DE19519458C2

DE19519458C2 - Fixierungseinheit

Info

Publication number: DE19519458C2
Application number: DE19519458A
Authority: DE
Inventors: Tadahiro Kaneko; Takao Umeda; Tsutomu Maekawa; Teruaki Mitsuya
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 2001-09-06
Anticipated expiration: 2015-05-27
Also published as: US5623331A; DE19519458A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fixierungseinheit mit den Merkmalen a)-d) des Anspruchs 1. Eine derartige Fixierungseinheit ist aus der Zeitschrift "Research Disclosure, Juni 1988, 29 011" bekannt. Hierbei wird eine Spannungswalze für die Zugspannungs-Anlegungseinrichtung verwendet. Eine derartige Walze wird dazu verwendet, um das Aufzeichnungspapier mit einer vorgegebenen Zugspannung an eine Andruckwalze anzulegen. Diesem Stand der Technik sind keinerlei Erwägungen bezüglich der Reibung zwischen dem Aufzeichnungsmaterial und der Fixierungswalze entnehmbar.

In der Zeitschrift "IBM J. Res. Develop., Vol. 22, Jan. 1978, Seiten 26-33" wird eine Andruckwalze offenbart, die der Andruckwalze des Merkmals c) des Anspruchs 1 vergleichbar ist. Hier wird lediglich das Aufzeichnungsmaterial zwischen zwei Walzen eingeklemmt und ausgangsseitige Andruckwalzen sind vorgesehen, die eine kontinuierliche Spannung auf das Papier ausüben. Hier ist die nominelle Tangentialgeschwindigkeit 12% größer als die Papiergeschwindigkeit.

Die US-PS 41 63 892 beschreibt eine Fixierungseinheit mit zwei oder drei Andruckrollen, wobei eine Erwärmungsrolle zum Antreiben der Fixierungsrolle vorgesehen ist. Die Fixierungsrolle enthält eine Halogenlampe für die Erwärmung des Toners. Die hier offenbarten Fixierungsgeschwindigkeiten liegen zwischen 30 und 65 cm/s, also relativ langsame Geschwindigkeiten, bei denen eine Verwischung von Bildern nicht so stark auftritt. Dieses Problem der Verwischung von Bildern und der Verringerung der Qualität von erzeugten Bildern wird nachstehend näher erläutert.

Als ein Typ von Fixierungseinheiten zur Verwendung in einer Aufzeichnungsvorrichtung, die einen bekannten elektrofotografischen Prozess verwendet, ist ein sogenanntes Wärmefixierungssystem bekannt, das eine Fixierungswalze und eine Andruckwalze, die in Zusammenwirken mit der Fixierungswalze einen Walzengreifer (d. h. einen Druckkontaktbereich, in dem das Aufzeichnungsmaterial zwischen den Walzen an deren Umfang eingeklemmt wird) bilden, umfasst, in den ein Aufzeichnungsmaterial, welches ein nicht fixiertes Bild trägt, transportiert wird, während es durch den Walzengreifer ergriffen wird und das Bild wird dann auf dem Aufzeichnungsmaterial fixiert.

Als Einrichtung zur Durchführung einer Hochgeschwindigkeitsfixierung unter Verwendung der Fixierungseinheit des Wärmefixierungssystems sind beispielsweise die folgenden Systeme bekannt. Ein System besteht darin, dass ein Aufzeichnungsmaterial in solcher Weise weitergeleitet wird, dass es um eine Fixierungswalze herumgewickelt wird und das Aufzeichnungsmaterial in einem Bereich, an dem kein Walzengreifer existiert, erwärmt wird, wie in der japanischen geprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. SHO 53-39235 offenbart ist. Ein anderes System besteht darin, dass eine Vielzahl von Andruckwalzen vorgesehen sind, so dass ein Aufzeichnungsmaterial durch eine Vielzahl von Walzengreifern erwärmt wird, wie in der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. Hei 5-63795 offenbart ist.

Wie voranstehend beschrieben, sind eine Vielfalt von Hochgeschwindigkeits-Fixierungseinheiten vorgeschlagen worden. Der Aufbau der voranstehend erwähnten Fixierungseinheiten besitzt aber ein Problem darin, dass das Aufzeichnungsmaterial sich nicht in einem engen Kontakt mit der Fixierungswalze in einem Bereich zwischen zwei Andruckwalzen befindet, was einen Durchhang in dem Aufzeichnungsmaterial verursacht. Dieser Durchhang oder die Lockerung ist das Ergebnis der Ausdehnung des Aufzeichnungsmaterials aufgrund der Erwärmung durch die Fixierungswalze oder das Ergebnis von einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Fixierungswalze und dem Aufzeichnungsmaterial an dem Ausgang des Walzengreifers, an dem das Aufzeichnungsmaterial ergriffen wird.

