DE3836857A1 - Fusion device for an electrophotographic copier and method for producing a heating roller intended therefor - Google Patents
Fusion device for an electrophotographic copier and method for producing a heating roller intended thereforInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Fixiervorrichtung für Schmelztoner zur Verwendung in elektrophotographischen Geräten wie elektrostatischen Kopierern, elektrostatischen Schreibern, Laserdruckern und Magnetdruckern und ein Verfahren zur Herstellung einer dafür bestimmten Heizwalze.The invention relates to a fixing device for melt toner for use in electrophotographic devices such as electrostatic copiers, electrostatic Writers, laser printers and magnetic printers and a process for the production of a heating roller intended for this.
Aus der US-PS 43 85 826 ist eine Fixiervorrichtung für einen elektrophotographischen Kopierer bekannt, die eine Heizwalze enthält, die in ihrem Inneren mit einer Heizlampe zur indirekten Erwärmung versehen ist. Die Heizwalze benötigt zum Aufheizen etwa 60 Sekunden, wodurch eine längere Wartezeit entsteht.From US-PS 43 85 826 is a fixing device for one electrophotographic copier known which includes a heat roller, which in is provided on the inside with a heating lamp for indirect heating. The Heating roller takes about 60 seconds to heat up, making a longer one Waiting time arises.
Während des Betriebs wird die Heizwalze durch eine Temperatursteuerschaltung über einen Thermistor auf einer Fixiertemperatur von etwa 150° bis 200° gehalten.During operation, the heating roller is controlled by a temperature control circuit via a thermistor at a fixing temperature of approximately 150 ° to 200 ° held.
Da der Thermistor mit der Heizwalze fest verbunden und daher aufgrund der Drehbewegung der Heizwalze Druck- und Biegekräften ausgesetzt ist, kann unter Umständen ein Bruch der Verkabelung auftreten. Dadurch kann die Heizwalze über normal aufgeheizt werden, wodurch die Fixiervorrichtung durch Überhitzen beschädigt werden kann.Since the thermistor is firmly connected to the heating roller and therefore due to the Rotary movement of the heating roller is subjected to compressive and bending forces Cables breakage may occur. This allows the heating roller Be heated above normal, causing the fixation device to overheat can be damaged.
Die Anordnung der Heizlampe innerhalb der Heizwalze bedingt einen Außendurchmesser der Heizwalze von mindestens 30 mm, wodurch einerseits die Fixiervorrichtung nicht kompakt gestaltet werden kann und andererseits aufgrund des Krümmungsradius Kopierpapier leicht an der Heizwalze anhaften kann, selbst wenn der Toner ein geringes Haftvermögen aufweist. Da dadurch das Kopierpapier sich um die Heizwalze wickeln kann, ist eine Trennvorrichtung notwendig, beispielsweise eine Trennklinke nach US-PS 43 52 551.The arrangement of the heating lamp within the heating roller requires one Outside diameter of the heating roller of at least 30 mm, which on the one hand the Fixing device can not be made compact and on the other hand due to the radius of curvature of the copy paper, stick slightly to the heating roller can, even if the toner has poor adhesiveness. Because that means Copy paper that can wrap around the heat roller is a separator necessary, for example a separating pawl according to US-PS 43 52 551.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fixiervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die stets zuverlässig und sicher arbeitet, kompakt ausgestaltet ist, rasch betriebsbereit ist und zusätzlich durch Reduzierung der Anzahl der Bauteile kostengünstig hergestellt werden kann. The invention has for its object a fixing device of the beginning to create mentioned type, which always works reliably and safely, compact is designed, is quickly operational and additionally by reducing the Number of components can be manufactured inexpensively.
Diese Aufgabe wird bei einer Fixiervorrichtung für einen elektrophotographischen Kopierer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heizschicht ein elektrisches Widerstandsmaterial enthält, das einen starken Widerstandsanstieg zeigt, wenn die ansteigende Temperatur der Heizwalze sich einer Fixier-Temperatur des Toners nähert.This object is achieved with a fixing device for an electrophotographic Copier of the type mentioned at the outset solved according to the invention that the heating layer contains an electrical resistance material that a strong increase in resistance shows when the rising temperature of the The heating roller approaches a fixing temperature of the toner.
Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Heizwalze sind in den Patentansprüchen 6 bis 8 angegeben.Methods for producing a heating roller according to the invention are in the Claims 6 to 8 specified.
Da die Heizwalze selbst die Heizung ist, kann die zur Fixierung benötigte Wärme wirkungsvoll auf den Toner übertragen werden, während die Heizwalze zusätzlich einen geringeren Durchmesser aufweist und kompakt ausgebildet ist. Die Heizschicht hat die oben aufgeführten Temperaturcharakteristika und steuert den durch sie fließenden Strom einer Stromquelle selbständig mit dem Resultat, daß die Heizwalze ohne Steuerungsmittel in der Nähe einer Fixiertemperatur gehalten werden kann.Since the heating roller itself is the heating, the heat required for fixing can be used can be effectively transferred to the toner while the heating roller additionally has a smaller diameter and is compact. The The heating layer has the above-mentioned temperature characteristics and controls the current flowing through it from a power source independently with the result that the heating roller is kept near a fixing temperature without control means can be.
