DE3006730C2 - Wärme-Fixiervorrichtung - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß das einzige Temperaturmeßelement jeweils annähernd in der Mitte zwischen einem Bereich niedrigster Temperatur und einem benachbarten Bereich höchster Temperatur angeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturmeßelement ein Thermoelement (7) verwendet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (2) eine Infrarotlampe ist.

Die Erfindung betrifft eine Wärme-Fixiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung besteht aus einer hohlen Fixierwalze, die in ihrem Inneren als Heizelement eine Beheizungslampe, etwa eine Halogen- oder Infrarotlampe, enthält, sowie einer Druckwalze, die gegen die Fixierwalze andrückt und mit dieser umläuft, um ein Übertragung^- oder Kopierpapier mit einem Tonerbild, das einem Übertragungsvorgang unterworfen wurde, zum Anschmelzen und thermischen Fixieren des Tonerbilds zwischen den beiden Walzen hindurchzuleiten. Eine solche Fixiervorrichtung ist anderen, bisherigen Fixiervorrichtungen darin überlegen, daß auch bei einem Festlaufen des Kopierpapiers kein Brand entsteht. Sie besitzt jedoch der. Nachteil, daß die Warmlaufzeit (d. h. die Zeitspanne, welche die Walzenoberfläche nach dem Einschalten bis zum Erreichen der Fixiertemperatur benötigt) ziemlich lang ist. Diese Warmlaufzeit könnte zwar durch Erhöhung der Leistung der Beheizungslampe oder durch Verringerung der Wärmekapazität der Fixierwalze verkürzt werden, doch ist in diesem Fall das Überschwingen, d. h. das Überlaufen der Oberflächentemperatur der Fixierwalze über die Solltemperatur, größer. Andererseits führt eine zu niedrige Oberflächentemperaiur der Fixierwalze zu einer Unterfixierung, so daß das Tonerbild nicht zufriedenstellend am Kopierpapier haftet und abgestreift werden kann, während eine zu hohe Oberflächentemperatur eine sog. Offset- oder Versatzerscheinung zur Folge hat, bei welcher ein Teil des auf dem Aufzeichnungsträger befindlichen Tonerbilds an der Fixierwalze anhaftet und dann nach einer Umdrehung derselben auf einen anderen Teil des Aufzeichnungsträgers übertragen wird. Die genaue Regelung der Oberflächentemperatur der Fixierwalze ist daher von großer Wichtigkeit

Aus der US-PS 40 01 545 ist eine Wärmesteuereinrichtung für eine Fixierwalze bekannt, mit der erreicht werden soll, daß die Oberflächentemperatur der Fixierwalze auch bei unterschiedlichen Formaten des Kopierpapieres möglichst gleichmäßig gehalten wird. Zu diesem Zweck ist es unerläßlich, daß mehrere Heizelemente verwendet und diese unabhängig voneinander über

