DE69926158T2

DE69926158T2 - Fixiervorrichtung für Tonerbild

Info

Publication number: DE69926158T2
Application number: DE69926158T
Authority: DE
Inventors: Yuichiro Higashi; Takeshi Kato; Youichi Ishikawa
Original assignee: Nitto Kogyo Co Ltd
Current assignee: Synztec Co Ltd
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: CN1242529A; EP0935175B1; CN1132067C; EP0935175A3; DE69926158D1; CA2259806A1; EP0935175A2; US6137984A

Description

Bereich der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tonerbild-Fixiervorrichtung zum Fixieren und Drücken eines Toners auf ein Aufnahmemedium, um den Toner auf das Aufnahmemedium in einem bildgebenden System, so wie einer Kopiermaschine, einem Drucker, einem Faxgerät usw., zu fixieren.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik:
Eine bekannte Tonerbild-Fixiervorrichtung zur Verwendung in elektrophotographischen Maschinen ist in 5 der zugehörigen Zeichnungen dargestellt, welche in der offengelegten japanischen Patentanmeldung HEI6-318001 offenbart ist. Wie in 5 gezeigt, hat die Tonerbild-Fixiervorrichtung eine Fixierwalze R1, eine Heiz- und Spann-Walze R3, einen endlosen Fixiergurt B, der um die Walzen R1, R3 herumgespannt bzw. -geführt ist, und eine darunter angebrachte Andruckwalze R2, die gegen die Fixierwalze R1 mit dem dazwischen eingeschobenen Fixiergurt B gedrückt wird. Wenn ein Aufnahmemedium D in Form eines Blattes mit einem darauf aufliegenden unfixierten Tonerbild mittels eines Einzelblatteinzugs in die Tonerbild-Fixiervorrichtung geführt wird, wird das Aufnahmemedium D mittels der Heiz- und Spannwalze R3 wieder aufgeheizt, und das Tonerbild wird dann durch den Fixiergurt B in einem Glättungsbereich zwischen den Walzen R1, R2 auf das Aufnahmemedium D fixiert.
Da das Aufnahmemedium D vorgeheizt ist, kann der Glättungsbereich auf eine relativ niedrige Temperatur gesetzt werden. Der Fixiergurt B weist eine so geringe Wärmekapazität auf, dass dann, wenn das Aufnahmemedium D durch den Glättebereich hindurchgeführt wird, die Temperatur des Fixiergurtes B schnell abgesenkt wird, um die Haftfähigkeit des Toners, welcher vom Fixiergurt B am Auslass des Glättungsbereichs getrennt wird, zu erhöhen, um es dadurch dem Toner zu erlauben, einfach vom Fixierband B abgetrennt zu werden. Sogar falls der Fixiergurt B frei von Öl ist oder mit einer geringen Menge von Öl beschichtet ist, kann ein klares fixiertes Tonerbild auf dem Aufnahmemedium D ohne Offset bzw. Versetzen hergestellt werden. Die in 5 gezeigte Toner bild-Fixiervorrichtung ist daher in der Lage, die Probleme von Tonerabtrennung und Ölbeschichtung zu lösen, welche durch andere Tonerbild-Fixiervorrichtungen, welche nur eine Heizwalze verwenden, behoben werden konnten.
Die herkömmliche, in 5 gezeigte, Tonerbild-Fixiervorrichtung wird nun detaillierter beschrieben. Die Andruckwalze R2 ist direkt unterhalb der Fixierwalze R1 positioniert, und die Heiz- und Spannwalze R3 ist der Fixierwalze R1 vorgeschaltet angebracht, und zwar bezüglich der Richtung, in welcher das Aufnahmemedium D in die Tonerbild-Fixiervorrichtung entlang des Fixiergurtes B, welcher um die Walzen R1, R3 herum gespannt ist, geführt wird.
Die Tonerbild-Fixiervorrichtung hat außerdem eine Ölbeschichtungswalze R4, die oberhalb eines oberen Gangs bzw. Laufs des Fixiergurtes B angebracht ist. Ein Führungsblech G zum Abstützen des Aufnahmemediums D ist unterhalb eines unteren Gangs des Fixiergurtes B angebracht, und eine Lücke zwischen dem Führungsblech G und dem unteren Gang des Fixiergurtes B dient als ein Vorheizdurchlass P zum Vorheizen des Aufnahmemediums D, wenn das Aufnahmemedium D unterhalb der Heiz- und Spannwalze R in Richtung des Glättungsbereiches fährt.
Der Fixiergurt B ist bis zu einem gewünschten Spannungsniveau gespannt, wenn die Heiz- und Spannwalze R3 von der Fixierwalze R1 mittels eines Druckhebels U weggedrückt wird. Der Fixiergurt B wird durch die Fixierwalze R betätigt, welche mit einem Antriebselement bzw. Aktuator gekoppelt ist. Da der Fixiergurt B geeignet gespannt ist, kann er sich stabil ohne ungewollten Schlupf und Durchhängen um die Walzen R1, R3 herum drehen.
Ein Heizer H ist in der Heiz- und Spannwalze R3 angeordnet. Die Heiz- und Spannwalze R3 ist mit einem Thermistor bzw. Thermowiderstand S zum Messen der Temperatur der Oberfläche eines Kerns der Heiz- und Spannwalze R3 ausgerüstet. In der herkömmlichen Tonerbild-Fixiervorrichtung, ist die Lücke zwischen dem Führungsblech G und dem unteren Gang des Fixiergurtes B als der Vorheizdurchlass P zum Vorheizen des Aufnahmemediums D definiert. Wenn das Aufnahmemedium D, das auf seiner oberen Oberfläche ein unfixiertes Tonerbild trägt, entlang der oberen Oberfläche der Führungsplatte G überführt wird, neigt das Aufnahmemedium D dazu, teilweise nach oben in Kontakt mit dem unteren Gang des Fixiergurtes B gebogen zu werden, falls das Aufnahmemedium D aufgrund eines Geschwindigkeitsunterschiedes zwischen der Tonerbild-Fixiervorrichtung und einer vorhergehenden Tonerbild-Überführungsvorrichtung gewellt wird, aufspringt oder durchhängt. Wenn dies geschieht, wird das unfixierte Tonerbild auf dem Aufnahmemedium D gestört und kann ein gewünschtes Bild auf dem Aufnahmemedium D nicht mehr produzieren. Es ist gewünscht worden, diesen Nachteil zu vermeiden.
Die oben beschriebene Schwäche wird im Wesentlichen durch den Fixiergurt B bedingt. Eine Lösung ist es daher, eine Tonerbild-Fixiervorrichtung einzusetzen, die im Gegensatz zu der in 9 gezeigten Tonerbild-Fixiervorrichtung keinen Fixiergurt B aufweist. Wenn kein Fixiergurt B verwendet wird, muss der Heizer H in der Fixierwalze R1 angeordnet sein, und die Fixierwalze R1 muss eine Metallwalze sein, weil die äußere Umfangsoberfläche der Fixierwalze R1 schnell aufgeheizt werden sollte. Falls, als ein Ergebnis, eine ausreichende Glättungsbreite in dem Glättungsbereich zwischen der Fixierwalze R1 und der Andruckwalze R2 bereitgestellt wird, muss die Andruckwalze R2 notwendigerweise die Form einer nachgiebigen Walze aufweisen.
Die nachgiebige Andruckwalze R2 bekommt ihre äußere Umfangsoberfläche in eine nach unten gerichtete konkave Form gedrückt, und zwar durch die Fixierwalze R1 in dem Glättungsbereich. Dieser nach unten gerichtete konkave Glättungsbereich, der durch die nachgiebige Andruckwalze R2 erzeugt bzw. bereitgestellt wird, bewirkt, zusammen mit der Tendenz des Aufnahmemediums D mit dem unfixierten Tonerabbild auf seiner oberen Oberfläche, an der äußeren Umfangsoberfläche der Fixierwalze R1 zu kleben, dass das Aufnahmemedium D einfach an der äußeren Umfangsoberfläche der Fixierwalze R1 klebt. Das Phänomen, das ein Aufnahmemedium in Form eines Blattes an der Fixierwalze klebt, wird als Blattoffset bzw. -versatz bezeichnet. Es gibt einen Bedarf, das Verhindern des Blattoffsets zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tonerbild-Fixiervorrichtung bereitzustellen, welche in der Lage ist, ein unfixiertes Tonerbild, das auf einem Aufnahmemedium aufgetragen ist, auf das Aufnahmemedium zu fixieren ohne das unfixierte Tonerbild zu stören, und zwar unabhängig davon, wie das Aufnahmemedium gewellt sein mag, während es der Tonerbild-Fixiervorrichtung zugeführt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tonerbild-Fixiervorrichtung bereitzustellen, welche eine unter bestimmten Bedingungen bezüglich einer Fixierwalze positionierte Heizwalze aufweist zum Fixieren eines auf ein Aufnahmemedium aufgebrachten unfixierten Tonerbildes auf das Aufnahmemedium, ohne das unfixierte Tonerbild zu stören, und zwar unabhängig davon, wie das Aufnahmemedium gewellt ist, während es in die Tonerbild-Fixiervorrichtung geführt wird.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tonerbild-Fixiervorrichtung bereitzustellen, welche verhindert, dass ein Aufnahmemedium einfach versetzt wird, nachdem ein unfixiertes Tonerbild darauf fixiert worden ist.
