NL9201545A - Stralingsfixeerinrichting. - Google Patents

Description

Stralingsfixeerinrichting

De uitvinding heeft betrekking op een fixeerinrichting voor het door middel van stralingswarmte fixeren van een poederbeeld op een drager tijdens hun beweging door een zich in horizontale richting uitstrekkende transportbaan, omvattende een warmtestralers bevattend huis dat is voorzien van twee tegenover elkaar liggende spieetvormige openingen waartussen zich de transportbaan uitstrekt en een in het huis gevormd luchtkanaal dat zich over de breedte van de transportbaan uitstrekt en dat dient voor het afvoeren van warmte uit het huis middels door het luchtkanaal stromende lucht.

Een dergelijke fixeerinrichting is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4 088 868. Daarin wordt een stralingsfixeerinrichting beschreven met een warmte uitstralende energiebron boven de transportbaan en een luchtkanaal onder de transportbaan. Met behulp van een continu werkende luchtafzuiginrichting kan in het luchtkanaal plaatselijk een geforceerde luchtstroming teweeg worden gebracht. Daartoe zijn op verschillende plaatsen in het huis temperatuuropnemers opgesteld die elk zijn gekoppeld met luchtkleppen die in het luchtkanaal zijn geplaatst op plaatsen die elk corresponderen met een van de temperatuuropnemers, waarbij in reactie op een door een temperatuuropnemer gemeten temperatuur een verbinding tot stand gebracht wordt tussen het luchtkanaal en de luchtafzuiginrichting.

Deze bekende fixeerinrichting heeft naast de benodigde continu werkende luchtafzuiginrichting als bezwaar dat naarmate men op meer plaatsen de temperatuur wil controleren meertemperatuuropnemer/luchtklep-combinaties nodig zijn, hetgeen een gecompliceerde en dure constructie nodig maakt.

De uitvinding stelt zich tot doel een fixeerinrichting volgens de aanhef te verschaffen die deze bezwaren niet heeft. Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat het luchtkanaal een vaste open verbinding vormt tussen enerzijds een in het huis gevormde luchtinstroomopening die lager ligt dan ten minste één van de spieetvormige openingen en anderzijds deze hoger gelegen spieetvormige opening.

Hierdoor wordt bereikt dat de luchtstroming door natuurlijke convectie ontstaat, hetgeen een luchtafzuiginrichting of een andere mechanische luchtverplaatsingsinrichting overbodig maakt. Tevens wordt bereikt dat een door de fixeerinrichting bewegende drager de luchtstroming onderbreekt zodat vrijwel uitsluitend warmteafvoer via de luchtstroom plaatsvindt in gebieden naast de drager, in welke gebieden -door het ontbreken van warmteafvoer via de drager- meer warmte aanwezig is.

In een aantrekkelijke uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding bevindt ten minste één van de warmtestralers zich in het luchtkanaal, omgeven door stromende lucht.

Hierdoor wordt bereikt dat de warmteoverdracht van deze warmtestraler naar een door defixeerinrichting bewegende drager effectiever wordt, doordat naast warmteoverdracht door straling tevens warmteoverdracht door convectie plaatsvindt. Aldus kan voor het fixeren van een poederbeeld op een drager met een lagere temperatuur van de warmtestralers worden volstaan.

In een verdere aantrekkelijke uitvoeringsvorm van de fixeerinrichting volgens de uitvinding, is de in het luchtkanaal aanwezige warmtestraler aangesloten op een externe energiebron.

Hierdoor wordt bereikt dat de effectieve warmteafgifte van deze warmtestraler ongehinderd voortduurt tijdens transport van een drager door de fixeerinrichting. Een hinder in de warmteafgifte zou optreden wanneer alleen de boven de transportbaan opgestelde warmtestraler(s) op een externe energiebron zou/zouden zijn aangesloten.

In een andere aantrekkelijke uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding, omvat een in het luchtkanaal aanwezige warmtestraler een aantal op korte afstand van elkaar gelegen warmtestralende lamellen die zich om en om uitstrekken in twee vlakken die op verschillende afstanden van de transportbaan liggen.