Die Heizschicht weist einen geringen Widerstandswert auf, wenn die Temperatur geringer ist, als die Fixiertemperatur, zum Beispiel 180°C, des Toners. Dadurch kann durch sie ein großer Strom fließen und sie selbst aufgeheizt werden mit einem Wärmequantum, das wesentlich größer ist als das von ihr abgegebene Wärmequantum. Als Folge davon steigt die Temperatur in der Schicht sehr schnell auf die Fixiertemperatur an, worauf der Widerstandswert ansteigt und die Heizschicht nur mit einem Wärmequantum aufgeheizt wird, das sich mit dem abgegebenen Wärmequantum im Gleichgewicht befindet. Wenn die Temperatur weiter steigt, steigt auch der Widerstandswert stärker und das aufheizende Wärmequantum ist geringer als das abgegebene Wärmequantum, so daß die Heizschicht abkühlt. Dadurch steuert die Heizschicht selbst das Wärmequantum zum Aufheizen mit der Temperatur und hält ihre eigene Temperatur bei etwa der Fixiertemperatur.The heating layer has a low resistance value when the temperature is lower than the fixing temperature, for example 180 ° C, of the toner. Thereby a large current can flow through them and they can be heated themselves with a Heat quantum that is much larger than the heat quantum it emits. As a result, the temperature in the layer rises very quickly the fixing temperature, whereupon the resistance increases and the heating layer is only heated up with a heat quantum that matches that given off Heat quantum is in balance. If the temperature continues increases, the resistance value increases and the heating quantity of heat is less than the heat quantity emitted, so that the heating layer cools down. As a result, the heating layer itself controls the heat quantity for heating up with the temperature and maintains its own temperature at about the fixing temperature.
Ein Material mit derartigen Charakteristika ist beispielsweise ein aus BaTiO3 hergestellter Halbleiter, der mit einem Aktivator dotiert ist, wobei das Barium (Ba) teilweise durch Blei (Pb) ersetzt ist (siehe auch M. Ueyama: "Semiconductor Transducer", veröffentlicht durch Kogyo-chosakai). Ein derartiges Material kann von der Firma MURATA MRG. CO., LTD., Japan bezogen werden. Während die Heizwalze vollständig aus einem derartigen Material hergestellt werden kann, kann die Heizschicht aber auch auf einer Metallröhre aufgebracht sein, wobei bei einer Isolierschicht zwischen diesen beiden Schichten vorgesehen sein kann, um das Material zu schonen. Vorzugsweise wird die Oberfläche der Heizschicht einheitlich mit einem Material ummantelt, das ein einfaches Ablösen des Toners von der Heizwalze ermöglicht.A material with such characteristics is, for example, a semiconductor made from BaTiO 3 and doped with an activator, the barium (Ba) being partially replaced by lead (Pb) (see also M. Ueyama: "Semiconductor Transducer", published by Kogyo -chosakai). Such a material can be obtained from MURATA MRG. CO., LTD., Japan. While the heating roller can be produced entirely from such a material, the heating layer can also be applied to a metal tube, it being possible to provide an insulating layer between these two layers in order to protect the material. The surface of the heating layer is preferably coated uniformly with a material which enables the toner to be easily detached from the heating roller.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. Es zeigtFurther advantages and features of the invention result from the following description and the drawing to which reference is made. It shows
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Längsansicht der Fixiervorrichtung; Figure 1 is a partially sectioned longitudinal view of the fixing device.
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie X-X in Fig. 1;2 shows a cross section along the line XX in Fig. 1.
Fig. 3 ein Schaubild, das das Verhältnis zwischen der Temperatur der Heizwalze und dem Widerstand zwischen ihren Enden darstellt; Fig. 3 is a graph showing the relationship between the temperature of the heating roller and the resistance between its ends;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines elektrostatischen Kopierers, in der die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung eingebaut ist; Fig. 4 is a schematic representation of an electrostatic copier in which the fixing device according to the invention is incorporated;
Fig. 5 ein Beispiel einer Detektorschaltung für die Temperatur der Heizwalze; Fig. 5 is an example of a detection circuit for the temperature of the heat roller;
Fig. 6 ein Schaubild, das die Veränderungen einer negativen Eingangsspannung eines Komparators der Detektorschaltung und die Veränderungen der Ausgangsspannung des Komparators darstellt; und Fig. 6 is a diagram illustrating a comparator of the detection circuit and changes the output voltage of the comparator changes to a negative input voltage; and
Fig. 7 eine teilweise geschnittene Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 7 is a partially sectioned illustration of another embodiment of the invention.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Fixiervorrichtung 41, mit einer Heizwalze 43, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und in Lagerungen 42 a, 42 b mit Stromversorgungskontakten drehbar gelagert ist. An einem Ende der Heizwalze 43 ist ein Antriebszahnrad 44 angebracht, das mit einem nicht dargestellten Antriebsmittel zur Drehung der Heizwalze (43) in Eingriff steht. Figs. 1 and 2 show a fixing device 41, with a heating roller 43 having a circular cross-section and in bearings 42 a, 42 b is rotatably supported with the power supply contacts. A drive gear 44 is attached to one end of the heating roller 43 and engages with a drive means (not shown) for rotating the heating roller ( 43 ).
