DE3309398A1

DE3309398A1 - Walzenfixiervorrichtung

Info

Publication number: DE3309398A1
Application number: DE19833309398
Authority: DE
Inventors: Reinhold 6233 Kelkheim Euler
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1983-03-16
Filing date: 1983-03-16
Publication date: 1984-09-20
Also published as: EP0121772B1; US4585325A; JPS59177581A; EP0121772A1; CA1220509A; ATE23229T1; DE3461123D1

Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT KALLE Niederlassung der Hoechst AG

83/K 019 -Jf-- 15. März 1983

WL-DI.Z.-is

Walzenfixiervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Walzenfixiervorrichtung mit einer Andruckwalze und einer von innen beheizten Heizwalze als Fixierwalze zum Fixieren eines Tonerbildes auf Kopiermaterial, mit zumindest einem im Inneren der Heizwalze parallel zur Walzenachse angeordneten elektrischen Heizelement, wobei die Oberfläche der Heizwalze in Achsenrichtung eine ungleichmäßige Temperaturverteilung aufweist, mit zumindest einem der Oberfläche der Heizwalze gegenüberliegenden Temperaturfühler, der an eine Steuerung für die Stromzufuhr zum Heizelement angeschlossen ist.

Eine derartige Heizwalzenfixiervorrichtung ist aus der DE-PS 29 49 996 bekannt, bei der das Heizelement im eingeschalteten.Zustand in axialer Richtung eine ungleichmäßige Strahlungsdichte aufweist, derart, daß sich auf der Oberfläche der Fixierwalze in Axialrichtung eine Temperaturverteilung ergibt, die in der Mitte und an den beiden axialen Enden ein Minimum und dazwischen jeweils ein Maximum aufweist. Der einzige Temperaturfühler dieser Heizwalzenfixiervorrichtung ist auf der Höhe der Maxima der Oberflächentemperatur der Fixierwalze dicht an ihrer Oberfläche angeordnet. Als Heizelement ist ein Infrarotstrahler vorgesehen, der in axialer Richtung an seinen beiden Enden eine höhere Strahlungsdichte aufweist als in der Mitte.

Mit dieser Heizwalzenfixiervorrichtung soll eine mög-

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-C

liehst gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Oberfläche der Fixierwalze erreicht werden, um das Fixieren eines Tonerbildes auf Kopierpapier zu verbessern und eine gute Haftung des Toners auf dem Papier zu erzielen. Ganz allgemein hat eine zu niedrige Fixiertemperatur ein ungenügendes Fixieren zur Folge, so daß sich das Tonerbild leicht vom Kopierpapier abwischen läßt. Andererseits führt eine zu hohe Fixiertemperatur zu dem sogenannten Offset-Effekt, bei dem ein Teil des Tonerbildes vom Kopierpapier abgenommen wird und auf der Fixierwalze haftet und dann auf andere Bereiche des Kopierpapiers übertragen wird.

Bei der bekannten Heizwalzenfixiervorrichtung wird erreicht, daß in axialer Richtung der Fixierwalze in der Mitte gerade kein Maximum der Temperaturverteilung vorliegt, vielmehr sind derartige Maxima zwischen den beiden Enden und der Mitte der Fixierwalze vorhanden. Zwar wird auch bei einer derartigen Anordnung ein an und für sich nicht erwünschtes Überschwingen der Temperaturwerte über den Sollwert an den Stellen stattfinden, an denen sich die Maxima der Temperaturverteilung befinden, jedoch wird dieser Effekt dadurch kompensiert, daß in axialer Richtung der Fixierwalze in

der Mitte und an den beiden Enden Bereiche geringerer Temperaturen vorliegen, so daß sich zwangsläufig ein Temperaturausgleich an der Oberfläche der Fixierwalze über ihre Länge ergibt. Zu dem Überschwingen der Temperaturwerte kommt es dadurch, daß der Temperaturfühler bei Erreichen des Sollwertes einer gewünschten

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Temperatur die Stromzufuhr zum Heizelement abschaltet, die Fixierwalze jedoch zu diesem Zeitpunkt eine erhebliche Wärmemenge gespeichert hat und infolge der Trägheit des Systems diese zu Temperaturen über dem SoIlwert führt.