Um die oben genannten Aufgaben zu lösen, ist eine Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen, welche umfasst: eine Fixierwalze, eine Andruckwalze, die senkrecht gegen die Fixierwalze gedrückt wird, um ein Blatt mit einem auf dessen Oberfläche aufgetragenen unfixierten Tonerbild gegen die Fixierwalze zu drücken, um das unfixierte Tonerbild auf das Blatt zu fixieren, wenn das Blatt in eine Richtung durch einen Rollkontaktbereich zwischen der Fixierwalze und der Andruckwalze durchgeht, sowie eine an einer Seite der Fixierwalze gegenüber der Andruckwalze angeordneten Heizwalze, wobei die Heizwalze darin angebrachte Heizmittel zum Heizen der Heizwalze aufweist, und weiterhin einen endlosen bzw. Endlos-Heizübertragungsgurt, der um die Heizwalze und die Fixierwalze herum gespannt bzw. gelegt ist, um Wärme von dem Heizmittel zu übertragen, um das unfixierte Tonerbild auf dem Blatt aufzuheizen, wenn das Blatt durch den Rollkontaktbereich hindurchgeht, und weiterhin ein Stützelement, das fest an der Andruckwalze, in Bezug auf die genannte eine Richtung vorgeschaltet, positioniert ist, um eine entgegengesetzte Oberfläche des Blattes abzustützen, bevor das Blatt durch den Rollkontaktbereich hindurchgeht, wobei der endlose Wärmeübertragungsgurt und das Stützelement so voneinander beabstandet sind, dass das Blatt außerhalb eines Kontakts mit dem endlosen Wärmeübertragungsgurt gehalten wird, bevor das durch das Abstützelement gehaltene Blatt durch den Rollkontaktbereich hindurchgeht.
Gemäß eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Tonerbild-Fixiervorrichtung vorgesehen, welche umfasst: eine Fixierwalze, eine Andruckwalze, die senkrecht gegen die Fixierwalze gedrückt wird, um ein Blatt mit einem auf dessen Oberfläche aufgetragenen unfixierten Tonerbild gegen die Fixierwalze zu drücken, um das unfixierte Tonerbild auf das Blatt zu fixieren, wenn das Blatt in eine Richtung durch einen Rollkontaktbereich zwischen der Fixierwalze und der Andruckwalze durchgeht, sowie eine an einer Seite der Fixierwalze gegenüber der Andruckwalze angeordneten Heizwalze, wobei die Heizwalze darin angebrachte Heizmittel zum Heizen der Heizwalze aufweist, und weiterhin einen endlosen bzw. Endlos-Heizübertragungsgurt, der um die Heizwalze und die Fixierwalze herum gespannt bzw. gelegt ist, um Wärme von dem Heizmittel zu übertragen, um das unfixierte Tonerbild auf dem Blatt aufzuheizen, wenn das Blatt durch den Rollkontaktbereich hindurchgeht, und weiterhin ein Stützelement, das fest an der Andruckwalze, in Bezug auf die genannte eine Richtung vorgeschaltet, positioniert ist, um eine entgegengesetzte Oberfläche des Blattes abzustützen, bevor das Blatt durch den Rollkontaktbereich hindurchgeht, wobei der endlose Heizübertragungsgurt außerhalb eines Bereichs positioniert ist, durch welchen das vom Stützelement abgestützte Blatt möglicherweise hindurchgeht.
Gemäß eines dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Tonerbild-Fixiervorrichtung vorgesehen, welche umfasst: eine Fixierwalze, eine Andruckwalze, die senkrecht gegen die Fixierwalze gedrückt wird, um ein Blatt mit einem auf dessen Oberfläche aufgetragenen unfixierten Tonerbild gegen die Fixierwalze zu drücken, um das unfixierte Tonerbild auf das Blatt zu fixieren, wenn das Blatt in eine Richtung durch einen Rollkontaktbereich zwischen der Fixierwalze und der Andruckwalze durchgeht, sowie eine an einer Seite der Fixierwalze gegenüber der Andruckwalze angeordneten Heizwalze, wobei die Heizwalze darin angebrachte Heizmittel zum Heizen der Heizwalze aufweist, und weiterhin einen endlosen bzw. Endlos- Heizübertragungsgurt, der um die Heizwalze und die Fixierwalze herum gespannt bzw. gelegt ist, um Wärme von dem Heizmittel zu übertragen, um das unfixierte Tonerbild auf dem Blatt aufzuheizen, wenn das Blatt durch den Rollkontaktbereich hindurchgeht, und weiterhin ein Stützelement, das fest an der Andruckwalze, in Bezug auf die genannte eine Richtung vorgeschaltet, positioniert ist, um eine entgegengesetzte Oberfläche des Blattes abzustützen, bevor das Blatt durch den Rollkontaktbereich hindurchgeht, wobei die Heizwalze winklig bzw. in einem Winkel bezüglich der Fixierwalze so positioniert ist, dass ein Winkel, der zwischen einem Liniensegment, das die Mitte der Heizwalze und die Mitte der Fixierwalze erbindet, und einer Referenzlinie, die die Mitte der Fixierwalze und die Mitte der Andruckwalze verbindet, gebildet wird, im Bereich zwischen 105° und 255° liegt.
Gemäß eines vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Tonerbild-Fixiervorrichtung vorgesehen, welche umfasst: eine Fixierwalze, eine Andruckwalze, die senkrecht gegen die Fixierwalze gedrückt wird, um ein Blatt mit einem auf dessen Oberfläche aufgetragenen unfixierten Tonerbild gegen die Fixierwalze zu drücken, um das unfixierte Tonerbild auf das Blatt zu fixieren, wenn das Blatt in eine Richtung durch einen Rollkontaktbereich zwischen der Fixierwalze und der Andruckwalze durchgeht, sowie eine an einer Seite der Fixierwalze gegenüber der Andruckwalze angeordneten Heizwalze, wobei die Heizwalze darin angebrachte Heizmittel zum Heizen der Heizwalze aufweist, und weiterhin einen endlosen bzw. Endlos-Heizübertragungsgurt, der um die Heizwalze und die Fixierwalze herum gespannt bzw. gelegt ist, um Wärme von dem Heizmittel zu übertragen, um das unfixierte Tonerbild auf dem Blatt aufzuheizen, wenn das Blatt durch den Rollkontaktbereich hindurchgeht, und weiterhin ein Stützelement, das fest an der Andruckwalze, in Bezug auf die genannte eine Richtung vorgeschaltet, positioniert ist, um eine entgegengesetzte Oberfläche des Blattes abzustützen, bevor das Blatt durch den Rollkontaktbereich hindurchgeht, wobei die Fixierwalze eine nachgiebige Walze einschließt, die eine nachgiebige Schicht auf ihrer äußeren Umfangsoberfläche aufweist.
Die oben genannten und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den vorhandenen Zeichnungen deutlich, welche bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung exemplarisch darstellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Aufriss-Schnittdarstellung einer Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht, welche die Art und Weise zeigt, in welcher eine Fixierwalze und eine Andruckwalze in rollendem Kontakt miteinander gehalten werden;