Hierdoor wordt bereikt dat in combinatie met natuurlijke convectie van door het huis stromende lucht een zeer effectieve afvoer van warmte naast een door het huis bewegende drager plaatsvindt.

De uitvinding zal hierna verder worden toegelicht aan de hand van een aantal uitvoeringsvormen, waarbij verwezen wordt naar bijgaande figuren, waarin:

Fig. 1 een doorsnede is van een eerste uitvoeringsvorm van een stralingfixeerinrichting volgens de uitvinding,

Fig. 2 een doorsnede is van een tweede uitvoeringsvorm van een stralingsfixeerinrichting volgens de uitvinding,

Fig. 3 een grafische weergave is van met een eerste variant van de tweede uitvoeringsvorm verkregen temperatuurprofielen in een richting dwars op de transportrichting van een drager door de stralingsfixeerinrichting, en Fig. 4 een grafische weergave is van met een tweede variant van de tweede uitvoeringsvorm verkregen temperatuurprofielen in een richting dwars op de transportrichting van een drager door de stralingsfixeerinrichting.

De in de Fig. 1 weergegeven stralingsfixeerinrichting is gevormd door een doosvormig huis 1 met buitenwanden die een afschermkap 2 vormen met een horizontale onderwand 3, een horizontale bovenwand 4 en vier verticale zijwanden. In twee tegenover elkaar liggende zijwanden 5 en 6 van de afschermkap 2 zijn spieetvormige openingen 7, respectievelijk 8 aangebracht die zich in horizontale richting over de gehele breedte van de betreffende zijwanden uitstrekken ter hoogte van het midden van de zijwanden 5 en 6, met een wijdte van 6 mm en een lengte van 900 mm. Buiten het huis 1 zijn nabij de spieetvormige openingen 7 en 8 transportrollen 10, respectievelijk 11 opgesteld voor het door een transportbaan in het huis 1 voeren van een vel voorzien van een elektrofotografisch gevormd poederbeeld. De transportbaan in het huis 1 is gevormd door velgeleidedraden 13 en 14 die respectievelijk onder en boven de transportbaan tussen de zijwanden 5 en 6 zijn gespannen in een richting die een scherpe hoek maakt met de transportrichting van een vel door het huis 1. De afstand tussen de draden 13 en 14 is bij de spieetvormige opening 7 waar een vel het huis 1 binnenkomt groter dan bij de spieetvormige opening 8 waar het vel huis 1 uitgaat.

De velgeleidedraden 13 en 14 zijn van 0,4 mm dik roestvast staal.

Onder de velgeleidedraden 13 die de onderkant van de veltransportbaan vormen zijn lamellen 15 aangebracht die een onderstraler vormen en boven de velgeleidedraden 14 die de bovenkant van de veltransportbaan vormen zijn lamellen 16 aangebracht die een bovenstraler vormen. De lamellen 15 en 16 bestaan uit 9 mm brede en 0,05 mm dikke stroken van roestvast Cr.Ni staal waarin gleuven ter breedte van 1 mm zijn gevormd. De naar elkaar toe gerichte zijden van de lamellen 15 en 16 zijn met een laag hittebestendige lak zwart gespoten.

De direct naast elkaar gelegen lamellen van de onderstraler en van de bovenstraler zijn aan hun uiteinden bevestigd in keramische blokken 17 en 18, respectievelijk 19 en 20, die zich aan de binnenkant van de zijwanden 5 en 6 bevinden.

Tussen de lamellen van de onderstraler zijn nabij de uiteinden glasstaafjes 21 en 22 met een doorsnede van 6 mm gestoken die de lamellen van de onderstraler afwisselend in twee vlakken houden die op verschillende afstanden van de veltransportbaan liggen. De afstand tussen de onder en bovenstraler bedraagt ongeveer 25 mm.

De lamellen 15 en 16 zijn in serie geschakeld voor het verkrijgen van een elektrische weerstand van zowel de onderstraler als de bovenstraler van 20 Ohm in koude toestand en 24 Ohm in warme toestand. In elke lamel zijn twee V-vormige zettingen 23 en 24 aangebracht om elke lamel met een zodanige mechanische voorspanning te monteren dat deze bij uitzetting ten gevolge van temperatuurstijging niet gaat doorhangen.

