DE2250060B2 - Schmelzfixiereinrichtung für ein elektrofotographisches Kopiergerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schmelzfixiereinrichtung für ein elektrofotografisches Kopiergerät zum Fixieren von Tonerbildern auf einem durch die Fixiereinrichtung bewegten Bildempfangsmaterial, mit einem Hauptheizelement das während einer Bereitschaftszeit auf eine Bereitschaftstemperatur und für einen Kopiervorgang auf Betriebstemperatur steuerbar ist und mit einem für die an die Bereitschaftszeit anschließende Aufheizzeit zuschaltbarem Zusatzheizelement sowie einer Steuereinrichtung zum Schalten der Heizelemente in Abhängigkeit vom Betrieb des Kopiergerätes.

Bei der Herstellung von Kopien nach einem elektrofotografischen Abbildungsverfahren, wie es beispielsweise aus der US-PS 30 62 109 bekannt ist, wird ein latentes elektrostatisches Bild durch Tonerteilchen sichtbar gemacht oder entwickelt, die elektrostatisch von dem latenten Bild angezogen werden, welches auf verschiedene Weise erzeugt werden kann. Das latente elektrostatische Bild erhält man durch Aufladen eines fotoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials und durch dessen Belichtung mit einem Lichtbild, d. h. einem Muster von Licht und Schatten einer elektromagnetischen Strahlung, für welche das fotoleitfähige Aufzeichnungsmaterial empfindlich ist Das Aufzeichnungsmaterial kann wiederverwendbar sein, und in diesem Falle wird das entwickelte Tonerbild auf ein geeignetes Bildempfangsmaterial, beispielsweise gewöhnliches Papier übertragen. In anderen Fällen ist das fotoleitfähige Aufzeichnungsmaterial als Beschichtung auf einem Körper ausgebildet, der ein Papierblatt, ein bandförmiges Material oder dergleichen sein kann, so daß das entwickelte Tonerbild nicht übertragen zu werden braucht

Bei allen elektrofotografischen Verfahren wird das Tonerbild durch mechanisches Fixieren des Toners auf dem Bildempfangsmaterial dauerhaft gemacht Dies kann z. B. mittels thermoplastischer oder anderer wärmeemptindlicher Tonermaterialien geschehen, die beim Erhitzen klebrig werden und dadurch mit dem sie tragenden Bildempfangsmaterial eine mechanische Verbindung eingehen. Das Bildempfangsmaterial kann ein Kunststoffkörper, gewöhnliches Papier wie im oben erwähnten Fall, in dem das fotoleitfähige Aufzeichnungsmaterial wiederverwendbar ist oder auch ein mit Zinkoxid, Kadmiumsulfat oder anderem fotoleitfähigen Material beschichtetes Papier sein.

Bei Wärmebehandlungsvorrichtungen allgemein und insbesondere bei Schmelzfixiereinrichtungen besteht die Schwierigkeit darin, daß der Dauerbetrieb sehr unwirtschaftlich ist. Bei vielen elektrofotografischen Systemen, bei denen die Herstellung von Kopien nicht kontinuierlich, sondern intermittierend erfolgt wird die für die Schmelzfixiereinrichtung erforderliche Leistung abgeschaltet, wenn sie nicht benötigt wird. Diese Arbeitsweise bedingt, daß zum Herstellen von Kopien eine Aufheizzeit abgewartet werden muß, bevor ein Tonerbild fixiert werden kann. Hierbei bedeutet Aufheizzeit denjenigen Zeitraum, der erforderlich ist bis die Schmelzfixiereinrichtung die Temperatur erreicht hat bei welcher das Erweichen des Toners eintritt. Die tatsächliche Verbindung von Toner und Bildempfangsmaterial ist abgeschlossen, sobald der Toner in seinen ursprünglichen harten Zustand übergegangen ist Bei diesen bekannten Systemen ist es nachteilig, daß die Aufheizzeit viel zu lange dauert und daß der Fixiervorgang oft bei Temperaturen versucht wird, die über oder unter dem Temperaturbereich liegen, der ein zufriedenstellendes Fixieren von Tonerteilchen auf einem Bildempfangsmaterial ermöglicht

Aus der US-PS 33 97 628 ist ein Kopiergerät bekannt bei dem eine Schmelzfixiereinrichtung der eingangs genannten Art verwandt wird. Dieses bekannte Kopiergerät kann in zwei verschiedenen Betriebsarten eingesetzt werden. Die erste dient dazu, Faksimilekopien mittels einer Lichtpunktabtastung herzustellen,

während in der zweiten Betriebsart Kopien mit Vollbelichtung hergestellt werden können. Die Fördergeschwindigkeit der entwickelten Kopie bei der ersten Betriebsart ist wesentlich geringer als diejenige bei der zweiten Betriebsart, so daß im ersten Fall die Kopie der SchmelzFixiereinrichtung eine längere Zeit ausgesetzt ist als im zweiten FaIL Infolgedessen wird im ersten Fall eine geringere Heizleistung zum Einschmelzen der Tonerteilchen benötigt als im letzteren.