In der Stufe, in der das Aufzeichnungsmaterial eine erste Andruckwalze passiert hat, an der das Aufzeichnungsmaterial am Anfang ergriffen wird, ist ein Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial unzureichend fixiert. Deshalb wird Toner von dem Aufzeichnungsmaterial auf die Fixierungswalze hin transferiert (versetzt). Wenn ein Durchhang in dem Aufzeichnungsmaterial auftritt, wenn das Aufzeichnungsmaterial eine zweite Andruckwalze passiert, an der das Aufzeichnungsmaterial danach ergriffen wird, dann wird der auf die Fixierungswalze transferierte (versetzte) Toner auf das Aufzeichnungsmaterial zurückgeführt. Da allerdings ein Bewegungsabstand des ursprünglichen Bildes auf dem durchhängenden Aufzeichnungsmaterial länger als der Bewegungsabstand des versetzten Toners auf einer Oberfläche der Fixierungswalze ist, wird der versetzte Toner auf das Aufzeichnungsmaterial zurücktransferiert, bevor das ursprüngliche Bild den Angriffsabschnitt der zweiten Andruckwalze passiert. Das heisst, eine Position des Aufzeichnungsmaterials, auf die ein versetzter Toner zurücktransferiert wird, befindet sich vor der Position des ursprünglichen Bildes auf dem Aufzeichnungsmaterial in einer Transportrichtung des Aufzeichnungsmaterials. Dies verwischt ein Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial. Sobald ein Durchhang bzw. eine Spannungslosigkeit in dem Aufzeichnungsmaterial auftritt, da das Aufzeichnungsmaterial zwischen zwei Andruckwalzen ergriffen wird, kann eine derartige Spannungslosigkeit nicht beseitigt werden, bis der Fixierungsbetrieb des Aufzeichnungsmaterials durch die erste oder zweite Andruckwalze aufgehoben oder abgeschlossen wird.

In den voranstehend erwähnten herkömmlichen Fixierungseinheiten wird das Schlackern oder Durchhängen des Aufzeichnungsmaterials nicht ausreichend berücksichtigt, das verursacht wird, wenn das Aufzeichnungsmaterial weitertransportiert wird, was zu Problemen dahingehend führt, dass ein Bild verwischt ist oder eine Bildqualität eine geringe Fixierungsstärke aufweist.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der voranstehend erwähnten Probleme durchgeführt und die Aufgabe der Erfindung besteht darin,

- eine Fixierungseinheit bereitzustellen, die sich für einen Hochgeschwindigkeits-Fixierungsbetrieb eignet und Bilder mit hoher Qualität erzeugen kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Fixierungseinheit nach Anspruch 1 gelöst.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die eine Fixierungseinheit gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen einem Wicklungswinkel einer Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze und einer Fixierungsstärke darstellt;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht, die eine Fixierungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die eine Fixierungseinheit gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht, die eine Fixierungseinheit gemäß einem weiteren dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 6 eine Querschnittsansicht, die eine Fixierungseinheit gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.

Nachstehend wird eine Beschreibung von Fixierungseinheiten entsprechend der Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen angegeben.

Erster Aspekt

Nachstehend wird ein erster Aspekt der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht einer Fixierungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Ein Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Fixierungswalze; 2 ein Heizgerät; 3 eine Andruckwalze; 4 ein Aufzeichnungsmaterial; 5 eine Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze; 6 eine Spannungs- Anlegungseinrichtung (Spannungsanlegungswalzen); 7 nicht fixierte Toner; 8 fixierter Toner; 9 einen Walzengreifer; 10 einen rückwärtigen Kontaktabschnitt; T eine an das Aufzeichnungsmaterial 4 aufgrund der Spannungsanwendungswalzen 6 angelegte Spannung; F eine Reibungskraft, die zwischen dem Aufzeichnungsmaterial 4 und der Fixierungswalze 1 an einer Position entsprechend der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 ausgeübt wird; und W eine Druckkraft, die an die Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze angelegt wird.

