DE2706362C3

DE2706362C3 - Wärmeschmelzfixiereinrichtung

Info

Publication number: DE2706362C3
Application number: DE2706362A
Authority: DE
Inventors: Helmut 8000 Muenchen Naeser; Alban 8050 Freising Nusser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-02-15
Filing date: 1977-02-15
Publication date: 1979-09-06
Also published as: JPS53102044A; IT1086494B; AT350904B; US4147922A; FR2380579B1; JPS6016631B2; DE2706362A1; BE858749A; CA1108223A; CH620531A5; DE2706362B2; ATA530977A; GB1532756A; FR2380579A1; NL7709658A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeschmelzfixiereinrichtung für auf einem Aufzeichnungsträger aufgebrachte Tonerbilder, 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.

Elektrostatische Druckgeräte oder Kopiergeräte sind aus der Literatur bekannt (s. z. B. US-PS 38 61 863). Bei diesen Geräten werden auf einem Aufzeichnungsmuster, z. B. einer Papierbahn, Tonerbjider der zu druckenden Zeichen erzeugt. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß auf einem fotoleitfähigen oder dielektrischen Aufzeichnungsmaterial, ζ. Β. auf einer Trommel, elektrofotografisch oder elektrografisch Ladungsbilder erzeugt werden. Diese Ladungsbilder werden in einer Entwicklungsstation mit Hilfe von Toner entwickelt. Die Tonerbilder werden dann in einer Übertragungsstation auf ein Bildempfangsmaterial als endgültigen Aufzeichnungsträger übertragen. Um die Tonerbilder verwischfrei zu machen, müssen sie anschließend in einer Fixierstation in den Aufzeichnungsträger eingeschmolzen werden.

Fixierstationen, durch die die T^rarbilder in den Aufzeichnungsträger eingeschmolzen werden, sind bereits bekannt (US-PS 38 61863 oder US-PS 33 24 791). 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 Durchlaufgeschwindigkeiten von z. B. 0,7 m/sec reich! das Fixieren mit zwei Fixierwalzen allein nicht mehr aus, um eine gute Fixierqualität zu erreichen. In der US-PS 38 61 863 ist darum vorgeschlager 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 er 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. 2O⁰C hat und somit ein großer Temperaturunterschied zwischen Sattel und Aufzeichnungsträger besteht, ist der Wärmefluß vom Sattel zum Aufzeichnungsträger sehr groß.

Damit wird drin Sattel eine entsprechende Wärmemenge entzogen und dieser kühlt sich entsprechend ab. Anders sind die Verhältnisse en 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 Aufzeichnungsträgereinlaufs. Die gleichmäßige Verteilung der Heizelemente über den Sattel hat noch den weiteren Nachteil, daß der Satte! verhältnismäßig groß sein muß, um den Aufzeichnungsträger auf die gewünschte Temperatur vorzuerwärmen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Wärmeschmelzfixiereinrichtung für auf einem Aufzeichnungsträger aufgebrachte Tonerbilder 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 schnell gelöst, daß die die Heizleistung der Heizelemente und deren Anordnung unter dem Sattel derart gewählt sind, daß die Summe der an den Sattel abgegebenen Heizleistung 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 für den Zeitraum des Durchlaufs des Aufzeichnungsträgers über seinem ganzen Bereich konstant ist.

Diese Temperatur kann knapp unter einer Grenztemperatur liegen, bei deren Vorliegen auch bei Stillstand des Aufzeichnungsträgers dieser noch nicht gebräunt wird. Dann ist ein maximaler Wärmeübergang bezogen auf die Grenztemperatur vom Sattel zum Aufzeichnungsträger iTiöglich.

Um einen derartigen Verlauf der Summe der Heizleistungen 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 werden 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 eng zueinander anzuordnen, daß sich die Heizleistungen der Heizelemente auf dem Sattel addieren.

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

Dabei ist es vorteilha'ri, daß zumindest die dem Aufzeichnungsträgerauslauf am Sattel am nächsten liegenden Heizelemente jeweils mit eigenen Reflektoren versehen sind, wobei ein 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.

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

Anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Fixierstation mit Fixierwalzen und mit einer Vorheizeinrichtung,

F i g. 2 die Verteilung der Heizelemente unterhalb des Sattels,

F i g. 3 die Verteilung der Heizleistungen der einzelnen Heizelemente und die Summe der Heizleistungen der Heizelemente,

Fig.4 die Verteilung der Heizelemente untei den Sattel mit zusätzlicher Anordnung von Reflektoren.
Aus F i g. 1 ergibt sich die Fixiervorrichtung bestehend aus Fixierwalzen FW und einer Vorheizeinrichtung VT?. Die Fixierwalzen FW können auf bekannte Weise aufgebaut sein, z. B. so, wie e-; in den oben angegebenen US-Patentschriften beschrieben ist. Zwischer, den Fixierwalzen FWVauft 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 r> 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 ir der US-PS 38 61 863 angegeben ist. Unterhalb der Heizelemente //Eist schließlich noch ein Reflektor RF angeordnet.

