DE2250060A1

DE2250060A1 - Verfahren und vorrichtung zur waermebehandlung

Info

Publication number: DE2250060A1
Application number: DE2250060A
Authority: DE
Inventors: Uldis Klavsons; Thomas Benjamin Michaels
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1972-10-12
Publication date: 1973-07-05
Also published as: DE2250060B2; NL163032B; CA991252A; NL7213728A; JPS4873154A; DE2250060C3; AR200245A1; US3790747A; AU4923972A; BE789339A; AU467385B2; SE380108B; IT972690B; ES409974A1; FR2165383A5; NL163032C; CH554008A; BR7208315D0; GB1397586A

Description

Patentanwälte · .

Dr.-Inn. H. K'nkeidey -

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3CEROX CORPORATION
Xerox Square

Rochester, New York 14-60J USA

Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere zwecks stoffschlüssiger Verbindung von erweichbaren Teilen mit einer sie tragenden Unterlage, beispielsweise zum Fixieren von Tonerpartikeln auf einem elektrofotografisch entwickelten Bild. Ferner ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung unter Erzeugung von Temperaturen gerichtet, bei denen thermoplastische Partikel in den Erweichungszustand übergehen und sich mit 'einer sie tragenden Unterlage stoffschlüssig verbinden, wobei die Verbindungstemperatur innerhalb einer Aufheizzeit erreicht wird, auf die eine Bereitscliaftszeit folgt.

Die Erfindung ist bevorzugt, jedoch keineswegs ausschließlich, bei xerografischen Fixiersystemen mit einer Temperaturregeleinrichtung anwendbar. In elektrofotografischen Abbildungssystemen, beispielsweise dem xerografisehen System nach der US-PS 3 062 109, wird ein elektrostatisches Latentbild sichtbar gemacht oder entwickelt, indem mikroskopische. Tonerpartikel.

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mit elektrostatischer Anziehung auf dem Latentbild aufgebracht werden, das in verschiedener Weise erzeugt werden kann. Das xerografische Latentbild erhält man durch Aufladen einer xerografischen Platte, die ein Fotowiderstandsmaterial aufweist, und durch Belichtung der aufgeladenen Platte mit einem optischen Bild, nämlich einem Muster von Licht und Schatten einer elektromagnetischen Strahlung, für welche das Fotowiderstandsmaterial empfindlich ist. Die xerografieehe Platte kann wiederverwendbar sein, und in diesem Falle wird das entwickelte Tonerbild auf einen geeigneten Träger, beispielsweise gewöhnliches Papier übertragen. In anderen Fällen ist die xerografische Platte als Beschichtung auf einem Körper ausgebildet, der ein Papierblatt, eine Materialbahn od. dgl. sein kann, so daß das entwickelte Tonerbild nicht übertragen zu werden braucht.

Bei allen elektrofotografischen Systemen wird das Tonerbild durch mechanisches Fixieren des Toners an dem Träger dauerhaft gemacht. Dies kann z.B. mittels thermoplastischer oder anderer wärmeempfindlicher Tonerwerkstoffe geschehen, die beim Erhitzen klebrig werden und dadurch mit der sie tragenden Unterlage eine mechanische Verbindung eingehen. Die Unterlage kann ein Kunststoffkörper, gewöhnliches Papier wie im obenerwähnten wiederverwendbaren xerografischen System oder auch ein mit Zinkoxid, Cadmiumsulfat oder anderem Fotov/iderStandsmaterial beschichtetes Papier sein.

Bei Uärraebehandlungsvorrichtungen allgemein und insbesondere bei thermischen Fixiersysteraen besteht die Schwierigkeit, daß der Dauerbetrieb sehr unwirtschaftlich ist. Infolgedessen wird

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8AO ORiGfNAL

bei den meisten elektrografisehen Systemen, die keinen kontinuierlichen, sondern einen intermittierenden Bilderzeugung svor gang "benutzen, die für das thermische Fixiersystem "benötigte Leistung abgeschaltet, wenn das Fixiersystem nicht "benötigt wird. Diese Arbeitsweise "bedingt, daß für andere Arbeitsgänge wie z.B. das Herstellen von Kopien " eine Aufheizzeit, abgewartet werden muß, bevor die Wärmebehandlung stattfinden kann, im Beispiel also das Fixieren eines Tonerbildes. Hierbei bedeutet Aufheizzeit den Zeitraum, der erforderlich is't, bis das Fixiersystem die Temperatur erreicht, bei welcher das Erweichen des Tonermaterials eintritt. Die tatsächliche Verbindung von Toner und Unterlage ist abgeschlossen, sobald der Toner in seinen ursprünglichen harten bzw. nicht-klebrigen Zustand gelangt ist. Bei den herkömmlichen Systemen ist es nachteilig, daß die Aufheizzeit viel zu lange dauert und daß der Fixiervorgang oft bei Temperaturen versucht wird, die über oder unter dem Temperaturbereich liegen, der ein zufriedenstellendes Fixieren von Tonerpartikeln an einer Unterlage ermöglicht.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und mit einfachen, wirtschaftlichen Mitteln eine rasche, reproduzierbar gute Wärmebehandlung insbesondere zur stoff schlüssigen Verbindung von erweichbaren Teilchen mit einer sie tragenden Unterlage zu gewährleisten, auch wenn zwischen den Wärmebehandlung sze it en stark schwankende. Pausen auftreten.

Bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art sieht .die Erfindung vor, daß eine Heizvorrichtung .in Bereitschaft auf

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einer Vorheiz- oder Standtemperatur gehalten und die Aufheizdauer umgekehrt proportional zu einer Mindest-Bereitschaftsdauer verändert wird. Dabei kann während der Aufheizdauer zum Beschleunigen des Temperaturanstiegs auf eine für das Aufschmelzen von Teilchen auf die Unterlage notwendige Temperatur eine Zusatzheizung betätigt und eine Schnellheizleistung aufgebracht werden. Vorzugsweise werden wenigstens zwei elektrische Heizelemente benutzt und mittels einer elektrischen Regeleinrichtung geregelt.

Eine solche Wärmebehandlung eignet sich insbesondere für thermische Fixiersysteme bei elektrostatischen Kopier- bzw. Abbilde-Einrichtungen. Die Erfindung stellt sicher, daß die Temperatur eines beispielsweise elektrofotografischen Heiz-,systems reproduzierbar in einem vorgegebenen Bereich liegt, obgleich die zwischen den einzelnen Wärmebehandlungen auftretende Zeit beträchtlichen Schwankungen unterliegen kann. Trotz intermittierenden Betriebes der Heizvorrichtung ist dadurch bei verkürzter Aufheizzeit eine zuverlässige Wärmebehandlung möglich.

Eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß wenigstens ein elektrisches Heizelement in bezug auf eine zu erwärmende thermoplastische Partikel tragende Unterlage beweglich angeordnet ist, daß sich zur Schnellheizung der Partikel wenigstens ein elektrisches Zusatzheizelement neben dem Heizelement befindet, daß mit letzterem sowie mit dem Zusatzheizelement eine Hegeleinrichtung in Verbindung ,steht, mittels deren die Aufheizzeit abhängig von der Dauer der Bereitschaftszeit einstell- bzw. regelbar ist,

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•und' daß die Betätigung des Zusatzheizelements und die diesem sowie dem Heizelement während der Aufheizzeit zugeführte Schnellheizleistung unabhängig voneinander regelbar sind.

Die vorzugweise elektrische Regeleinrichtung kann eine Vor-• heizstufe aufweisen, mittels deren die Wärmebehandlungsvorrichtung auf einer einstellbaren Temperatur gehalten werden kann, die unterhalb der Temperatur für die stoff schlüssige Verbindung liegt.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung läßt sich so einstellen, daß die Auf heiz- und Abkühlzeiten einer Heizvorrichtung, beispielsweise einer thermischen Fixierstation, wechselnden Bedürfnissen angepaßt werden können. Bei.einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Dauerheizleistung der Wärmebehandlungsvorrichtung eingespeichert, während unter Verwendung von zusätzlichen Heizelementen eine erhöhte Heizleistung aufgebracht wird, um die Aufheizzeit des Systems zu verkürzen. Bei einer günstigen Ausführungsform der Erfindung hat die Heizvorrichtung sechs elektrische Haupt-Heizelemente und ein Zusatz-Heizelement. Sämtliche Heizelemente \-jerden in Bereitschaft auf einer Vorheiz- oder Standtemperatur gehalten, um den Abstand zwischen den Betriebs- und Ruhe-Temperaturen der Heizvorrichtung möglichst gering zu halten. Zur Beschleunigung der Aufheizgeschwindigkeit wird die den Heizelementen zugeführte Leistung vorübergehend über die Dauerleistung erhöht. Eine besondere Schaltungsanordnung steuert die Zeitdauer, während welcher die Schnellheizleistung unter Verwendung wenigstens eines Zusatz-Heizelementes aufgebracht: wird.

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Vorzugsweise sind dazu Zeitgeber vorgesehen, welche Aufheizbzw. Anstiegssignale sowie Abkühl- bzw. Abfallsignale erzeugen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematisierte Seitenschnittansicht einer xerografisehen Abbildungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Fixierstation,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zum Veranschaulichen der Arbeitsweise einer Regeleinrichtung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 3 ein elektrisches Schema von Zeitgebern einer Regeleinrichtung für eine Wärmebehandlungsvorrichtung nadi der Erfindung,

Fig. 4 ein Zeitdiagramm zum Vergleich der Leistungsaufnahme eines Systems nach der Erfindung mit einem herkömmlichen System und

Fig. 5 ein Zeitdiagramm zum Veranschaulichen von Kennwerten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim thermischen Fixieren in einem xerografischen System.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte xerografische Kopiermaschine hat eine Trommel 1 mit einer Fotowiderstandsschicht,

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die auf einem elektrisch mit Masse verbundenen Metallzylinder aufgebracht ist. Die Trommel Λ bildet einen kontinuierlichen, wiederverwendbaren xerografiechen Körper, der auch als Platte bezeichnet wird. In einem Gehäuse ist die' Trommel 1 so gelagert, daß sie in Pfeilrichtung umlaufen kann, wobei die freie bzw. Bildaufnahmefläche der Trommel. 1 der Reihe nach eine Anzahl von xerografiechen VerarbeitungsStationen durchläuft. . ' . '

Eine Ladestation A enthält ein Corotron 2. Dieses kann beispielsweise gemäß der US-PS 2 836 725 aufgebaut, an-ein"-geh· eignetes elektrisches Potential angeschlossen und in bezug auf die Trommel 1 so angeordnet sein, daß deren freie Fläche aufgeladen wird und ein im wesentlichen gleichförmiges elektrisches Potential annimmt, beispielsweise 800 V. - ..