De afschermkap 2 is aan de binnenzijde bekleed met een laag warmteisolerend materiaal 26. Onder de onderstraler en boven de bovenstraler is een warmtereflecterende plaat 27, respectievelijk 28 van 1 mm dik reflectoraluminium aangebracht.

In de onderwand 3 van het huis 1 is nabij de spieetvormige opening 7 waar een vel binnenkomt, een rij van 20 ronde gaten 30 aangebracht, met een diameter van 40 mm en op regelmatige afstanden van elkaar. In de warmtereflecterende plaat 27 is in het midden tussen de zijwanden 5 en 6 een rij van 23 vierkante gaten 31 aangebracht, met zijden van 32 mm en ook op regelmatige afstanden van elkaar.

Voor het regelen van de energietoevoer naar de stralers is in het midden van het huis 1 een temperatuuropnemer 32 in de vorm van een Ni-CrNi thermokoppel bevestigd op een lamel van de onderstraler, op een van de transportbaan afgekeerde zijde.

Omdat de enkele temperatuuropnemer 32 zich in het midden van het huis 1 bevindt, namelijk op een plaats waarlangs bij centrale veldoorvoer alle vellen passeren, functioneert de temperatuurregeling van de stralers onafhankelijk van de breedte van door de stralingsfixeerinrichting gevoerde vellen. Bij doorvoer van een vel dat smaller is dan de werkbreedte van de stralingsfixeerinrichting door het midden van de inrichting blijft de temperatuurregeling nagenoeg hetzelfde als bij doorvoer van een vel waarvan de breedte gelijk is aan de werkbreedte van de stralingsfixeerinrichting. Aangezien een breder vel bij gelijke doorvoersnelheid meer warmte opneemt en buiten de stralingsfixeerinrichting voert dan een smaller vel, zal, bij gelijke energietoevoer aan de stralers, bij doorvoer van een smaller vel meer warmte in het huis achterblijven. Dit warmteoverschot bevindt zich aan weerszijden van het smallere vel, zodat de temperatuur aldaar tot. een hogere waarde kan oplopen dan de door de temperatuuropnemer 32 gemeten temperatuur in het midden van het huis 1.

Als gevolg van de aangebrachte gaten 30 en 31 kan op grond van natuurlijke convectie de relatief warme lucht op plaatsen waar een vel de spieetvormige openingen 7 en 8 niet afsluit uit het huis stromen en vervangen worden door relatieve koude lucht die via de gaten 30 en 31 toestroomt.

Het is gebleken dat met de in Fig. 1 weergegeven stralingsfixeerinrichting de temperatuur van de stralers geregeld kan worden op een waarde waarbij een poederbeeld op normaal gebruikelijke ontvangstmaterialen gefixeerd wordt, bijvoorbeeld 270°C, waarbij de temperatuur buiten de velbelaste delen van de fixeerinrichting ruim beneden een waarde blijft die uit het oogpunt van brandveiligheid niet mag worden overschreden, bijvoorbeeld 325°C.

Bij een stralervermogen van 1500 W en een veltransportsnelheid van 3 m/min wordt met de in Fig. 1 weergegeven stralingsfixeerinrichting in 15 s na het aanzetten van de inrichting een situatie bereikt waarbij de stralertemperatuur 250°C is en een doorgevoerd vel ontvangstmateriaal van 75 gram/m2 een temperatuur bereikt die voldoende is voor het fixeren van een poederbeeld.

Zonder natuurlijke convectie via gaten 30 en 31 aan de onderkant van het huis 1 en spieetvormige openingen 8 en 7 - hetgeen bereikt wordt door de gaten 30 af te plakken -is bij centrale doorvoer van vellen met een breedte van 420 mm aan de zijkanten in het huis 1 een temperatuur gemeten van ca. 400°C, dus boven de zelfontbrandingstemperatuur van papier die is vastgsteld op 375°C.