Aus der DE-OS 32 24 239 ist eine Walzenanordnung aus einer Heiz- und einer Druckwalze zum thermischen Fixieren bekannt, zwischen denen ein Kopierpapier mit einem darauf befindlichen Tonerbild vorwärts transportiert wird. In der Heizwalze befindet sich ein Heizelement, mit dem die Oberflächentemperatur der Heizwalze auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Beim Einschalten des Kopiergeräts werden die Heizwalze

^•5 und die Druckwalze in Drehung versetzt, bevor die Oberflächentemperatur der Heizwalze die vorgegebene Temperatur erreicht. Sobald diese Temperatur erreicht ist, wird der Motor, der die Heiz- und die Druckwalze in Drehung versetzt, ausgeschaltet. Die Steuerung des Heizelements in der Heizwalze erfolgt über einen Temperaturfühler, der an einer Stelle so angeordnet ist, daß er die Oberflächentemperatur der Heizwalze ermittelt.

Aus der US-PS 4 232 959 ist eine Tonerbild-Fixiervorrichtung aus Heiz- und Druckwalze bekannt, bei der ein Temperaturfühler die Oberflächentemperatur der Heizwalze mißt und in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur die Größe der Andruckkraft der Druckwalze an die Heizwalze geregelt wird. Dadurch

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soll eine gleichmäßige Fixierqualität des Tonerbilds auf einem Kopierblatt, das zwischen den beiden Walzen hindurchtransportiert wird, erreicht werden, da der Fixiervorgang sowohl über die Tempertur als auch über den Anpreßdruck zwischen den beiden Walzen in der

Weise beeinflußt wird, daß beispielsweise bei steigender Oberflächenteraperatur der Anpreßdruck verringert und bei sinkender Ober flächenteinperatur der Anpreßdruck erhöht wird. Der Zusammenhang zwischen diesen -*·⁰ beiden Größen wird dabei aufgrund einer vorgegebenen Oberflächentemperatur/Anpreßdruck-Beziehung geregelt.

Die Rollen-Fixierstation nach der europäischen Patentanmeldung 0017092 ist mit einem Paar drehbarer Rollen ausgerüstet, von denen eine nach außen sich verjüngende Endabschnitte aufweist. Die Rolle umfaßt eine äußere Hülse, die zentral auf einer Achse befestigt ist. Die Hauptteile der Innenfläche der Hülse besitzen abgestufte Abschnitte mit ansteigendem Durchmesser an jedem sich verjüngenden Ende der Hülse. In den verjüngenden Endabschnitten der Hülse sind verschraubbare Stopfen auf Teilen der Achse befestigt. Der Hauptkörper jedes Stopfens besitzt einen kleineren Durchmesser als der Flächenteil der inneren Hülse. Die Stopfen

sind auf der Achse drehbar und bewegen sich linear von einer zurückgezogenen Position, in der ein Spiel zwischen den Stopfen und der Hülse der Rolle besteht, in einer Eingriffsposition, in der Endflansche der Stopfen mit den abgestuften Teilen der Hülse im Eingriff sind. In der zurückgezogenen Position erfolgt

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keine mechanische Abstützung der Endabschnitte der Hülse durch die Flansche der Stopfen, so daß der Druck der Gegenrolle die sich verjüngenden Endabschnitte der Hülse gegen die Stopfen anpreßt. Der Grad der Verjüngung und die Größe des Spalts zwischen den Stopfen und der Hülse sind so aufeinander abgestimmt, daß das Verhalten der Rolle einer im wesentlichen ebenen, d.h. sich nicht verjüngenden Rolle entspricht.

^ Die sich verjüngende Ausbildung der Rolle wird beibehalten, wenn die Endstopfen in axialer Richtung nach innen geschraubt werden und dadurch wird eine Faltenbildung des Kopierpapiers, die üblicherweise bei hoher Feuchtigkeit in der Fixierstation auftritt, verhindert,

Werden die Endstopfen in axialer Richtung nach außen geschraubt, so arbeitet die Rolle wie eine im wesentlichen ebene zylindrische Rolle, die keine Verjüngung besitzt. Infolge des Anpreßdruckes der Gegenrolle wird die sich verjüngende Konfiguration der Rolle abgeflacht. Der Einsatz dieser Rolle unter dieser Bedingung verhindert den sogenannten Verschmierungseffekt auf der Kopie bei trockenen Bedingungen, d.h. sehr geringer Luftfeuchtigkeit in der Fixierstation. Die Einstellung der Stopfen kann manuell vorgenommen werden, wenn die beiden Rollen voneinander getrennt sind oder mittels eines Motors, der über einen Feuchtigkeitsfühler gesteuert wird.
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-to-