3 ist eine schematische Aufrissdarstellung auf einen Betätigungsmechanismus der in 1 gezeigten Tonerbild-Fixiervorrichtung;
4 ist ein Diagramm, das Winkel zeigt, die in einem durchgeführten Experiment verwendet worden sind, um einen zulässigen Bereich von Positionen einer Heizwalze in Bezug auf die Fixierwalze zu überprüfen; und
5 ist eine Aufriss-Schnittdarstellung in Vorderansicht auf eine herkömmliche Tonerbild-Fixiervorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Allgemeine Struktur einer Tonerbild-Fixiervorrichtung 10:
Wie in 1 gezeigt, besitzt eine Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 12, dass an einem Rahmen eines elektronischen Bildgebungssystems (nicht gezeigt) anzubringen ist, wie beispielsweise an ein elektrophotographisches Kopiersystem. Das Gehäuse 12 umfasst ein Grundblech, das direkt an den Rahmen anzubringen ist, ein paar vertikaler Seitenbleche 16, die von jeweiligen Seitenkanten des Grundbleches 14 aus aufgerichtet werden, eine obere Abdeckung 18, die auf die Seitenbleche 16 aufgesetzt ist, um die oberen rechten Bereiche der Seitenbleche 16 abzudecken, und eine linke Abdeckung 20, die auf die Seitenbleche 16 aufgesetzt ist, um die linken Seitenbereiche der Seitenbleche 16 abzudecken.
Die obere Abdeckung 18 ist fest auf den Seitenblechen 16 angebracht. Ein Schwenkhebel 22 ist schwingbar an rechten Bereichen der Seitenbleche 16 mittels einer ersten Drehachse 24 gelagert, die an einem rechten Ende des Schwenkhebels 22 positioniert ist, und zwar zur schwenkenden Bewegung um die erste drehbaren Achse bzw. Drehachse 24, um einen offenen Raum am linken Ende des Schwenkhebels 22 bereitzustellen. Die linke Abdeckung 20 wird auf den Seitenblechen 16 mittels einer zweiten Drehachse 26 schwingbar gelagert, die an einem unteren Ende der linken Abdeckung 20 positioniert ist, und zwar zum schwingenden Bewegen um die zweite Drehachse 24 herum, um einen offenen Raum am oberen Ende der linken Abdeckung 20 bereitzustellen.
Die Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 weist eine Walzenanordnung auf, die eine auf den Seitenblechen 16 zur Drehung um eine feste Achse drehbar gelagerte Fixierwalze 28 umfasst, sowie eine Andruckwalze 30, die schräg unten von der Fixierwalze 28 positioniert ist, und zwar in rollendem Kontakt mit der Fixierwalze 28 und die auf den Seitenblechen 16 zur Drehung um eine feste Achse parallel zur festen Achse der Fixierwalze 28 drehbar gelagert ist, und weiterhin eine Heizwalze 34, die bezüglich der Fixierwalze 28 schräg oben positioniert ist und die auf dem Schwenkhebel 22 zur Drehung um ihre eigene Achse drehbar gelagert ist. Die Heizwalze 34 weist einen Heizer 32, wie beispielsweise eine Halogenlampe oder ähnliches, in ihr auf. Ein endloser Fixiergurt (Wärmeübertragungsgurt) 36 ist um die Fixierwalze 28 und die Heizwalze 34 herum gespannt bzw. gelegt.
Die Fixierwalze 28 umfasst eine nachgiebige Walze, und die Andruckwalze 30 umfasst eine Walze, die härter ist als die Fixierwalze 28. Wie in 2 gezeigt, weisen die Fixierwalze 28 und die Andruckwalze 30 jeweils Mittelpunkte O1, O2 auf, die voneinander um einen Abstand D beabstandet sind, welcher ein wenig kleiner ist als die Summe (R1 + R2) ihrer Radien R1, R2 ist. In einem Rollkontaktbereich (Glättungsbereich) zwischen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 werden die Fixierwalze 28 und die Andruckwalze 30 in rollendem Kontakt miteinander unter einem vorbestimmten Druck P1 gehalten, so dass die Fixierwalze 28 eine äußere Umfangsoberfläche aufweist, welche durch die Andruckwalze 30, mit der sie dabei in rollendem Kontakt gehalten wird, teilweise konkav gemacht wird, so dass eine ausreichende Glättungsbreite bzw. -weite in einer Richtung durch die Achsen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 bereitgestellt wird.
Die Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 hat außerdem eine Ölaufbringwalze 38 zum Aufbringen von Silikonöl auf eine äußere Umfangsoberfläche des Fixiergurtes 36 und zum Reinigen der äußeren Oberfläche des Fixiergurtes 36, weiterhin eine erste Schraubenfeder 40 zum senkrechten Andrücken der Ölaufbringwalze 38 gegen den dazu senkrechten bzw. rechtwinkligen Fixiergurt 36, um den Fixiergurt 36 zu spannen, und eine zweite Schraubenfeder 42 zum senkrechten Drücken der Heizwalze 34 in eine Richtung, die von der Fixierwalze 28 weg zeigt, um den Fixiergurt 36 im Zusammenspiel mit der ersten Schraubenfeder 40 zu spannen.
Die obere Abdeckung 18 weist einen rechten unteren Bereich auf, der nach innen in das Gehäuse 12 gebogen ist. Ein Führungsblech 44 ist unterhalb des gebogenen rechten unteren Bereichs der oberen Abdeckung 18 positioniert und davon weit beabstandet. Das Führungsblech 44 und der gebogene rechte untere Bereich der oberen Abdeckung 18 definieren gemeinsam zwischen sich eine Einlassöffnung 46 zum dadurch Einführen eines Blattes S mit einem darauf aufgetragenen unfixierten Tonerbild (im Folgenden als "unfixiertes Tonerblatt" bezeichnet) in das Gehäuse 12 in der durch den Pfeil in 1 angedeuteten Richtung (Zuführrichtung).
Das Führungsblech 44 ist schräg nach oben zur Linken geneigt, so dass die Höhe des Führungsbleches 44 fortschreitend in dem Gehäuse 12 ansteigt. Das Führungsblech 44 hat ein Einlassende, d.h., ein rechtes Ende, welches in gegenüberstehender Beziehung zu einem Blattzufuhr-Endlosgurt EB steht, welcher in dem elektrophotographischen Kopiersystem benachbart zu dem rechten Ende der Einlassöffnung 46 positioniert ist. Das Führungsblech 44 hat ein Auslassende, d.h., ein linkes Ende, das in gegenüberstehender Beziehung zum Rollkontaktbereich (Glättungsbereich) zwischen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 positioniert ist.
Wenn das unfixierte Tonerblatt S in der durch den Pfeil angedeuteten Zuführ- richtung zur Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 durch den Endlosgurt EB geführt wird, berührt das führende Ende des unfixierten Tonerblattes S das Führungsblech 44 und wird dann dadurch so geführt, dass es schräg nach oben in den Rollkontaktbereich zwischen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 fährt.
Ein Blattausgabe-Durchlass 48 wird oberhalb der linken Abdeckung 20 definiert zum Ausgeben eines Blattes mit einem Tonerbild, das darauf mittels Wärme und Druck durch die Fixierwalze 28 und die Andruckwalze 30 in dem Rollkontaktbereich fixiert worden ist. Solch ein Blatt wird im Folgenden als "fixiertes Tonerblatt" bezeichnet. Der Blattausgabe-Durchlass 48 ist so orientiert, dass er das fixierte Tonerblatt im Wesentlichen nach oben entlang einer vertikalen Ebene ausgibt.