Eine Beiichtungsstation B ist mit geeigneten Lampen 3 und Linsen 4- versehen, die so angeordnet sind, daß eine mit der Sichtfläche nach unten auf eine Platte oder Abtastfläche 5 gelegte Vorlage zeilenweise abgetastet werden kann. Durch eine öffnung 6 in einem Lichtschacht 7 wird das beim Abtasten einer Vorlage erzeugte optische Bild auf die freie Fläche der Trommel 1 projiziert. An denjenigen Flächenteilen der xerografischen Platte, wo einfallendes Licht absorbiert wird, fällt das elek-'trische Potential der Trommel 1 stark ab. Die lichtabsorbierehden Flächen werden im Rahmen eines Positiv-Positiv-Kopiersystems als Hintergrundflächen bezeichnet. Das Hintergrundpotential kann beispielsweise 200 V betragen, wenn die Trommel 1 wie oben angegeben auf etwa 800 V aufgeladen wird. Flächenteile mit niedrigerem Potential können die Bildflächen bei

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einem Negativ-Fositiv-Kopiersystem darstellen. Ein solches Kopiersystem wird im einzelnen nicht erläutert, um Wiederholungen zu vermeiden, da die Beschreibung mit Ausnahme logisch bzw. technisch bedingter Abänderungen auch dafür gilt»

Neben der Belichtungsstation B befindet sich eine Entwicklung^-' station C, welche die Tonerpartikel enthält, mit denen das elektrostatische Latentbild sichtbar gemacht werden kann» Fig. 1 zeigt ein Kaskaden-Entwicklungssystem, bei dem ein motorisch angetriebener Becherförderer 10 vorgesehen ist. Dieser fördert Entwicklermaterial 11 in Form von Trägerkörnern und Tonerpartikeln, beispielsweise thermoplastischem Harz oder anderem durch Wärme erweichbarem Haterial, das als Vorrat am Boden eines Gehäuses 12 vorhanden ist. Die Becher des Förderers 10 schaufeln das Entwicklermaterial 11 in den oberen Eaum des · Gehäuses 12, wo es über trichterähnliche Leitflächen auf die ■Trommel 1 herunterfließt. Beim Herab strömen des Entwi ekler <materials 11 auf die Außenfläche der Trommel 1 bleiben wogen der elektrischen Felder, die dem elektrostatischen Latentbild zugeordnet sind, daran Tonerpartikel haften. Infolge einer llischwirkung mit den Trägerpartikeln wird der Toner reibung-* elektrisch bzw. elektrostatisch aufgeladen. Der nicht benötigte Toner sammelt sich im Vorrat 11, und durch den Entwicklungsprozeß verbrauchter Toner wird aus einem Toner-Nachfüllbehälter 13 ergänzt, der im Gehäuse 12 angebracht ist..

Eine Kontrast- bzw. Vor-Übertragungsstation weist ein Kontrast-Corotron 15 sowie eine Lichtquelle 16 auf. In der Kontraststation D werden die xerografische Platte und der darauf befindliche Toner so beeinflußt, daß nur Tonerpartikel» die zu

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Bildflachen gehören, auf ein in einer Übertragungsstation E ■befindliches Aufnahmemedium 17 übertragen werden. Das Konträst-Corotron 15 kann entsprechend der US-PS 3 444 369 ausgebildet sein.

Die Übertragungsstation E enthält eine Einrichtung, mittels deren das Aufnahmemedium 17 mit dem Tonerbild auf der Trommel 1 fluchtend zugeführt werden kann, sowie ein Übertragungs-Corotron 18, welches die bildfreie oder Rückseite des Aufnahmemediums 17 auf hohes Potential auflädt, im Falle der oben angegebenen Beispiele von +800 bzw. +200 V an der freien Fläche der Trommel 1 beispielsweise auf +2000 V. Die von dem Corotron 18 aufgebrachte Ladung erzeugt ein elektrisches Feld, das zusammen mit den der Trommel 1 zugeordneten Potentialen die Übertragung der Tonerpartikel an den Bildflächen auf das Aufnahmemedium 17 bewirkt.· .

Das übertragene Tonerbild wird an dem Aufnahmemedium 17 dauerhaft festgelegt in einer Fixlerstation F, die beispielsweise elektrische Heizelemente 21 aufweist, durch deren Wärme die Tonerpartikel erweichbar und mit dem Aufnahmemedium 17 stoffschlüssig verbindbar sind.

Es ist ferner eine Reinigungsstation G vorgesehen, die ein Reinigungs-Corotron 22 und eine Drehbürste 23 aufweist, die an einem Unterdruck- oder Vakuum-Gehäuse 24 angeordnet ist. Das Corotron 22 ist an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen/ um"etwaigen nicht übertragenen Toner zu neutralisieren, so daß das Corotron 22 überschüssigen Toner im wesentlichen auf Massepotential entlädt, sofern die Trommel 1 geerdet bzAir» mit Masse verbunden ist. Von der Drehbürste 23 werden die restlichen

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Partikel hochgefegt, und der im Gehäuse 24- herrschende , Unterdruck saugt den Toner in ein Filter-, das sich in einen Behälter 25 befindet. Die Reinigungsstation G hat ferner eine Lampe, mit welcher die Außenfläche der Trommel 1 einer Flutbelichtung unterworfen werden kann. Anschließend gelangt die Trommel 1 wiederum zur Station A, so daß ein neuer Arbeitsbzw. Kopiervorgang erfolgen kann.* ■