Durch die Verjüngung wird eine höhere Umfangsgeschwindigkeit nahe der Kante der Rolle erzielt, so daß ein Kopierpapier, das den Spalt zwischen zwei Rollen durchläuft, eine höhere periphere Geschwindigkeit längs den Kanten im Vergleich zu der Geschwindigkeit in der Mitte erfährt. Daraus resultiert, daß das Kopierpapier sich streckt und keine Falten selbst bei hoher relativer Feuchtigkeit in der Fixierstation

bildet.
IO

Bei sehr trockenen Bedingungen neigt das Kopierpapier dazu, sich zu kräuseln oder kleine Wellen zu bilden, so daß es, sobald das Kopierpapier in die Fixiervorrichtung eintritt, zu einem vorzeitigen Kontakt mit ¹^ der Fixierrolle kommt, wodurch eine Verschmierung des Bildes verursacht wird.

Bei den bekannten Fixiervorrichtungen wird eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung über die Länge der Fixierwalze unter Kompensation des Temperaturabfalls nahe der Walzenenden angestrebt, um gleichbleibende Kopienqualität zu erhalten, oder der Anpreßdruck zwischen Fixier- und Druckwalze entsprechend der jeweiligen gemessenen Temperatur so geregelt, daß eine vorgegebene Druck/Temperatur-Beziehung eingehalten wird, oder eine sich in den Endabschnitten nach außen verjüngende Rolle eingesetzt, die sich unter dem Anpreßdruck einer weiteren Rolle abflacht, um so einen gleichmäßigen Andruck über die Rollenlänge zur Vermeidung von Faltenbildung zu erhalten.

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- Y- ~ Ir

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fixiervorrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß sowohl bei den üblichen Kopien wie DIN-A4 und DIN-A3 als auch bei großformatigen Kopien wie DIN-A2 oder DIN-Al eine Falten- oder Wellenbildung oder Quetschfalten mit Beeinträchtigung des Kopienbildes ausgeschlossen werden und daß unterschiedliche Kopiermaterialien wie opake oder transparente Papiere oder Folien verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Inneren der Heizwalze ein weiteres elektrisches Heizelement das mit der Steuerung über einen weiteren Temperaturfühler verbunden ist, parallel zu der WaI-zenachse verläuft, daß das eine Heizelement aus einem Wendel in der Mittelzone der Heizwalze und das andere Heizelement aus zwei Wendeln in den an die Mittelzone links und rechts anschließenden Randzonen der Heizwalze besteht, daß sich der Wendel in der Mittelzone mit jedem der beiden Wendeln in jeder Randzone überlappt, daß die Stromzufuhr zu den Heizelementen derart gesteuert ist, daß sich auf der Oberfläche der Heizwalze in Axialrichtung eine Temperaturverteilung ergibt, die in der Mittelzone ein Extremum und nahe den beiden Stirnflächen Maxima aufweist, und daß der eine Temperaturfühler auf der Höhe des Extremums der Oberflächentemperatur in der Walzenmitte und der andere Temperaturfühler auf der Höhe der Mitte einer der Randzonen der Heizwalze angeordnet ist.

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Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 12.

Mit der Erfindung werden die Vorteile erzielt, daß großformatige Kopien falten- und wellenfrei erstellt werden können, unabhängig von der Beschaffenheit des Kopienmaterials und daß die Formgebung der Fixierwalze zum Zeitpunkt des Kontaktes mit der Andruckwalze durch den über die Fixierwalzenlänge einstellbaren Temperaturverlauf mit geringem Aufwand im Vergleich zu der konischen Ausbildung der bekannten Fixierwalze mit verschraubbaren Pfropfen, die in axialer Richtung der Walze verstellbar sind, erreicht wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Fixiervorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht durch die Heizwalze der in Fig. 1 dargestellten Fixiervorrichtung,

Fig. 3 eine grafische Darstellung des Temperaturverlaufs über die Länge der Fixierwalze, und

Fig. 4 einen gegenüber Fig. 3 unterschiedlichen Temperaturverlauf über die Länge der Fixierwalze.