Met natuurlijke convectie via gaten 30 en 31 en met name uitvoerspleet 8 wordt reeds bij een stralertemperatuur van 220°C en verder overeenkomstige omstandigheden dezelfde fixeersituatie bereikt die zonder natuurlijke convectie pas bij een stralertemperatuur van 250°C wordt bereikt. Kennelijk draagt de convectiewarmte bij aan de voor het fixeerproces benodigde opwarming van het vel. Voor ontvangstmateriaal van 110 gram/m2 zijn de betreffende stralertemperaturen 300°C zonder convectie en 260°C met natuurlijke convectie. Verder blijft de stralertemperatuur aan de zijkanten in het huis 1 bij doorvoer van smalle vellen van 75 gram/m2 beneden een temperatuur van 335°C wanneer de temperatuur van de stralers wordt geregeld op een waarde van 250°C en bij doorvoer van smalle vellen van 110 gram/m2 beneden 400°C bij een regeltemperatuur van 270°C. Bij toepassing van gedwongen convectie door met een ventilator lucht in de gaten 30 te blazen is een hogere maximale stralertemperatuur aan de zijkanten in het huis 1 gemeten dan bij toepassing van natuurlijke convectie. Bij doorvoer van 420 mm breed ontvangstmateriaal van 110 gram/m2 en een regeltemperatuur van 275°C is bij gedwongen convectie een maximale stralertemperatuur aan de zijkanten van boven 380°C gemeten, terwijl bij natuurlijke convectie in het overeenkomstige geval een 20°C lagere maximale stralertemperatuur aan de zijkanten in het huis is gemeten.

Verder is bij afwezigheid van de glasstaafjes 21, 22 tussen de lamellen van de onderstralereen hogere maximale stralertemperatuur aan de zijkanten gemeten. Kennelijk ontstaat door het grotere doorstromende oppervlak bij het om en om verspringen van de lamellen 15 een betere warmteafvoer ter plaatse van niet met ontvangstmateriaal belaste delen van de stralingsfixeerinrichting volgens de uitvinding. De temperatuur waarop de stralers met behulp van de temperatuuropnemer 32 moeten worden geregeld is bij een doorgewarmde fixeerinrichting voor de verwerking van ontvangstmateriaal van 110 gram/m2 bij een relatieve vochtigheid van 20% circa 250°C en bij een relatieve vochtigheid van 80% circa 300°C.

De maximale temperatuur van niet met ontvangstmateriaal belaste delen van de fixeerinrichting is 320°C.

Bij het aanzetten van de nog koude stralingsfixeerinrichting volgens Fig. 1 is de regeltemperatuur waarop de stralers moeten worden geregeld voor de verwerking van ontvangstmateriaal van 110 gram/m2 bij een relatieve vochtigheid van 20% circa 275°C, dus circa 25°C hoger dan bij een doorgewarmde fixeerinrichting. De maximale temperatuur van niet met ontvangstmatieraal belaste delen van de fixeerinrichting is dan circa 360°C, dus lager dan de minimumtemperatuur van 375°C waarbij zelfontbranding van ontvangstmateriaal is geconstateerd.

De in Fig. 2 weergegeven uitvoeringsvorm van een stralingsfixeerinrichting volgens de uitvinding heeft, gezien in de veltransportrichting, een effectieve lengte die groter is dan de effectieve lengte van de in Fig. 1 weergegeven stralingsfixeerinrichting, namelijk circa 200 mm tegenover circa 140 mm. Een stralingsifxeerinriching met een grotere effectieve lengte kan bij een lagere temperatuur van de stralers bedreven worden.

Overeenkomstige delen van de in Fign. 1 en 2 weergegeven stralingsfixeerinrichtingen zijn met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.

Een belangrijk verschil tussen beide stralingsfixeerinrichtingen is dat de stralerlamellen 15 en 16 in de in Fig. 2 weergegeven inrichting zich dwars ten opzichte van de veltransportrichting uitstrekken, waarbij de ophangingen van de lamellen aan weerszijden van de veltransportbaan liggen om aldus een betere benutting van de lengte van de stralingsfixeerinrichting in de veltransportrichting te verkrijgen.