ίο mehrere Temperaturmeßelemente gesteuert werden, wobei jeweils ein bestimmtes Temperaturmeßelement die von einem bestimmten Heizelement erwärmte Oberfläche der Fixierwalze abtastet In Abhängigkeit von der Messung des jeweiligen Temperaturmeßelements wird das zugehörige Heizelement eingeschaltet oder abgeschaltet Im einzelnen ist dies bei der bekannten Wärmesteuereinrichtung in einem Ausführungsbeispiel derart verwirklicht, daß entlang der Oberfläche der Fixierwalze ein erstes Heizelement neben einem zweiten Heizelement angeordnet ist, wobei das erste Heizelement sich über die ganze Länge der Fixierwalze erstreckt, während das zweite Heizelement lediglich in den Endbereichen Heizspiralen aufweist Der Mittelbereich der Fixierwalze, also der Bereich, in dem nur das erste Heizelement wirksam ist, wird über ein erstes Temperaturmeßelement abgetastet, während der Außenbereich, in welchem beide Heizelemente wirksam sind, über ein zweites Temperaturmeßelement abgetastet wird. Andere Ausführungsbeispiele sind ähnlich gestaltet, wobei allen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist, daß Temperaturmeßelemente in der gleichen Anzahl wie die Heizelemente benötigt werden und eine Regelschaltung unabhängig die Stromversorgung für die einzelnen Heizelemente abhängig von den Meßwerten der zugeordneten Temperaturmeßelemente ein- und ausschaltet, was insgesamt zu einem erhöhten Aufwand an Heizelementen, Temperaturmeßelementen und Regelschaltung führt
Bei einer üblichen Fixiervorrichtung mit an den Enden der Fixierwalze vorgesehenen Lagern und einem an einem Ende der Walze angebrachten Zahnrad oder Kettenrad, das mit einem Walzen-Antriebsmechanismus in Verbindung steht, wird über die genannten Bauteile eine große Wärmemenge abgestrahlt, wodurch sich eine solehe Temperaturverteilung auf der Oberfläche der Fixierwalze ergibt, daß die — in Längsrichtung gesehen — Endabschnitte der Walzenoberfläche eine niedrigere Temperatur besitzen als der Mittelbereich. Diese in Axialrichtung unterschiedliche Temperaturverteilung führt zu einer mangelhaften Fixierung, beispielsweise zu Unterfixierung und Versatz. Zur Ausschaltung dieser Schwierigkeit ist in der älteren Patentanmeldung gemäß DE-OS 29 49 996 bereits eine Beheizungslampe vorgeschlagen worden, die eine solche Wärmeintensitäts-Kennlinie besitzt, daß sie an ihren Endabschnitten mehr Wärme erzeugt als im Mittelbereich. Bei Verwendung einer solchen Beheizungslampe ergibt sich auf der Fixierwalzenoberfläche eine Temperaturverteilung, bei welcher der Bereich höchster Temperatur aufgrund der Größe und Wärmeabstrahlung an den beiden Enden zwischen den Walzenenden und dem Mittelbereich vorhanden ist, während sich im Mittelbereich der Walzenoberfläche ein Bereich niedrigerer Temperatur befindet. Bei einer Fixiervorrichtung unter Verwendung einer Fixierwalze mit einer solchen Oberflächentemperaturverteilung ist es üblich, die ,Temperaturmeßelemente zur Regelung der Walzenoberflächentemperatur dicht an der Oberfläche der Fixierwalze anzuordnen. Bei ei-

ner solchen Temperaturregelung stellt die Wahl der Axialposition auf der Walzenoberfläche, an welcher das Temperaturmeßelement angeordnet werden soll, einen bedeutenden Faktor dar.

Dort wird vorgeschlagen, den Temperaturfühler dicht an einem der Bereiche mit der höchsten Oberflächentemperatur anzuordnen. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß im mittleren Bereich der Walzenlänge, wo ein Temperaturminimum auftritt nicht immer die Mindesttemperatur zur genügenden Fixierung des Tonerbildes erreicht wird. Denn beim Zuführen eines Papierblaues zu der Fixierwalze wird ein Teil der Wärme der Fixierwalze durch das Papier absorbiert so daß die Oberflächentemperatur der Fixierwalze über die gesamte Oberfläche hinweg abfällt Wenn also das Temperaturmeßelement in der Nähe der Maximaltemperaturen angeordnet ist heizt das Heizelement nach dem Einschalten durch das vom Temperaturmeßelement herrührende Signal die unter letzterem befindliche Walzenoberfläche nur wieder bis zur Solltemperatur auf worauf das Heizelement wieder abgeschaltet wird. Dies hat zur Folge, daß die Oberflächentemperatur im Bereich des Temperaturminimums gelegentlich unter der erforderlichen Mindesttemperatur liegt

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, das Temperaturmeßelement bei den bisherigen Fixiervorrichtungen im Mittelbereich der Walzenoberfläche anzuordnen. Wenn hierbei jedoch die Temperatur im Walzenmittelbereich die eingestellte bzw. Solltemperatur erreicht, hat die Temperatur in den Bereichen zwischen dem Mittelbereich und den Endabschnitten die Solltemperatur bereits bei weitem überschritten, was zu dem sog. Übcrschwingen führt. Um ein solches Überschwingen zu vermeiden, muß die Beheizungslampe bei einer Temperatur unter der Solltemperatur abgeschaltet werden, während im Dauerbetriebszustand das Einschalten der Beheizungslampe bei der Solltemperatur gesteuert werden muß. Dies bedeutet, daß für diesen Zweck eine doppelte Steuerschaltung vorgesehen sein muß. Diese Tendenz verstärkt sich noch mit zunehmender Leistung der Beheizungslampe.