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-Kh

Eine in Fig.· 1 dargestellte Fixiervorrichtung 1 umfaßt eine Heizwalze 10 und eine Andruckwalze 2. Die obere Heizwalze 10 bzw. Fixierwalze ist in Lagern 5 und 6, beispielsweise Kugellagern, und die untere Andruckwalze 2 in Lagern -23,24 gelagert, die jeweils im Inneren der Walzen angeordnet sind. Die Lagerung innerhalb der Walzen erfolgt dabei etwa in einem Abstand von 20 mm von den jeweiligen Stirnflächen der Walzen. Die obere Heizwalze 10 besitzt etwa eine Länge von 670 mm und besteht üblicherweise aus einem Aluminiumrohr mit einer Wandstärke von 7 bis 9 mm sowie einer Silikongummibeschichtung 25 mit einer Dicke von etwa 1 bis 1,2 mm. Die Beschichtung mit Silikongummi endet etwa 30 bis. 32 nun vor den Stirnflächen 17,18 der Heizwalze 10. Die Andruckwalze 2 besteht gleichfalls aus einem Aluminiumzylinder mit einer Wandstärke von etwa 6 mm und einer Beschichtung aus Silikongummi und einem Schlauch aus einer Schrumpffolie, wobei die Dicken der Silikongummibeschichtung und des Schlauches ungefähr 3 mm beträgt. Diese Beschichtung erstreckt sich von Stirnfläche zu Stirnfläche.

Die Andruckwalze 2 wirkt mit der Heizwalze 10 zusammen, um das Kopiermaterial zu erfassen und durch den Spalt zwischen den.beiden Walzen hindurchzutransportieren.

Der von der Stirnfläche 17 der Walze 10 vorspringende Wellenabschnitt trägt eine Kupplung 3 mit einem Zahnrad 26, das von einem Zahnriemen 4, bzw. einer Rollenkette, angetrieben wird.

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-A-

Nahe der Oberfläche der Heizwalze 10 ist gegenüber der Mitte der Walze ein Temperaturfühler 19, beispielsweise ein Thermistor oder ein Thermoelement angeordnet, dessen beide Anschlußdrähte mit einer in Fig. 1 schematisch angedeuteten Steuerung 21, die den Kopierprogrammablauf steuert, verbunden sind. Nahe der Oberfläche und der einen Stirnfläche 17 der Heizwalze 10 befindet sich ein weiterer Temperaturfühler 20, nämlich ein Thermistor oder ein Thermoelement, das mit seinen

-¹·⁰ beiden Anschlußdrähten mit der Steuerung 21 in Verbindung steht. Die beiden Temperaturfühler stellen sicher, daß die Energiezufuhr zu Heizelementen, die im Inneren der Heizwalze angeordnet sind, bei Erreichen von vorgegebenen Temperaturen an den Meßstellen unterbrochen wird. Anschlußdrähte 7,8 bzw. 7',8' führen aus dem Inneren der Heizw,alze 10 zu der Steuerung 21, die eine Steuerschaltung zur Betätigung von Relais aufweist, welche die Verbindung zur der Netzversorgung der Heizelemente bei Erreichen von vorgegebenen SoIlwerten der Temperatur aufheben.

Aus Fig. 2 sind Einzelheiten des Aufbaus der Heizwalze 10 ersichtlich. Im Inneren der Heizwalze 10 verlaufen die beiden elektrischen Heizelemente 11 und 13

parallel zu einer Walzenachse 12. Das Heizelement 11 wird von einem Glaszylinder 9 eingeschlossen, in dem ein Wendel 14 verläuft, der sich über eine Mittelzone b der Heizwalze 10 erstreckt. Die Länge dieser Mittelzone b ist etwa 310 mm. Von den beiden Enden des Wendeis 14 führen die Anschlußdrähte 7,7' aus dem

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/r-

Glaszylinder 9 heraus. Das andere Heizelement 13 weist zwei Wendel 15 und 16 auf, die sich in den an die Mittelzone b links und rechts anschließenden Randzonen a,c der Heizwalze 10 befinden. Die beiden Wendel 15 und 16 sind in der Mitte durch einen Heizdraht miteinander verbunden und in einen Glaszylinder 22 eingeschmolzen, durch dessen Stirnwände die beiden Anschlußdrähte 8,8' des Heizelements 13 hindurchgeführt sind. Der einzelne Wendel 15,16 besitzt eine Länge von ungefähr 150 mm. Die Länge des Wendeis 14 in der Mittelzone b entspricht zumindest gleich der Breite des DIN A3-Formats und beträgt im allgemeinen 300 bis 305 mm.