De lamellen 15 en 16 zijn elk gevormd uit een 9,6 mm brede band van roestvast staal die meandervormig door het huis 1 loopt, waarbij de onderstraler een 0,05 mm dikke band is en de bovenstraler een even lange 0,04 mm dikke band.

Bij aansluiting op 220 V levert de onderstraler een vermogen van 970 W en de bovenstraler een vermogen van 780 W. De bandparten zijn in een richting loodrecht op de veltransportbaan om en om 4 mm versprongen, behalve de eerste drie bandparten aan de zijkanten 5 en 6, die 2 mm zijn versprongen.

De steek tussen twee in de veltransportrichting naast elkaar gelegen bandparten bedraagt 9,2 mm, behalve bij de eerste drie bandparten aan de zijkanten 5 en 6, waarvan de steek 9,8 mm bedraagt. De stralerband is voorzien van een karteling door de band tussen twee tandwielen te trekken, om aldus een alternatief te vormen voor de twee V-vormige zettingen 23 en 24 in de stralerlamellen volgens Fig. 1.

De afwijkende geometrie van de bandparten nabij de spieetvormige openingen 7 en 8 zorgt voor een vergroting van de luchtstromingsweerstand ter plaatse, in een richting loodrecht op de veltransportbaan, om de convectieluchtstroom in het huis 1 door het midden van het huis 1 te voeren waar de hoogste temperatuur heerst om aldus de effectiviteit van natuurlijke convectie te vergroten.

Een effectieve convectieluchtstroom wordt ook verkregen wanneer in plaats van het om en om verspringen van de lamellen, de lamellen in één rij zijn geplaatst onder eenzelfde scherpe hoek met de transportbaan, waarbij de vlakke zijden van de lamellen naar de spieetvormige opening 7 zijn gericht.

Voor het realiseren van de natuurlijke convectie zijn in de fixeerinrichting volgens Fig. 2 in de onderwand 3 twee rijen in dwarsrichting langwerpige gaten 36 van 27,5 x 50 mm gevormd met een steek van 65 mm en in de reflectorplaat 27 een rij gaten 37 van 30 x 50 mm meteen steek van 65 mm en aan weerszijden daarvan een rij gaten 38 van 15x15 mm met een steek van 65/3 mm.

De langere fixeerinrichting volgens Fig. 2 kan bedreven worden bij een stralertemperatuur die 20 a 30°C lager ligt dan de stralertemperatuur die nodig is in een inrichting volgens Fig. 1. Voor ontvangstmateriaal van 75 gram/m2 is een stralertemperatuur van iets onder 200°C voldoende om in de doorlooptijd van een vel een voor het fixeren van een poederbeeld op dat vel benodigde veltemperatuur van circa 100°C te bereiken. Voor ontvangstmateriaal van 110gram/mz is een stralertemperatuurvan iets boven 200°C voldoende.

In Fign. 3 en 4 zijn de in de onderste en bovenste helft van de fixeerinrichting volgens Fig. 2 gemeten temperaturen uitgezet tegen de afstand in mm gemeten vanuit het midden van de fixeerinrichting op welke afstand de betreffende temperatuur is gemeten. De meetwaarden zijn verkregen bij centrale doorvoer van 420 mm breed ontvangstmateriaal van 110 gram/m2 bij instelling van de temperatuur waarop de straler geregeld wordt op respectievelijk 200°C, 225°C en 250°C.

De meetwaarden liggen bij een insteltemperatuurvan 200°C in de onderste helft van de fixeerinrichting op lijn 40 en in de bovenste helft van de fixeerinrichting op lijn 41.

De meetwaarden liggen bij een insteltemperatuurvan 225°C in de onderste helft van de fixeerinrichting op lijn 42 en in de bovenste helft van de fixeerinrichting op lijn 43.

De meetwaarden liggen bij een insteltemperatuurvan 250°C in de onderste helft van de fixeerinrichting op lijn 44 en in de bovenste helft van de fixeerinrichting op lijn 45.