Die Heizwalze 43 ist aus einem Halbleitermaterial hergestellt, zum Beispiel aus Bariumtitanat (BaTiO3), wobei das Titanat mit einem als Aktivator dienenden einwertigen oder dreiwertigem Metalloxid oder ähnlichem dotiert ist, um die Verbindung elektrisch leitend zu machen. Der Halbleiter hat einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC). Die Heizwalze 43 ist selbst die Heizung. Das Barium des Halbleiters ist zu zehn bis zwanzig Prozent durch Blei substituiert, wodurch die Curie-Temperaturen des Materials auf etwa 160° bis etwa 200°C festgesetzt ist. Aufgrund der Übergänge in der Nähe der Curie-Temperatur hat die Heizwalze 43 positive Widerstandstemperaturcharakteristika, so daß der Widerstandswert am stärksten ansteigt, wenn die ansteigende Temperatur sich in der Nähe der Curie- Temperatur befindet (siehe Fig. 3). Es sind Stromkabel 45 a und 45 b, die aus Kupfer oder einem ähnlichen leitfähigen Material hergestellt sind, mit den entsprechenden Lagern 42 a und 42 b verbunden. Ein Wechselstrom von etwa 100 Volt wird über die Lager 42 a und 42 b und die Stromkabel 45 a und 45 b der Heizwalze 43 zugeführt. Die Lager 42 a und 42 b sind über Isolierungen 46 a und 46 b in einem Rahmen 47 gehaltert.The heating roller 43 is made of a semiconductor material, for example barium titanate (BaTiO 3 ), the titanate being doped with a monovalent or trivalent metal oxide or the like serving as an activator in order to make the connection electrically conductive. The semiconductor has a positive temperature coefficient (PTC). The heating roller 43 is itself the heater. The barium of the semiconductor is ten to twenty percent substituted by lead, which sets the material's Curie temperatures at about 160 ° to about 200 ° C. Because of the transitions near the Curie temperature, the heating roller 43 has positive resistance temperature characteristics so that the resistance value increases most when the rising temperature is near the Curie temperature (see Fig. 3). There are power cables 45 a and 45 b, which are made of copper or a similar conductive material, connected to the corresponding bearings 42 a and 42 b . An alternating current of about 100 volts is supplied to the heating roller 43 via the bearings 42 a and 42 b and the power cables 45 a and 45 b . The bearings 42 a and 42 b are held in a frame 47 via insulations 46 a and 46 b .
Unterhalb der Heizwalze (43) ist eine Druckwalze 49 angeordnet, um das Kopierpapier gegen die Heizwalze 43 zu pressen, wenn das Kopierpapier 48 in den Schlitz zwischen den beiden Walzen eingeführt ist. Die Druckwalze 49 besteht aus einem Siliconteil 49 a und einer Welle 49 b. Die Isolierungen 46 a und 46 b dienen ebenfalls als Lagerung für die drehbare Welle 49 b. A pressure roller 49 is arranged below the heating roller ( 43 ) to press the copy paper against the heating roller 43 when the copy paper 48 is inserted into the slot between the two rollers. The pressure roller 49 consists of a silicone part 49 a and a shaft 49 b. The insulations 46 a and 46 b also serve as bearings for the rotatable shaft 49 b.
Die Fixiervorrichtung 41 wird beispielsweise in einem elektrostatischen Kopierer 51 verwendet, der in Fig. 4 dargestellt ist. Der Kopierer 51 hat eine lichtempfindliche Trommel 52, die von einem nicht dargestellten Antrieb in Drehung versetzt wird. Die Trommel 52 ist mit einer lichtempfindlichen Schicht aus einem organischen Halbleiter überzogen, der einen verringerten Widerstand aufweist, wenn er beleuchtet wird.The fixing device 41 is used, for example, in an electrostatic copier 51 , which is shown in FIG. 4. The copier 51 has a photosensitive drum 52 which is rotated by a drive, not shown. The drum 52 is coated with a photosensitive layer made of an organic semiconductor, which has a reduced resistance when illuminated.