Eine untere Ausgabewalze 50 ist drehbar auf der linken Abdeckung 20 zwischen dem Blattausgabe-Durchlass 48 und dem Rollkontaktbereich angebracht. Die untere Ausgabewalze 50 wird mittels eines Antriebsmechanismus 52 (weiter unten beschrieben) angetrieben, um sich mit einer größeren Geschwindigkeit zu drehen als die Andruckwalze 30, d.h. mit einer Geschwindigkeit, welche 5 % größer ist als die Geschwindigkeit, mit der sich die Andruckwalze 30 dreht. Eine obere Ausgabewalze 54 ist schräg oben von der unteren Ausgabewalze 50 positioniert und wird in rollendem Kontakt mit der unteren Ausgabewalze 50 unter nachgiebigen Kräften einer Blattfeder 56 gehalten. Die obere Ausgabewalze 54 wird bezüglich der unteren Ausgabewalze 50 so positioniert, dass eine die Mittelpunkte der oberen und unteren Ausgabewalzen 54, 50 verbindende Linie sich im Wesentlichen senkrecht durch einen Blattausgabe-Durchlass erstreckt, entlang dessen das fixierte Tonerblatt vom Rollkontaktbereich zum Blattausgabe-Durchlass 48 geliefert wird.
In der so aufgebauten Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 bekommt das unfixierte Tonerblatt S, das mittels des Endlosgurtes EB dem Führungsblech 44 zugeführt wird, seine untere Oberfläche, die dem unfixierten Tonerbild entgegengesetzt ist, durch das Führungsblech 44 getragen, und es wird durch das Führungsblech 44 zum Rollkontaktbereich (Glättungsbereich) zwischen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30, mit dem Fixiergurt 36 um die Fixierwalze 28 herum gespannt, geführt. Wenn das unfixierte Tonerblatt S unter Druck zwischen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 durchläuft, wird das unfixierte Tonerbild durch Hitze und Druck auf das Blatt S fixiert.
Fixierwalze 28:
Die Fixierwalze 28 umfasst einen Kern 28A, der mittels (nicht gezeigten) Lagern auf den Seitenblechen 16 drehbar gelagert ist, und eine koaxial über den Kern 28A aufgebrachte Walzenhülse 28B. Der Fixiergurt 36 ist um die Walzenhülse 28B herumgespannt. Die Fixierwalze 28 hat in dieser Ausführungsform einen äußeren Durchmesser von 38,5 mm. Der Kern 28A umfasst einen Eisenschaft mit einem Durchmesser von 25 mm, und die Walzenhülse 28B ist aus hitzebe ständigem nachgiebigen Material aus Silikonkautschuk mit einer Wandstärke von 6,75 mm gemacht. Insbesondere ist die Walzenhülle 28B aus Silikonkautschuk-Schwamm mit einer Asker-Modell-C-Härte von 35 gemacht.
Wie in 3 gezeigt, hat der Kern 28A ein Ende, das mit einem Schaft kombiniert ist, welches koaxial mit einem ersten angetriebenen Zahnrad bzw. Antriebszahnrad 58 über eine Einwegkupplung 60 (die weiter unten beschrieben wird) koppelt. Das erste angetriebene Zahnrad 58 befindet sich in Eingriff mit einem Übersetzungsrad bzw. -zahnrad 62 des Betätigungsmechanismus 52. Von dem Betätigungsmechanismus 52 erzeugte Antriebskräfte werden durch das Übersetzungs(zahn)rad 62 auf das erste angetriebene Zahnrad 58 übertragen, welches im Uhrzeigersinn gedreht wird, um die Fixierwalze 28 über die Einwegkupplung 60 zu drehen.
Andruckwalze 30:
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Andruckwalze 30 einen Kern 30A, der auf den Seitenblechen 16 durch Lager (nicht gezeigt) drehbar gelagert ist, und eine Walzenhülse 30B, die koaxial über dem Kern 30A angebracht ist. Die Andruckwalze 30 weist in dieser Ausführungsform einen äußeren Durchmesser von 35 mm auf. Der Kern 30A umfasst einen Eisenschaft mit einem Durchmesser von 32 mm, und die Walzenhülse 30B ist aus hitzebeständigem nachgiebigem Material aus Silikonkautschuk mit einer Wandstärke von 1,5 mm hergestellt. Im Besonderen ist die Walzenhülse 30B aus einem Silikonkautschuk-Schwamm gemacht, der eine JIS-Modell-A-Härte von 20 aufweist, was härter ist als die Walzenhülse 28B. Die äußere Umfangsoberfläche der Walzenhülse 30B ist von einer Röhre aus fluorhaltigen Kunststoffen bedeckt, welche eine Wandstärke von 50 μm aufweist.
Wie in 3 gezeigt, hat der Kern 30A ein Ende mit einem Schaft bzw. einer Welle verbunden, welcher koaxial mit einem zweiten angetriebenen Zahnrad bzw. Antriebs(zahn)rad 64 gekoppelt ist, welches in Eingriff mit dem ersten angetriebenen Zahnrad 58 gehalten wird. Antriebskräfte werden von dem ersten angetriebenen Zahnrad 58 zu dem zweiten angetriebenen Zahnrad 64 übertragen, welches die Andruckwalze 30 gegen den Uhrzeigersinn dreht.
In dieser Ausführungsform wird die Andruckwalze 30 als primäre Antriebswalze zum Herstellen einer Geschwindigkeit verwendet, bei der das unfixierte Tonerblatt durch die Glättungsregion durchgeführt wird. Das Verhältnis der Zähne der ersten und zweiten angetriebenen Zahnräder 58, 64 ist so gewählt, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Fixierwalze 28, während sie sich thermisch ausdehnt, nicht größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit der Andruckwalze 30. Insbesondere ist die Geschwindigkeit, bei der die Fixierwalze 38 über das erste Antriebszahnrad 58 gedreht wird, etwas niedriger als die Geschwindigkeit, bei der sie in Reibschluss mit der Andruckwalze 30 durch den Fixiergurt 36 gedreht wird.
Die Andruckwalze 30 ist nicht direkt unterhalb der Fixierwalze 28 positioniert, sondern ist in Zuführrichtung bezüglich einer Position direkt unterhalb der Fixierwalze 28 flussabwärts bzw. nachgelagert versetzt. Insbesondere ist die Andruckwalze 30 bezüglich der Fixierwalze so positioniert, dass ein spitzer Winkel zwischen einer vertikalen Linie, die durch die Mitte der Fixierwalze 28 führt, und einem Linienabschnitt, das durch die Mitten bzw. Zentren der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 läuft, gebildet wird. Der durch die Mitten der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 durchgehende Linienabschnitt erstreckt sich senkrecht zu der Zuführrichtung durch den Rollkontaktbereich.
Einwegkupplung 60:
Die Einwegkupplung 16 erlaubt es der Fixierwalze 28, sich im Uhrzeigersinn bezüglich des ersten angetriebenen Zahnrades 58 zu drehen, aber verhindert, dass sich die Fixierwalze 28 relativ zum ersten angetriebenen Zahnrad 58 gegen den Uhrzeigersinn dreht, d.h., sie dreht die Fixierwalze 28 und das erste angetriebene Zahnrad 58 in Übereinstimmung miteinander. Insbesondere, wenn die Fixierwalze 28 kalt ist, d.h., wenn die Fixierwalze 28 und der Fixiergurt 36 mittels der Andruckwalze 30 angetrieben werden, während der Fixiergurt 36 in Reibschluss mit der Andruckwalze 30 gehalten wird, und die Fixierwalze 28 in Reibschluss mit dem Fixiergurt 36 gehalten wird, ist die Umfangsgeschwindigkeit der Fixierwalze 28 bei ihrer Drehung im Uhrzeigersinn die gleiche wie die Umfangsgeschwindigkeit der Andruckwalze 30, und daher etwas höher als die Umfangsgeschwindigkeit des ersten angetriebenen Zahnrades 58. Der Unterschied zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der Fixierwalze 28 und des ersten angetriebenen Rades 58 wird durch die Einwegkupplung 60 aufgefangen bzw. absorbiert.
Wenn die Heizwalze 34 durch den Heizer 32 aufgeheizt wird, und die Fixierwalze 28 durch den Fixiergurt 36 geheizt wird, vergrößert sich der äußere Durchmesser der Fixierwalze 28, während sie sich thermisch ausdehnt, und die Umfangsgeschwindigkeit der Fixierwalze 28 erhöht sich. Da die Umfangsgeschwindigkeit der Fixierwalze 28 nicht größer wird als die Umfangsgeschwindigkeit der Andruckwalze 30, wird der Anstieg in der Umfangsgeschwindigkeit der Fixierwalze 28 durch die Einwegkupplung 60 absorbiert.