Wenn sich das Kopiergerät für die zweite Betriebsart in Bereitschaftsstellung befindet, sind die Heizelemente der Schmelzfixiereinrichtung in Serie geschaltet und werden so gesteuert, daß eine vorgegebene Temperatur aufrechterhalten wird, die durch einen Temperaturfühler und eine Steuerschaltung bestimmt ist. Wenn nun mit der Herstellung von Kopien nach der zweiten Betriebsart begonnen wird, wird Ober die Steuerung eines Schalters die Arbeitsgeschwindigkeit in der Entwicklungsstatioii erhöht und der Temperaturfühler wird mit der Steuerschaltung so geschaiiet, daß diese auf eine höhere Temperatur anspricht. Gleichzeitig werden die Heizelemente parallel zueinander geschaltet, so daß sie eine größere Wärmeleistung abgeben. Ferner wird ein zusätzliches Heizelement in der Form einer Infrarotlampe angeschaltet

Somit wird bei der zweiten Betriebsart des Kopiergerätes die Temperatur der Schmelzfixiereinrichtung von einem niedrigeren Wert, der der bei der ersten Betriebsart erforderlichen Temperatur entspricht, auf einen höheren Wert gebracht, der bei der Herstellung von Kopien mit Vollbelichtung notwendig ist. Auf diese Weise erfolgt also das Aufheizen von einer Bereitschaftstemperatur, weiche die für die erste Betriebsart erforderliche Temperatur ist, und nicht von einem ausgeschalteten Zustand der Heizelemente der Schmelzfixiereinrichtung. Auf diese Weise wird die Aufheizzeit verringert

Nachteilig bei der Steuerung der Schmelzfixiereinrichtung dieses bekannten Kopiergerätes ist, daß die Zuführung einer zusätzlichen Heizleistung beim Umschalten von der ersten Betriebsart auf die zweite unabhängig davon ist, wie lange sich das Kopiergerät vor dem Umschalten in der Bereitschaftsstellung befand. Infolgedessen erhält man durch das Zuführen der für die zweite Betriebsart notwendigen Heizleistung zunächst in der Schmelzfixiereinrichtung eine Temperatur, die oberhalb der erwünschten Betriebstemperatur liegt Bis sich die Temperatur dann auf die erwünschte Betriebstemperatur eingestellt hat, vergeht normalerweise eine relativ lange Zeit Ferner ist es mit Hilfe dieser bekannten Steuerschaltung für die Zuführung der Heizleistung sehr schwierig, die erforderliche Betriebstemperatur stets zu reproduzieren.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die eingangs genannte Schmelzfixiereinrichtung derart weiterzubilden, daß beim intermittierenden Betrieb eines Kopiergerätes die für ein zufriedenstellendes Fixieren von Tonerteilchen notwendige Temperatur schnell und auf reproduzierbare Weise erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung aus zwei Zeitschaltkreisen besteht, deren Steuerspannung zwischen einem Nullpegel und einem Schalt-Pegel mit einstellbarer Anstiegsbzw. Abfallcharakteristik verläuft und von denen der eine dem Hauptheizelement und der andere dem Zusatzheizelement zugeordnet ist daß die Anstiegsund Abfallcharakteristiken der beiden Zeitschaltkreise unabhängig voneinander auf eine vorwählbare Neigung einstellbar sind und daß die Zeitachaltkreise derart mit einem Steuerkreis für die Auslösung eines Kopiervorganges verbunden sind, daß bei Vorliegen eines Kopierbefehls die Zusatzheizeinrichtung eingeschaltet und die Hauptheizeinrichtung auf eine maximaie Aufheizleistung geschaltet, und nachdem die Steuerspannung der Zeitschaltkreise den Schaltpegel erreicht hat, das Zusatzheizelement ab- und das Hauptheizeiement auf Betriebsheizleistung geschaltet werden, und

lu daß die Zeitschaltkreise einen von dem Kopierbefehl betätigbaren Umschalter aufweisen, mit dem die Steuerspannung der Zeitschaltkreise bei Auftreten des Kopierbefehls auf eine von dem jeweils vorliegenden Spannungswert der Steuerspannung aus ansteigende Steuerspannung und am Ende eines Kopierzyklus auf abfallende Steuerspannung geschaltet wird.

Bei der erfindungsgemäßen Schmelzfixiereinrichtung sind zwei Zeitschaltkreise vorgesehen, durch die die Leistung des Hauptheizelementes und des Zusatzheizelementes in Abhängigkeit von der Zeit unabhängig voneinander gesteuert werden können. Es ist dadurch möglich, äußerst kurze Aufheizzeiten zu gewährleisten und die sich anschließenden Abkühlvorgänge der Heizelemente zu berücksichtigen, ohne daß der erwünschte Aufschmelz-Temperaturbereich über- oder unterschritten würde.

Bei der Schmelzfixiereinrichtung nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuerspannung der Zeitschaltkreise beim Vorliegen eines Kopierbefehls von dem gerade vorliegenden Spannungswert der Steuerspannung aus ansteigen. Der Abfall der Steuerspannung kann entsprechend dem Abkühlverhalten der Schmelzfixiereinrichtung eingestellt werden, so daß, wenn beispielsweise die Schmelzfixiereinrichtung erst ein wenig abgekühlt ist, nur diejenige Wärmemenge zugeführt wird, die beim Abkühlen abgegeben worden ist. Es ist dann nicht notwendig, daß die Steuerspannung vom Nullpegel aus ansteigt.