Der Walzengreifer bzw. der Walzenspalt 9 wird gebildet, indem die Andruckwalze 3 in Druckkontakt mit der Fixierungswalze 1 gebracht wird, die durch das Heizgerät 2, bestehend aus einer Halogenlampe, erwärmt worden ist. Das Aufzeichnungsmaterial 4 ist ein kontinuierliches Faltpapier (ein Zickzackfaltungspapier), auf dem ein Tonerbild gebildet wird. Das Aufzeichnungsmaterial 4 erfährt eine Spannung in die gleiche Richtung wie diejenige eines Transportes des Aufzeichnungsmaterials 4, nämlich durch die Wirkung der Spannungs-Anwendungswalzen 6. Das Aufzeichnungsmaterial 4 erreicht die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 durch den rückwärtigen Kontaktabschnitt 10, nachdem es den Walzengreifer 9 passiert hat, der durch die Fixierungswalze 1 und die Andruckwalze 3 gebildet wird. Während dieses Prozesses wird der nicht fixierte Toner 7 erwärmt und durch den Walzengreifer 9 gedrückt, ausreichend zusammen mit dem Aufzeichnungsmaterial 4 an dem rückwärtigen Kontaktabschnitt 10 erwärmt und nimmt ferner ausreichende thermische Energie auf, die zum Schmelzen des Toners zwischen der Fixierungswalze 1 und der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 ausreichend ist. Dies ist in der Fig. 1 mit dem fixierten Toner 8 dargestellt. Die Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 befindet sich im Kontakt mit einer umgedrehten Seite einer Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials, auf dem ein Bild gebildet wird und sie wird in Abhängigkeit von der Bewegung des Aufzeichnungsmaterials 4 angetrieben. Die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 ist aus einer elastischen Walze gebildet, die aus Silikongummi und auf der Oberfläche des Silikongummis gebildetem Fluoridharz (fluororesin) besteht. In der Figur scheint die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 das Aufzeichnungsmaterial 4 im Zusammenwirken mit der Fixierungswalze 1 festzuklemmen. Jedoch ist ihre Andruckkraft tatsächlich bis auf ein derartiges Ausmaß klein, dass die durch die Spannungs-Anlegungswalzen 6 angewendete Spannung den rückwärtigen Kontaktabschnitt 10 erreicht. Da deshalb eine Spannung an das Aufzeichnungsmaterial 4 sogar an dem rückwärtigen Kontaktabschnitt 10 angelegt wird, tritt an dem rückwärtigen Kontaktabschnitt 10 kein Durchhang des Aufzeichnungsmaterials 4 auf. Ferner wird das Aufzeichnungsmaterial 4 durch die Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 an dem Endabschnitt des rückwärtigen Kontaktabschnittes 10 der Fixierungswalze 1 gehaltert. Dies bewirkt, dass an dem rückwärtigen Kontaktabschnitt 10 ausreichend geschmolzene Tonerteilchen leicht angedrückt werden, wodurch eine Anhaftung zwischen den Tonerteilchen und dem Aufzeichnungsmaterial 4 verbessert wird. Somit wird die Fixierungsfestigkeit vergrößert. Dieser Effekt ist in Fig. 2 dargestellt. In diesem Beispiel kann der in der Fig. 2 gezeigte Effekt im Fall einer Verwendung von nur dem rückwärtigen Kontaktabschnitt 10 nicht erzielt werden.

Nachstehend wird eine Beschreibung des Zusammenhangs zwischen einer Spannung T und einer Andruckkraft W durchgeführt. Bei dieser Erläuterung ist E eine Formänderungsfestigkeit des Aufzeichnungsmaterials 4 und µ₀ ist ein statischer Reibungskoeffizient zwischen dem Aufzeichnungsmaterial 4 und der Fixierungswalze 1. In diesem Beispiel ist eine Formänderungsfestigkeit E als eine minimale Festigkeit definiert, gegeben durch das Produkt der Streckspannung des Aufzeichnungsmaterials 4 und einer Fläche, die durch den Abstand des Aufzeichnungsmaterials 4, an das eine Spannung T angelegt wird, in einer Richtung senkrecht zu der Transportrichtung und die Breite des Aufzeichnungsmaterials 4 gegeben ist. Beispielsweise ist die Formänderungsfestigkeit eines Abschnitts des Aufzeichnungsmaterials 4, an dem Perforationen oder Löcher zum Transport gebildet sind, klein. Deshalb wird die minimale Kraft als eine Formänderungsfestigkeit des Aufzeichnungsmaterials 4 definiert.

Die erforderlichen Bedingungen zur Bewirkung des Effekts der Fixierungseinheit des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. Um einer Spannung T, die durch die Spannungs-Anwendungswalzen 6 auf das Aufzeichnungsmaterial 4 ausgeübt wird, zu ermöglichen, auf das Aufzeichnungsmaterial an dem rückwärtigen Kontaktabschnitt 10 der Fixierungswalze 1 zu wirken, muss die folgende Ungleichung erfüllt sein.

T < F (1)

wobei

F = µ₀W (2)

Um das Aufzeichnungsmaterial 4 so zu halten, dass es nicht durch die Spannung T deformiert wird, muss die folgende Ungleichung erfüllt sein:

E < T (3)

Die obigen Ausdrücke werden durch die folgende Ungleichung ausgedrückt:

E < T < µ₀W (4)

Mit anderen Worten ausgedrückt, wird die Spannung T, die durch die Spannungs-Anlegungswalze 6 an das Aufzeichnungsmaterial 4 angelegt wird, und eine Druckkraft W der Andruckwalze 5 so bestimmt, dass eine Spannung, die größer als die statische Reibungskraft F ist, auf das Aufzeichnungsmaterial 4 in einen Bereich wirken kann, der die Formänderungskraft E des Aufzeichnungsmaterials 4 nicht übersteigt. Deshalb ist es möglich, an das Aufzeichnungsmaterial 4 an dem rückwärtigen Kontaktabschnitt 10 sicher eine Spannung anzulegen, ohne die Deformation des Aufzeichnungsmaterials 4 zu bewirken.