Die Einwegkupplung 60 bietet die folgenden Vorteile: falls die Einwegkupplung 60 nicht verwendet würde, wenn ein Blatt mit einer glatten und schlüpfrigen Oberfläche, wie beispielsweise ein beschichtetes Blatt, als ein unfixiertes Tonerblatt dem Rollkontaktbereich zugeführt wird, würde der Fixiergurt 36 an dem unfixierten Tonerblatt gleiten, und Antriebskräfte würden nicht von der Andruckwalze 30 zum Fixiergurt 36 und der Fixierwalze 38 übertragen werden, welche dann nicht durch die Andruckwalze 30 angetrieben würde. Daher würde das unfixierte Tonerblatt in dem Rollkontaktbereich blockiert bzw. gestaut werden, oder sogar dann, falls das unfixierte Tonerblatt durch den Rollkontaktbereich hindurchgeführt worden wäre, würde das unfixierte Tonerbild auf dem unfixierten Tonerblatt durch den ruhenden Fixiergurt 36 abgerieben und gestört werden.
In dieser Ausführungsform jedoch wird, da die Einwegkupplung 60 verbunden zwischen der Fixierwalze 28 und dem ersten angetriebenen Rad 58 angebracht ist, die Fixierwalze 28 sogar dann falls Antriebskräfte nicht von der Andruckwalze 30 auf den Fixiergurt 36 übertragen würden, im Uhrzeigersinn durch das erste angetriebene Zahnrad 58 über die Einwegkupplung 60 gedreht werden, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Fixierwalze beginnt, niedriger als die Umfangsgeschwindigkeit des ersten angetriebenen Zahnrades 58 zu werden. Daher passiert das unfixierte Tonerblatt verlässlich den Rollkontaktbereich, um so einen effektiven Schutz gegen einen Papierstau im Glättungsbereich und eine Tonbild-Störung auf dem Blatt bereitzustellen.
Heizwalze 34:
In dieser Ausführungsform umfasst die Heizwalze eine 800 Watt-Halogenlampe, welche so aufgebaut ist, dass sie Licht mit einer Intensität emittiert, welche an entgegengesetzten Endbereichen um 50 % größer ist als in einem Mittenbereich davon. Die Heizwalze 34 umfasst einen Kern in Form einer Aluminiumröhre mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Wandstärke von 3,5 mm. Der Kern ist mit einer Polytetrafluorethylen- (PTFE-) Schicht mit einer Dicke von 20 μm beschichtet. Eine aus wärmebeständigem Polyethylenetherketon (PEEK) gemachte und einen Durchmesser von 30 mm aufweisende runde Manschette 66 wird auf jeder der gegenüberliegenden Lagerenden des Kerns druckbefestigt, um zu verhindern, dass sich der Fixiergurt 36 verdreht oder aus seiner Position versetzt wird.
Fixiergurt 36:
Der Fixiergurt 36 weist vorzugsweise eine Wärmekapazität von 0,002 cal./°C bis 0,025 cal/°C pro cm² auf, um so in der Lage zu sein, den unfixierten Toner auf dem unfixierten Tonerblatt S durch Wärmestrahlung auf eine Fixiertemperatur aufzuheizen, um dadurch den Toner ohne Aufbringen übermäßiger Hitze zu fixieren. In dieser Ausführungsform umfasst der Fixiergurt 36 einen Endlosgurt-Träger aus Polyimid mit einer Dicke von 100 μm und eine hitzebeständige nachgiebige Trennschicht aus Silikonkautschuk, welches mit einer Dicke von 150 μm auf eine äußere Umfangsoberfläche des Endlosband-Trägers aus Polyimid aufgetragen ist.
Alternativ kann der Fixiergurt 36 einen Endlosband-Träger aus galvanogeformtem Nickel mit einer Dicke von 40 μm aufweisen sowie eine hitzebeständige nachgiebige Trennschicht aus Silikonkautschuk, die mit einer Dicke von 150 μm auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Endlosband-Trägers aus galvanogeformtem Nickel aufgebracht ist.
Ölaufgabewalze 38:
Die Ölaufgabewalze 38 dient dazu, eine kleine Menge von Silikonöl auf die äußere Umfangsoberfläche des Fixiergurtes 36 zum einfachen Trennen des glattes S von dem Fixiergurt 36 aufzubringen. Die Ölaufbringwalze 38 umfasst eine Lagerwelle, die drehbar in einem Gehäuse 68 zum Drehen um eine feste Achse gelagert ist, und eine hitzebeständige Schicht aus Papier, die über die Lagerwelle aufgebracht und mit Silikonöl imprägniert ist. In dieser Ausführungsform umfasst die Lagerwelle einen Eisenschaft mit einem Durchmesser von 8 mm, und die hitzebeständige Papierschicht ist mit einem Film aus porösen fluorhaltigen Kunststoffen mit einer Dicke von 100 μm bedeckt. Die Ölaufbringwalze 38 hat einen Durchmesser von 22 mm. Die so aufgebaute Ölaufbringwalze 38 ist daher in der Lage, eine kleine Menge von Silikonöl auf die äußere Umfangsoberfläche des Fixiergurtes 36 stabil aufzubringen.
Die äußere Umfangsoberfläche der Ölaufbringwalze 38 ist mit Schmutz, wie beispielsweise Tonerpartikeln, die von der äußeren Umfangsoberfläche des Fixiergurtes 36 übertragen wurden, beschmiert. Eine Reinigungsbürste 39 wird in gleitendem Kontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche der Ölaufbringwalze 38 zum Entfernen solchen Schmutzes von der äußeren Umfangsoberfläche der Ölaufbringwalze 38 gehalten, wodurch die Ölaufbringwalze 38 gereinigt wird.
Spannmechanismus für den Fixiergurt 36:
Wie oben beschrieben, weist ein Mechanismus zum Spannen des Fixiergurtes 36 die erste Schraubenfeder 40 zum senkrechten Andrücken der Ölaufbringwalze 38 senkrecht auf den Fixiergurt 36 auf, um den Fixiergurt 36 zu spannen, und die zweite Schraubenfeder 42 zum senkrechten Drücken der Heizwalze 34 in einer von der Fixierwalze 28 weg führenden Richtung, um den Fixiergurt 36 in Zusammenarbeit mit der ersten Schraubenfeder 40 zu spannen.
Die erste Schraubenfeder 40 ist mit der linken Abdeckung 20 verbunden, um das Gehäuse, auf dem die Ölaufbringwalze 38 drehbar gelagert ist, senkrecht gegen den Fixiergurt 36 zu drücken. Das Gehäuse 68 ist mittels eines Führungsrings 70 auf einem der Seitenbleche 16 zur Bewegung hin und von dem Fixiergurt 36 beweglich gelagert. Wenn die linke Abdeckung 20 um die zweite Drehachse 26 herum zur linken aufgeschwungen wird, wird die erste Schraubenfeder 40 von dem Gehäuse gelöst, und löst dadurch die Ölaufbringwalze 38 von dem Fixiergurt 36. Wenn die linke Abdeckung 20 um die Drehachse bzw. drehbare Achse 26 herum zur rechten geschwungen wird, drückt die erste Schraubenfeder 40 das Gehäuse mit einer Presskraft P2, und bewirkt, dass die Ölaufgabewalze 38 den Fixiergurt 36 mit einer gewissen Spannung drückt.
Die zweite Schraubenfeder 42 ist mit dem linken Ende des Schwenkhebels 22 und dem Seitenblech 16 verbunden, und zwar um den Schwenkhebel 22 senkrecht zu drücken, um diesen im Uhrzeigersinn um die erste Drehachse 24 zu schwenken, d.h., die Heizwalze 34 auf dem Schwenkhebel 22 unter einer Druckkraft P3 in einer Richtung weg von der Fixierwalze 28 zu drücken. Auf diese Art und Weise wird dem Fixiergurt 36 eine gewünschte Spannung gegeben.
Daher wird die Heizwalze 34 weg von der Fixierwalze versetzt, und zwar durch den Schwenkhebel 22 unter der Spannung der zweiten Schraubenfeder 42, dadurch den Fixiergurt 36 spannend, der um die Heizwalze 34 und die Fixierwalze 28 herum gespannt ist.