Durch die Steuereinrichtung bei der erfindungsgemäßen Schmelzfixiereinrichtung wird auch erreicht, daß die Temperatur in der Fixiereinrichtung reproduzierbar innerhalb eines vorgegebenen Bereiches fällt, wenn die Zeit zwischen den einzelnen Fixiervorgängen von Tonerbildern beliebig verändert wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schmelzfixiereinrichtung weisen die Zeitschaltkreise zur Veränderung der Anstiegscharakteristik und der Abfallcharakteristik /?C-Glieder aus einem Festkondensator und variablem Widerstand auf. Durch diese Schaltungsanordnung ist es auf einfache Weise möglich, die jeweiligen Charakteristiken den Anforderungen anzupassen.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schmelzfixiereinrichtung sind in den Unteran-Sprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematisierte Seitenschnittansicht eines elektrofotografischen Kopiergerätes mit der in einer Fixierstation vorgesehenen erfindungsgemäßen Schmelzfixiereinrichtung,

F i g. 2 ein Zeitdiagramm, durch welches die Arbeitsweise einer Steuereinrichtung für die erfindungsgemäße Schmelzfixiereinrichtung veranschaulicht wird,

F i g. 3 ein elektrisches Schaltdiagramm von Zeitschaltkreisen einer Steuereinrichtung für die erfindungsgemäße Schmelzfixiereinrichtung,

Fig.4 ein Zeitdiagramm zum Vergleich der Leistungsaufnahme der erfindungsgemäßen Schmelzfixiereinrichtung mit einer bekannten Schmelzfixiereinrichtung und

Fig.5 ein Zeitdiagramm zum Veranschaulichen von Kennwerten einer erfindungsgemäßen Schmelzfixiereinrichtung in einem elektrofotografischen Kopiergerät.

Das in F i g. 1 schematisch dargestellte elektrofotografische Kopiergerät umfaßt eine Aufzeichnungstrommel 1 mit einer fotoleitfähigen Schicht, welche auf einem elektrisch mit Masse verbundenen Metallzylinder aufgebracht ist. Die Aufzeichnungstrommel 1 bildet ein kontinuierliches, wiederverwendbares, elektrofotografisches Aufzeichnungsmaterial. Die Aufzeichnungstrommel 1 ist in einem Gehäuse so gelagert, daß sie in Pfeilrichtung umlaufen kann, wobei die Aufzeichnungsfläche der Trommel 1 nacheinander eine Anzahl von elektrofotografischen Verarbeitungsstationen durchläuft

In einer Aufladestation A ist eine Koronaaufladeeinrichtung 2 vorgesehen. Diese kann beispielsweise gemäß der US-PS 28 36 725 aufgebaut sein, wobei an ihr ein geeignetes elektrisches Potential liegt, und sie in bezug auf die Aufzeichnungstrommel 1 so angeordnet ist, daß deren freie Fläche aufgeladen wird und dabei ein im wesentlichen gleichförmiges elektrisches Potential von beispielsweise 800 V annimmt.

Eine Belichtungsstation B ist mit Lampen 3 und optischen Linsen 4 versehen, die so angeordnet sind, daß eine auf eine Platte 5 gelegte Vorlage zeilenweise abgetastet werden kann. Durch eine öffnung 6 in einem Lichtschalt 7 wird das beim Abtasten einer Vorlage erzeugte Lichtbild auf die freie Fläche der Trommel 1 projiziert. An denjenigen Flächenteilen der elektrofotografichen Aufzeichnungsfläche, wo einfallendes Licht absorbiert wird, fällt das elektrische Potential der Aufzeichnungsfläche stark ab. Die lichtabsorbierenden Flächen werden in Hinblick auf ein Positiv-Positiv-Kopiersystem als Hintergrundflächen bezeichnet. Das Hintergrundpotential kann beispielsweise 200 V betragen, wenn die Aufzeichnungstrommel 1, wie oben angegeben, auf etwa 800 V aufgeladen wird. Flächenteile mit niedrigerem Potential können die Bildflächen bei einem Negativ-Positiv-Kopiersystem darstellen. Ein solches Kopiersystem wird im einzelnen nicht näher erläutert, um Wiederholungen zu vermeiden, da die Beschreibung mit Ausnahme logisch bedingte Abänderungen auch für jenes gilt.

Neben der Belichtungsstation B befindet sich eine Entwicklungsstation C, welche die Tonerteilchen enthält, mit denen das latente, elektrostatische Bild sichtbar gemacht werden kann. F i g. 1 zeigt ein Kaskaden-Entwicklungssystem, bei dem ein motorbetriebener Becherförderer 10 vorgesehen ist. Dieser fördert Entwicklermaterial 11 in Form von Trägerteilchen und Tonerteilchen, beispielsweise thermoplastisches Harz oder anderes durch Wärme erweichbares Material, welches als Vorrat am Boden eines Gehäuses 12 vorhanden ist. Die Becher des Förderers 10 transportieren das Entwicklermaterial 11 in den oberen Raum des Gehäuses 12, von wo es über trichterähnliche Leitflächen auf die Aufzeichnungstrommel 1 herunterfällt. Beim Herabfallen des Entwicklermatcrials 11 auf die Außenfläche der Aufzeichnungstrommel 1 bleiben wegen der elektrischen Felder, die dem latenten elektrostatischen Bild zugeordnet sind, an diesem Tonerteilchen haften. Infolge einer Mischwirkung mit den Trägerteilchen wird der Toner rcibungselektrisch aufgeladen. Der nicht benötigte Toner sammelt sich am Boden des Gehäuses an. Durch den Entwicklungsvorgang verbrauchter Toner wird aus einem Tonernachfüllbehälter 13 ergänzt, der im Gehäuse 12 angebracht ist.
In einer Vor-Übertragungsstation sind eine Koronaaufladeeinrichtung 15 sowie eine Lichtquelle 16 vorgesehen, um den Kontrast zu erhöhen. In der Vor-Übertragungsstation Dwerden das elektrofotografische Aufzeichnungsmaterial und der sich auf ihm

ίο befindende Toner so beeinflußt, daß nur Tonerteilchen, die zu Bildflächen gehören, auf ein in einer Übertragungsstation E vorhandenes Bildempfangsmaterial 17 übertragen werden. Die Koronaaufladeeinrichtung 15 kann entsprechend der US-PS 34 44 369 ausgebildet sein.

