DE19950268B4 - Ofen zum Fixieren von Druckpulver für einen Drucker - Google Patents

Abstract

Ofen zum Fixieren einer Anzahl von übereinander angeordneten Schichten von Drucktoner mit unterschiedlichen Primärfarben für einen Drucker mit einer beheizbaren Fixierungswalze (1), einer Mehrzahl von Einzelwiderständen (14–17) zum Beheizen der äußeren Oberfläche der Fixierungswalze (1), die auf der äußeren Oberfläche der Fixierungswalze (1) in Axial- und Winkelrichtung angeordnet sind und ein Netz bilden, das aus nebeneinander liegenden Elementarbereichen der äußeren Oberfläche der Fixierungswalze (1) gebildet ist, wenigstens einer Vergleichsschaltung (22) zur selektiven Stromversorgung wenigstens eines Einzelwiderstands (14–17), und einem Mikroprozessor (30), wobei der Mikroprozessor (30) durch Vergleich zwischen den Positionen von Pixeln der elektronischen Einzelbilder eines zu fixierenden Bildes eine Anzahl von übereinander angeordneten Schichten von Drucktoner mit unterschiedlichen Primärfarben für jedes Pixel bestimmt, wobei die Vergleichsschaltung (22) zur selektiven Stromversorgung die Einzelwiderstände (14–17) in Abhängigkeit von der Anzahl der übereinander angeordneten Schichten von Drucktoner mit unterschiedlichen Primärfarben für jedes Pixel einzeln thermisch steuert, und wobei in Bezug auf den...

Description

• Die Erfindung betrifft einen Ofen zum Fixieren einer Anzahl von übereinander angeordneten Schichten von Drucktoner mit unterschiedlichen Primärfarben für einen Drucker.
• Für die Reproduktion eines Abbilds eines Dokuments in einer Druckvorrichtung, wie beispielsweise einem Fotokopierer oder einem Telekopierer, die mit Normalpapier arbeiten, wird ein latentes Bild aus elektrischen Ladungen auf der Umfangsfläche einer drehbaren Trommel ausgebildet, um Partikel des Drucktoners anzuziehen und diese anschließend entsprechend auf dem Bild auf einem zu bedruckenden Bogen im Kontakt mit der Trommel abzulagern. Der Bogen geht anschließend in einen Ofen, in dem die Pulverpartikel erhitzt werden, um sie mit den Fasern des Papiers zu verschmelzen und auf diese Weise das Bild zu fixieren.
• Entsprechend dem Stand der Technik weist der Beheizungsofen ein Walzenpaar mit einer beheizten bzw. beheizenden Walze und einer Gegendruckwalze auf. Die beheizte Walze besteht aus einem hohlen Zylinder aus thermisch leitendem Material, der indirekt beheizt wird, und zwar durch Strahlung mittels einer Halogenlampe, die im Inneren untergebracht ist.
• Diese Anordnung weist die Nachteile auf, dass eine relativ große thermische Trägheit und daher eine relativ große Aufheizzeit vorhanden ist, wenn der Drucker ans Netz angeschlossen wird. Man könnte daran denken, die Heizleistung zeitweise zu vergrößern, was allerdings eine wesentlich leistungsfähigere Lampe und Stromversorgung erforderlich machen würde, was aus ökonomischen Gründen ausgeschlossen ist.
• Die JP 08/110723 A , Patent Abstracts of Japan, vol. 096, No. 008 beschreibt die Anordnung eines Beheizungswiderstands, der auf die äußere Oberfläche der Walze aufgedruckt ist.
• Die Beheizungszeit wird auf diese Weise verkürzt, da die thermische Trägheit verkleinert wird und die thermische Energie unmittelbar an dem Ort freigesetzt wird, wo sie durch die Druckunterlage bzw. den Druckträger aufgenommen wird. Da allerdings die Bildzonen aus mehreren übereinander angeordneten Schichten von Druckfarbe bestehen, die daher einen erheblichen thermischen Energieeintrag benötigen, können sie nicht die gesamte notwendige thermische Energie erhalten, da der Heizwiderstand eine begrenzte Trägheit aufweist. Die Fixierung der Druckfarbe ist daher unzureichend.
• Die JP 08/305198 A offenbart eine beheizbare Fixierwalze, deren Beheizungswiderstände mittels Siebdruck aufgebracht wurden. Des Weiteren befindet sich auf der beheizbaren Fixierwalze eine Antihaftbeschichtung, um ein Festkleben des Toners zu verhindern. Nachteilig an einer derartigen Ausführung ist, dass die einzelnen Beheizungswiderstände über dieselben Elektroden mit Strom versorgt werden und somit nicht unabhängig voneinander angesteuert werden können.