Der so durch die ersten und zweiten Schraubenfedern 40, 42 gespannte Fixiergurt 36 wird in Reibschluss mit der Andruckwalze 30 gehalten und dadurch angetrieben. Wenn der Fixiergurt 36 durch die Andruckwalze 30 angetrieben wird, wird die Fixierwalze 28 stabil ohne Schlupf oder Durchhängen bezüglich des Fixiergurtes 36 angetrieben.
Betätigungsmechanismus 52:
Wie in 3 gezeigt, wird das Übersetzungszahnrad bzw. -rad 62 in Eingriff mit einem Antriebszahnrad bzw. -rad GE gehalten, welches durch ein Radgetriebe (nicht gezeigt) mit einem Aktuator bzw. Antriebselement in dem elektrophotographischen Kopiersystem verbunden ist, wenn die Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 in dem elektrophotographischen Kopiersystem installiert ist. Das Übersetzungsrad 62 kann durch das Abtriebsrad GE zum Drehen angetrieben werden. Der Betätigungsmechanismus 52 hat außerdem, zusätzlich zum Übersetzungsrad 62, das erste angetriebene Zahnrad 58, das in Eingriff mit dem Übersetzungsrad 62 gehalten wird und das mit der Fixierwalze 28 durch die Einwegkupplung 60 gekoppelt ist, und weiterhin das zweite angetriebene Zahnrad 64, das in Eingriff mit dem ersten angetriebenen Zahnrad 48 gehalten und an der Andruckwalze 30 koaxial befestigt ist.
Der Betätigungsmechanismus 52 hat weiterhin ein Laufrad 72, das in Eingriff mit dem Übersetzungsrad 62 gehalten wird. Das Laufrad 72 wird außerdem in Eingriff mit einem dritten angetriebenen Zahnrad 74 gehalten, das koaxial an der unteren Ausgabewalze 50 befestigt ist, und zwar zum Drehen der unteren Ausgabewalze 50 bei einer Geschwindigkeit, die gleich oder höher ist als die Rotationsgeschwindigkeit der Andruckwalze 30.
Andere strukturelle Details:
Wie in 1 gezeigt, hat die Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 eine Schälklinge 76 zum Abschälen bzw. Abschaben des fixierten Tonerblattes von der äußeren Umfangsoberfläche der Andruckwalze, und einen Blattsensor 78 zum Detektieren des vorderen bzw. führenden Endes des fixierten Tonerblattes, während dieses einem Rollkontaktbereich zwischen der oberen und unteren Ausgabewalzen 54, 50 zugeführt wird.
Wie in den 1 und 4 gezeigt, umfasst die Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 weiterhin einen ersten Thermistor 80 zum Messen der Temperatur des um die Heizwalze 34 herum gespannten Fixiergurts 36, einen zweiten Thermistor 82 zum Messen der Temperatur der äußeren Umfangsoberfläche des um die Fixierwalze 38 herum gespannten Fixiergurts 36, einen dritten Thermistor zum Messen der Temperatur der äußeren Umfangsoberfläche der Andruckwalze 84 und eine Steuerschaltung 86 zum Steuern des Heizers 32 aufgrund der von den ersten, zweiten und dritten Thermistoren 80, 82, 84 gemessenen Temperaturen. Die Steuerschaltung 86 kontrolliert den Heizer 32 mittels eines Heizantriebes 88.
Position der Heizwalze 34:
Die Heizwalze 34 ist im Wesentlichen aufwärts bzw. oberhalb der Fixierwalze 28 positioniert. Daher ist der um die Fixierwalze 28 und die Heizwalze 34 herum gespannte Fixiergurt so von dem Führungsblech 44 beabstandet, dass das unfixierte Tonerblatt, das auf dem Führungsblech 44 geführt wird, nicht in Kontakt mit dem Fixiergurt 36 gebracht wird. Anders ausgedrückt, ist der Fixiergurt in einer Position außerhalb einer Region angeordnet, durch die das unfixierte Tonerblatt, das auf dem Führungsblech 44 geführt wird, möglicherweise hindurch geht.
Weil die Heizwalze 34 im Wesentlichen oberhalb der Fixierwalze 28 positioniert ist, wird das unfixierte Tonerblatt S, das auf der oberen Oberfläche des Führungsblechs 44 geführt wird, zuverlässig daran gehindert, den Fixiergurt 36 zu berühren, und zwar unabhängig davon, wie das zugeführte unfixierte Tonerblatt gewellt sein mag. Somit kann das unfixierte Tonerblatt S zum Rollkontaktbereich zwischen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 geführt werden, ohne das unfixierte Tonerbild auf dem unfixierten Tonerblatt S zu stören, so dass das unfixierte Tonerbild auf dem unfixierten Tonerblatt S zuverlässig in dem Rollkontaktbereich auf das unfixierte Tonerblatt S fixiert werden kann.
Winkel der Heizwalze 34:
Die Tatsache, dass die Heizwalze 34 im Wesentlichen oberhalb der Fixierwalze 28 positioniert ist, bringt Vorteile, die der Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 innewohnen. Ein Experiment, um einen optimalen Winkelbereich zu bestimmen, in welchem die Heizwalze 34 im Wesentlichen oberhalb der Fixierwalze 28 positioniert werden kann, und zwar durch Ändern des Winkels der Heizwalze 34, wie in 5 gezeigt, wird weiter unten beschrieben.
In dem Experiment wurde eine gerade Linie, die durch die Zentren der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 führt, als eine Referenzlinie B definiert, und ein Winkel 8 wurde zwischen der Referenzlinie B und einem Liniensegment L, das die Mitten der Fixierwalze 28 und der Heizwalze 34 verbindet, definiert. Die Winkelposition der Heizwalze 34 in Bezug auf die Fixierwalze 38 wurde geändert, um den Winkel θ zwischen 90° und 180° zu ändern, und die Frequenz von abgeriebenen Zuständen von Tonerbildern an dem Einlass zum Rollkontaktbereich zwischen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 und auch die Frequenz von Defekten von Tonerbildern an dem Auslass des Rollkontaktbereichs zwischen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 wurden gemessen, wenn die Tonerbilder einseitig und zweiseitig auf Blätter kopiert wurden.
Der Winkel 8 wurde als ein positiver Winkel definiert, wenn er gegen den Uhrzeigersinn von der Referenzlinie B aus gemessen wurde, und als ein negativer Winkel, wenn er im Uhrzeigersinn von der Referenzlinie B aus gemessen wurde. Daher befanden sich die bei einem Winkel θ = +180° positionierte Heizwalze 34 und die bei einem Winkel θ = –180° positionierte Heizwalze 34 in der gleichen Winkelposition, und die bei einem Winkel θ = +105° positionierte Heizwalze 34 und die bei einem Winkel θ = –255° positionierte Heizwalze 34 befanden sich in der gleichen Winkelposition. Fehler an den Tonerbildern an dem Auslass des Rollkontaktbereichs bezeichnen Blatt-Offsets bzw. versetzungen oder Blattstaus.
Das Experiment wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Die Glättungsweite bzw. -breite im Rollkontaktbereich wurde auf 8 mm gesetzt, und die Andruckwalze 30 legte einen Druck von 24 kgf auf eine Seite des unfixierten Tonerblattes S an. Die Temperatur des um die Fixierwalze 28 gespannten Fixiergurts 36 war auf 160°C gesetzt worden. Die Oberflächentemperatur der Andruckwalze 30 war auf 140°C gesetzt worden. Die Geschwindigkeit, mit der das unfixierte Tonerblatt S zugeführt wurde, war auf 180 mm/sec gesetzt worden. Die Andruckwalze 30 wurde synchron mit der Geschwindigkeit von 180 mm/s gedreht. Der verwendete Toner war ein A-Farbtoner, der von Fuji Xerox hergestellt wird. Das verwendete Blatt S war ein aus einfachem Papier mit einem Gewicht von 64 g/m²
Das Experiment wurde für neun Winkel θ von 90°, 105°, 120°, 150°, 180°, –150°, –120°, –105° und –90° durchgeführt.
Die Ergebnisse des Experiments sind in der unten angegebenen Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