Neben den genannten Mängeln ist das bisherige Temperaturregelverfahren auch noch mit dem folgenden Nachteil behaftet: Da die Temperatur der Walzenoberfläche unabhängig davon, ob mit dem Kopiergerät kopiert wird oder ob es sich im Bereitschaftszustand befindet, stets auf demselben Wert gehalten wird, wird im Bereitschaftszustand unnötig eine große Wärmemenge erzeugt, die nachteilige Einflüsse auf die Bauteile der Fixierwalze hat, beispielsweise zu einer Verschlechterung oder Zersetzung des Schmieröls in den Lagern und des Kunstharzüberzugs auf der Walzenoberfläche führt. Dies stellt einen der Faktoren dar, durch welche die Betriebslebensdauer der Fixiervorrichtung eingeschränkt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärme-Fixiervorrichtung für Tonerbilder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei welche die Regelschaltung für das Heizelement so angesteuert wird, daß hinsichtlich Lebensdauer, Aufheizzeit und Konstanz der Oberflächentemperatur der Fixierwalze ein Optimum erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Genauer gesagt: Eine Fixierwalze mit einer Beheizungslampe, deren Wärmeintensitäts-Kennlinie unter Berücksichtigung der Wärmeabstrahlung an den Enden der Fixierwalze bestimmt ist, besitzt eine Oberflächentemperaturverteilung, bei welcher sich der Bereich niedrigster Temperatur im Mittelbereich der (axialen) Länge der Walzenoberfläche befindet, und die Bereiche höchster Temperatur zu beiden Seiten dieses Niedrigtemperaturbereichs liegen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wird das Temperatunneßelement in einer Position zwischen den Bereichen höchster und niedrigster Temperatur dicht an der Walzenoberfläche angeordnet so daß die Oberflächentemperatur der Fixierwalze im Bereitschaftszustand auf einem Wert nahe der Solltemperatur und während eines Kopiervorganges auf einer Temperatur gehalten wird, die etwas über der Solltemperatur liegt, aber noch nicht so hoch ist, daß die Offset- bzw. Versatzerscheinung auftreten könnte. Es können somit die Fixiereigenschaften der Vorrichtung ohne jedes Überschwingen verbessert und der Wärmeeinfluß auf die Bauteile der Fixierwalze verringert werden, so daß insgesamt die Betriebslebensdauer der Fixiervorrichtung verlängert wird.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Wärme-Fixiervorrichtung,

Fig.2 einen Schnitt längs der Linie A-A' in Fig. 1 durch die Fixierwalze,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Wärmeintensitätsverteilung der Beheizungslampe,

F i g. 4 eine graphische Darstellung zum Vergleich der Oberflächentemperaturverteilungen der Fixierwalze unmittelbar nach dem Einschalten des Kopiergerätes und

F i g. 5 eine F i g. 4 ähnelnde Darstellung, welche die geregelte Oberflächentemperatur der Fixierwalze veranschaulicht.