Im folgenden wird die Fixierstation F in Verbindung Kit der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. Sie v/eist eine Warrnebehandlungsvorrichtung 31 auf, die als Heizstrahler gemäß den US-PS 2 965 868 und 3 437 407 ausgebildet sein kann, auf deren Offenbarung hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Im gezeichneten Ausfiihrungsbeispiel hat die Heizvorrichtung sieben elektrische Heizelemente 21 sowie einen Reflektor 32, welche zusammen ein Transportband 33 mit Strahlungsenergie beschicken. Das Transportband 33 trägt das Aufnahmemedium 17 -samt den übertragenen Tonerbildern in die Fixierstation F bzw. zur Wärmebehandlungsvorrichtung 31· Die dort erzeugte Strahlungsenergie wird von den dunklen bzw. strahlungsundurchlässigen, das Bild zusammensetzenden Tonerpartikeln absorbiert und im Übrigen durch das Aufnahmemedium 17 reflektiert, das gewöhnlich weiße Farbe hat und als Blatt ausgebildet sein kann. Am Transportband 33 kann das Aufnahmemedium 17 durch die Vorrichtung indirekt beheizt werden. Läuft nämlich unter der Vorrichtung kein Aufnahmemedium bzw. Blatt 17 vorbei, so ist das Transportband 33 direkt der Strahliingseinwirkung ausgesetzt. Das Transportband 33 oder eine ähnliche, kontinuierliche Transporteinrichtung erfährt daher nach wenigen Umläufen einen beträchtlichen Temperaturanstieg.

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Barch Aufnahme von Strahlungsenergie der Wärmebehandlung s~ vorrichtung 51 wird das Tonermaterial 11 klebrig bzw. auf ge- " weicht. Es fließt im aufgeweichten- Zustand über und/oder in das Aufnahmemedium, bzw. Blatt 17, o'e nach dessen Struktur. Ist das Aufnahmemedium 17 ein laserpapier, beispielsweise Banknotenpapier, so fließt der Toner zwischen die vorstehenden !Fasern des Blattes. Sobald das Aufnahmeme'dium 17 den Bereich der Wärmebehandlungsvorrichtung 31 verläßt, kühlt der Toner rasch ab, so daß er in seinen ursprünglichen harten bzw. nicht klebrigen Zustand zurückkehrt und mit dem tlbertragungsblatt bzw. der Kopie innig" verbunden, d.h. aufgeschmolzen ist.

Wie anfangs erläutert, wird den Heizelementen 21 normalerweise nur dann elektrische Energie zugeführt, wenn Kopien herzustellen sind, und zwar aus Gründen der Wirtschaftlichkeit. Die vorliegende Erfindung gewährleistet die Zufuhr elektrischer Energie von einer Speisequelle 34--an die Heizelemente 21 mit solcher Regelung, daß äußerst kurze Aufheizzeiten gewährleistet und die nachfolgenden Abkühlvorgänge der Heizelemente 21 abgetastet werden, ohne daß der erwünschte Aufschmelz-Temperaturbereich über- oder unterschritten würde.

Dazu sieht die Erfindung eine elektrische Regeleinrichtung 35 vor, die eine Vorheizstufe aufweist, um sämtliche Heizelemente 21 auf einer "Vorheiz- oder Standtemperatur zu halten, solange keine Kopien gemacht werden. Außerdem ist eine Zeitgabe- oder Speichereinrichtung vorhanden, mit der verschiedene Schaltvorgänge geregelt werden können. Dazu gehören das Anschalten von Leistung an die Heizelemente, die Höhe der zugeführten Spannung bzw. Leistung und die Anzahl der eingeschalteten Heiz-

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elemente 21. Auch deren Abkühlgeschwindigkeit wird von der Zeitgabe- bzw. Speichereinrichtung erfaßt, welche vorzugsweise zwei Zeitkreise hat, deren Laufzeiten so einstellbar sind, daß sie den Abkühlgeschwindigkeiten verschiedener Fixier-Bjsteine angepaßt werden können.

j.

Die bisherige Beschreibung bezieht sich auf den Betrieb eines Fixiersystems F bzw. einer Wärmebehandlungsvorrichtung 31 nach langer Bereitschaftszeit, nicht jedoch auf die Ingangsetzung des Betriebes. Für letzteren Vorgang wird die Regeleinrichtung 35 umgangen bzw. ausgeschaltet, so daß die Vorrichtung 3Ί mit einer Anfangsaufheizzeit -von beispielsweise 60 s in Betrieb kommt, wobei die Heizelemente 21 die erwähnte Vorheiz- oder Standtemperatur annehmen.

Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung 35 wird im Folgenden anhand von Fig. 2 erläutert. Dort ist auf der Abszisse die Zeit aufgetragen und auf der Ordinate 36 die Spannung, nämlich die Aus gangs spannung zweier Zeitgabekreise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3» was für das Verständnis der Arbeitsweise der Regeleinrichtung 35 ein geeigneter veränderlicher Parameter ist. Schaltvorgänge der Regeleinrichtung 35 treten jedesmal dann auf, wenn die Spannung der Zeitgabekreise an einem Bezugspegel 37 bzw. an einem Abtastpegel 38 ankommt bzw. davon abweicht.

Zur Zeit Null (t = 0) wird an der Vorrichtung ein Schalter betätigt, beispielsweise die Drucktaste "Kopieren" auf der Kopiermaschine, so daß ein Anstiegsverlauf 39 entsteht, der für beide Zeitkreise gleich ist. Wie im Folgenden erläutert

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wird, ist die Neigung der Kurven 39 verstellbar. Zum Zeitpunkt Null wird sämtlichen sieben Heizelementen der Wärmebehandlung svorrichtung 31 Spannung zugeführt, und zwar in der für die Schnellheizung notwendigen Höhe. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt 40 erreichen die Spannungen daher den Abtastpegel 38· Im Zeitpunkt 40 wird von dem siebenten Heizelement, dem Zusatzheizelement 21', die Spannung abgeschaltet und die an den übrigen sechs Heizelementen 21 liegende Spannung auf Dauerbetrieb heruntergeschaltet. Die Vorrichtung ist dann betriebsbereit, so daß die in I"ig. 1 dargestellte Maschine vom Zeitpunkt 40 ab dauerhaft Tonerbilder an Blättern 17 zu fixieren vermag. Die sechs Heizelemente 21 erhalten weiter Dauerbetriebsspannung, solange die Maschine Kopien erzeugt. Das Ende des Kopierzeitraums ist durch den Zeitpunkt 41 angegeben.