Unabhängig von der Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 kann gemäß dem voranstehend erwähnten ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch Halterung des Aufzeichnungsmaterials 4 durch die Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 eine hohe Fixierungsfestigkeit aufrechterhalten werden. Da eine Spannung auf das Aufzeichnungsmaterial 4 selbst an dem rückwärtigen Kontaktabschnitt 10 wirkt, tritt auch kein Durchhang auf. Demzufolge kann eine Fixierungseinheit mit herabgesetzter Größe bereitgestellt werden, die die instabile Fixierungsqualität und ein verwischtes Bild beseitigt, selbst wenn ein Druck bei hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird.

Ausführungsform der Erfindung

Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Fixierungseinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Dickendetektor für das Aufzeichnungsmaterial 4. Diese Ausführungsform ist hinsichtlich der Bezugszeichen und des Aufbaus der Fixierungseinheit identisch zu der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, dass der Dickendetektor 12 ein die Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 anzeigendes Signal erzeugt, um zum Steuern des Betriebs der Fixierungseinheit eine Position, an der die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 befestigt ist und eine Druckkraft beliebig einzustellen.

Als Folge der Detektion der Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 durch den Dickendetektor 12 wird in dieser Ausführungsform, wenn die Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 dünn ist, die Andruckkraft der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 klein eingestellt, da das Aufzeichnungsmaterial 4 und die nicht fixierten Tonerteilchen 7 leicht erwärmt werden. Deshalb kann die Position der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 so eingestellt werden, dass ein Kontaktbereich der Fixierungswalze 1 und des Aufzeichnungsmaterials 4 reduziert ist. Wenn die Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 dick ist, erschwert dies eine Erwärmung des Aufzeichnungsmaterials 4 und des nicht fixierten Toners 7. Deshalb wird die Andruckkraft der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 groß eingestellt und die Position der Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 wird so eingestellt, dass der Kontaktbereich der Fixierungswalze 1 und des Aufzeichnungsmaterials 4 vergrößert ist. Dadurch werden die Druckkraft und die Position der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 auf der Basis der detektierten Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 eingestellt, wodurch die Starke einer Fixierung erhalten wird, die unabhängig von der Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 stabil ist. Vor Eintreten in den Walzengreifer wird somit die Fixierungseinheit in solcher Weise gesteuert, dass das Aufzeichnungsmaterial 4 an dem Dickendetektor 12 vorbeiläuft, der die Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 auf Grundlage der Lichttransmission detektiert und ein in dem Detektor 12 vorgesehener Sensor wandelt die detektierte Dicke des Aufzeichnungsmaterials in ein elektrisches Signal um, so dass die Position der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 und die Endposition des rückwärtigen Kontaktabschnitts 10 aufgrund dieses elektrischen Signals eingestellt werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann die hohe und stabile Stärke und Qualität einer Anbringung oder Fixierung erzielt werden, und zwar unabhängig von der Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4.

Zweiter Aspekt

Nachstehend wird eine Beschreibung eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 4 durchgeführt.

Die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 kann so aufgebaut sein, um die Funktionen der Spannungs-Anlegungseinrichtung und der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze zusammen bereitzustellen. Mit anderen Worten wird in dieser Ausführungsform die Spannung T, die an das Aufzeichnungsmaterial 4 angelegt werden soll, durch die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 ausgeübt. Deshalb handelt es sich bei der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 nicht um eine durch das Aufzeichnungsmaterial 4 angetriebene Walze, sondern eine Antriebswalze, die selbst antreibt. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Oberflächengeschwindigkeit der Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 größer als die Bewegungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials 4, mit dem Ergebnis, dass ein Durchrutschen zwischen den Oberflächen des Aufzeichnungsmaterials 4 und der Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 zu allen Zeiten verursacht wird. Wenn V_h eine Oberflächengeschwindigkeit der Fixierungswalze 1 ist, V_p eine Bewegungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials 4 ist und V_r eine Oberflächengeschwindigkeit der Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 ist, dann ist die folgende Ungleichung erfüllt:

V_h = V_p < V_r (5)

Wenn der Koeffizient einer dynamischen Reibung zwischen den Oberflächen des Aufzeichnungsmaterials 4 und der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 gleich µ₁ ist, dann wird die Spannung T, die durch die Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 auf das Aufzeichnungsmaterial 4 ausgeübt wird, durch die folgende Gleichung ausgedrückt.

T = µ₁W (6)

Wenn Gleichung (5) in die Gleichung (4) eingesetzt wird, wird die erforderliche Bedingung zur Erzielung des Effekts der Fixierungseinheit der vorliegenden Erfindung folgendermaßen vorgesehen.

E < µ₁W < µ₀W (7)

Insbesondere wird das Material der Oberflächenschicht der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 so bestimmt, dass die folgenden Ungleichheiten erfüllt werden können.