Um die lichtempfindliche Trommel 52 sind ein Hauptauflader 53, um die Trommel 52 negativ aufzuladen, ein Photoleiter 54, um ein für eine Bilderzeugung mit entsprechenden Informationen versehenes Licht auf die Trommel 52 aufzustrahlen, eine Entwicklereinheit 56 mit einer Magnetwalze 56 a, um mit einem magnetischen Toner 55 ein auf die Trommel 52 gebildetes elektrostatisches latentes Bild zu entwickeln, und ein Übertragungsauflader 57 zur Übertragung des Toners 55 von der Trommel 52 auf das Kopierpapier in der aufgeführten Reihenfolge angeordnet.To the photosensitive drum 52 are a main charger 53 to negatively charge the drum 52 , a photoconductor 54 to irradiate a light provided with the corresponding information for image formation on the drum 52 , a developer unit 56 with a magnetic roller 56 a to with a magnetic Toner 55 to develop an electrostatic latent image formed on drum 52 , and a transfer charger 57 for transferring toner 55 from drum 52 to the copy paper in the order listed.
Auf einer Seite der Trommel 52 sind Transportwalzen 58 angeordnet, um das Kopierpapier 48 der Trommel 52 zuzuführen. Auf der anderen Seite der Trommel 52 ist die Fixiervorrichtung 41 für das von der Trommel 52 abgegebene Kopierpapier 48 angeordnet.Transport rollers 58 are arranged on one side of the drum 52 in order to feed the copy paper 48 to the drum 52 . On the other side of the drum 52 , the fixing device 41 for the copy paper 48 discharged from the drum 52 is arranged.
Wenn mit dem Kopierer 51 eine Abbildung auf das Kopierpapier 48 kopiert werden soll, wird die Trommel 52 in Richtung des Pfeiles A gedreht und die Oberfläche der Trommel 52 wird zuerst einheitlich negativ durch den Hauptauflader 53 aufgeladen.When an image is to be copied onto the copy paper 48 with the copier 51 , the drum 52 is rotated in the direction of arrow A and the surface of the drum 52 is first uniformly negatively charged by the main charger 53 .
Anschließend wird durch den Photoleiter 54 selektiv mit Informationen versehenes Licht auf die Trommel 52 aufgestrahlt. Auf den belichteten Bereichen in der Trommel 52 wird die Ladung durch Verminderung des Widerstandswertes der lichtempfindlichen Schicht beseitigt, wodurch ein elektrostatisches latentes Bild gebildet wird.Subsequently, light provided with information is selectively irradiated onto the drum 52 through the photoconductor 54 . On the exposed areas in drum 52 , the charge is removed by reducing the resistance of the photosensitive layer, thereby forming an electrostatic latent image.
Durch weiteres Drehen der Trommel 52 werden ihre bildtragenden Teile zur Entwicklereinheit 56 gedreht. In der Entwicklereinheit 56 dreht eine Magnetwalze 56 a in Richtung des Pfeiles B. Der von den Polen der Magnetwalze 56 a angezogene magnetische Toner 55 bildet Pulveransammlungen 55 a auf dem äußeren Rand der Magnetwalze 56 a. By further rotating the drum 52 , its image-bearing parts are rotated to the developer unit 56 . In the developer unit 56, a magnetic roller 56 rotates in a direction of arrow B. The from the poles of the magnet roll 56 a tightened magnetic toner 55 55 forms a powder accumulations on the outer edge of the magnet roll 56 a.
Wenn die Pulveransammlung 55 a in Kontakt mit der Trommel 52 gebracht wird, wird der positiv geladene magnetische Toner 55 von den negativ geladenen Bereichen der Trommeloberfläche angezogen und nur dort angeordnet, um das latente Bild zu entwickeln.If the powder pile 55 a is brought into contact with the drum 52, the positively charged magnetic toner 55 is attracted to the negatively charged areas of the drum surface and arranged only there, in order to develop the latent image.
Der auf der Trommel 52 angeordnete magnetische Toner 55 wird von der durch das von den Transportwalzen 58 in Pfeilrichtung C zugeführte Kopierpapier 48 hindurchgehenden Anziehungskraft des negativ geladenen Übertragungsaufladers 57 angezogen und dadurch auf das Kopierpapier 48 übertragen.The magnetic toner 55 arranged on the drum 52 is attracted by the attractive force of the negatively charged transfer charger 57 passing through the copy paper 48 fed from the transport rollers 58 in the direction of arrow C , and is thereby transferred to the copy paper 48 .
Das Kopierpapier 48, das den übertragenen magnetischen Toner 55 trägt, wird der Fixiervorrichtung 41 zugeführt, in der der magnetische Toner 55 durch die Heizwalze 43 erhitzt wird und von der Druckwalze 49 gepreßt wird und dadurch auf das Kopierpapier 48 fixiert wird.The copy paper 48, which carries the transferred magnetic toner 55 , is supplied to the fixing device 41 , in which the magnetic toner 55 is heated by the heating roller 43 and pressed by the printing roller 49 and thereby fixed on the copy paper 48 .