A:: Die Frequenz von abgeriebenen Zuständen von Tonerbildern am Einlass des Rollkontaktbereiches.
B:: Die Frequenz von Defekten von Tonerbildern an dem Auslass des Rollkontaktbereiches.

Wie man aus Tabelle 1 ersieht, wurden, wenn der Winkel θ größer als 105° und kleiner als –105° betrug, d.h., wenn der Winkel θ sich im Bereich von 105° bis 255°, wenn nur gegen den Uhrzeigersinn gemessen, befand, die Tonerbilder weder am Einlass des Rollkontaktbereichs abgerieben noch waren sie am Auslass des Rollkontaktbereichs fehlerhaft, was ein gutes Tonerbild-Fixierverfahren anzeigt. Wenn jedoch der Winkel θ gleich oder kleiner 105° ist, waren die Tonerbilder entweder am Einlass des Rollkontaktbereichs abgerieben, oder am Auslass des Rollkontaktbereichs fehlerhaft, was ein schlechtes Tonerbild-Fixierverfahren anzeigt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Heizwalze 34 im wesentlichen oberhalb der Fixierwalze 28 positioniert, d.h., dass die Heizwalze 34 in einem Winkel bezüglich der Fixierwalze 28 positioniert ist, so dass der Winkel, der zwischen dem Liniensegment L, das die Mitten der Heizwalze 34 und die Mitte der Fixierwalze 38 verbindet, und der Referenzlinie B, die die Mitte der Fixierwalze 28 und die Mitte der Andruckwalze 30 verbindet, gebildet wird, in einem Bereich von ungefähr 105° bis ungefähr 255° liegt. Daher ist der Fixiergurt 36, welcher um die Fixierwalze 28 und die Heizwalze 34 herum gespannt bzw. gelegt ist, so von dem Führungsblech 44 beabstandet, dass das auf dem Führungsblech 44 zugeführte unfixierte Tonerblatt nicht in Kontakt mit dem Fixiergurt 36 gebracht wird. Anders gesagt, ist der Fixiergurt in einer Position außerhalb einer Region angeordnet, durch das das auf dem Führungsblech zugeführte unfixierte Tonerblatt möglicherweise hindurchgeht.
Somit wird zuverlässig verhindert, dass das unfixierte Tonerbild auf der oberen Oberfläche des unfixierten Tonerblattes den Fixiergurt 36 berührt, und zwar egal wie das zugeführte unfixierte Tonerblatt aufgrund eines Aufspringens oder Durchhängens aufgrund des Geschwindigkeitsunterschiedes zwischen einem Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 und einer vorhergehenden Tonerbild-Übertragungsvorrichtung gewellt ist, und es kann ohne gestört zu werden in den Rollkontaktbereich zwischen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 geführt werden, so dass das Tonerbild zuverlässig durch die Fixierwalze 28 auf das Blatt fixiert werden kann.
Die Fixierwalze 28 umfasst eine nachgiebige Walze, und die Andruckwalze 30 umfasst eine Walze, die härter ist als die Fixierwalze 28. Daher stellen sie sogar dann, falls die Fixierwalze 28 und die Andruckwalze 30 einen kleinen Durchmesser aufweisen, eine ausreichend große Glättungsbreite bzw. Weite in einer Richtung durch ihre Achsen bereit. Als eine Konsequenz daraus kann die Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 relativ klein gehalten werden, und Blätter können mit hoher Geschwindigkeit durch die Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 durchgeführt werden. Die Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 ist daher zur Verwendung in Farbdruckern geeignet.
Wie oben beschrieben, erzeugt die Fixierwalze 28, sofern die oberhalb der Andruckwalze 30 positionierte Fixierwalze 28 eine nachgiebige Walze umfasst und die Andruckwalze 30 eine Walze umfasst, die härter als die Fixierwalze 28 ist, eine aufwärts konkave Oberfläche im Glättungsbereich, und zwar im Gegensatz zum in 9 gezeigten herkömmlichen Aufbau. Der nach oben konkave Glättungsbereich, der durch die Fixierwalze 28 hergestellt wird, erzeugt Kräfte, die dazu neigen, ein fixiertes Tonerbild tragendes Blatt von dem Fixiergurt 36 abzutrennen. Obwohl der Toner auf der Oberfläche des Blattes, das in Kontakt mit dem Fixiergurt 36 gehalten wird, aufgetragen ist, kann die Menge des auf den Fixiergurt 36 durch die Ölaufbringwalze 38 aufgebrachten Öls zum Verhindern von Blattversetzungen und -staus relativ klein sein, weil das Blatt aufgrund des nach oben konkaven Glättungsbereichs einfach vom Fixiergurt 36 abgetrennt werden kann. Tatsächlich ist der nach oben konkave Glättungsbereich, der durch die Fixierwalze 28 bereitgestellt wird, effektiv, um Blattversetzungen bzw. -Offsets und -staus zwischen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 sogar ohne die Verwendung von Öl auf dem Fixiergurt 36 durch die Ölaufbringwalze 38 zu vermeiden.
Weiterhin ist der Fixiergurt 36 aus einem Material gemacht, das eine geringe Wärmekapazität hat, ist er weiterhin um die Heizwalze 34 unter einem großen Kontaktwinkel gespannt, und wird in engem Kontakt mit der Heizwalze 34 gehalten. Als ein Ergebnis kann die zum Fixieren von Tonerbildern auf die Blätter notwendige Temperatur sogar dann verlässlich in dem Rollkontaktbereich zwischen der Fixierwalze 28 und der Andruckwalze 30 aufrechterhalten werden, wenn Blätter bei hoher Geschwindigkeit hindurchgeführt werden, d.h., sogar dann, wenn eine große Zahl von Blättern in einer Zeiteinheit durch den Glättungsbereich durchgeführt wird.
In der Ausführungsform beherbergt die nachgiebige Fixierwalze 28 keinen Heizer, aber die Heizwalze 34, die von der Fixierwalze 28 beabstandet ist, beherbergt in ihr den Heizer 32. Es ist daher möglich, die Dicke der Walzenhülse 28B, die aus einem hitzebeständigen nachgiebigen Material gemacht ist, ausreichend zu erhöhen. Dadurch kann die Glättungsweite im Rollkontaktbereich ausreichend groß sein, während zur gleichen Zeit die Fixierwalze 28 einen relativ kleinen Durchmesser aufweisen kann.
Zusätzlich erlaubt es die Einwegkupplung 60, die zwischen dem ersten angetriebenen Zahnrad 58 und der Fixierwalze 28 angebracht ist, der Andruckwalze 30 – statt der Fixierwalze 28 – als eine primäre Antriebswalze zum Herstellen einer Geschwindigkeit zu wirken, bei der das unfixierte Tonerblatt durch den Glättungsbereich geführt wird. Daher wird sie durch die Wärmeausdehnung der Fixierwalze 28 sogar dann nicht geändert, wenn die Fixierwalze 28 während des Fixierverfahrens aufgeheizt wird und thermisch expandiert, so dass ihr Durchmesser anwächst, weil die Geschwindigkeit, mit der das unfixierte Tonerblatt durch den Glättungsbereich geführt wird, nicht durch die Fixierwalze 28 bestimmt wird, sondern sie wird auf einem konstanten Niveau aufrechterhalten. Somit wird der Fixiergurt 36 auf einer konstanten Lineargeschwindigkeit gehalten, um zu verhindern, dass Tonerbilder versetzt oder abgerieben werden.
Modifikationen:
Die Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 wurde so beschrieben, dass sie in einem elektrophotographischen Kopiersystem verwendet wird. Jedoch sind die Grundsätze der vorliegenden Erfindung nicht auf eine solche Anwendung beschränkt, sondern auch anwendbar auf andere elektronische bildgebende Systeme einschließlich elektronischen Faxmaschinen, einem elektronischen Drucker etc.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das unfixierte Tonerblatt seitlich in die Tonerbild-Fixiervorrichtung 10 eingeführt. Jedoch kann das unfixierte Tonerblatt senkrecht eingeführt werden, beispielsweise von oben in die Tonerbild-Fixiervorrichtung 10. Bei einer solchen Änderung bzw. Modifikation ist die Andruckwalze 30 seitlich der Fixierwalze angebracht, und die Heizwalze 34 ist auf einer Seite der Fixierwalze 28 angebracht, welche der Andruckwalze 30 gegenüber liegt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der dritte Thermistor 84 vorgesehen, um die Temperatur auf der äußeren Umfangsoberfläche der Andruckwalze 30 zu messen. Jedoch kann auf den dritten Thermistor 84 verzichtet werden.
Obwohl gewisse bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und genauer beschrieben worden sind, ist es selbstverständlich, dass hierbei verschiedene Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Schutzbereich der angehängten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Eine Tonerbild-Fixiervorrichtung, umfassend: eine Fixierwalze (28); eine Andruckwalze (30), die senkrecht gegen die Fixierwalze (28) gedrückt wird, um ein Blatt (S) mit einem auf dessen Oberfläche mitgeführten unfixierten Tonerabbild gegen die Fixierwalze (28) zu drücken, um das unfixierte Tonerabbild auf dem Blatt (S) zu fixieren, wenn das Blatt (S) in einer Richtung durch einen Rollkontaktbereich zwischen der Fixierwalze (28) und der Andruckwalze (30) durchgeht; eine an einer Seite der Fixierwalze (28) gegenüber der Andruckwalze (30) angeordnete Heizwalze (34), wobei die darin angebrachte Heizwalze (34) Heizmittel (32) zum Heizen der Heizwalze (34) aufweist; und einen endlosen Heizübertragungsgurt (36) der um die Heizwalze (34) und die Fixierwalze (28) herum gespannt ist, um Wärme von dem Heizmittel (32) zu übertragen, um das unfixierte Tonerabbild auf dem Blatt (S) aufzuheizen, wenn das Blatt (S) durch den Rollkontaktbereich durchgeht, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwalze (34) winklig so bezüglich der Fixierwalze (28) positioniert ist, dass ein Winkel, der zwischen einem Liniensegment, das die Mitte der Heizwalze (34) und die Mitte der Fixierwalze (28) verbindet, und einer Referenzlinie, die die Mitte der Fixierwalze (28) und die Mitte der Andruckwalze (30) verbindet, gebildet wird, im Bereich zwischen 105° und 255° liegt.