V_p < V_r

µ₁ < µ₀

Zudem wird die Druckkraft W der Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 so bestimmt, dass eine Spannung, die größer als eine auf das Aufzeichnungsmaterial 4 zwischen der Fixierungswalze 1 und der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 wirkende statische Reibungskraft ist, auf das Aufzeichnungsmaterial 4 in einem Bereich angelegt wird, der eine Formänderungsfestigkeit E des Aufzeichnungsmaterials 4 nicht übersteigt. Für den Fall, dass Fluoroharz für die Oberflächenschicht der Fixierungswalze 1 verwendet wird, wird Silikongummi oder dergleichen für das Material der Oberflächenschicht der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze verwendet.

Gemäß dem voranstehenden zweiten Aspekt kann die gleiche Kraftbeziehung wie die des ersten Aspekts bereitgestellt werden, selbst wenn die Spannungsanwendungswalzen 6 weggelassen werden. Wenn das Aufzeichnungsmaterial 4 durch die Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 gehaltert wird, kann deshalb unabhängig von der Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 eine rückwärtige Kontaktlänge des Aufzeichnungsmaterials 4 und der Fixierungswalze 1 konstant gehalten werden. Ferner kann durch die Anwendung einer Spannung auf das Aufzeichnungsmaterial 4 an dem rückwärtigen Kontaktabschnitt 10 das Auftreten eines Durchhängens bzw. einer Spannungslosigkeit vermieden werden. Infolgedessen kann eine Fixierungseinheit mit verringerter Größe bereitgestellt werden, die die instabile Qualität einer Fixierung und ein verwischtes Bild beseitigen kann, selbst wenn ein Druckvorgang bei hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird. Da ferner keine zusätzliche Spannungsanlegungseinrichtung für das Aufzeichnungsmaterial benötigt wird, kann eine Fixierungseinheit bereitgestellt werden, deren Größe weiter herabgesetzt ist.

Obwohl die explizite Beschreibung dafür nicht durchgeführt wird, versteht es sich von selbst, dass eine Fixierungseinheit mit verringerter Größe bereitgestellt werden kann, die die hohe Fixierungsfestigkeit aufweist und die instabile Qualität einer Fixierung und ein verwischtes Bild beseitigt, selbst wenn eine Spannung durch Anwendung einer Spannung durch die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 und auch durch Bereitstellung der Spannungsanlegungswalzen 6 wie in der ersten Ausführungsform kompensiert wird. Wenn in diesem Beispiel angenommen wird, dass Ta eine Gesamtspannung ist, die durch die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 und die Spannungsanlegungswalzen 6 ausgeübt wird, ist die erforderliche Bedingung zum Erreichen des Effekts der Fixierungseinheit der vorliegenden Erfindung folgendermaßen:

E < µ₁W + T_a < µ₀W (8)

Dritter Aspekt

Nachstehend wird eine Beschreibung der dritten und vierten Aspekte der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 vorgenommen. Die voranstehenden ersten und zweiten Aspekte und die Ausführungsformen sind Beispiele, bei denen ein Kontaktabschnitt 10 stromabwärts von dem Walzengreifer 9 vorgesehen ist. Es versteht sich von selbst, dass sich das gleiche Problem in dem Fall ergibt, wenn ein Kontaktabschnitt stromaufwärts von dem Walzengreifer genauso vorgesehen ist.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Fixierungseinheit gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Fixierungswalze; 2 ein Heizgerät; 3 eine Andruckwalze; 4 ein Aufzeichnungsmaterial; 5 eine Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze; 6 eine Spannungsanlegungswalze; 7 nicht fixierten Toner; 8 fixierten Toner; 9 einen Walzengreifer; 13 einen vorderen Kontaktabschnitt; T eine durch die Spannungsanlegungswalze 6 auf das Aufzeichnungsmaterial ausgeübte Spannung; F eine zwischen dem Aufzeichnungsmaterial 4 und der Fixierungswalze 1 an einer Position entsprechend der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 wirkende Reibungskraft; und W eine an die Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 angelegte Druckkraft.