^ Der Wendel 14 in der Mittelzone b überlappt sich in einem Bereich g mit jedem der beiden Wendeln 15,16 in jeder der Randzonen a,c. Die Stromzufuhr zu den Heizelementen 11,13 wird derart gesteuert, daß sich auf der Oberfläche der Heizwalze 10 in Axialrichtung eine in Fig. 3 dargestellte Temperaturverteilung ergibt, die in der Mittelzone b ein Minimum und nahe den beiden Stirnflächen 17,18 der Heizwalze 10 Maxima e und f aufweist. Zur genauen Steuerung der Temperaturverteilung befindet sich der Temperaturfühler 19 auf der

Höhe des Minimums d der Oberflächentemperatur in der Walzenmitte und der andere Temperaturfühler 20 auf der Höhe des Maximums der Oberflächentemperatur der Heizwalze 10 nahe einer der Stirnflächen 17 bzw. 18. Durch die Überlappung der Wendeln 14,15,16 wird an den Übergangsstellen von der Mittelzone zu den Randzonen ein gleichmäßiger Temperaturverlauf erreicht.

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-A'

Die Steuerung der Heizelemente 11,13 durch die Temperaturfühler 19,20 erfolgt in der Weise, daß sich eine Temperaturdifferenz Δ"υ von 2° bis 10 ⁰C zwischen der Mitte der Heizwalze 10 und den Randzonen a und c der Heizwalze einstellt. Diese Temperaturdifferenz stellt sich ein, sobald die beiden Heizelemente 11 und 13 beheizt werden.

Die Größe der Temperaturdifferenz Δ fr wird in Abhängigkeit von dem Kopiermaterial festgelegt, wobei für Opakpapier im allgemeinen eine kleinere Temperaturdifferenz als für Transparentpapier gewählt wird.

Die Beheizung der beiden Heizelemente erfolgt derart, daß bei Formaten des Kopiermaterials von DIN A4 und DIN A3 zunächst nur das Heizelement 11 mit dem Wendel 14 in der Mittelzone b der Heizwalze 10 eingeschaltet ist. Sobald die gemessene Temperaturdifferenz A-¹V¹ größer als 2° bis 10 ⁰C zwischen der Mittelzone b und den Randzonen a und c ist, wird durch die Steuerung 21 das Heizelement 13 mit den beiden Wendeln 15 und 16 automatisch zugeschaltet. Dadurch soll vermieden werden, daß die Temperaturdifferenz größer als 10 °C wird, da ansonsten die Wartezeiten zu groß werden, falls nach längerem Betrieb der Fixierstation zum Fixieren von DIN A3 und DIN A4-Formaten auf größere Formate wie DIN A2·und DIN Al umgeschaltet wird.

Werden von Anfang an große Formate wie DIN Al und din A2 entwickelt, so werden beide Heizelemente 11 und 13 zur gleichen Zeit eingeschaltet.