Zum Zeitpunkt 41 fallen die Zeitgeberspannungen auf den Null-Pegel 42 bzw. den Bezugspegel 37 ab, wobei die eine Spannung dem Kurvenverlauf 43 und die andere Spannung dem Kurvenverlauf

44 folgt. Die Abnahmekurve 43 entsteht durch den Zeitgabekreis, welcher den Spannungspegel von Schnellheizbetrieb auf Dauerbetrieb umschaltet. Die Abnahmekurve .44 wird durch den Zeitgabekreis erzeugt," der das siebente bzw. Zusatz-Heizelement 21' an- bzw. abschaltet.

Die Abnahmekurve 43 fällt auf den HuIl-Pegel 42 innerhalb eines Zeitraums ab,, der durch die Zeitpunkte 41 und 45 begrenzt wird, wogegen die Kurve 44 auf denselben Pegel innerhalb eines Zeitraums abfällt, der durch die Zeitpunkte 41 und 46 begrenzt ist. Wird etwa zum Zeitpunkt 47, der zwischen den Zeitpunkten 41 und

45 liegt, .die Taste "Kopieren" erneut gedruckt, so bewirken die beiden Zeitgabekreise wiederum das Eitstehen von Anstiegs-

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kurven 39» wobei in diesem Falle die Anstiegskurve 39a für die Spannung der Schnellheizleistung und, die Kurve 39b für die Spannung des Zusatz-Heizelements 21' den Abtastpegel zu verschiedenen Zeitpunkten erreichen, nämlich zu den Zeitpunkten 50 bzw. 51. Die Neigung der Kurven 39a und 39b entspricht jener der Kurve 39» doch erreichen sie den Abtastpegel 38 zu verschiedenen Zeiten, da der Anstieg von unterschiedlichen Pegel aus erfolgt. Die Kurven 39a und 39b beginnen nämlich bei den Pegeln, an denen die Abfallkurven und 44 angekommen waren, als die Taste "Kopieren" gedrückt wurde, d.h. im Zeitpunkt 47- Die Aufheizzeit der Wärmebehandlungsvorrichtung 31 ist in diesem Falle also definiert durch den Zeitraum zwischen den Zeitpunkten 47 und 51· ^i-^e Schnellheizleistung wird während der ganzen Aufheizzeit erzeugt, wogegen das Zusatzheizelement 21' nur während des kürzeren Zeitraums zwischen den Zeitpunkten 47 und 50 eingeschaltet ist.

Wird die Taste "Kopieren" zum Zeitpunkt 55 gedruckt, der zwischen den Zeitpunkten 45 und 46 liegt, so führt das zu den Anstiegskurven 39c und 39d, welche den Abtastpegel in den Zeitpunkten 56 bzw. 57 erreichen. Die Anstiegskurve 39c entspricht der Schnellheizschaltung und die Kurve 39d dem Zusatzheizelement; beide Kurven haben wiederum dieselbe Neigung wie die Kurve 39ί jedoch unterschiedlichen Ausgangspegel. Die Kurve 39c entspricht der Kurve 39 voll. Das bedeutet, daß die Aufheizzeit zwischen den Zeitpunkten 55 und 57 gleich der anfänglichen Aufheizzeit zwischen den Zeitpunkten Null und 40 ist, Während dieser ganzen Aufheizzeit wird die Schnellheizleistung erzeugt, wogegen das Zusatzheizelement 21' nur während der durch de Zeitpunkte 55 und 56 begrenzten, kürzeren Zeitdauer eingeschaltet ist.

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Die Betätigung der Taste "Kopieren" zu irgendeiner Zeit nach dem Zeitpunkt 57 bewirkt die Wiederholttag des vorbeschriebenen Ablaufs von der Zeit Null aus (Fig. 2).

Die Zeitgabekreise nach Fig. 3 enthalten Einrichtungen, mittels deren die Neigung der Anstiegskurven 39 sowie der Abfallkurven 4-3,44 veränderbar ist. Dadurch ist es möglich, diese Kurven so einzustellen, daß" der Aufheiz- und Abkühlverlauf den Anforderungen an die Wärmebehandlungsvorrichtung 31 entspricht. Sowohl diese Änderung in der Neigung der Kurven 39»4-3 und 44 als auch die thermischen Eigenschaften eines Fixiersystems werden durch die Regeleinrichtung 35 beeinflußt, welche die unabhängige Regelung der Schnellheizleistung und des Betriebs des Zusatzheizelements 21' bewirkt. Mit den Zeitgabekreisen können auch weitere Elemente geschaltet werden, die den Betrieb der Wärmebehandlungsvorrichtung 31 bzw. der Fixierstation F beeinflussen. Im Ausführungsbeispiel, nach Fig. 1 weist die Maschine beispielsweise einen nahe der Vorrichtung 31 angeordneten Lüfter 26 auf, der jedesmal dann abgeschaltet wird, wenn die Schnellheizung in Betrieb ist.