Der Aufzeichnungsträger A T läuft mit seiner nicht betonerten Seite auf dem Sattel SA entlang. Er trifft an 4> der Stelle des 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 Aufzeichnungsträger AT wird dann sofort dem Walzenpaar FW Vi 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 Heizeleistung der Heizelemente A/Esteuert.

Der über den Sattel SA laufende Aufzeichnungsira-

5> ger AT wird durch die Vorheizeirrichtung VT?

vorgewärmt, so daß der Wärmeübergang von den Fixierwalzen FW zu dem Aufzeichnungsträger zum Fixieren des Toner jildes auf den Aufzeichnungsträger nicht mehr lehr groß sein muß. Ein Beispiel für die

i' Temperaturen auf dem Sattel und den Fixierwalzen kann der US-PS 38 61 863 entnommen werden.

Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, sind die Heizelemente HE nicht gleichmäßig unterhalb des Sattels SA angeordnet, sie lieguii 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 WEunterhalb 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 A Tund 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 Aufzeichnungslrägerauslauf 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 A T an den verschiedenen Stellen des Sattels die Temperatur des Sattels über seinen ganzen Bereich konstant ist.

Dabei kann die Temperatur des Sal'.'jL knapp unter einer Grenztemperatur gewählt werden. Die Grenztemperatur ist die Temperatur, bei der bei Stillstand des Aufzeichnungsträgers der Sattel noch nicht so weit erwärmt wird, daß der Aufzeichnungsträger gebräunt wird. Die Grenztemperatur kann bei ca. 120⁰C liegen.

Ein Beispiel einer Anordnung der Heizelemente unterhalb des Sattels kann der F i g. 2 entnommen werden. Hier sind vier Heizelemente WEl bis HE4 unterhalb des Sattels SA angeordnet. Die Abstände zwischen den einzelnen Heizelementen HF. /um Saüe! sind angegeben. Zum Beispiel kann der Abstand a I des Heizelementes HE1 zum Sattel SA 34 mm, der Abstand a 2 des Heizelementes HET. zum Sattel 35 mm, der Abstand a 3 des Heizelementes HE3 zum Sattel 43 mm und der Abstand a 4 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 b 1 zwischen Heizelement WEl zum Aufzeichnungsträgei einlauf PE kann z.B. 6°, der Winkel f>2 zwischen Heizelement WE2 und Aufzeichnungsträgereinlauf PEz. B. 16°, der Winkel έ>3 zwischen Heizelement WE3 und Aufzeichnungsträgereinlauf PEz. B. 30°, der Winkel b 4 zwischen Heizelement WE 4 und Aufzeichnungsträgereinlauf PE 7. B. 47° und der Winke! i>5 zwischen Aufzeichnungsträgerauslauf PA und Aufzeichnungsträgereinlauf PE ca. 57° sein. Dabei kann der Radius r zur Satteloberfläche 348 mm sein. Es wird darauf hingewiesen, daß es sich bei F i g. 2 nur um ein Beispiel handelt, aus dem sich eine Anordnung der Heizelemente HE unterhalb des Sattels SA ergibt, die die oben angegebenen Anforderungen erfüllt.

F i g. 3 zeigt den Verlauf der Verteilung der Heizleistung der einzelnen Heizelemente WE auf der Sattcloberflä'che SA. Die Kurve 1 ist der Verlauf der Heizleistung des Heizelementes WEl, die Kurve 2 der Verlauf der Heizleistung des Heizelementes WE2, die Kurve 3 der Verlauf des Heizelementes WE3 und Kurve 4 der Verlauf des Heizelementes WE4. Die Summenkurve der Heizleistungen aller Heizelemente WE mit Berücksichtigung der reflektierten Heizleistung ist mit 5 bezeichnet und gestrichelt eingezeichnet. Es ist aus Fig. 3 zu ersehen, daß sich durch die Anordnung der Heizelemente WE unterhalb des Sattels SA eine Summenkurve der Heizleistung ergibt, die am Aufzeichnungsträgereinlauf einen maximalen Wert hat und die zum Aufzeichnungsträgerauslauf hin ständig abnimmt. Dieser Verlauf ist sinnvoll, da am Aufzeichnuncsiiägi-r einlauf PE der größte Wärmefluß zwischen Sattel SA und Aufzeichnungsträger A T stattfindet, dagegen der Wärmefluß zwischen Sattel und Aufzeichnungsträger zum Aufzeichnungsträgerauslauf hin ständig abnimmt. Durch die Anordnung der Heizelemente WE ist somit gewährleistet, daß die Temperatur über den ganzen Sattel SA konstant ist und daß der Aufzeichnungsträger AT sehr schnell auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird und damit die Länge des Sattels SA klein sein kann.