Die Übertragungsstation E enthält eine Einrichtung, durch die das Bildempfangsmaterial 17 der Aufzeichnungstrommel 1, auf der sich das Tonerbild befindet, fluchtend zugeführt werden kann. Ferner ist eine Übertragungs-Aufladeeinrichtung ?? vorgesehen, welches die Rückseite des Bildempfangsmaterials 17 auf ein hohes Potential auflädt, im Falle der oben angegebenen Beispiele von +800 bzw. +200V an der freien Oberfläche der Aufzeichnungstrommel 1 beispielsweise auf + 3000 V. Die von der Koronaaufladeeinrichtung 18 aufgebrachte Ladung erzeugt ein elektrisches Feld, welches zusammen mit den der Aufzeichnungstrommel 1 zugeordneten Potentialen die Übertragung der Tonerteilchen an den Bildflächen auf das Bildempfangsmaterial 17 bewirkt

Das übertragene Tonerbild wird in einer Fixierstation F mit dem Bildempfangsmaterial 17 dauerhaft verbunden. Die Fixierstation Fkann beispielsweise elektrische Heizelemente 21 aufweisen, durch deren Wärme die Tonerteilchen erweichen und sich mit dem Biidempfangsmaterial 17 stoffschlüssig verbinden.

Es ist ferner eine Reinigungsstation G vorgesehen, in welcher eine Reinigungs-Koronaaufladeeinrichtung 22 und eine Drehbürste 23 angeordnet sind, wobei sich letztere in einem Vakuum-Gehäuse 24 befindet. Die Koronaaufladeeinrichtung 22 ist an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen, um etwaigen nicht übertragenen Toner zu neutralisieren, so daß die Koronaaufladeeinrichtung 22 überschüssigen Toner im wesentlichen auf Massepotential entlädt, sofern die Aufzeichnungstrommel 1 auf Masse liegt Von der Drehbürste 23 werden die restlichen Tonerteilchen hochgefegt, und der im Gehäuse 24 herrschende Unterdruck saugt die Tonerteilchen in ein Filter, welches sich in einem

w Behälter 25 befindet In der Reinigungsstation G ist ferner eine Lampe vorgesehen, mit welcher die Außenfläche der Aufzeichnungstrommel 1 einer Flutbelichtung unterworfen werden kann. Anschließend gelangt die Fläche der Aufzeichnungstrommel 1

·-;·> wiederum zur Ladestation A, so daß ein neuer Kopiervorgang erfolgen kann.

Im folgenden wird die Fixierstation Fin Verbindung mit der erfindungsgemäßen Schmelzfixiereinrichtung näher erläutert. Es ist eine Schmelzfixiereinrichtung 31

Wi vorgesehen, welche als Heizstrahler gemäß den US-PS 29 65 868 und 34 37 407 ausgebildet sein kann, auf die hiermit verwiesen wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der Schmelzfixiereinrichtung 31 sieben elektrische Heizelemente 21 bzw. 2Γ sowie ein

tn Reflektor 32 vorgesehen, welche zusammen ein Transportband 33 mit Strahlungsenergie beaufschlagen. Das Transportband 33 führt das Biidempfangsmaterial 17, auf dem sich die übertragenen Tonerbildcr befinden,

in die Fixierstation F bzw. zur Schmelzfixiereinrichtung 31. Die dort erzeugte Strahlungsenergie wird von den dunklen bzw. strahlungsundurchlässigen, das Bild zusammensetzenden Tonerteilchen absorbiert und im übrigen durch das Bildempfangsmaterial 17 reflektiert, welches gewöhnlich eine weiße Farbe hat und als ein Blatt ausgebildet sein kann. Auf dem Transportband 33 kann das Aufzeichnungsmaterial 17 durch die Schmelzfixiereinrichtung 31 indirekt beheizt werden. Läuft nämlich unter der Schmelzfixiereinrichtung 31 kein Bildempfangsmaterial 17 vorbei, so ist das Transportband 33 direkt der Strahlungseinwirkung ausgesetzt. Das Transportband 33 oder eine ähnliche, kontinuierliche Transporteinrichtung erfährt daher nach wenigen Umläufen einen beträchtlichen Temperaturanstieg.

Durch Aufnahme von Strahlungsenergie der Schmelzfixiereinrichtung 31 wird der Toner 11 klebrig bzw. aufgeweicht. Er fließt im aufgeweichten Zustand über und/oder in das Bildempfangsmaterial 17, je nach dessen Struktur. Besteht das Bildempfangsmaterial 17 aus einem Faserpapier, beispielsweise Banknotenpapier, so fließt der Toner zwischen die vorstehenden Fasern des Blattes. Sobald das Bildempfangsmaterial 17 den Bereich der Schmelzfixiereinrichtung 31 verläßt, kühlt der Toner rasch ab, so daß er in seinen ursprünglichen, festen Zustand zurückkehrt und mit dem Bildempfangsmaterial innig verbunden ist.