• Die EP 0 256 770 A1 und US 4,585,325 beschreiben jeweils eine beheizbare Fixierwalze, wobei die einzelnen Beheizungswiderstände über ein Kontrollsystem angesteuert werden.
• In der DE 195 17 816 C2 wird eine Fixierungswalze beschrieben, wobei eine Einrichtung zur Analyse eines zu fixierenden Bildes eine Einrichtung zur selektiven Stromversorgung der Heizwiderstände steuert, und wobei die Einrichtung zur selektiven Stromversorgung die Anzahl von Heizwiderständen als Funktion der Anzahl von übereinander angeordneten Schichten von Drucktoner des Bildes selektiv steuert.
• Derartige Vorrichtungen haben den Nachteil, dass die aufzubringende thermische Energie nicht dem tatsächlichen Bedarf an thermischer Energie, bedingt durch die Anzahl der übereinander angeordneten Schichten von Drucktoner, angepasst werden kann.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dieses Problem zu überwinden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Ofen nach Anspruch 1.
• Auf diese Weise wird die thermische Energie auf der äußeren Oberfläche der Walze selektiv zugeführt bzw. freigesetzt, und daher auch der Druckunterlage bzw. dem Druckträger, in Abhängigkeit von den Anforderungen in den unterschiedlichen Zonen des zu fixierenden Bildes. Außerdem kann die Einrichtung zur Analyse des Bildes an die thermischen Eigenschaften unterschiedlicher Druckpulver bzw. -toner angepasst werden.
• Es kann vorgesehen sein, dass die Widerstände auf der beheizenden Walze serigraphisch aufgebracht bzw. aufgedruckt sind.
• In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die beheizende Walze in thermischer Hinsicht aus leitendem Material besteht und mit den Beheizungswiderständen verbunden ist.
• Es kann vorgesehen sein, dass ein Regelungsthermistor in einem der Widerstände integriert ist.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen ist, in der
• 1 einen Axialschnitt zeigt, der teilweise die Walze des Ofens sowie eine Gegendruckwalze zeigt, und
• 2 eine schematische Ansicht einer Abwicklung des Umfangs der Fixierungswalze und der Steuerungselektronik zeigt.
• Die mit 1 bezeichnete Fixierungswalze ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Teil eines Fernkopierers und ist in einem nicht dargestellten Gehäuse des Fernkopierers gelagert. Eine Gegendruckwalze 2 ist einer Erzeugenden bzw. Mantellinie der Walze 1 gegenüberliegend angeordnet und mit nicht dargestellten Andruckfedern elastisch gegen diese angedrückt. Die beiden Walzen 1 und 2 mit jeweiligen Achsen 19 und 21 sind so angebracht, daß die eine auf der anderen abrollen kann und auf diese Weise auf die Walze 1 eine Folge von Streifen oder Linien eines zu bedruckenden Trägers 20 andrücken kann, hierbei eines Bogens Papier, der bereits Druckpulver oder -toner entsprechend dem gewünschten Bild erhalten hat. In diesem Beispiel sind die beiden Walzen 1 und 2 zu diesem Zweck beide drehbar auf dem Gehäuse angebracht, und der Bogen 20 wird durch zwei nicht dargestellte unterhalb angeordnete Extraktionsrollen angetrieben, die auf diese Weise die Walzen 1 und 2 in Drehung versetzen, indem der Bogen 20 mittels Reibung erfaßt wird. Die Walze 1, die auf Lagern 10 angebracht ist, könnte mit einem motorischen Antrieb versehen sein. In anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, daß die Rolle 1 feststehend ist und daß sich die Gegenwalze 2 um die Achse 19 der Walze dreht, indem sie auf ihrer Oberfläche abrollt, um dort nach Art eines Anklebevorgangs die gesamte Fläche eines Bogens anzudrücken, der dann in Bezug auf die Walze 1 feststeht.