Bei der Wärmebehandlungsvorrichtung 31 in der Fixier stat ion F (Fig. 1) ist die maximale Aufheizzeit, die nach Fig. 2 zwischen den Zeitpunkten Null bis 41 bzw. 55 bis 57 liegt, jeweils etwa 12 s lang. Von dem Abtastpegel 33 bis zum Mull-Pegel 42 bzw. zum Bezugspegel 37 vollzieht sich der Abfall bei der Kurve 43 in etwa 10 s, bei der Kurve 44 in etwa 10Os. Solche Zeiträume werden empirisch festgelegt, um die Anforderungen eines bestimmten Systems zu erfüllen. Bei dem System nach Fig. 1 besteht diese "Anforderung" darin, daß ein zufriedenstellendes

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Fixieren des aufgebrachten Toners an einem Kopieblatt 17 erzielt wird, wie sich im einzelnen aus den Kurven von Fig. 5 ergibt.

Die Taber-Kennwerte eines fixierten Tonerbildes auf einem 20-1-Banknotenpapier (20 pound bond paper) der jeweils nach verschiedenen Bereitschaftszeiten zuerst erzeugten Kopie sind in den Kurven 60 und 61 von Pig. 5 dargestellt. Der Unterschied zwischen diesen beiden Kurven besteht darin, daß bei Kurve 60 eine größere Dauerleistung vorliegt als bei Kurve Wichtig ist, daß.beide Kurven 60,61. die Linie 62 eines Mindest-Taber-Kennwerts überschreiten. Der Taber-Kennwert ist eine Zahl, die durch eine Prüfung ermittelt wird, bei der ein fixiertes, also mit aufgeschmolzenem Toner versehenes Bild genormten Reibungskräften ausgesetzt wird. Durch Veränderung der Neigung der Kurven 3914-3 und 44 kann die Flachheit des Kurvenverlaufs bei den Kurven 60 und 61 eingestellt werden. Die Wirksamkeit der Regeleinrichtung 35 läßt sich also dadurch testen, daß man den Verlauf z.B. der Kurven 60 und 61 heranzieht, um sicherzustellen, daß die Aufheiz- und Abkühleigenschaften eines Fixiersystems in geeigneter Weise eingestellt bzw. angepaßt sind. Wie eingangs erwähnt, kommt es dabei darauf an, im intermittierenden Betrieb eines Fixiersystems die Aufheizzeit auf ein riinimum zu bringen. Bei dem xerografischen System gemäß Fig. 1 besteht die Forderung darin, die Zeit zwischen der Betätigung einer Taste "Kopieren" und der Ankunft einer fertigen, mit aufgeschmolzenem Tonerbild versehenen Kopie 17 in einem Aufnahmekorb 29 möglichst zu verkürzen. Die idealflacheTaber-Kurve verläuft oberhalb der Linie 62 parallel zu dieser.

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Der Vorteil einer Dauer- bzw. Bereitschaftsleistung und einer Schnellheizleistung nach der Erfindung, ergibt sich aus dem Diagramm von Fig. 4. Die Regeleinrichtung 35 sorgt für eine ständige Vorheizleistung 65 bei allen sieben Heizelementen 21, ^%so daß der Abstand zwischen der Bereitschafts- und der Betriebstemperatur dieser Elemente möglichst gering ist. Die Schnellheizleistung 66 liegt über der Betriebsheizleistung 67, und sie wird während der Aufheizzeit dazu benutzt, das Erzielen der Dauerheizleistung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu be-'schleunigen. Kurve 68 zeigt,die tatsächliche elektrische Leistung, die den Heizelementen 21 gemäß der Erfindung zugeführt wird, wogegen Kurve 69 ein entsprechender 'Verlauf bei einem System ist, das weder die Vorheizleistung noch die Zeitgeber-Schaltungsanordnung von Pig. 3 aufweist. Man erkennt, daß infolge der Vorhe-izle istung und der Schnellheizleistung die Kurve 68 einen größeren Anstieg hat als die Kurve 69 > und daß der Dauerbetriebspegel 67 von der Kurve 68 bereits zum Zeitpunkt 71 endgültig erreicht ist, wogegen die Kurve 69 diesen Gleichgewichtszustand erst zu dem späteren Zeitpunkt 72 erreicht. In beiden Fällen ist die Zeit Null (t = O) wiederum der Augenblick, in welchem die Taste "Kopieren" gedruckt wird, und der Zeitpunkt 73 entspricht dem Zeitpunkt 4-0 in Pig. 2, wobei diß Schnellheizleistung abgeschaltet und eine niedrigere

Dauerheizleistung eingeschaltet wird.

Es ist anzumerken, daß Fig. 4- die Strahlungsleistung darstellt, · welche von der Wärmebehandlungsvorrichtung 31 abgegeben wird, nicht ihre Temperatur. Mit einer Aufheizleistung entsprechend der Kurve 68 ergibt sich eine Temperatur der Wärmebehandlungsvorrichtung 31, die von derjenigen, welche der Vorheizleistung 65 zugeordnet ist, bis zur Aufschmelz- oder Fixiertemperatur

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innerhalb eines Zeitraums ansteigt, der.dem Zeitraum zwischen den Zeitpunkten Null bis 73 nahekommt und jedenfalls innerhalb des Zeitraums liegt, der zum Zeitpunkt 71 endigt. Der Temperaturanstieg an der Wärmebehandlungsvorrichtung 31" wird dabei unterstützt durch das Abschalten des !lifter's 26 und ferner dadurch, daß über die Anzahl der im Dauerbetrieb befindlichen Heizelemente, im Ausführungsbeispiel sechs, noch wenigstens ein Zusatzheizelement 21' erfindungsgemäß eingesetzt wird.