Die Heizwalze 43 ist aus einem Halbleiter hergestellt, der im wesentlichen aus Bariumtitanat besteht und einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) aufweist, wobei der Halbleiter eine Curie-Temperatur von etwa 160° bis etwa 200°C aufweist. Wenn beispielsweise die Temperatur unterhalb 160°C ist, hat die Heizwalze 43 einen Widerstandswert R H von etwa 10 Ohm zwischen ihren Enden (siehe Fig. 3). Wenn eine Wechselspannung von 100 Volt der Heizwalze 43 zugeführt wird, fließt durch die Heizwalze 43 ein Strom von etwa 10 A. Die Heizwalze 43 entwickelt dabei eine Heizleistung von:The heating roller 43 is made of a semiconductor which consists essentially of barium titanate and has a positive temperature coefficient (PTC), the semiconductor having a Curie temperature of approximately 160 ° to approximately 200 ° C. For example, when the temperature is below 160 ° C, the heating roller 43 has a resistance value R H of about 10 ohms between its ends (see Fig. 3). When an AC voltage of 100 volts, the heating roller 43 is supplied to flow through the heating roller 43, a current of about 10 A. The heat roller 43, developing a heating capacity of:
und wird rasch auf eine höhere Temperatur gebracht.and is quickly brought to a higher temperature.
Wenn die Temperatur der Heizwalze 43 etwa 160°C übersteigt, steigt der Widerstandswert steil an. Zum Beispiel beträgt bei 180°C der Widerstandswert der Heizwalze 43 R H etwa 100 Ohm. Dabei fließt dann ein Strom durch die Heizwalze 43 von etwa 1 A, mit einer Heizleistung von:When the temperature of the heating roller 43 exceeds about 160 ° C, the resistance value increases steeply. For example, at 180 ° C the resistance value of the heating roller 43 R H is about 100 ohms. A current of about 1 A then flows through the heating roller 43 , with a heating power of:
In diesem Fall ist aufgrund des durchfließenden Stromes das Wärmequantum der Heizwalze 43 mit dem abgegebenen Wärmequantum im Gleichgewicht, und die Heizwalze 43 wird auf einer annähernd konstanten Temperatur gehalten.In this case, due to the current flowing through, the heat quantity of the heating roller 43 is in equilibrium with the emitted heat quantity, and the heating roller 43 is kept at an approximately constant temperature.
Wenn die Temperatur der Heizwalze 43 200°C erreicht, beträgt der Widerstandswert R H der Heizwalze 43 etwa 2000 Ohm. Daher fließt nur etwa ein Strom von 0,05 A durch die Heizwalze 43, wodurch die Heizleistung auf den folgenden Wert vermindert wird:When the temperature of the heating roller 43 reaches 200 ° C, the resistance value R H of the heating roller 43 is about 2000 ohms. Therefore, only about a current of 0.05 A flows through the heating roller 43, whereby the heating power is reduced to the following value:
Als Folge davon kühlt die Heizwalze 43 durch Wärmeabgabe ab.As a result, the heating roller 43 cools down by heat.
Da die Heizwalze 43 aus einem Halbleiter hergestellt ist, der im wesentlichen aus Bariumtitanat besteht und einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) derart aufweist, daß die Curie-Temperatur bei etwa 160° bis etwa 200°C liegt, hat das zur Folge, daß sich die Heizwalze 43 selbst bei einem Temperaturgleichgewicht hält, das für die Fixierung des magnetischen Toners 55 geeignet ist.Since the heating roller 43 is made of a semiconductor consisting essentially of barium titanate and has a positive temperature coefficient (PTC) such that the Curie temperature is about 160 ° to about 200 ° C, the result is that the Heating roller 43 holds even at a temperature equilibrium that is suitable for fixing the magnetic toner 55 .
Erfindungsgemäß werden kein Thermistor, keine Temperatursteuerschaltung oder ähnliches zur Steuerung der Temperatur der Heizwalze 43 benötigt. Es wird lediglich die in Fig. 5 dargestellte einfache Schaltung zum Fühlen der Temperatur der Heizwalze 43 verwendet, zum Beispiel wenn die Notwendigkeit besteht zu prüfen, ob die Heizwalze 43 einen bestimmten Wärmepegel erreicht hat, nachdem sie eingeschaltet worden ist.According to the invention, no thermistor, no temperature control circuit or the like are required to control the temperature of the heating roller 43 . Only the simple circuit shown in FIG. 5 is used to sense the temperature of the heating roller 43 , for example when there is a need to check whether the heating roller 43 has reached a certain heat level after it has been switched on.
Die Heizwalze 43 wird über einen Transformator 61 von einer Spannungsquelle mit 100 Volt Wechselspannung versorgt. Der Transformator 61 enthält eine Wicklung 61 a, die mit einem Widerstand 61 b parallel geschaltet ist. Ein Ende der Wicklung 61 a liegt an Masse, während das andere Ende über eine Diode 62 mit dem negativen Eingangsanschluß eines Komparators 63 verbunden ist.The heating roller 43 is supplied with a 100 volt AC voltage from a voltage source via a transformer 61 . The transformer 61 contains a winding 61 a, which is connected in parallel with a resistor 61 b . One end of the winding 61 a is grounded, while the other end is connected via a diode 62 to the negative input terminal of a comparator 63 .