Der Walzengreifer 9 wird gebildet, indem die Andruckwalze 3 in Druckkontakt mit der Fixierungswalze 1 gebracht wird, die durch das Heizgerät 2 erwärmt worden ist, der aus einer Halogenlampe besteht. Das Aufzeichnungsmaterial 4 ist ein kontinuierliches Faltpapier (Zickzackfaltungspapier), auf dem ein Tonerbild gebildet wird. Das Aufzeichnungsmaterial 4 empfängt eine Spannung in einer entgegengesetzten Richtung zu derjenigen einer Weiterbewegung des Aufzeichnungsmaterials 4 durch die Wirkung der Spannungsanlegungswalze 6. Da dabei der nicht fixierte, Toner 7 auf der oberen Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials 4 angebracht wird, können ein Paar von Walzen, die einen Angriffsabschnitt bilden, für die Anwendung einer Spannung nicht verwendet werden. Deshalb ist die Spannungsanwendungswalze 6 so angeordnet, um unter Verwendung von kleinen Löchern zum Weitertransport, die in regelmäßigen Intervallen an beiden Enden des Aufzeichnungsmaterials 4 vorhanden sind, eine Spannung an das Aufzeichnungsmaterial 4 in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung des kontinuierlichen Faltpapiers anzulegen. Nachdem das Aufzeichnungsmaterial zwischen die Fixierungswalze 1 und die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 eingefügt ist, erreicht das Aufzeichnungsmaterial 4 den Schmelz- und Angriffsabschnitt 9, der durch die Fixierungswalze 1 und die Andruckwalze 2 gebildet wird, durch den vorderen Kontaktabschnitt 13. Während dieses Prozesses werden die nicht fixierten Tonerteilchen 7 zusammen mit dem Aufzeichnungsmaterial 4 an dem vorderen Kontaktabschnitt 13 vorgewärmt und werden dann an dem Walzengreifer 9 erwärmt und gedrückt. Im Ergebnis wird Energie ausreichend an die nicht fixierten Tonerteilchen 7 angelegt, die den Walzengreifer 9 passiert haben, so dass die nicht fixierten Tonerteilchen auf dem Aufzeichnungsmaterial 4 fixiert werden. Dies ist durch den fixierten Toner 8 dargestellt. Die Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 befindet sich im Kontakt mit der umgekehrten Seite der Bildherstellungsoberfläche des Aufzeichnungsmaterials 4 und wird in Abhängigkeit von der Bewegung des Aufzeichnungsmaterials 4 angetrieben. Die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 ist eine elastische Walze, die aus Silikongummi und auf der Oberfläche des Silikongummis gebildetem Fluoroharz besteht. In der Figur erscheint die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 so, als ob sie das Aufzeichnungsmaterial 4 im Zusammenwirken der Fixierungswalze 1 stark festklemmt. Allerdings ist ihre Andruckkraft tatsächlich so gering, dass die Spannung der Spannungsanwendungswalzen 6 den vorderen Kontaktabschnitt 13 erreicht. Da die Spannung an das Aufzeichnungsmaterial 4 sogar an dem vorderen Kontaktabschnitt 13 angewendet wird, tritt deshalb an dem vorderen Kontaktabschnitt 13 kein Durchhängen des Aufzeichnungsmaterials 4 auf. Ferner wird das Aufzeichnungsmaterial 4 durch die Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 an der Startposition des vorderen Kontaktabschnitts der Fixierungswalze 1 gehaltert. Infolgedessen wird kein Einfluss eines Flatterns des Aufzeichnungsmaterials 4, was stromaufwärts von der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 auftritt, auf das Aufzeichnungsmaterial 4 an der vorderen Kontaktstartposition und an dem vorderen Kontaktabschnitt 13 stromabwärts davon ausgeübt. Unabhängig von der Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 kann deshalb ein Fixierungsprozess fortgesetzt werden, während die Kontaktlange des Aufzeichnungsmaterials 4 und der Fixierungswalze 1 konstant gehalten wird.

Nachstehend wird eine Beschreibung eines Zusammenhangs zwischen einer Spannung T und einer Andruckkraft W durchgeführt. Bei dieser Erläuterung ist E eine Formänderungsfestigkeit des Aufzeichnungsmaterials 4 und µ₀ ist ein statischer Reibungskoeffizient zwischen dem Aufzeichnungsmaterial 4 und der Fixierungswalze 1. In diesem Beispiel wird die Formänderungsfestigkeit E als eine minimale Festigkeit definiert, die durch das Produkt der Streckspannung des Aufzeichnungsmaterials 4 und der Breite des Aufzeichnungsmaterials 4 in einer Richtung senkrecht zu der Transportrichtung gegeben ist.

Die erforderlichen Bedingungen zur Erreichung des Effekts der Fixierungseinheit der vorliegenden Erfindung werden wie folgt beschrieben. Um einer Spannung T, die durch die Spannungs- Anlegungswalze 6 auf das Aufzeichnungsmaterial 4 ausgeübt wird, zu ermöglichen, auf das Aufzeichnungsmaterial 4 an dem vorderen Kontaktabschnitt 13 zu wirken, muss die folgende Ungleichung erfüllt sein.

T < F (9)

wobei

F = ~µ₀W (10)

Um das Aufzeichnungsmaterial 4 so zu halten, dass es durch die Spannung T nicht deformiert wird, muss die folgende Ungleichung erfüllt sein.