Wie eingangs bereits erwähnt worden ist, wird bei den bekannten Schmelzfixiereinrichtungen den Heizelementen 21 normalerweise aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nur dann elektrische Energie zugeführt, wenn Kopien hergestellt werden sollen. Bei der erfindungsgemäßen Schmelzlixiereinrichtung wird elektrische Energie von einer Speisequelle 34 an die Heizelemente 21 mit einer solchen Steuerung geführt, daß äußerst kurze Aufheizzeiten gewährleistet und die nachfolgenden Abkühlvorgänge der Heizelemente 21 berücksichtigt werden, ohne daß der erwünschte Aufschmelz-Temperaturbereich über- oder unterschritten würde.

Es ist eine Steuereinrichtung 35 vorgesehen, die eine *o Vorheizstufe aufheizt, um sämtliche Heizelemente 21 auf einer Bereitschaftstemperatur zu halten, solange keine Kopien hergestellt werden. Außerdem sind Zeitschaltkreise vorhanden, welche mit Steuereinrichtungen verbunden sind, um verschiedene Schaltvorgänge zu steuern. Hierzu gehören das Anschalten einer elektrischen Spannung an die Heizelemente, die Höhe der zugeführten Spannung und die Anzahl der eingeschalteten Heizelemente 21. Auch deren Abkühlgeschwindigkeit wird von den Zeitschaltkreisen erfaßt. Es sind zwei Schaltkreise vorgesehen, deren Steuerzeit so eingestellt werden kann, daß sie den Abkühlgeschwindigkeiten verschiedener Fixiereinrichtungen angepaßt werden können.

Die bisherige Beschreibung bezieht sich auf den Betrieb einer Fixierstation F bzw. einer Schmelzfixiereinrichtung 31 nach einer langen Bereitschaftszeit, nicht jedoch auf die Ingangsetzung des Betriebes. Für letzteren Vorgang wird die Steuereinrichtung 35 umgangen bzw. ausgeschaltet, so daß die Schmelzfixier- «> einrichtung 31 mit einer Anfangsaufheizzeit von beispielsweise 60 s in Betrieb genommen wird, wobei die Heizelemente 21 die erwähnte Bereitschaftstemperatur annehmen.

Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 35 wird im f>s folgenden anhand von F i g. 2 erläutert. Dort ist auf der Abszisse die Zeit aufgetragen und auf der Ordinate 36 die Spannung, nämlich die Ausgangsspannung zweier Zeitschaltkreise der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3. Die Spannung ist für das Verständnis der Arbeitsweise der Steuereinrichtung 35 ein geeigneter veränderlicher Parameter. Schaltvorgänge der Steuereinrichtung 35 treten jedesmal dann auf, wenn die Spannung der Zeitschaltkreise einen Schaltpegel 38 erreicht oder unter einen Nullpegel 37 fällt.

Zur Zeit Null (t = 0) wird von einer Bedienungsperson an dem Kopiergerät die Drucktaste »Kopieren« betätigt, so daß eine Anstiegskurve 39 entsteht, welche für beide Zeitschaltkreise gleich ist Wie im folgenden erläutert wird, kann die Neigung der Anstiegskurven 39 verstellt werden. Zum Zeitpunkt Null wird an die sieben Heizelemente der Schmelzfixiereinrichtung 31 eine Spannung angelegt, und zwar in der für die Aufheizung auf die Betriebstemperatur notwendigen Höhe. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt 40 erreichen die Spannungen daher den Schaltpegel 38. Zum Zeitpunkt 40 wird von dem siebenten Heizelement, dem Zusatzheizelement 21', die Spannung abgeschaltet und die an den übrigen sechs Heizelementen 21 liegende Spannung auf Dauerbetrieb heruntergeschaltet. Die Schmelzfixiereinrichtung ist dann betriebsbereit, so daß das tn F i g. 1 dargestellte Kopiergerät vom Zeitpunkt 40 an Tonerbilder auf einem Bildempfangsmaterial 17 dauerhaft zu fixieren vermag. Die sechs Heizelemente 21 liegen weiterhin an Dauerbetriebsspannung, solange das Kopiergerät Kopien erzeugt Das Ende des Kopiervorganges ist durch den Zeitpunkt 41 angegeben.

Zum Zeitpunkt 41 fallen die Schaltspannungen auf den Nullpegel 37 ab, wobei die eine Spannung der Abfallkurve 43 an die andere Spannung der Abfallkurve

44 folgt. Die Abfallkurve 43 entsteht durch den Zeitschaltkreis, welcher den Spannungspegel vom Aufheizbetrieb auf Dauerbetrieb umschaltet. Die Abfallkurve 44 wird durch den Zeitschaltkreis erzeugt, der das siebente, d.h. das Zusatzheizelement 21' an- bzw. abschaltet.

Die Abfallkurve 43 fällt auf den Nullpegel 37 innerhalb eines Zeitraumes, der durch die Zeitpunkte 41 und 45 begrenzt wird, wogegen die Abfallkurve 44 auf denselben Pegel innerhalb eines Zeitraumes abfällt, der durch die Zeitpunkte 41 und 46 begrenzt ist. Wird etwa zum Zeitpunkt 47, der zwischen den Zeitpunkten 41 und