Die Kathode der Diode 62 ist über einen Kondensator 64 mit Masse verbunden. Der positive Eingangsanschluß des Komparators 63 ist über einen Widerstand 65 an einer Spannungsquelle angeschlossen und über einen Widerstand 66 mit Masse verbunden. Die Widerstandswerte dieser beiden Widerstände 65 und 66 sind so festgelegt, daß eine vorgegebene Vergleichsspannung V r dem positiven Eingangsanschluß des Komparators 63 zugeführt wird.The cathode of diode 62 is connected to ground via a capacitor 64 . The positive input terminal of the comparator 63 is connected to a voltage source via a resistor 65 and connected to ground via a resistor 66 . The resistance values of these two resistors 65 and 66 are set so that a predetermined comparison voltage V r is supplied to the positive input terminal of the comparator 63 .
In der oben beschriebenen Schaltung erzeugt die Wicklung 61 a des Transformators 61 eine Wechselspannung im Verhältnis zum Strom I h , der durch die Heizwalze 43 fließt. Diese Wechselspannung wird von der Diode 62 und dem Kondensator 64 gleichgerichtet und geglättet, wodurch eine Gleichspannung V i entsteht, die proportional zum effektiven Wert des durch die Heizwalze 43 fließenden Stromes I h ist.In the circuit described above, the coil 61 generates a of the transformer 61 h an AC voltage in proportion to the current I flowing through the heating roller 43rd This alternating voltage is rectified and smoothed by the diode 62 and the capacitor 64 , whereby a direct voltage V i arises which is proportional to the effective value of the current I h flowing through the heating roller 43 .
Die Gleichspannung V i wird an den negativen Eingangsanschluß des Komparators 63 angelegt und dort mit der dem positiven Eingangsanschluß zugeführten Vergleichsspannung V r verglichen. Wenn die Heizwalze 43 nach dem Einschalten eine tiefe Temperatur aufweist, erzeugt der Komparator 63 ein LOW-LEVEL-Signal, wenn die Gleichspannung V i größer als die Vergleichsspannung V r ist. Wenn die Gleichspannung V i kleiner wird als die Vergleichsspannung V r mit ansteigender Temperatur der Heizwalze 43 (siehe Fig. 6), erzeugt der Komparator 63 eine Ausgangsspannung V o mit einem HIGH-LEVEL, wodurch angezeigt wird, daß die Temperatur der Heizwalze 43 einen bestimmten Pegel erreicht hat.The DC voltage V i is applied to the negative input terminal of the comparator 63 and compared there with the comparison voltage V r supplied to the positive input terminal. If the heating roller 43 has a low temperature after being switched on, the comparator 63 generates a LOW-LEVEL signal if the DC voltage V i is greater than the comparison voltage V r . When the DC voltage V i becomes lower than the comparison voltage V r as the temperature of the heating roller 43 rises (see FIG. 6), the comparator 63 generates an output voltage V o at a HIGH LEVEL, indicating that the temperature of the heating roller 43 is one has reached a certain level.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Heizwalze 43 aus einem Halbleiter hergestellt, der im wesentlichen aus Bariumtitanat besteht und einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) aufweist, das Material der Heizwalze 43 ist aber nicht darauf beschränkt. Es ist jedes Material verwendbar, das positive Widerstandstemperaturcharakteristika derart aufweist, daß sein Widerstandswert deutlich ansteigt bei einer Temperatur, die in etwa der Fixiertemperatur des Toners entspricht, und daß die Temperatur selbst auf etwa die Fixiertemperatur des Toners steuert, wenn durch das Material Strom fließt.In the embodiment described above, the heating roller 43 is made of a semiconductor consisting essentially of barium titanate and has a positive temperature coefficient (PTC), but the material of the heating roller 43 is not limited to this. Any material can be used which has positive resistance temperature characteristics such that its resistance value increases significantly at a temperature approximately equal to the fixing temperature of the toner and that the temperature itself controls approximately the fixing temperature of the toner when current flows through the material.
Obwohl die Heizwalze 43 in dem oben aufgeführten Ausführungsbeispiel in ihrer Gesamtheit als Heizung ausgebildet ist, ist die Heizwalze 43 nicht auf eine derartige Konstruktion begrenzt. Aufgrund des Wärmewiderstands und des Schleifwiderstands der Schleifkontakte der Lagerungen 42 a und 42 b und der Festigkeit der Heizwalze 43, kann die Heizwalze 43 auch als Heizung dienen, wenn auf ihr das oben beschriebene Halbleitermaterial oder ähnliches Material nur teilweise vorhanden ist, oder die aus Halbleitermaterial bestehende Heizwalze 43 kann eine Oberflächenummantelung aufweisen.Although the heating roller 43 is designed as a heater in its entirety in the exemplary embodiment listed above, the heating roller 43 is not limited to such a construction. Due to the thermal resistance and the grinding resistance of the sliding contacts of the bearings 42 a and 42 b and the strength of the heating roller 43, the heating roller 43 can also serve as a heater if the semiconductor material or similar material described above is only partially present on it, or that of semiconductor material existing heating roller 43 can have a surface coating.
