemente HEI bis HE4 unterhalb des Sattels SA angeordnet. Die Anstände zwischen den einzelnen Heizelementen HE zum Sattel sind angegeben. Zum Beispiel kann der Abstand al des Heizelementes HEI zum Sattel SA 34 mm, der Abstand a2 des Heizelementes HE2 zum Sattel 35 mm, der Abstand a3 des Heizelementes HE3 zum Sattel 43 mm und der Abstand a4 des Heizelementes zum Sattel 56 mm sein.

Der Abstand der einzelnen Heizelemente HE voneinander wird mit Hilfe eines Winkelmasses angegeben und zwar ausgehend von dem Aufzeichnungsträgereinlauf PE aus. Der Winkel bl zwischen Heizelement HEI zum Aufzeichnungsträgereinlauf PE kann z.B. 6°, der Winkel b2 zwischen Heizelement HE2 und Aufzeichnungsträgereinlauf PE z.B. 16°, der Winkel b3 zwischen Heizelement HE3 und Aufzeichnungsträgereinlauf PE z.B. 30°, der Winkel b4 zwischen Heizelement HE4 und Aufzeichnungsträgereinlauf PE z.B. 47° und der Winkel b5 zwischen Aufzeichnungsträgerauslauf PA und Aufzeichnungsträgereinlauf PE ca. 57° sein. Dabei kann der Radius r zur

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Satteloberfläche 348 mm sein. Es wird darauf hingewiesen, dass Reflektor RF gebildeten Kammer eine Luftkonvektion möglich es sich bei Figur 2 nur um ein Beispiel handelt, aus dem sich eine ist, die in Figur 1 mit den Pfeilen LK angedeutet ist. Bei einem

Anordnung der Heizelemente HE unterhalb des Sattels SA plötzlichen Anhalten des Fixiervorganges kann diese Luftkon-

ergibt, die die oben angegebenen Anforderungen erfüllt. vektion dazu führen, dass am Aufzeichnungsträgereinlauf des

Figur 3 zeigt den Verlauf der Verteilung der Heizleistung 5 Sattels eine unzulässige Temperaturerhöhung auftritt. Diese der einzelnen Heizelemente HE auf der Satteloberfläche SA. kann zu einer Papierbräunung führen. Abhilfe kann dadurch

Die Kurve 1 ist der Verlauf der Heizleistung des Heizelementes erreicht werden, dass zumindest die am Aufzeichnungsträger-HE1, die Kurve 2 der Verlauf der Heizleistung des Heizelemen- auslauf PA angeordneten Heizelemente HE einen selbständigen tes HE2, die Kurve 3 der Verlauf des Heizelementes HE3 und Reflektor haben. Wie Figur 4 zeigt, ist z.B. dem Heizelement

Kurve 4 der Verlauf des Heizelementes HE4. Die Summen- io HE4 ein eigener Reflektor RF4, dem Heizelement HE3 ein kurve der Heizleistungen aller Heizelemente HE mit Berück- eigener Reflektor RF3, dagegen den Heizelementen HEI und sichtigung der reflektierten Heizleistung ist mit 5 bezeichnet HE2 ein gemeinsamer Reflektor RF1 zugeordnet. Die Reflek-

und gestrichelt eingezeichnet. Es ist aus Figur 3 zu ersehen, dass toren RF4, RF3 und RF1 bilden mit dem Sattel SA eine sich durch die Anordnung der Heizelemente HE unterhalb des Kammer, die eine Luftkonvektion zu benachbarten Kammern

Sattels SA eine Summenkurve der Heizleistung ergibt, die am 15 verhindert. Somit ist eine Temperaturerhöhung am Aufzeich-

Aufzeichnungsträgereinlauf einen maximalen Wert hat und die nungsträgereinlauf PE durch Luftkonvektion nicht mehr mög-

zum Aufzeichnungsträgerauslauf hin ständig abnimmt. Dieser lieh.