45 liegt, die Taste »Kopieren« erneut gedruckt, so erzeugen die beiden Zeitschaltkreise wiederum Anstiegskurven 39, wobei in diesem Fall die Anstiegskurve 39a für die Spannung der Aufheizleistung und die Anstiegskurve 39b für die Spannung des Zusatz-Heizelementes 2V den Schaltpegel 38 zu verschiedenen Zeitpunkten erreichen, nämlich zu den Zeitpunkten 50 bzw. 51. Die Neigung der Anstiegskurven 39a und 39£> entspricht derjenigen der Anstiegskurve 39, doch erreichen sie den Schaltpegel 38 zu verschiedenen Zeiten, da ihr Anstieg von unterschiedlichen Pegeln aus erfolgt. Die Anstiegskurven 39a, 396 beginnen nämlich bei den Pegeln, an denen die Abfallkurven 43 und 44 angekommen waren, als die Taste »Kopieren« gedrückt wurde, d.h. zum Zeitpunkt 47. Die Aufheizzeit der Schmelzfixiereinrichtung 31 ist in diesem Falle also definiert durch den Zeitraum zwischen den Zeitpunkten 47 und 51. Die Aufheizleistung wird während der ganzen Aufheizzeit erzeugt, wogegen das Zusatzheizelement 21' nur während des kürzeren Zeitraumes zwischen den Zeitpunkten 47 und 50 eingeschaltet ist.

Wird die Taste »Kopieren« zum Zeitpunkt 55 gedrückt, der zwischen den Zeitpunkten 45 und 46 liegt, so führt dies zu den Anstiegskurven 39c und 39c/, welche

den Schaltpegel 38 zu den Zeitpunkten 56 bzw. 57 erreichen. Die Anstiegskurve 39c entspricht der Spannung für die Aufheizleistung und die Anstiegskurve 39t/ derjenigen des Zusatzheizelementes. Beide Anstiegskurven haben wiederum dieselbe Neigung wie Anstiegskurve 39, jedoch unterschiedliche Ausgangspegel. Die Anstiegskurve 39c entspricht vollkommen der Anstiegskurve 39. Dies bedeutet, daß die Aufheizzeit zwischen den Zeitpunkten 55 und 57 gleich der Aufheizzeit zu Beginn d. h. zwischen den Zeiten Null und 40 ist. Während dieser ganzen Aufheizzeit wird die Aufheizleistung erzeugt, wogegen das Zusatzheizelement 21' nur während der durch die Zeitpunkte 55 und

56 begrenzten, kürzeren Zeitdauer eingeschaltet ist

Die Betätigung der Taste »Kopieren« zu irgendeiner is Zeit nach dem Zeitpunkt 57 bewirkt die Wiederholung des vorbeschriebenen Ablaufes von der Zeit Null aus (Fig. 2).

Die Zeitschaltkreise gemäß F i g. 3 umfassen Einrichtungen, durch die die Neigung der Anstiegskurven 39 sowie der Abfallkurven 43, 44 verändert werden kann. Dadurch ist es möglich, diese Kurven so einzustellen, daß der Aufheiz- und Abkühlverlauf den Anforderungen an die Schmelzfixiereinrichtung 31 entspricht. Sowohl diese Änderung in der Neigung der Kurven 39, 43 und 44 ais auch die thermischen Eigenschaften eines Fixiersystems werden durch die Steuereinrichtung 35 beeinflußt, welche die unabhängige Regelung der Aufheizleistung und des Betriebes des Zusatzheizelementes 21' bewirkt Über die Zeitschaltkreise können auch weitere Elemente geschaltet werden, die den Betrieb der Schmelzfixiereinrichtung 31 bzw. der Fixierstation F beeinflussen. Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist in dem Kopiergerät beispielsweise ein nahe der Schmelzfixiereinrichtung 31 angeordneter Lüfter 26 vorgesehen, der jedesmal dann abgeschaltet wird, wenn die Aufheizung in Betrieb ist.

Bei der Schmelzfixiereinrichtung 31 in der Fixierstation F(Fig. 1) ist die maximale Aufheizzeit, die nach F i g. 2 zwischen den Zeitpunkten Null bis 40 bzw. 55 bis

57 liegt, jeweils etwa 12 s lang. Von dem Schaltpegel 38 bis zum Null-Pegel 37 vollzieht sich der Abfall bei der Abfallkurve 43 in etwa 10 s, bei der Abfallkurve 44 in etwa 100 s. Solche Zeiträume werden empirisch festgelegt, um die Anforderungen eines bestimmten Kopiersystems zu erfüllen. Bei dem in F i g. 1 dargestellten Kopiergerät besteht diese »Anforderung« darin, daß ein zufriedenstellendes Fixieren des aufgebrachten Toners auf einem Aufzeichnungsmaterial 17 erzielt wird, wie sich im einzelnen aus den Kurven von Fig.5 ergibt.

Die Taber-Kennwerte eines fixierten Tonerbildes auf einem 20-1-Banknotenpapier (20 pound bond paper) der jeweils nach verschiedenen Bereitschaftszeiten zuerst erzeugten Kopie sind in den Kurven 60 und 61 von F i g. 5 dargestellt Der Unterschied zwischen diesen beiden Kurven besieht darin, daß bei Kurve 60 eine größere Dauerleistung vorliegt als bei Kurve 61. Wichtig ist, daß beide Kurven 60,61 die Linie 62 eines M indest-Taber- Kennwerts überschreiten. Der Taber-Kennwert ist eine Zahl, die durch eine Prüfung ermittelt wird, bei der ein fixiertes, also mit aufgeschmolzenem Toner versehenes Bild genormten Reibungskräften ausgesetzt wird. Durch Veränderung der Neigung der Kurven 39, 43 und 44 kann die Flachheit des Kurvenverlaufs bei den Kurven 60 und 61 eingestellt werden. Die Wirksamkeit der Steuereinrichtung 35 läßt sich also dadurch prüfen, daß man den Verlauf z. B. der Kurven 60 und 61 heranzieht, um sicherzustellen, daß die Aufheiz- und Abkühleigenschaften einer Schmelzfixiereinrichtung in geeigneter Weise eingestellt sind. Wie eingangs erwähnt, kommt es dabei darauf an, im intermittierenden Betrieb einer Schmelzfixiereinrichtung die Aufheizzeit auf ein Minimum zu bringen. Bei dem elektrofotografischen Kopiergerät gemäß F i g. 1 besteht die Forderung darin, die Zeit zwischen der Betätigung einer Taste »Kopieren« und der Ankunft eines fertigen, mit aufgeschmolzenem Tonerbild versehenen Bildempfangsmaterials 17 in einem Aufnahmekorb 29 möglichst zu verkürzen. Die idealflache Taber-Kurve verläuft oberhalt der Linie 62 parallel zu dieser.