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-fl -

Mit der Steuerung der Oberflächentemperatur der lleizwalze 10 innerhalb von Ternperaturzonen lassen sich dio Probleme im Zusammenhang mit der Falten- und Wellenbildung, die vor allem bei großformatigen DIN A-2 und DIN A1-Kopien bei Verwendung von bekannten Fixiervorrichtungen mit herkömmlicher Temperaturregelung auftreten, lösen. Wird bei den bekannten Fixiervorrichtungen eine möglichst gleichförmige Temperatur über die Länge der Fixierwalze eingestellt, so kommt es zu unerwünschter Faltenbildung in der Mitte der Kopie, die, wie genaue Untersuchungen ergaben, dadurch entsteht, daß die Durchtrittsgeschwindigkeit im Walzenspalt in der Mitte der Walzenanordnung größer als an den Rändern ist. Es werden dann die Randzonen zur Mitte des Kopiermaterials zusammengeschoben und es bildet sich eine Längswelle aus, die beim Durchtritt durch den Walzenspalt zu einer Quetschfalte zusammengepreßt wird. Die Faltenbildung tritt überwiegend im mittleren Bereich der zweiten Hälfte einer DIN A1-bzw. DIN A2-Kopie aus Transparentpapier auf. Ein weiteres Problem bei den herkömmlichen Fixiervorrichtungen, mit denen großformatige Kopien erstellt werden sollen, ergibt sich aus der Duplizierung des Kopienbildes durch einen Doppelabdruck, bei dem ein zweites Bild nur wenige Zehntel Millimeter gegenüber dem ersten Bild versetzt in der zweiten Hälfte einer DIN Al- bzw. DIN A2-Kopie, vorwiegend bei Opakpapier, auftritt. Eine mögliche Erklärung für diese Erscheinung ist darin zu sehen, daß sich in der Mitte des Kopiermaterials eine sogenannte Bugwelle ausbildet,

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wobei es zu einer vorzeitigen Berührung des Tonerbildes auf der Bugwelle mit der Heizwalze kommt, wodurch es zu einem Kaltoffset-Effekt kommt, der das zweite, gegenüber dem ersten Bild versetzte Bild verursacht.

Um die Faltenbildung und die Duplizierung des Originalbildes zu ergründen, wurden zunächst sogenannte Schmalbahnpapiere in einer Klimakammer untersucht. Unter Schmalbahnpapieren sind solche Papiere zu verstehen, die längs zur Laufrichtung des Papierbandes auf Formate zugeschnitten sind. Aufgrund der Herstellung dieser Papiere schrumpfen diese bei Feuchtigkeitsentzug im wesentlichen nur in Querrichtung, jedoch kaum in Längsrichtung.

Die Maße, Beschaffenheit der Kopiermaterialien und die Umgebungsgrößen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Verweildauer in der Klimakammer sind nachstehend tabellarisch angeführt:

Ende der Seite 14

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Kopiermaterial Opakpapier Transparent- Hostaphan'^R' papier

Länge (mm) Beginn/Ende

Breite (mm) Beginn/Ende

Temperature ⁰C) Beginn/Ende

500,1/498,7 500,8/498,0 505,0/499,5 514,0/499,0 30/20 30/20

Luftfeuchtigkeit (%) Beginn/Ende 93/3

93/3 6

Verweildauer 6h 15min 6h 15min

500,2/500,0 500,3/500,0 30/20

93/36 6h 15min

Länge (mm) Beginn/Ende

Breite (mm) Beginn/Ende

Temperatur( ⁰C) Beginn/Ende 20/3

500,1/500 500,3/500,3 500,2/504,8 500,4/513,1 20/30

Luftfeuchtigkeit (%) Beginn/Ende 40/85

40/85

Verweildauer 6h 45min 6h 45min

500/500,2 500/500,1 20/30

40/85 6h 45min

Wie die Tabellenwerte erkennen lassen, zeigen die Schmalbahnpapiere, ob nun Opak- oder Transparentpapiere, in Längsrichtung große Formstabilität, die maxima-

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Ie Schrumpfung bei Verminderung der relativen Luftfeuchtigkeit um 57 % und bei einer Temperaturabnahme von 30 ⁰C auf 20 ⁰C beträgt 2,8 mm bei einer mittleren Länge von 500 mm, während in Querrichtung die maximale Schrumpfung bis zu 15 mm bei einer mittleren Breite von 500 mm betragen kann.

Bei Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit tritt der umgekehrte Effekt auf, nämlich eine Ausdehnung bzw. eine Quellung in Querrichtung.

Der Tabelle ist zu entnehmen, daß Transparentpapier stärker als Opakpapier schrumpft bzw. bei einer Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit sich ausdehnt, während Kunststoff-Folie als Kopiermaterial, wie beispielsweise Hostaphan '^R' sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung weitgehend maßstabil ist.