In Fig. 7 ist eine teilweise geschnittene weitere Ausführungsform dargestellt. Die dort dargestellte Heizwalze 43 enthält eine Isolierschicht 71, eine Widerstands- Heizschicht 72 und eine Oberflächenschicht 73, die jeweils eine über der anderen auf der äußeren Oberfläche einer Röhre 70 aufgetragen sind. Die Röhre 70 besteht beispielsweise aus einer Aluminiumröhre mit einer Wandungsdicke von 5 mm. Vorzugsweise besteht die Isolierschicht 71 aus Keramik und hat eine Stärke von etwa 0,1 bis etwa 0,2 mm. Die Widerstands-Heizschicht 72 wird derart hergestellt, daß dem Pulver eines bereits beschriebenen Halbleiters ein Binderkunstharz beigemischt wird, aus dieser Mischung eine Folie mit einer bestimmten Dicke hergestellt wird, diese Folie um die Oberfläche der Isolierschicht 71 gewickelt wird und die Folie durch Wärmebehandlung getrocknet wird. Alternativ kann diese Widerstands-Heizschicht 72 unter Verwendung eines Formkörpers hergestellt werden. In diesen hohlen und zylinderförmigen Formkörper wird eine eine Isolierschicht 71 aufweisende Röhre 70 konzentrisch eingefügt. Anschließend wird in dem Freiraum zwischen der Außenoberfläche der Isolierschicht 71 und der Innenoberfläche der Formröhre Halbleiter-Pulver eingefüllt, das dann ebenfalls einer Wärmebehandlung unterzogen wird, und abschließend wird die Heizwalze 43 aus dieser Formröhre herausgezogen. Die Stärke der Heizschicht 72 wird gemäß der Fixiertemperatur des Toners, des spezifischen Widerstands des Halbleiters, der Umgebungstemperatur usw. festgelegt.In Fig. 7 is a partially sectioned another embodiment is shown. The heating roller 43 shown there contains an insulating layer 71, a resistance heating layer 72 and a surface layer 73, each of which is applied one on top of the other on the outer surface of a tube 70 . The tube 70 consists, for example, of an aluminum tube with a wall thickness of 5 mm. The insulating layer 71 is preferably made of ceramic and has a thickness of approximately 0.1 to approximately 0.2 mm. The resistance heating layer 72 is produced in such a way that a binder synthetic resin is admixed with the powder of a semiconductor already described, a film having a specific thickness is produced from this mixture, this film is wrapped around the surface of the insulating layer 71 and the film is dried by heat treatment . Alternatively, this resistance heating layer 72 can be produced using a shaped body. A tube 70 having an insulating layer 71 is inserted concentrically into this hollow and cylindrical shaped body. Then, semiconductor powder is filled in the space between the outer surface of the insulating layer 71 and the inner surface of the molded tube, which is then also subjected to a heat treatment, and finally the heating roller 43 is pulled out of this molded tube. The thickness of the heating layer 72 is determined in accordance with the fixing temperature of the toner, the resistivity of the semiconductor, the ambient temperature, etc.
Die Oberflächenschicht 73 ist in erster Linie dazu vorgesehen, das Kopierpapier 48 leichter von der Heizwalze 43 lösen zu können. Diese Oberflächenschicht 43 wird gebildet durch Ummanteln der Heizschicht 72 mit Polytetrafluorethylen (zum Beispiel Teflon: Warenzeichen) mit einer Stärke von 0,015 bis 0,032 mm. Vorzugsweise weist die Heizwalze 43 einen Außendurchmesser von 20 mm auf. Mit 74 a und 74 b sind Lagerungen mit Schleifringen bezeichnet, die entsprechende Schleifkontakte 75 a und 75 b aus Phosphorbronze aufweisen. Mit Ausnahme dieser vorangegangenen Kennzeichen ist diese Ausführungsform gleich der von Fig. 1. In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 kann das Gewicht der Heizwalze 43 weiter dadurch reduziert werden, daß die Widerstands-Heizschicht 72 durch Ausbilden einer relativ dünnen Halbleiterschicht erstellt werden kann.The surface layer 73 is primarily intended to make it easier to detach the copy paper 48 from the heating roller 43 . This surface layer 43 is formed by coating the heating layer 72 with polytetrafluoroethylene (for example Teflon: trademark) with a thickness of 0.015 to 0.032 mm. The heating roller 43 preferably has an outer diameter of 20 mm. With 74 a and 74 b bearings with slip rings are designated, which have corresponding sliding contacts 75 a and 75 b made of phosphor bronze. Except for these foregoing features, this embodiment is the same as that of FIG. 1. In the embodiment of FIG. 7, the weight of the heating roller 43 can be further reduced by the resistance heating layer 72 being formed by forming a relatively thin semiconductor layer.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Erfindung eine Fixiervorrichtung für einen elektrophotographischen Kopierer schafft, mit einer Heizwalze zum Fixieren eines Toners auf einem Kopierpapier durch Schmelzen nachdem der Toner auf das Kopierpapier übertragen und angeordnet wurde. Die Heizwalze enthält eine Heizung, die aus einem Material mit derartigen positiven Widerstandstemperaturcharakteristika hergestellt ist, daß der Widerstandswert deutlich ansteigt, wenn sich die Temperatur an die Fixiertemperatur für den Toner annähert, und dieses Material sich selbst auf dieser Fixiertemperatur für den Toner hält und steuert.In summary it can be said that the invention is a fixing device for an electrophotographic copier, with a heating roller to fix a toner on a copy paper by melting after the toner has been transferred to the copy paper and arranged. The heating roller contains a heater made of a material with such positive resistance temperature characteristics is established that the resistance value increases significantly when the temperature becomes the fixing temperature for the toner approximates, and this material itself at this fixing temperature for the Toner holds and controls.