Der Vorteil einer Bereitschaftsleistung und einer Aufheizleistung ergibt sich aus dem Diagramm aus F i g. 4. Die Steuereinrichtung 35 sorgt für eine ständige Bereitschaftsleistung 65 bei allen sieben Heizelementen 21, so daß der Abstand zwischen der Bereitschafts- und der Betriebstemperatur dieser Elemente möglichst gering ist. Die Aufheizleistung 66 liegt über der Betriebsheizleistung 67 und sie wird während der Aufheizzeit dazu benutzt das Erzielen der Betriebsheizleistung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu beschleunigen. Die Kurve 68 zeigt die tatsächliche elektrische Leistung, die den Heizelementen 21 bei einer erfindungsgemäßen Schmelzfixiereinrichtung zugeführt wird, wogegen die Kurve 69 ein entsprechender Verlauf bei einer Schmelzfixiereinrichtung ist, die weder die Bereitschaftsleistung noch die Zeitschaltkreise gemäß F i g. 3 aufweist Man erkennt, daß infolge der Bereitschaftsleistung und der Aufheizleistung die Kurve 68 einen größeren Anstieg als die Kurve 69 hat und daß der Dauerbetriebspegel 67 von der Kurve 68 bereits zum Zeitpunkt 71 endgültig erreicht ist wogegen die Kurve 69 diesen Gleichgewichtszustand erst zu dem späteren Zeitpunkt 72 erreicht In beiden Fällen ist die Zeit Null (t — 0) wiederum der Augenblick, in welchem die Taste »Kopieren« gedrückt wird, und der Zeitpunkt 73 entspricht dem Zeitpunkt 40 in Fig.2, wobei die Aufheizleistung abgeschaltet und eine niedrigere Dauerheizleistung eingeschaltet wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß Fig.4 die Strahlungsleistung darstellt, welche von der Schmelzfixiereinrichtung 31 abgegeben wird, nicht ihre Temperatur. Mit einer Aufheizleistung entsprechend der Kurve 68 ergibt sich eine Temperatur der Schmelzfixiereinrichtung 31, die von derjenigen, welche der Bereitschaftsheizleistung 65 zugeordnet ist, bis zur Fixiertemperatur innerhalb eines Zeitraumes ansteigt der dem Zeitraum zwischen den Zeitpunkten Null bis 73 nahekommt und jedenfalls innerhalb des Zeitraumes liegt, der zum Zeitpunkt 71 endet. Der Temperaturanstieg an der Schmelzfixiereinrichtung 31 wird dabei durch das Abschalten des Lüfters 26 und ferner dadurch unterstützt, daß zu der Anzahl der im Dauerbetrieb befindlichen Heizelemente, im Ausführungsbeispiel sechs, noch wenigstens ein Zusatzheizelement 21' hinzugefügt wird.

Die elektrische Schaltungsanordnung der Zeitschaltkreise ist in Fig.3 dargestellt. Man sieht, daß zwei getrennte Stromkreise benutzt werden, um die verschiedenen Neigungen für die Abfallkurven 43 und 44 zu erzielen. Das Kernstück der Schaltungsanordnung bildet ein Operationsverstärker 80, in dessen Rückkopplungsweg ein Kondensator 81 und an dessen Eingang ein Widerstand 82 liegt, die zusammen einen Integrationszweig (RC-GWed) bilden. Ein zwischen Masse und einem Potential +V (oder einer anderen geeigneten

Spannung) angeschlossene Widerstandsanordnung 83 liefert Dauerbetriebs-Eingangsspannungen für den Operationsverstärker 80, bei deren Integration sich schräg verlaufcr.de Kurven wie die Kurven 39,43 und 44 (F i g. 2) ergeben. Mit 84 ist ein Umschalter bezeichnet, in dessen normaler Schaltstellung der Kontakt 85 geschlossen ist, während die Umschaltung auf Kontakt 86 erfolgt, sobald die Taste »Kopieren« gedruckt wird. Man kann sich letztere als Bestandteil des Umschalters 84 denken, der automatisch in seine Ruhestellung am Kontakt 85 zurückkehrt, sobald das letzte Kopieblatt unter der Schmeizfixiereinrichtung 31 durchgelaufen ist. Der Operationsverstärker 80 hat einen Eingang 87, dessen Eingangsspannung durch die Widerstände 90 und 91 oberhalb des Massepotentials liegt. 1st der Umschalter 84 mit dem Kontakt 85 verbunden, so erhält der Operationsverstärker 80 eine zum Bezugspotential positive Spannung, wogegen diese Eingangsspannung negativ ist, wenn der Umschalter 84 mit dem Kontakt 86 verbunden ist, wie man aus der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 ersieht. Am Operationsverstärker 80 tritt mithin eine Vorzeichenumkehr auf, so daß Kurvenverläufe mit positivem Anstieg, z. B. die Kurven 39, am Ausgang 95 erzeugt werden, wenn der Umschalter 84 am Kontakt 86 anliegt, wogegen Kurven mit negativer Steigung erzeugt werden, z. B. die Kurven 43 und 44, wenn der Umschalter 84 am Kontakt 85 anliegt. In jeder Schaltstellung des Umschalters 84 liegt einer der veränderlichen Widerstände 92 bzw. 93 in Reihe mit dem Eingangswiderstand 82 zu dem Operationsverstärker 80. Diese veränderlichen Widerstände 92, 93 ermöglichen die Einstellung der Neigung der Kurven 39 (bzw. 39a, 39b), 43 und 44.