• Die Walze 1 ist im vorliegenden Fall hohl und weist eine zylindrische innere Schicht bzw. ein Rohr 11 auf, welches einen mechanischen Träger für eine Schicht 12 aus elektrisch isolierendem, aber thermisch leitendem Material bildet, in diesem Fall aus Email die ihrerseits eine dünne, thermisch leitende äußere Schicht 13 als Antihaftbeschichtung der Walze 1 trägt, in diesem Fall aus Teflon, die dazu dient, jegliches Ankleben des Papiers 20 an der Walze 1 zu verhindern. Die Schicht 12 trägt einen Beheizungswiderstand, und zwar genauer gesagt in diesem Beispiel vier Widerstände 14, 15, 16, 17, die somit auf der äußeren Oberfläche der Walze 1 angeordnet sind. Weiterhin sind in diesem Fall vier Thermistoren vorgesehen, die jeweils einem Widerstand 14 bis 17 zugeordnet sind, und von denen lediglich der Thermistor 18, der dem Widerstand 14 zugeordnet ist, dargestellt ist.
• Wie 2 zeigt, die in Bezug auf 1 in vertikaler Richtung komprimiert ist, erstrecken sich die vier Widerstände 14 bis 17 und der bzw. die Thermistor(en) über vier Zonen des Umfangs bzw. der äußeren aktiven Oberfläche der Walze 1, wobei in diesem Fall vier Abschnitte gebildet werden, die in axialer Richtung aneinander anstoßen. Sie bestehen in diesem Fall aus dicken Schichten aus einer Masse eines Materials mit bestimmtem Widerstand, die serigraphisch auf die Emailschicht 12 aufgebracht bzw. gedruckt sind und anschließend mit einer elektrisch isolierenden Schicht abgedeckt sind, wie beispielsweise Email oder Lack. Jeder Widerstand 14 bis 17 ist in diesem Fall aus einer Bahn gebildet, die sich über die gesamte Oberfläche des betreffenden Teilstücks hinwegschlängelt, um die Wärme gut zu verteilen. In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß bei jedem Teilstück der Walze 1 eine Leiterbahn die gesamte äußere Oberfläche des Teilstücks abdeckt und vorzugsweise von zwei radial und axial gegenüberliegend angeordneten Punkten mit Strom versorgt ist, um den Stromfluß optimal zu verteilen.
• Im vorliegenden Beispiel besteht der zylindrische Träger 11 aus einem thermisch leitenden Material, in diesem Fall aus Aluminium, und besitzt eine ausreichende Masse, um als thermischer Pufferspeicher zu wirken, ohne allerdings die Widerstände 14 bis 17 thermisch „kurzzuschließen”, so daß ein schneller Aufheizvorgang möglich ist. Auf diese Weise wird der Papierbogen 20 durch die Teflonschicht 13 hindurch und durch die Widerstände 14 bis 17 und durch die Emailschicht 12, in der sich die Wärmeenergie der Widerstände 14 bis 17 verteilt, und durch den Träger 11 unmittelbar beheizt. Der Träger trägt dazu bei, daß die Wärme auf der gesamten Oberfläche der Emailschicht 12 verteilt wird und gewährleistet weiterhin zeitweise einen zusätzlichen Wärmeeintrag, wenn das Wärmeaufnahmevermögen des Bogens 20 die Leistung der Widerstände 14 bis 17 übersteigt, beispielsweise bei einem Druckvorgang mit erhöhter Geschwindigkeit oder vergrößerter Zeitdauer. Ein Ring 15 für die Zuleitung der Stromversorgung und ein Ring 16 für die Rückleitung zur Masse sind mit der Walze 1 seri graphisch fest verbunden und mit den beiden Endabschnitten des Widerstands 14 verbunden. Die anderen Widerstände 15 bis 17 und die Thermistoren, wie beispielsweise der mit 18 bezeichnete, werden ebenfalls mit nicht dargestellten Ringen, wie der mit 15 bezeichnete, mit Strom versorgt, wobei der Massering 16 für die Widerstände 14 bis 17 gemeinsam ist. Die unterschiedlichen Ringe sind in 2 mit stark ausgezogenen Strichen an jedem axialen Endabschnitt der Walze 1 angedeutet.