In den F i_g. 1 und 2 ist eine typische Wärme-Fixiervorrichtung dargestellt. Dabei ist eine Fixierwalze 1, üblicherweise in Form einer Aluminiumwalze mit einer Wanddicke von 4 bis 5 mm, an der Außenfläche mit einem Tetrafluoräthylenfilm von 40 bis 80 μηη Dicke beschichtet. Im Inneren der Fixierwalze 1 ist eine Infrarot-Lampe 2 angeordnet Aus den bereits angegebenen Gründen ist die Lampe so ausgelegt, daß sie in der Nähe ihrer Endabschnitte eine größere Wärmemenge erzeugt als im axialen Mittelbereich. Eine Druckwalze 3 dient zum Verklemmen eines Kopierpapiers zwischen sich und der Fixierwalze 1 beim Transport des Kopierpapiers. Die Druckwalze 3 besteht üblicherweise aus Silicongummi, oder sie ist mit Silicongummi beschichtet. Die Fixierwalze 1 ist in Lagern 4 drehbar gelagert. Zahnräder 5 und 6 dienen zum Antreiben der Fixierwalze 1 bzw. der Druckwalze 3, wobei das Zahnrad 5 mittels geeigneter, nicht dargestellter Elemente mit einem Antriebsmechanismus verbunden ist. Ein Temperaturelement 7 in Form eines Temperaturmeß-Widerstands, etwa eines Chromel-Alumel-Thermoelements oder eines Thermistors, dient zur Messung der Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1 und zur Lieferung entsprechender elektrischer Ausgangssignale. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Temperaturmeßelement 7 dicht an der Oberfläche der Fixierwalze 1 angeordnet.

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peraturmeßelement 7 so angeordnet sein, daß es in der Position Coder £mit der Heizwalzenoberfläche in Berührung steht. Eine Abdeckung 8 dient als Schutz für das Temperaturmeßelement 7 vor direkter Luftströmung. Eine Regel- bzw. Steuerschaltung, welche das Ausgangssignal des Temperaturmeßelements 7 mit einer

5 6

Bezugsgröße entsprechend der Soll-Oberflächentempe- Zustand befindet sich das Gerät in Bereitschaftsstellung ratur der Fixierwalze 1 vergleicht und dabei das Ein- für das Kopieren. Wenn somit das Temperaturmeßeleschalten und Ausschalten der Infrarotlampe 2 steuert, ist ment 7 in der Position Coder fangeordnet ist, bleibt die -', an sich bekannt und braucht daher nicht näher erläutert Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1 dicht unter zu werden. 5 der Solltemperatur Tl, während sich die Fixiervorrich-

Fig.3 veranschaulicht die Wärmeintensitätsvertei- tung in einem Bereitschaftszustand für das Kopieren ' lung der Beheizungslampe. Wie erwähnt, ist diese Lam- befindet, d. h. die Oberflächentemperatur ist etwas niedpe so ausgelegt, daß sie zur Berücksichtigung der War- riger als im Verlauf von Dauerkopier- und -fixiervor- , meabstrahlung an den Enden der Fixierwalze 1 an ihren gangen. Auf diese Weise wird ein zufriedenstellendes Endabschnitten mehr Wärme erzeugt als in ihrem Mit- io Fixieren gewährleistet. Da andererseits dann, wenn die ig telbereich. Oberflächentemperatur diesen Bereich erreicht, ein nur |·

Gemäß F i g. 3 ist die Beheizungslampe 2 in mehrere geringes Überschwingen auftritt, wird ein Offset- bzw. ψ Abschnitte unterteilt, denen die Symbole A, B, C, D, E, F Versatzerscheinung verhindert. Insgesamt wird somit |^: und G zugewiesen sind, wobei die entsprechenden Posi- während des Fixiervorgangs die Oberflächentempera- Hi tionen auf der Fixierwalzenoberfläche gemäß Fig.4 15 tür der Fixierwalze 1 auf einem Wert über der Solltem- ■<.; mit denselben Symbolen bezeichnet sind. Anhand ver- peratur 7*1 gehalten, um ein zufriedenstellendes Fixie- ·;,;! schiedener Versuche, bei denen das Temperaturmeßele- ren zu gewährleisten, während sie im Bereitschaftszu- lament 7 an den Positionen A bis G dicht an der Oberflä- stand für das Kopieren auf einer etwas niedrigeren ■; ehe der Fixierwalze 1 angeordnet wurde, um die zweck- Temperatur (aber nicht unter der Solltemperatur Ti) 7 mäßigste Position für die Regelung der Temperatur der 20 bleibt, wodurch der ungünstige Wärmeeinfluß auf die Fixierwalze 1 in der Fixiervorrichtung mit dem Aufbau Lager der Fixierwalze 1 und insbesondere auf deren gemäß F i g. 1 und 2 zu bestimmen, hat es sich herausge- Schmieröl gemildert wird. Der Bereitschaftszustand für stellt, daß die Positionen A und G ungeeignet sind, weil das Kopieren umfaßt den größten Teil der Gesamtbedas Temperaturmeßelement 7 in diesen Positionen in triebszeit des Kopiergeräts. Wenn somit in diesem Zuder Nähe der Enden der Fixierwalze 1 für äußere Ein- 25 stand der ungünstige Wärmeeinfluß auf die Bauteile der flüsse, wie Luftströmung und Umgebungstemperatur, Fixierwalze 1 herabgesetzt wird, kann eine entspreempfindlich ist. chend längere Betriebslebensdauer der Fixierwalze 1