E < T (11)

Die obigen Ausdrücke werden durch die folgende einzelne Ungleichung dargestellt:

E < Tµ₀ (12)

Mit anderen Worten ist es möglich, eine durch die Spannungsanlegungswalzen 6 auf das Aufzeichnungsmaterial 4 ausgeübte Spannung T und eine Andruckkraft W der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 so zu bestimmen, dass eine Spannung, die größer als eine statische Reibungskraft F ist, auf das Aufzeichnungsmaterial 4 in einem Bereich wirken kann, der die Formänderungsfestigkeit E des Aufzeichnungsmaterials 4 nicht übersteigt. Deshalb ist es möglich, an das Aufzeichnungsmaterial 4 an dem vorderen Kontaktabschnitt 13 sicher eine Spannung anzulegen, ohne die Deformation des Aufzeichnungsmaterials 4 zu verursachen.

Wie groß die Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 auch immer sein mag, gemäß der voranstehenden vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die vordere Kontaktlänge des Aufzeichnungsmaterials 4 und der Fixierungswalze 1 konstant gehalten werden und eine Spannung wirkt auf das Aufzeichnungsmaterial 4 sogar an dem vorderen Kontaktabschnitt 13, wodurch in dem Aufzeichnungsmaterial 4 kein Durchhang auftritt. Infolgedessen kann eine Fixierungseinheit mit verringerter Größe bereitgestellt werden, die eine große Fixierungsstärke aufweist und die instabile Qualität einer Fixierung und ein verwischtes Bild selbst dann beseitigen kann, wenn ein Druck bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird.

Vierter Aspekt

Nachstehend wird eine Beschreibung eines vierten Aspekts unter Bezugnahme auf Fig. 6 vorgenommen.

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Fixierungseinheit gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieser Aspekt ist hinsichtlich der Bezugssymbole und des Aufbaus einer Fixierungseinheit identisch zu dem dritten Aspekt mit der Ausnahme, dass keine Spannungs-Anlegungswalze 6 vorhanden ist.

Bei diesem Aspekt wird eine Spannung T an das Aufzeichnungsmaterial 4 durch die Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 angelegt. Deshalb handelt es sich bei der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 nicht um eine durch das Aufzeichnungsmaterial 4 angetriebene Walze sondern um eine Antriebswalze, die selbst antreibt. Die Oberflächengeschwindigkeit der Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 ist geringer als die Bewegungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials 4, mit dem Ergebnis, dass zwischen den Oberflächen des Aufzeichnungsmaterials 4 und der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 zu allen Zeiten ein Durchrutschen verursacht wird. Wenn V, eine Oberflächengeschwindigkeit der Fixierungswalze 1 ist, V_p eine Bewegungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials 4 ist und V_r eine Oberflächengeschwindigkeit der Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 ist, dann ist die folgende Ungleichung erfüllt:

V_h = V_p < V_r (13)

Wenn der Koeffizient einer dynamischen Reibung zwischen den Oberflächen des Aufzeichnungsmaterials 4 und der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 µ₁ ist, dann wird die Spannung T, die durch die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze auf das Aufzeichnungsmaterial 4 ausgeübt wird, durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

T = µ₁W (14)

Wenn Gleichung (14) in Gleichung (12) eingesetzt wird, dann wird die erforderliche Bedingung zur Erzielung des Effekts der Fixierungseinheit der vorliegenden Erfindung wie folgt bereitgestellt:

E < ~µ₁W < µ₀W (15)

Insbesondere wird das Material der Oberflächenschicht der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 so bestimmt, dass die folgenden Ungleichheiten erfüllt sind.

V_p < V_r

µ₁ < µ₀

Ferner wird die Andruckkraft W der Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 so bestimmt, dass eine Spannung, die größer als eine statische Reibungskraft ist, auf das Aufzeichnungsmaterial 4 in einem Bereich wirkt, der eine Formänderungsfestigkeit E des Aufzeichnungsmaterials 4 nicht übersteigt. Für den Fall, dass Fluorharz für die Oberflächenschicht der Fixierungswalze 1 verwendet wird, wird Silikongummi oder dergleichen für das Material der Oberflächenschicht der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze 5 verwendet.

Gemäß dem voranstehenden vierten Aspekt kann der gleiche Kraftzusammenhang wie der des dritten Aspekts erzielt werden, selbst wenn die Spannungs-Anlegungswalzen 6 weggelassen werden. Unabhängig von der Dicke des Aufzeichnungsmaterials 4 kann deshalb eine vordere Kontaktlange des Aufzeichnungsmaterials 4 und der Fixierungswalze 1 konstant gehalten werden, wenn das Aufzeichnungsmaterial 4 durch die Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze 5 gehaltert wird. Ferner kann durch die Spannungsanlegung an das Aufzeichnungsmaterial 4 an dem vorderen Kontaktabschnitt 13 das Auftreten eines Durchhangs vermieden werden. Infolgedessen kann eine Fixierungseinheit mit verringerter Größe bereitgestellt werden, die eine hohe Fixierungsstarke aufweist und die die instabile Qualität einer Fixierung und ein verwischtes Bild selbst dann beseitigt, wenn ein Drucken bei hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird. Wenn in diesem Beispiel angenommen wird, dass T_s eine Spannung ist, die durch die Spannungs- Anlegungswalzen 6 gegeben ist, dann wird die erforderliche Bedingung zur Erzielung des Effekts der Fixierungseinheit der vorliegenden Erfindung wie folgt beschrieben.