Die elektrische Schaltungsanordnung der Zeitgeberkreise ist in Fig. 3 dargestellt. Man erkennt, daß zwei getrennte Stromkreise benutzt werden, um die verschiedenen Neigungen für die Kurven 43 und 44 zu erzielen. Kernstück der Schaltungsanordnung ist ein Funkt ions verstärker 80, in dessen Rückkopplungsweg ein Kondensator 81 und an dessen Eingang ein Widerstand 82 liegt, die zusammen einen Integrator (RC-Glied) bilden. Ein zwischen Kasse und einem Potential +V (oder einer anderen geeigneten Spannung) angeschlossene Widerstandsanordnung 83 liefert Dauerbetriebs-Eingangsspannungen für den Verstärker 80, "bei deren Integration sich Übergangskurven wie di« Verläufe 391¹^ und ¹^ (Fig. 2) ergeben. Mit 84 ist ein Umschalter bezeichnet, in dessen normaler Schaltstellung der Kontakt 85 geschlossen ist, während die Umschaltung auf Kontakt 86 erfolgt, sobald die Taste "Kopieren" gedrückt wird. Man kann sich letztere als Bestandteil des Umschalters 84 denken, der automatisch in seine Buhestellung am Kontakt 85 zurückkehrt, sobald das letzte Kopierblatt unter der Wärmebehandlungsvorrichtfung 31 durchgelaufen ist*

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Der Verstärker 80 hat einen Eingang 87, dessen Eingangsspannung dank der Widerstände 90 und 91 oberhalb des Massepotentials liegt. Ist der Umschalter 84 mit dem Kontakt 85 verbunden, so erhält der Verstärker 80 eine zum Bezugspotential positive Spannung, wogegen diese Eingangs spannung negativ ist, wenn der Umschalter 84 mit dem Kontakt 86 verbunden ist, wie man aus der Schaltungsanordnung von i'ig. 3 ersieht. Am Verstärker 80 tritt mithin eine Vorzeichenumkehr auf, so daß Kurvenverläufe mit positivem Anstieg, z.B. die Kurven 39, sau Ausgang 95 erzeugt werden, wenn der Umschalter 84 am Kontakt 86 anliegt, wogegen Kurven mit negativer Steigung erzeugt werden, z.B. die Kurven 43 und 44, wenn der Umschalter 84 am Kontakt 85 anliegt. In jeder Schaltstellung des Umschalters 84 liegt einer der veränderlichen Widerstände

92 bzw* 93 in Reihe mit dem Eingangswiderstand 82 zu dem Punktionsverstärker 80. Diese veränderlichen Widerstände 92,

93 ermöglichen die Einstellung der Neigung der Kurven 39 (bzw. 39a, 39b) 43 und 44. ·

An einem .Vergleicher oder Komparator 96 wird der Ausgang 95 des integrierenden Verstärkers 80 mit einem festen Spannungspegel verglichen. Auch der Komparator 80 ist ein !"unktionsverstärker, dessen einer Eingangs ans chluß an dem ITunkt ions verstärker 80 liegt, während der andere Eingang ein konstantes Bezugspotential erhält, das durch die Widerstände 90,91,94 und 97 der Anordnung 83 definiert ist. Der Ausgang 98 des Komparators 96 'gibt über einen Widerstand «ine Sperrspannung an eine Diode ab, wenn .der .Integratorausgang 95 den.Pegel unterschreitet, der am Bezugseingang des Komparators 96 liegt, wogegen eine Durch-.laßspannung an die Diode 99 gelangt, wenn der Integratorausgang

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95 den Eingangs-Bezugspegel erreicht oder überschreitet. Die Diode 99 ist an die Basis eines Transistors 100 angeschlossen, welcher ein Relais 101 aufsteuert, wenn die Diode 99 Durchlaßspannung erhält. Die Kontaktstellung von Schaltkontakten, die von dein Relais 101 betätigt werden, wird bei Erregung des Relais geändert. Die von einem Zeitgabekreis ausgelöste Schaltwirkung besteht darin, die Schnellheizleistung abzuschalten, während durch die Schaltwirkung des anderen Zeitgabekreises die Spannung am Zusatzheizelement bzw. an den Zusatzheizelementen 21' abgeschaltet wird. In geeigneter Weise mit dem Umschalter verbundene Schaltkontakte bewirken, daß die Schnellheizleistung ■ und das Zusatzheizelement bzw. die Zusatzheizelemente 21' Jeweils eingeschaltet werden, sobald die Taste "Kopieren" betätigt wird.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

Pat- ent ans'prüche

1;!Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere zwecks stoffschlüssiger Verbindung von erweichbaren Teilchen mit einer sie tragenden Unterlage, beispielsweise zum lixieren von Tonerpartikeln auf einem elektrofotografisch entwickelten Bild, dadurch gekennzeichnet, daß eine • Heizvorrichtung in Bereitschaft auf einer Vorheiz- oder Standtemperatur gehalten und die Aufheizdauer umgekehrt proportional zu einer Mindest-Bereitschaftsdauer verändert wird. . . ·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß während der Aufheizdauer zum Beschleunigen des Temperaturanstiegs auf eine für das Aufschmelzen von Teilchen auf die Unterlage notwendige Temperatur eine Zusatzheizung betätigt und eine Schnellheizleistung aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei elektrische Heizelemente benutzt und mittels einer elektrischen Regeleinrichtung ge-r regelt werden.