De meetwaarden in Fig. 3 zijn verkregen bij een wijdte van de spieetvormige openingen 7 en 8 van 6 mm en de meetwaarden in Fig. 4 bij een spleetwijdte van 14 mm.

De hoogst gemeten temperatuur bij een spleetwijdte van 6 mm bedraagt circa 340°C aan de zijkant van het huis 1 (Fig. 3) en bij een spleetwijdte van 14 mm circa 300°C (Fig. 4).

De temperatuurbeheersing aan de zijkanten van een stralingsfixeerinrichting op basis van natuurlijke convectie is bij uitstek geschikt voor toepassing in een stralingsfixeerinrichting waarbij het vermogen regelmatig verdeeld over de werkbreedte wordt toegevoerd en temperatuurregeling van de stralers alleen plaatsvindt middels detectie van de temperatuur van de straler in het midden van de stralingsfixeerinrichting. Door de natuurlijke convectie wordt een luchtstroom in stand gehouden in gebieden naast een doorgevoerd vel die gaat van gaten 30 en 31 volgens Fig. 1, respectievelijk gaten 36, 37 en 38 volgens Fig. 2 via de stralerlamellen naar de spieetvormige openingen 7 en 8. Door deze opstijgende luchststromen kan voldoende relatief koude omgevingslucht via de gaten in de onderwand van de fixeerinrichting in de inrichting stromen om de fixeerinrichting ruim beneden de zelfontbrandingstemperatuur van normaal gebruikelijke papieren ontvangstmaterialen te houden.

Aldus ontstaat een door doorgevoerde vellen zelf geregelde temperatuursbeheersing aan de zijkanten van de fuser, die onafhankelijk is van het formaat van ingevoerde vellen. De in Fig. 2 weergegeven stralingsfixeerinrichting kan naast een beveiliging bij het temperatuurregelpunt in het midden van het huis 1, die is afgesteld op bijvoorbeeld 240°C, zijn voorzien van een beveiliging voor een te hoog oplopende temperatuur aan de zijkanten in het huis 1 die is afgesteld op 320°C.

Claims (6)

1. Fixeerinrichting voor het door middel van stralingswarmte fixeren van een poederbeeld op een drager tijdens hun beweging dooreen zich in horizontale richting uitstrekkende transportbaan, omvattende een warmtestralers (15, 16) bevattend huis (1) dat is voorzien van twee tegenover elkaar liggende spieetvormige openingen (7, 8) waartussen zich de transportbaan uitstrekt en een in het huis gevormd luchtkanaal dat zich over de breedte van de transportbaan uitstrekt en dat dient voor het afvoeren van warmte uit het huis (1) middels door het luchtkanaal stromende lucht, met het kenmerk, dat het luchtkanaal een vaste open verbinding vormt tussen enerzijds een in het huis gevormde luchtinstroomopening (30, 31; 36, 37, 38) die lager ligt dan ten minste één van de spieetvormige openingen (7, 8) en anderzijds deze hoger gelegen spieetvormige opening (7, respectievelijk 8).

2. Fixeerinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ten minste één van de warmtestralers (15, 16) zich in het luchtkanaal bevindt en omgeven is door de stromende lucht.

3. Fixeerinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de in het luchtkanaal aanwezige warmtestraler (15, 16) is aangesloten op een externe energiebron.

4. Fixeerinrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de in het luchtkanaal aanwezige warmtestraler (15) een aantal op korte afstand van elkaar gelegen warmtestralende lamellen omvat die zich om en om uitstrekken in twee vlakken die op verschillende afstanden van de transportbaan liggen.

5. Fixeerinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de warmtestralende lamellen in een gebied nabij ten minste één van de spieetvormige openingen (7, 8) dichter bij elkaar liggen dan in een gebied dat verder van die spieetvormige opening (7, 8) verwijderd is.

6. Fixeerinrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de in het luchtkanaal aanwezige warmtestraler (15,16) een aantal op korte afstand van elkaar gelegen warmtestralende lamellen omvat die op dezelfde afstand van de transportbaan liggen en een scherpe hoek vormen met de transportbaan.