E < ~µ₁W + T_s < µ₀W.

In den voranstehenden Ausführungsformen und Aspekten sind zur weiteren Verbesserung der Wirkungen der Erfindung die folgenden Bedingungen erfüllt

r₁ ≧ r₂, und r₁ < r₃

wobei r₁ ein Radius der besagten Fixierungswalze ist, r₂ ein Radius der besagten Andruckwalze ist und r₃ ein Radius der besagten Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze ist.

Wie voranstehend beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Aufzeichnungsmaterial in zufriedenstellender Weise erwärmt werden, da das Aufzeichnungsmaterial in Kontakt mit der Fixierungswalze selbst in einem Bereich mit Ausnahme des Walzengreifers gebracht wird. Da sich die Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze an einer Position entsprechend der Kontaktstart- oder Endposition des Aufzeichnungsmaterials befindet, kann auch verhindert werden, dass die Länge des Kontaktabschnitts schwankt. Da ferner eine Spannung an das Aufzeichnungsmaterial an dem Kontaktabschnitt angewendet wird, kann ein Durchhang des Aufzeichnungsmaterials verhindert werden. Infolgedessen kann eine Fixierungseinheit bereitgestellt werden, die eine instabile Qualität einer Fixierung und ein verwischtes oder unscharfes Bild beseitigt, selbst wenn der Fixierungsbetrieb bei hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird und sie besitzt eine hohe Fixierungsfestigkeit.

Claims

1. Fixierungseinheit, umfassend:

a) eine Fixierungswalze (1), die von einem Heizgerät (2) zur Fixierung von Toner (7) auf einem Aufzeichnungsmaterial (4) erwärmt wird;
b) eine Andruckwalze (3), die mit der Fixierungswalze (1) in Druckkontakt steht, wobei das Aufzeichnungsmaterial (4) mit nicht-fixiertem Toner (7) in einem ersten Druckkontaktbereich (9) zwischen den beiden Walzen (1, 2) an der Fixierungswalze (1) anliegt und bei Drehung der Walzen (1, 2) weitertransportiert (Vh) wird;
c) eine Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze (5), die am Umfang der Fixierungswalze (1) in einem Abstand zu dem ersten Druckkontaktbereich (9) angeordnet ist und das Aufzeichnungsmaterial (4) in einem zweiten Druckkontaktbereich an die Fixierungswalze (1) drückt, so dass das Aufzeichnungsmaterial (4) in einem Kontaktbereich (10) zwischen dem ersten und zweiten Druckkontaktbereich am Umfang der Fixierungswalze (1) anliegt; und
d) eine Zugspannungs-Anlegungseinrichtung (5; 6, Vr), um an das Aufzeichnungsmaterial (4) eine Zugspannung (T) anzulegen;

dadurch gekennzeichnet

a) eine Dickenunterscheidungseinrichtung (12) vorgesehen ist zur Unterscheidung der Dicke des Aufzeichnungsmaterials (4); und
b) eine Positionseinstelleinrichtung Vorgesehen ist zur Einstellung einer Position der Aufzeichnungsmaterial-Andruckwalze (5) in Abhängigkeit von einem von der Dickenunterscheidungseinrichtung (12) erzeugten Dickenunterscheidungssignal des Aufzeichnungsmaterials (4).

2. Fixierungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugspannungs-Anlegungseinrichtung (5; 6, Vr) an das Aufzeichnungsmaterial (4) eine Zugspannung (T) anlegt, die größer als die zwischen dem Aufzeichnungsmaterial (4) und der Fixierungswalze (1) wirkende Reibungskraft (F) ist;

3. Fixierungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugspannungs-Anlegungseinrichtung (5; 6, Vr) an das Aufzeichnungsmaterial (4) eine Zugspannung (T) anlegt, die kleiner als die Formänderungsfestigkeit (E) definiert als das Produkt der Streckspannung mal der Fläche gebildet durch die Breite des Aufzeichnungsmaterials und dem Andruckabstand, über den die Spannungsanlegungsrolle das Aufzeichnungspapier andrückt (E < T < µ₀W).

4. Fixierungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien r1, r2 und r3 der Fixierungswalze (1), der Andruckwalze (3) und der Aufzeichnungsmaterial- Andruckwalze (5) folgende Bedingungen erfüllen: r1 ≧ r2 und r1 < r3.

5. Fixierungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckwalze (3) einen Walzengreifer (9) des Aufzeichnungsmaterials (4) an der Fixierungswalze (1) und eine Andruckkraft (F) zum Andrücken des Aufzeichnungsmaterials (4) an die Fixierungswalze (1) aufweist, wobei der Walzengreifer (9) und die Andruckkraft (F) entsprechend der Dicke des Aufzeichnungsmaterials (4) veränderbar ist.