Da die Heizwalze auf einer konstanten Temperatur gehalten werden kann aufgrund der Selbststeuerfähigkeit des Materials, wird kein Thermistor, keine Temperatursteuerschaltung oder ähnliches benötigt zur Steuerung der Temperatur, noch ist es notwendig, zusätzliche Mittel zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Sicherheit vorzusehen.Because the heating roller can be kept at a constant temperature due to the self-controllability of the material, no thermistor, no temperature control circuit or the like is needed to control the temperature, nor is it necessary to have additional means of increasing reliability and Provide security.
Des weiteren ermöglicht eine Heizwalze mit verringertem Außendurchmesser die Herstellung einer kleinen Fixiervorrichtung, während der verringerte Kurvenradius der Manteloberfläche der Heizwalze dazu führt, daß sich das Kopierpapier gut von der Heizwalze löst, wodurch die Notwendigkeit einer Trennklinke entfällt.Furthermore, a heating roller with a reduced outer diameter enables Manufacture of a small fixing device, while the reduced radius of the curve the surface of the heating roller causes the copy paper to work well releases from the heating roller, which eliminates the need for a separating pawl.
Darüber hinaus kann eine Heizwalze, die nicht durch eine ähnliche indirekte Wärmequelle aufgeheizt wird, sondern selbst die Wärmequelle ist, sehr schnell aufgeheizt werden, wenn sie eingeschaltet wird, wodurch die Wartezeit bis die Heizwalze betriebsbereit ist stark verkürzt ist.In addition, a heating roller that is not by a similar indirect Heat source is heated, but the heat source itself is very quick be heated when turned on, reducing the waiting time until the The heating roller is ready for operation is greatly shortened.
Demzufolge ist die Fixiervorrichtung verbessert in ihrer Zuverlässgkeit und Sicherheit, vereinfacht und kompakt ausgestaltet, kann mit geringeren Kosten hergestellt werden und es ist die Wartezeit nach dem Einschalten bis die Betriebsbereitschaft der Heizwalze hergestellt ist verkürzt.As a result, the fixing device is improved in reliability and safety, simplified and compact, can be manufactured at lower costs and it is the waiting time after switching on until the device is ready for operation the heating roller is shortened.
Claims (8)
- - einer angetriebenen Heizwalze, die an der Mantelfläche eine elektrische Heizschicht aufweist, und
- - einer Druckwalze, um Kopierpapier gegen die Mantelfläche der Heizwalze zu pressen und weiterzutransportieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschicht (72) ein elektrisches Widerstandsmaterial enthält, das einen starken Widerstandsanstieg zeigt, wenn die ansteigende Temperatur der Heizwalze sich einer Fixier-Temperatur des Toners (55) nähert.
- - A driven heating roller, which has an electrical heating layer on the outer surface, and
- - a pressure roller for pressing and transferring copy paper against the outer surface of the heating roller, characterized in that the heating layer ( 72 ) contains an electrical resistance material which shows a strong increase in resistance when the increasing temperature of the heating roller becomes a fixing temperature of the toner ( 55 ) is approaching.
- - die metallische Röhre (70) in einen röhrenförmigen Formkörper konzentrisch eingesteckt wird,
- - der zwischen der Röhre (70) und dem Formkörper befindliche Zwischenraum mit Halbleitermaterial gefüllt wird, und daß
- - das Halbleitermaterial wärmefixiert wird.
- - The metallic tube ( 70 ) is inserted concentrically into a tubular shaped body,
- - The space between the tube ( 70 ) and the molded body is filled with semiconductor material, and that
- - The semiconductor material is heat set.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27676487A JPH01118173A (en) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | Fixing device for electrophotographic device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3836857A1 true DE3836857A1 (en) | 1989-05-11 |
Family
ID=17574029
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19883836857 Withdrawn DE3836857A1 (en) | 1987-10-30 | 1988-10-28 | Fusion device for an electrophotographic copier and method for producing a heating roller intended therefor |
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| DE (1) | DE3836857A1 (en) |
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| JPH01118173A (en) | 1989-05-10 |
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