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein Stützelement umfasst, das fest an der Andruckwalze (30) bezüglich der einen Richtung vorgeschaltet positioniert ist, um eine entgegengesetzte Oberfläche des Blattes (S) abzustützen, bevor das Blatt (S) durch den Rollkontaktbereich durchgeht, und dadurch gekennzeichnet, dass der endlose Heizübertragungsgurt (36) und das Stützelement so voneinander beabstandet sind, dass das vom Stütz element abgestützte Blatt (S) außerhalb eines Kontaktes mit dem endlosen Heizübertragungsgurt (36) gehalten wird.

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein Stützelement umfasst, das fest an der Andruckwalze (30) bezüglich der einen Richtung vorgeschaltet positioniert ist, um eine entgegengesetzte Oberfläche des Blattes (S) abzustützen, bevor das Blatt (S) durch den Rollkontaktbereich durchgeht, und dadurch gekennzeichnet, dass der endlose Heizübertragungsgurt (36) außerhalb eines Bereichs positioniert ist, durch welchen das vom Stützelement abgestützte Blatt (S) möglicherweise hindurchgeht.

Eine Tonerbild-Fixiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der endlose Heizübertragungsgurt (36) und das Stützelement so voneinander beabstandet sind, dass das Blatt (S) außerhalb eines Kontakts mit dem endlosen Heizübertragungsgurt (36) gehalten wird, bevor das vom Stützelement abgestützte Blatt (S) durch den Rollkontaktbereich durchgeht.

Eine Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der endlose Heizübertragungsgurt (36) außerhalb eines Bereichs positioniert ist, durch welchen das vom Stützelement abgestützte Blatt (S) möglicherweise durchgeht.

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Betätigungsvorrichtung zum Drehen der Andruckwalze (30) umfasst, und dadurch gekennzeichnet, dass der endlose Heizübertragungsgurt (36) in Reibschluss mit der Andruckwalze (30) steht, damit diese sich dadurch dreht, so dass die Fixierwalze (28) mittels der Andruckwalze (30) durch den endlosen Heizübertragungsgurt (36) rotiert werden kann.

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der endlose Heizübertragungsgurt (36) einen Endlosgurt-Träger aus einem Hitzeübertragungsmaterial umfasst sowie eine Trennschicht, die auf einer äußeren Umfangsoberfläche des endlosen Grundgurts aufgebracht ist.

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Endlosgurt-Träger aus galvanogeformtem Nickel gemacht ist.

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Endlosgurt-Träger aus Polyimid gemacht ist.

Eine Tonerbild-Fixiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fixierwalze (28) eine nachgiebige Walze (28B) einschließt, die eine nachgiebige Schicht auf ihrer äußeren Umfangsoberfläche aufweist.

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein Betätigungsmittel (52) zum Drehen der Andruckwalze (30) aufweist, und dadurch gekennzeichnet ist, dass der endlose Heizübertragungsgurt (36) in Reibschluss mit der Druckwalze (30), gehalten wird, um dadurch gedreht zu werden.

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel (52) Mittel zum Rotieren der Fixierwalze (28) aufweist, und zwar bei einer Umfangsgeschwindigkeit, die niedriger ist als die der Andruckwalze (30).

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierwalze (28) ein damit koaxial gekoppeltes Antriebszahnrad bzw. angetriebenes Zahnrad (58) aufweist, dass das Betätigungsmittel ein Antriebsrad bzw. angetriebenes Zahnrad (64) aufweist, welches in Eingriff mit dem angetriebenen Zahnrad (58) steht, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass sie weiterhin eine Einwegkupplung (60) aufweist, die zwischen dem angetriebenen Zahnrad (64) und der Fixierwalze (28) eingekoppelt ist, um der Fixierwalze (28) zu erlauben, sich schneller zu drehen als das angetriebene Zahnrad, und um die Fixierwalze (28) daran zu hindern, sich langsamer als das angetriebene Zahnrad zu drehen.

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierwalze (28) einen Kern (28A) und eine nachgiebige Schicht (28B), die um den Kern herum angeordnet ist und die eine vorbestimmte Dicke besitzt, aufweist.

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckwalze (30) eine Walze umfasst, die härter ist als die nachgiebige Schicht der nachgiebigen Walze (28B).

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckwalze (30) drehbar um eine feste Achse gelagert ist.

Die Tonerbild-Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Achse, um welche die Andruckwalze (30) drehbar ist, von einer Achse beabstandet ist, um welche die Fixierwalze (28) drehbar ist, und zwar um einen Abstand, welcher kleiner ist als die Summe der Radien der Andruckwalze (30) und der Fixierwalze (28).