• Die Ringe für den Rücklauf des Versorgungsstroms von den Thermistoren, die nicht alle dargestellt sind, sind individuell und sind mit einem ersten Eingang einer individuellen Schaltung zur Messung des Stroms verbunden, wie der mit 22 bezeichneten Schaltung. Die Schaltung 22 ist eine Vergleichsschaltung, die über einen zweiten Eingang einen Sollstrom Ic erhält, der von einer Mikroprozessorschaltung 30 stammt, um am Ausgang ein Signal abzugeben, das den Unterschied zwischen dem Sollstrom Ic und dem durch den Thermistor 18 hindurchgehenden Strom darstellt. Je nach dem Vorzeichen dieses Unterschieds steuert die Schaltung 22 einen Schalter 24 an, der den Ausgang einer Stromversorgung 23 mit dem Ring 15 verbindet, um den Schalter 24 zu schließen, wenn der Strom durch den Thermistor 18 kleiner ist als der Sollstrom Ic. Dadurch wird nämlich eine zu niedrige Temperatur der Emailschicht 12 angezeigt, da der Thermistor 18 in diesem Fall einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist (NTC). Wenn die auf diese Weise hervorgerufene Erwärmung den Wert des Widerstands 18 ausreichend verkleinert hat, überschreitet sein Strom in steigender Richtung die Schwelle Ic und steuert somit die Öffnung des Schalters 24 an. Die Thermistoren 18 usw. werden in diesem Fall über die Stromversorgung 23 ständig mit Strom versorgt.
• Es kann vorgesehen sein, jeden einzelnen Widerstand 14 bis 17 in mehrere Widerstände zu unterteilen, um Winkelabschnitte des Umfangs der Walze 1 thermisch einzeln zu steuern und auf diese Weise ein Netz zu bilden, welches aus elementaren, aneinanderstoßenden Bereichen der äußeren Oberfläche der Walze 1 besteht. Wenn beispielsweise in einem Bild in einem dieser elementaren Bereiche mehrere übereinanderliegende Druckfarb- bzw. Tonerschichten aus unterschiedlichen Primärfarben vorhanden sind, um eine zusammengesetzte Farbe zu bil den, kann die Bezugstemperatur, die in diesem Fall durch den Strom Ic ausgedrückt ist, zeitweilig angehoben werden, um die größere Farbdicke mit einer günstigen bzw. hinreichenden Temperatur auszuhärten, unter Berücksichtigung der erhöhten Abkühlung des betreffenden Widerstands 14 bis 17 aufgrund der vergrößerten Dicke. Die Mikroprozessorschaltung 30 steuert den Druckvorgang ausgehend von der Analyse des zu fixierenden Bildes, d. h. der Partial- oder Einzelbilder mit unterschiedlichen Primärfarben. Die Schaltung erfaßt dann durch Vergleich zwischen den Positionen der Pixel der elektronischen Einzelbilder, daß eine derartige Überlagerung von Primärfarben auftritt und vergrößert um so stärker die Bezugstemperatur und somit den Strom Ic, je größer die Anzahl der auszuhärtenden überlagerten Druckfarb- bzw. Tonerschichten und somit die Gesamtdicke des Toners ist.
• Auf diese Weise wird ganz allgemein der Beheizungswiderstand, der am Anfang der Beschreibung genannt wurde, in eine Anzahl bzw. Vielzahl von unterteilten Einzelwiderständen aufgeteilt, in diesem Fall in Axial- und/oder in Winkelrichtung, auf der äußeren Oberfläche der Walze 1, wie durch die Widerstände 14 bis 17 und die vorstehend beschriebenen Unterteilungen dieser Widerstände verdeutlicht ist, die eine bestimmte Position in Bezug auf den zu bedruckenden Träger 20 und somit in Bezug auf das zu fixierende Bild haben. Die mit Mikroprozessor versehene Druckschaltung 30, die über die Analyse des zu fixierenden elektronischen Bildes verfügt, d. h. über die Position der unterschiedlichen Pixel für jede Primärfarbe, legt eine Karte im Format des Bildes fest, auf der die Anzahl der zu fixierenden Farbschichten für jedes Pixel dargestellt sind, in diesem Fall null bis vier Schichten. Die Schaltung steuert dann selektiv durch eine Anzahl von Schaltern für selektive Stromversorgung wie 24 die Anzahl von Beheizungswiderständen in Abhängigkeit von der summierten Anzahl der Schichten der Pixel mit unterschiedlichen Farben an, für die Zone des Bildes, die mit dem jeweiligen Beheizungswiderstand 14 bis 17 zu fixieren ist.
• Bürstenträger und Bürsten, die im ganzen mit 17 und 18 bezeichnet sind und am Gehäuse befestigt sind, und weitere, die nicht dargestellt sind, gewährleisten die gewünschten elektrischen Verbindungen zwischen den Ringen, wie 15 und 16, und den Leitungen zur Stromver sorgung oder Messung. Eine Zweiermontage ist ebenfalls denkbar, mit Leiterbahnen oder Ringen, die fest mit dem Gehäuse verbunden sind, und mit Bürsten, die fest mit der Walze 1 verbunden sind.