4-, Vorrichtung zur Wärmebehandlung unter Erzeugung von Temperaturen, bei denen thermoplastische Partikel in den Erweichungszustand übergehen und sich mit einer sie tragenden •Unterlage stoffschlüssig verbinden, wobei die Verbindungs-

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temperatur innerhalb einer Aufheizzeit erreicht wird, auf die eine Bereitschaftszeit folgt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein elektrisdies Heizelement (21) in bezug auf eine zu erwärmende, thermoplastische Partikel tragende Unterlage (33) beweglich angeordnet ist, daß sich zur Schnellheizung der Partikel wenigstens ein elektrisches Zusatzheizeleinent (21 ■') neben dem Heizelement (21) befindet, daß mit letzterem sowie mit dem Zusatzheizelement (21') eine Regeleinrichtung (35) in Verbindung steht, mittels deren die Aufheizzeit abhängig von der Dauer der Bereitschaftszeit einsteil- bzw. regelbar ist, und daß die Betätigung des Zusatzheizelements (21') und die diesem sowie dem Heizelement (21) während der Aufheizzeit zugeführte Schnellheizleistung unabhängig voneinander regelbar sind.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (35) eine Vorheizstufe (67) aufweist, mittels deren die Wärmebehandlungsvorrichtung (P, 31) auf einer einstellbaren Temperatur gehalten werden kann, die unterhalb der Temperatur für die stoffschlüssige Verbindung liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (35) einen Speicher mit einem Steuerkreis (Pig. 3) aufweist, durch die zur Pestlegung der Aufheizzeit elektrische Aufheizsignale (39,39a,39~b) und durch die zu Beginn einer Bereitschaftszeit elektrische Abfallsignale (43,44) derart erzeugbar sind, daß bei Ingangsetzung einer Aufheizzeit (z.B. 47-^51; 55-*"57) vor Ablauf der vorangehenden Bereitschaftszeit die Dauer der Aufheizsignale (39»39a,39b) veränderbar ist.

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7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Steuerkreises (Pig. 3) wenigstens ein' Aufheiζsignal zum Festlegen einer Zeitdauer, während welcher die Heizelemente (21) eine die Dauerheizleistüng (67) überschreitende Schnellheizleistung (66) abgeben, sowie wenigstens ein Aufheiζsignal erzeugbar ist, mit dem die Betätigungsdauer des Zusatzheizelements (21') festlegbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7} dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (Fig. 3) eine Stelleinrichtung (92,93) aufweist, mittels deren zum Einregeln der Aufheizzeit der Wärmebehandlungsvorrichtung (F,31) bis zum Erzielen einer Mindesthaftung der Partikel auf der Unterlage (33) die Dauer der Auf heiz- und Abfall signale veränderbar ist.

9· Vorrichtung nach wenigst ens einem der Ansprüche 4- bis 8, dadurch gekennz eichne t, daß die Regeleinrichtung (35) eine■Vorheizstufe (67), mittels deren die Wärmebehandlung stemper atur während der Bereitschaftszeit auf einem unterhalb der Aufschmelztemperatur liegenden Wert gehalten wird, lind ferner einen Speicher aufweist, der mittels einer Steuerungsanordnung zwei eine Mindestabschaltdauer festlegende Abfallzeiten sowie zwei Anstiegszeiten definiert, während welcher den Heizelementen (21) eine über der Dauerheizleistung (67) liegende Schnellheizleistung (66) zuführbar ist, wobei das Zusatzheizelement (21') in Betrieb ist, und daß die Anstiegszeiten entgegengesetzt zur Dauer der Abfallzeiten verkürzbar sind. . .

1Oi Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9? dadurch gekennz e lehne t, daß zum Erzielen einer

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optimalen Verbindung von Partikeln mit Unterlagen nach einer Anzahl von Bereitschaftszeiten wechselnder Dauer der Steuerkreis eine Einstelleinrichtung (92,93)' hat, mit der die Anstiegs- und Abfallzeiten veränderbar sind.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekeiinz e i chne t, daß der Steuerkreis als elektrische Schaltungsanordnung (Fig. 3) ausgebildet ist, mittels welcher linear zu- bzw. abnehmende Spannungen für die beiden Anstiegs- bzw. die beiden Abfallsignale erzeugbar sind, wobei die zunehmenden Spannungen (39»39a»39b) von einem Bezugspegel (37 bzw. 4-2) bis zu einem Abtastpegel (38) ansteigen, wenn auf die Aufheizzeit eine Bereitschaftszeit folgt, die langer ist als die von den abnehmenden Spannungen (43,44) festgelegte Mindest-Bereitschaftszeit, und wobei die zunehmenden Spannungen (39,39a,39b) von dem Pegel der abnehmenden Spannungen (43,44) auf eine Abtastspannung (38) ansteigen, wenn auf die Aufheizzeit eine Bereitschaftszeit folgt, die kurzer ist als die Mindest-Bereitschaftszeit.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (Fig. 3) einen Funktionsverstärker (80) besitzt, an den als Integrator für die Erzeugung der zu- und abnehmenden Spannungen eine Widerstands-Kondensator-Anordnung (RC-Glied 81,82) angeschlossen ist.

13. Vorrichtung nach !wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennz eichnet, daß die unterlage (33

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xerografische Tonerpartikel in einer Bildanordnung trägt, die durch elektrostatische Anziehung an ein auf einer xerografischen Oberfläche bzw. Platte (1) durch eine Lade-, Belichtungs- und Entwicklungseinrichtung (A,B,0) gewonnenes Latentbild erzeugt ist.

14* Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch geke. nnzei'chn e t, daß die xerografische.Oberfläche, bzw. Platte (1) ein Bestandteil der die Partikel tragenden Unterlage ist.

15· Vorrichtung nach-Anspruch 13> dadurch ge kennzeich-• net, daß-die xerografische Oberfläche bzw. Platte (1) von der Unterlage (17) getrennt ist, an welche die danit stoffschlüssig zu verbindenden Partikel mittels einer elektrostatischen Übertragungseinrichtung (E,18 und ggf. D,15) übertragbar sind.

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