Mittels eines Komparators 96 wird der Ausgang 95 des integrierenden Operationsverstärkers 80 mit einem festen Spannungspegel verglichen. Auch der Komparator 80 ist ein Operationsverstärker, dessen einer Eingangsanschluß an dem Operationsverstärker 80 liegt, während der andere Eingang ein konstantes Bezugspotential erhält, das durch die Widerstände 90, 91, 94 und 97 der Schaltungsanordnung 83 definiert ist. Der Ausgang 98 des Komparators 96 gibt über einen Widerstand eine Sperrspannung an eine Diode 99 ab, wenn der Ausgang 95 den Pegel unterschreitet, der am Bezugseingang des Komparators 96 liegt, wogegen eine Durchlaßspannung an die Diode 99 gelangt, wenn der Ausgang 95 den Eingangs-Bezugspegel erreicht oder überschreitet. Die Diode 99 ist an die Basis eines Transistors 100 angeschlossen, welcher ein Relais 101 aufsteuert, wenn die Diode 99 Durchlaßspannung erhält. Die Kontaktstellung von Schaltkontakten, die von dem Relais 101 betätigt werden, wird bei Erregung des Relais geändert. Die von einem Zeitschaltkreis ausgelöste Schaltwirkung besteht darin, die Aufheizleistung abzuschalten, während durch die Schaltwirkung des anderen Zeitschaltkreises die Spannung am Zusatzheizelement bzw. an den Zusatzheizelementen 2V abgeschaltet wird. In geeigneter Weise mit dem Umschalter 84 verbundene Schaltkontakte bewirken, daß die Aufheizleistung und das Zusatzheizelement 2Γ jeweils eingeschaltet werden, sobald die Taste »Kopieren« betätigt wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schmelzfixiereinrichtung für ein elektrofotografischäS Kopiergerät zum Fixieren von Tonerbildern auf einem durch die Fixiereinrichtung bewegten Bildempfangsmaterial, mit einem Hauptheizelement das während einer Bereitschaftszeit auf eine Bereitschaftstemperatur und für einen Kopiervorgang auf Betriebstemperatur steuerbar ist und mit einem für die an die Bereitschaftszeit anschließende Aufheizzeit zuschaltbarem Zusatzheizelement, sowie einer Steuereinrichtung zum Schalten der Heizelemente in Abhängigkeit vom Betrieb des Kopiergerätes, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (35) aus zwei Zeitschalt- '5 kreisen besteht, deren Steuerspannung zwischen einem Nullpegel (37) und einem Schalt-Pegel (38) mit einstellbarer Anstiegs- bzw. Abfallcharakteristik (39 bzw. 43, 44) verläuft und von denen der eins dem Hauptheizelement (21) und der andere dem Zusatzheizelement (21') zugeordnet ist, daß die Anstieg- und Abfallcharakteristiken der beiden Zeitschaltkreise unabhängig voneinander auf eine vorwählbare Neigung einstellbar sind, und daß die Zeitschaltkreise (80, 81, 82, 92, 93) derart mit einem Steuerkreis für die Auslösung eines Kopiervorganges verbunden sind, daß bei Vorliegen eines Kopierbefehls die Zusatzheizeinrichtung (21') eingeschaltet und die Hauptheizeinrichtung (21) auf eine maximale Aufheizleistung geschaltet, und nachdem die Steuerspannung der Zeitschaltkreise den Schaltpegel (38) erreicht hat, das Zusatzheizelement ab- und das Hauptheizelement auf Betriebsheizleistung geschaltet werden, und daß die Zeitschaltkreise einen von dem Kopierbefehl betätigbaren Umschalter (84) aufweisen, mit dem die Steuerspannung der Zeitschaltkreise bei Auftreten des Kopierbefehls auf eine von dem jeweils vorliegenden Spannungswert der Steuerspannung aus ansteigende Steuerspannung und am Ende eines Kopierzyklus auf abfallende Steuerspannung geschaltet wird.

2. Schmelzfixiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltkreise (80,81,82,92,93) zur Veränderung der Anstiegscharakteristik und der Abfallcharakteristik /?C-Glieder aus einem Festkondensator (81) und variablem Widerstand (92 bzw. 93) aufweisen.

3. Schmelzfixiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeitschaltkreis einen dem ÄC-Glied zugeordneten Operationsverstärker (80) und eine Vergleichsschaltung (96) für die Bezugspegel der Steuerspannung aufweist

4. Schmelzfixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstieg- und/oder Abfallcharakteristiken (39 bzw. 43,44) linear verlaufen.