Werden nun beispielsweise Opak- bzw. Transparentpapiere, die auf der Oberfläche das zu entwickelnde Tonerbild tragen, durch die Fixierstation transportiert, so wird in dieser den Papieren durch die Wärmeentwicklung der Heizelemente Feuchtigkeit entzogen, d.h. es kommt zu einer Schrumpfung der Papiere, vor allem in Querrichtung. Dadurch werden die Randzonen des Kopierpapiers in Richtung Mitte des Kopierblattes geschoben und in der Mitte bildet sich daraufhin eine Längswelle im Kopierpapier aus. Durch den in der Mitte der Walzenanordnung auftretenden Papierstau ergibt sich eine Pressung der Walzen. Es muß eine größere Menge Mate-

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rial im Vergleich zu den Rändern der Walzen durch die Preßstelle hindurchtransportiert werden, was nur möglich ist, wenn die Durchlaufgeschwindigkeit des Kopierpapiers in der Mitte im Vergleich zu den Rändern ansteigt, was jedoch andererseits zu der unerwünschten Faltenbildung, wie voranstehend erörtert wurde, führt. Um dieser zu begegnen, ist es erforderlich, die Durchlaufgeschwindigkeit an den Rändern der Walzenanordnung zu vergrößern, d.h. an die durch, das Papierschrumpfen erhöhte Durchlaufgeschwindigkeit in der Walzenmitte anzugleichen. Dies geschieht durch die Ausbildung der Heizwalze 10, wie sie anhand der Zeichnungen erläutert wurde. Durch die Zonenregelung der Temperatur der Heizwalze besitzt diese in den Randzonen einen geringfügig größeren Durchmesser, so daß die Walzenpressungen in den Randzonen und in der Mitte' aneinander angeglichen sind und somit die Durchlaufgeschwindigkeit des Kopierpapiers über die gesamte Walzenbreite annähemd gleichgroß ist.

Die Temperaturdiffereftz Α-ιΓ zwischen der einzelnen Randzone und der Mitte der Walzenanordnung soll 10 ⁰C nicht überschreiten, da anderenfalls die Walzenpressung in den Randzonen größer als in der Mitte wird, so daß die Durchlaufgeschwindigkeit des Kopierpapiers an den Rändern höher als in der Mitte wird. Es kommt dann zu einer Duplizierung des Kopierbildes, deren Ursache die Anhäufung der langsamer transportierten Papierzonen in der Mitte zu der voranstehend erwähnten Bugwelle ist.

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Bei dem in Fig. 3 schematisch dargestellten, jedoch charakteristischen Temperaturverlauf über die Länge der Heizwalze 10 beträgt die Temperatur im Minimum d 180 "C, in den Maxima e und f 193 ⁰C und in den Randzonen der Heizwalze über den gesamten Randzonenbereich 186 ⁰C. Die sich in den Randzonen einstellende konstante Temperatur ist die höchste Temperatur innerhalb der für die Fixierung wirksamen Temperaturzonen der Heizwalze, während die Temperaturmaxima e und f außer-IQ halb der Silikonbeschichtung und somit des für die Fixierung wirksamen Walzenbereichs liegen.

Fig. 4 gibt einen Temperaturverlauf über die Heizwalzenlänge wieder, der nach längerem Betrieb der Fixier-

^5 station durch entsprechende Steuerung der Stromzufuhr zu den Heizelementen 11 und 13 eingestellt wird. Es zeigt sich nämlich, daß die Mittelzone b der Heizwalze bei längerem Betrieb stärker als die Randzonen a, c beansprucht wird, was zur Folge hat, daß der Durchmesser in der Mitte der Heizwalze um etwa 0,1 mm pro 10000 Kopien im Vergleich zu den Durchmessern der Randzonen a und c abnimmt. Eine denkbare Erklärung hierfür könnte ein stärkerer mechanischer Abrieb und/oder ein stärkerer Austrag von Silikonöl aus der Silikongummibeschichtung in der Mitte der Heizwalze sein. Dieser Vorgang erfordert eine Anpassung des Temperaturprofils in der Weise, daß die Temperatur der Mittelzone gegenüber derjenigen der Randzonen angehoben wird, um weiterhin einen gleichmäßigen gegenseitigen Andruck der Walzen über ihre Gesamtlänge zu gewährleisten.