Verlauf ist sinnvoll, da am Aufzeichnungsträgereinlauf PE der Die Ausführun der Reflektoren RF ist zweckmässigerweise grosste Wärmefluss zwischen Sattel SA und Aufzeichnungstra- SQ ählt> dass die von den Heizelementen HE ausgehende ger AT stattfindet, dagegen der Wärmefluss zwischen Sattel und 20 Wärmestrahlung vorzugsweise in Richtung zum Aufzeichnungs-

Aufzeichnungstrager zum Aufzeichnungsträgerauslauf hm stan- trägereinlauf PE hin refiektiert wird.

dig abnimmt. Durch die Anordnung der Heizelemente HE ist somit gewährleistet, dass die Temperatur über den ganzen Sattel Die Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung liegen in

SA konstant ist und dass der Aufzeichnungsträger AT sehr folgenden Punkten:

schnell auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird und damit 25 1. Die Anordnung der Heizelemente ist derart, dass ein die Länge des Sattels SA klein sein kann. schneller und wirkungsvoller Wärmeaustausch dort erreicht

Aus den Figuren 1 bis 3 ergibt sich, dass hinter den Heizele- wird, wo der Temperaturunterschied zwischen Aufzeichnungs-

menten HE von der Unterseite des Sattels aus gesehen ein träger und Sattel am grössten ist.

Reflektor RF angeordnet ist. Dieser Reflektor reflektiert die 2. Die gleichmässige Temperaturverteilung auf dem Sattel von den Heizelementen HE ausgehende Wärmestrahlung, die in 30 während des Fixierens verhindert beim plötzlichen Anhalten

Richtung auf den Reflektor RF geht, zum Sattel SA zurück. des Fixiervorganges eine unzulässige Temperaturerhöhung des

Dadurch wird ein Verlust von Wärmestrahlung vermieden. Sattels am Aufzeichnungsträgerauslauf.

Gleichzeitig bildet der Reflektor mit dem Sattel eine abge- 3. Die gleichmässige Temperaturverteilung auf dem Sattel schlossene Kammer, in welcher sich die Heizelemente befinden. ermöglicht eine gemeinsame Ansteuerung der Heizelemente

Dadurch wird verhindert, dass durch Konvektionskühlung aus 35 nur über einen Temperaturfühler.

der umgebenden Luft ein Verlust der Wärmeleistung erfolgt. 4. Durch entsprechende Anordnung von Reflektoren und

Die Verwendung eines einzigen Reflektors RF hat aber den des Sattels kann eine störende Luftkonvektion ausgeschaltet

Nachteil, dass innerhalb der von dem Sattel SA und dem werden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

620 531 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Fixierung eines auf einem Aufzeichnungsträger aufgebrachten Tonerbildes, bei der der Aufzeichnungsträger zwischen zwei Fixierwalzen hindurchläuft, von denen zumindest eine beheizt ist und bei der in Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers gesehen vor den Fixierwalzen eine Vorheizeinrichtung vorgesehen ist, die aus einem Sattel, über den der Aufzeichnungsträger mit seiner nichtbetonerten Seite läuft und aus Heizelementen unter dem Sattel besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung der Heizelemente (HE) und deren Anordnung unter dem Sattel (SA) derart gewählt sind, dass die Summe der Heizleistung aller Heizelemente am Aufzeichnungsträgereinlauf (PE) des Sattels am grössten ist und zum Aufzeichnungsträgereinlauf (PA) des Sattels ständig abnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (HE) im Bereich des Aufzeichnungsgträ-gereinlaufs (PE) eng zueinander angeordnet sind und sich der Abstand zum Aufzeichnungsträgerauslauf (PA) hin vergrössert.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (HE) im Bereich des Aufzeichnungsträgereinlaufs (PE) näher zum Sattel (SA) zu angeordnet sind und der Abstand der Heizelemente vom Sattel zum Aufzeichnungsträgerauslauf (PA) hin sich ständig vergrössert.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung aller Heizelemente (HE) gleich gewählt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Sattel (SA) aus gesehen hinter den Heizelementen (HE) mindestens ein Reflektor (RF) angeordnet ist, der die von den Heizelementen kommende Wärmestrahlung zum Sattel reflektiert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die dem Aufzeichnungsträgerauslauf (PA) am nächsten liegenden Heizelemente (HE) jeweils mit einem eigenen Reflektor (RF) versehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten der Reflektoren (RF) so angeordnet sind, dass die von den Heizlementen (HE) ausgehende Wärmestrahlung im wesentlichen in Richtung auf den Aufzeichnungsträgereinlauf (PE) hin reflektiert wird.

8. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Sattels (SA) durch einen in der Länge des Sattels mittig angeordneten Temperaturfühler gemessen wird.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente in mindestens einer Kammer eingeschlossen sind, welche vom Heizsattel (SA) und vom abgeschlossenen Reflektor (RF) gebildet werden.