F i g. 4 veranschaulicht die Temperaturverteilung auf erwartet werden.

der Fixierwalzenoberfläche gemäß Bestimmung durch

das Temperaturmeßelement 7 in den Positionen B, C, D, 30 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

E und F unmittelbar nach dem Einschalten der Behei- 4

zungslampe bzw. während der Warmlauf phase. Wenn ,'

die Temperaturregelung gemäß F i g. 4 in der Weise erfolgt, daß das Temperaturmeßelement in den Positionen

B oder F bzw. C oder E angeordnet ist, variiert die 35 κ.

Temperatur über die gesamte Oberfläche hinweg nur '...

mäßig innerhalb des Bereichs zwischen der Solltempe- ;

ratur Ti und der zulässigen Abweichtemperatur T2.

Wenn sich das Temperaturmeßelement 7 in der Position i

D befindet, steigt die Höchsttemperatur weit über die 40
zulässige Abweichtemperatur T2 hinaus an. 1

Wenn nun unter den angegebenen Tempeaturbedin-

gungen ein Kopier- bzw. Umdruckkopierblatt zur Fi- "'

xiervorrichtung gefördert wird, wird ein Teil der Wärme

der Fixierwalze 1 durch dieses Papierblatt absorbiert, so 45 \.

daß die Oberflächentemperatur der Filterwalze 1 über
die gesamte Oberfläche hinweg abfällt Wenn in diesem

Fall das Temperaturmeßelement 7 in der Position B _; :

oder F angeordnet ist, heizt die Beheizungslampe nach ξ'.,

dem Einschalten durch das vom Temperaturmeßele- 50 '

ment herrührende Signal die unter letzterem befindliche )\

Walzenoberfläche augenblicklich (wieder) Solltemperatur 7*1 auf, worauf die Lampe wieder abgeschaltet wird.
Infolgedessen wird die Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1 über den größten Teil ihrer Länge hinweg 55
nahezu auf Solltemperatur Ti gehalten. Wenn das
Temperaturmeßelement 7 in der Position C oder E angeordnet wird, bleibt die Beheizungslampe während einer längeren Zeit als dann eingeschaltet, wenn sich das
Temperaturmeßelement 7 in der Position B oder F be- 60
findet, so daß die Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1 über ihre gesamte Oberfläche hinweg auf einen
Wert über der Solltemperatur 7*1 ansteigt und damit
insgesamt bessere Kopiereigenschaften gewährleistet
werden. Im Bereitschaftszustand nach der Warmlauf- 65
phase ist die Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1
über die Oberfläche relativ konstant, wie dies durch die
strichpunktierte Linie in F i g. 5 angedeutet ist; in diesem

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Wärme-Fixiervorrichtung für Tonerbilder mit

a) einer ein Heizelement enthaltenden Fixierwalze,

b) einem Temperaturmeßelement, das die Temperatur der Walzenoberfläche abgreift,

c) eine Regelschaltung zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens des Heizelementes in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur der Fixierwalze

d) wobei das Heizelement an seinen Endabschnitten mehr Wärme erzeugt als im Mittelabschnitt, so daß die Walzenoberfläche in der Aufheizphase Bereiche niedrigster Oberflächentempsratur und zwischen diesen jeweils Bereiche höchster Oberflächentemperatur aufweist,