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Die charakteristische Temperatur im Maximum d¹ in der Mittelzone beträgt beispielsweise 182 °C, in den Maxima e¹ und f etwa 181 °C und in den Randzonen im Mittel 175 ⁰C bei dem Temperaturprofil nach Fig. 5

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Claims

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT KALLE Niederlassung der Hoechst AG 83/K 019 -<&y- 15. März 1983 WL-Di.Z.-is Patentansprüche

1. Walzenfixiervorrichtung mit einer Andruckwalze und einer von innen beheizten Heizwalze als Fixierwalze zum Fixieren eines Tonerbildes auf Kopiermaterial, mit zumindest einem im Inneren der Heizwalze parallel zur Walzenachse angeordneten elektrischen Heizelement, wobei die Oberfläche der Heizwalze in Achsenrichtung eine ungleichmäßige Temperaturverteilung aufweist, mit

. 1° zumindest einem der Oberfläche der Heizwalze gegenüberliegenden Temperaturfühler, der an eine Steuerung für die Stromzufuhr zum Heizelement angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Heizwalze (10) ein weiteres elektrisches Heizelement (13), das

¹^ mit der Steuerung (21) über einen weiteren Temperaturfühler (20) verbunden ist, parallel zu der Walzenachse (12) verläuft, daß das eine Heizelement (11) aus einem Wendel (14) in der Mittelzone (b) der Heizwalze (10) und das andere Heizelement (13) aus zwei Wendeln (15,16) in den an die Mittelzone links und rechts anschließenden Randzonen (a,c) der Heizwalze (10) besteht, daß sich der Wendel (14) in der Mittelzone (b) mit jedem der beiden Wendeln (15,16) in jeder Randzone (a,c) überlappt, daß die Stromzufuhr zu den Heizelementen (11,13) derart gesteuert ist, daß sich auf der Oberfläche der Heizwalze (10) in Axialrichtung eine Temperaturverteilung ergibt, die in der Mittelzone ein Extremum (d;d^f) und nahe den beiden Stirnflächen (17,18) Maxima (e,f;e',f') aufweist, und daß der eine Temperaturfühler (19) auf der Höhe des Extremums

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(d;d') der Oberflächentemperatur in der Walzenmitte und der andere Temperaturfühler (20) auf der Höhe der Mitte einer der Randzonen (a;c) der Heizwalze (10) arigeordnet ist.

2. Walzenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Extremum in der Mittelzone ein Minimum (d) ist.

3. Walzenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Extremum in der Mittelzone ein Maximum (d¹) ist.

4. Walzenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Wendeis (14) in der Mittelzone (b) zumindest gleich der Breite des DIN-Formats A3 ist.

5. Walzenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wendel (15,16) in den Randzonen (a,c) eine Länge von zumindest 150 mm aufweist.

6. Walzenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung zwischen dem Wendel (14) in der Mittelzone (b) und den Wendeln (15,16) in den Randzonen (a,c) bis zu 5 mm beträgt.

7. Walzenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Heizelemente (11,13) durch die Temperaturfühler (19,20) in der Wei-

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- 22"-

-3-

se erfolgt, daß sich eine Temperaturdifferenz AxP von 2° bis 10 °C zwischen der Mitte der Heizwalze (10) und den Randzonen (a,c) der Heizwalze einstellt, sobald beide Heizelemente (11,13) geheizt sind.

8. Walzenfixiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Temperaturdifferenz Δ or in Abhängigkeit von dem Kopiermaterial festgelegt wird.

9. Walzenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Formaten des Kopiermaterials von DIN A4 und DIN A3 nur das Heizelement (11) mit dem Wendel (14) in der Mittelzone (b) der Heizwalze (10) eingeschaltet ist.

10. Walzenfixiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (13) mit den beiden Wendeln (15,16) in den Randzonen (a,c) zugeschaltet wird, sobald die gemessene Temperaturdifferenz ■ &$r größer als 2° bis 10 °C ist.

11. Walzenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Formaten DIN A2 und DIN Al des Kopiermaterials beide Heizelemente (11,13) eingeschaltet sind.

12. Walzenfixiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz Δ^ aus der Temperatur in der Mitte der Randzone (a;c) der

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT KALLE Niederlassung der Hoechst AG

-Ί-

Heizwalze (10) und der Temperatur in der Mitte der Heizwalze (10) gebildet ist, daß eine Silikongummibeschichtung (25) der Heizwalze (10) jeweils 30 bis 33 mm von den Stirnflächen (17,18) der Heizwalze (10) endet und daß die Maxima e und f der Temperatur außerhalb der Silikongummibeschichtung (25) der Heizwalze (10) auftreten.