• In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der Thermistor 18 in den Widerstand 14 integriert ist. Unabhängig davon, wie der Aufbau ausgeführt ist, kann die Messung des Widerstands des Thermistors 18 oder 14 durch Vergleich zwischen der Spannung an den Anschlüssen eines Reihenwiderstands mit geringem Wert bzw. einem geringen Spannungsabfall und einer Bezugsspannung erfolgen, die eventuell regelbar sein kann und beispielsweise durch den Ausgang eines Transistors einer Schaltung zur Regelung einer Solltemperatur geliefert werden kann. Es könnte auch eine analoge Regelung der Spannung 23 anstelle einer Zweipunktregelung vorgesehen sein, etwa durch eine stufenlose Steuerung von deren Ausgangsspannung. Diese könnte somit beispielsweise eine Gleichrichterbrücke mit Glättungsfilter aufweisen, die den Kollektor eines NPN-Transistors versorgt, der in Reihe mit der Last 14 bis 17 geschaltet ist, und dessen Basisspannung einstellbar wäre. Der Spannungsabfall über Kollektor und Emitter könnte so nach Belieben verändert werden, und die verbleibende Ausgangsspannung (Emitter-Masse) in Höhe des Rings 15 würde sich somit in umgekehrter Richtung verändern.
• Selbstverständlich könnten die Ringe 15, 16 und andere, die mit der Walze 1 fest verbunden sind, anders und an anderer Stelle auf dieser angebracht sein, beispielsweise auf der Emailschicht 12 und insbesondere an einem bzw. als axialer Endabschnitt, wobei möglicherweise die Emailschicht 12 hierzu in axialer Richtung überstehen könnte. Die Walze 1 könnte auch massiv sein, da die Beheizungselemente eine unmittelbare Beheizung an der äußeren Umfangsfläche 12, 13 bewirken, die mit den Bögen 20 zusammenwirkt. Die Ringe 15, 16 und weitere bilden eine axialsymmetrische Anordnung auf der Walze 1 und können je nach Bedarf orientiert sein, beispielsweise radial nach außen, oder sie können auch in radialen Ebenen oder auch in einer einzigen radialen Ebene angeordnet sein. Sie können auch zylindrisch, parallel und gegenüberliegend sein, als konzentrische ineinander angeordnete Ringe, die auf zwei gegenüberliegenden Flächen ein und derselben Trägerschicht 11 oder 12 liegen. Wie vorstehend angedeutet, sind derartige Schleifanschlüsse nicht notwendig, wenn die Walze 1 feststehend angeordnet ist und sich die Walze 2 abrollend darauf bewegt, um den Bogen 20 darauf anzulegen.

Claims (4)

1. Ofen zum Fixieren einer Anzahl von übereinander angeordneten Schichten von Drucktoner mit unterschiedlichen Primärfarben für einen Drucker mit einer beheizbaren Fixierungswalze (1), einer Mehrzahl von Einzelwiderständen (14–17) zum Beheizen der äußeren Oberfläche der Fixierungswalze (1), die auf der äußeren Oberfläche der Fixierungswalze (1) in Axial- und Winkelrichtung angeordnet sind und ein Netz bilden, das aus nebeneinander liegenden Elementarbereichen der äußeren Oberfläche der Fixierungswalze (1) gebildet ist, wenigstens einer Vergleichsschaltung (22) zur selektiven Stromversorgung wenigstens eines Einzelwiderstands (14–17), und einem Mikroprozessor (30), wobei der Mikroprozessor (30) durch Vergleich zwischen den Positionen von Pixeln der elektronischen Einzelbilder eines zu fixierenden Bildes eine Anzahl von übereinander angeordneten Schichten von Drucktoner mit unterschiedlichen Primärfarben für jedes Pixel bestimmt, wobei die Vergleichsschaltung (22) zur selektiven Stromversorgung die Einzelwiderstände (14–17) in Abhängigkeit von der Anzahl der übereinander angeordneten Schichten von Drucktoner mit unterschiedlichen Primärfarben für jedes Pixel einzeln thermisch steuert, und wobei in Bezug auf den zu bedruckenden Träger (20) die Zone des zu fixierenden Bildes beheizbar ist, die mit dem jeweiligen Beheizungswiderstand (14–17) zu fixieren ist.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (14–17) auf der beheizenden Walze (1) serigraphisch aufgebracht sind.
3. Ofen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizende Walze (1) in thermischer Hinsicht aus leitendem Material besteht und mit den Beheizungswiderständen (14–17) verbunden ist.
4. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelungsthermistor (18) in einem der Widerstände (14–17) integriert ist.