Au.s .!cn Fig. 1 bis 3 ergibt sich, daß hinter den Heizelementen WE von der Unterseite des Sattels aus gesehen ein Reflektor WF angeordnet ist. Dieser Ref'ektor reflektiert die von den Heizelementen WE ausgehende Wärmestrahlung, die in Richtung auf den Reflektor KFpeht. zum Sattel SA zurück. Dadurch wird ciii Ve^rlust von Wärmestrahlung vermieden. Gleichzeitig bildet der Reflektor mit dem Sattel eine abgeschlossene Kammer, in welcher sich die Heizelemente befinden. Dadurch wird verhindert, daß durch Konfektionskühlung aus der umgebende'- l.u.i ein Verlust der Wärmeleistung erfolgt.

Die Verwendung eines einzigen Reflektors RF hat aber den Nachteil, daß innerhalb der von dem Sattel SA und dem Reflektor RF gebildeten Kammer eine Luftkonvektion möglich ist, die in F i g. 1 mit den Pfeilen LK angedeutet ist. Bei einem plötzlichen Anhalten des F;xit;i voi ganges kann diese Luitkonvektion dazu führen, daß am Aufzeichnungsträgereinlauf des Sattels eine unzulässige Temperaturerhöhung auftritt. Diese kann zu einer Papierbräunung führen. Abhilfe kann dadurch erreicht werden, daß zumindest die am Aufzeichnungsträgerauslauf PA angeordneten Heizelemente WE einen selbständigen Reflektor haben. Wie F i g. 4 zeigt, ist z. B. dem Heizelement WE4 ein eigener Reflektor RF4, dem Heizelement WE3 ein eigener Reflektor RF3, dagegen den Heizelementen WEl und WE 2 ein gemeinsamer Reflektor RFi zugeordnet. Die Reflektoren RF4, RFZ und RFl bilden mit dem Sattel SA eine Kammer, die eine Luftkonvektion zu benachbarten Kammern verhindert. Somit ist eine Temperaturerhöhung am Aufzeichnungsträgereinlauf PE durch Luftkonvektion nicht mehr mehr möglich.

Die Ausführung der Reflektoren RF ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß die von den Heizelementen WE ausgehende Wärmestrahlung vorzugsweise in Richtung zum Aufzeichnungsträgereinlauf PE hin reflektiert wird.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen in folgenden Punkten:

1. Die Anordnung der Heizelemente ist derart, daß ein schneller und wirkungsvoller Wärmeaustausch dort erreicht wird, wo der Temperaturunterschied zwischen Aufzeichnungsträger und Sattel am größten ist.

2. Die gleichmäßige Temperaturverteilung auf dem Sattel während des Fixierens verhindert beim plötzlichen Anhalten des Fixiervorganges eine unzulässige Temperaturerhöhung des Sattels am Aufzeichnungsträgerauslauf.

3. Die gleichmäBige Temperaturverteilung auf dem Sattel ermöglicht eine gemeinsame Ansteuerung der Heizelemente nur über einen Temperaturfühler.

4. Durch entsprechende Anordnung von Reflektoren _und des Sattels kann eine störende Luftkonvektion ausgeschaltet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeschmelzfixiereinrichtung für auf einem Aufzeichnungsträger aufgebrachte Tonerbilder, 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)una deren Anordnung unter dem Sattel (SA) derart gewählt sind, daß die Summe der an den Sattel abgegebenen Heizleistung aller Heizelemente am Aufzeichnungsträgereinlauf (PE) des Sattels am größten ist und zum Aufzeich nungsträgerausiauf (PA)des Saiieis hin ständig abnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Zeitraum des Durchlaufs des Aufzeichnungsträgers an den Sattel abgegebene Heizleistung in Anpassung an die Wärmeabfuhr durch den Aufzeichnungsträger so bemessen ist, daß die Temperatur des Sattels (SA) über dessen ganzen Bereich konstant ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (HE) im Bereich des A '.fzeichnungsträgereinlaufs (PE) eng zueinander angeordnet sind up^h sich der Abstand zum Aufzeichnungslrägerauslauf (PA) hin vergrößert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (HE) im y> Bereich des Aufzeichnungsträgereinlaufs (PE) näher zum Sattel (SA) zu angeordnet sind und der Abstand der Heizelemente vom Sattel zum Aufzeichnungsträgerauslauf (PA)Km sich ständig vergrößert.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden · Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente entlang des Sattels (SA) so eng zueinander angeordnet sind, daß sich die Heizleistungen der Heizelemente auf dem Sattel addieren.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung aller Heizelemente (HE)gleich gewählt ist.

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

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die dem Aufzeichnungs- *>'■> trägerauslauf (PA) am nächsten liegenden Heizelemente (HE) jeweils mit einem eigenen Reflektor (RF) versehen sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (RF) w so angeordnet sind, daß die von den Heizelementen (HE) ausgehende Wärmestrahlung im wesentlichen in Richtung auf den Aufzeichnungsträgereinlauf (PE) hin reflektiert wird.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden ··> Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Sattels (SA) durch einen in der Länge des Sattels mittig angeordneten Temperaturfühler

gemessen wird.

11. 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 wird, bzw. werden.