DE2419351C3

DE2419351C3 - Wärmeschmelzfixiereinrichtung zum Fixieren von Tonerbildern

Info

Publication number: DE2419351C3
Application number: DE2419351A
Authority: DE
Inventors: Edward Charles Penfield Braband; Donald John Rochester Quant
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1973-07-05
Filing date: 1974-04-22
Publication date: 1980-11-27
Also published as: NL7405292A; FR2236219A1; US3833790A; FR2236219B1; JPS5039554A; GB1475161A; DE2419351B2; CA1044307A; JPS5724546B2; DE2419351A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeschmelzfixiereinrichtung zum Fixieren von Tonerbildern mit einer Fixierrolle und einer Andruckrolle, sowie mit einer Heizeinrichtung für die Fixierrolle und einer Regeleinrichtung zum Konstanthalten der Temperatur im Fixierspalt, die einen der Fixierrolle zugeordneten Temperaturfühler aufweist.

Eine bevorzugte Art des Wärmeschmelzfixierens eines Pulverbildes auf einer Unterlage besteht darin, das Pulverbild in direkte Berührung mit einer warmen Oberfläche, wie z. B. mit einer erwärmten Rolle, zu bringen. Die Rollenoberfläche kann z. B. trocken sein, d.h. es wird keine Ablösungsflüssigkeit auf die Oberfläche der Rolle gebracht, wie dieses z. B. in den US-PS 34 98 596 und 36 66 247 beschrieben ist. Andererseits kann die Rollenoberfläche mit einem Ablösemittel, wie z. B. Silikonöl beschichtet sein, wie dieses in den US-PS 32 68 351 und 32 56 002 beschrieben ist. Mit Wärme und Druck arbeitende Schmelzfixiereinrichtungen sind für Kopiergeräte hoher Geschwindigkeit und großen Ausstoßes gut geeignet. Es wurde jedoch festgestellt, daß höhere Temperaturen und Energieverluste bei verschiedenen Betriebsbedingungen auftreten, die durch Änderungen der Umweltbedingungen, unterschiedliche Kopiermengen und/oder Kopiergeschwindigkeiten, unterschiedliche Blattgewichte u. dgl. bedingt sind. Infolge dies.er höheren Temperaturen neigen die Blätter dazu zu zerknittern oder an der Rollenoberfläche anzuhaften, was sowohl für die Handhabung der Blätter als auch den Verschleiß von Abstreiffingern auf der Rollenoberfläche infolge zu großer Papierkräfte unerwünscht ist.

Bei den bisher bekannten Wärmeschmelzfixiereinrichtungen wurde lediglich eine einzige Überwachungseinrichtung benutzt, um die Temperatur an oder nahe der Berührungsfläche bzw. dem Schlitz zwischen den Rollen zu erfassen, wie dieses z. B. in den US-PS 36 88 082 und 33 13 913 sowie der GB-PS 13 16 616 beschrieben ist. Obwohl diese Überwachungseinrichtung teilweise befriedigt, hat sie jedoch auch verschiede

ne Nachteile, die bereits oben angegeben wurden.

Aus der DE-OS 20 63 950 ist auch bereits eine Regelschaltung der eingangs erwähnten Art bekannt Bei dieser bekannten Schmelzfixiereinrichtung können entweder eine oder beide Rollen aufgeheizt werden. Zur Regelung der Temperatur wird die Temperatur an einer der Oberflächen der beiden Rollen abgetastet und auf eine Brückenschaltung gegeben, die ein Signal erzeugt, mit dessen Hilfe die Aufheizvorrichtung bzw. -vorrichtungen betätigt werden. Wie sich jedoch herausgestellt hat, ist auf diese Weise die Temperatur an der Berührungsfläche der beiden Rollen in der Praxis nur schwer regelbar. Dies führt bei einer starken Überhitzung zu einem Ablegen eines Kopieblattes auf eine der Rollen oder bei einer zu geringen Temperatur an der Berührungsfläche zu einem ungenügenden Einbrennen des Tonerbildes auf dem Kopieblatt Der Temperaturbereich, der durch diete beiden extremen Bedingungen begrenzt wird, ist jedoch verhältnismäßig schmal, so daß eine verhältnismäßig genaue Temperaturregelung erforderlich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schmelzfixiereinrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit der auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen die Temperatur an der Berührungsfläche zwischen den beiden Rollen bzw. zwischen den Rollen und einem Kopierblatt im wesentlichen konstant gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Wärme-Schmelzfixiereinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Andrucksrolle ein weiterer Temperaturfühler zugeordnet ist, und daß die Heizeinrichtung der Fixierrolle mittels eines von beiden Temperaturfühlern gemeinsam erzeugten Steuersignals geregelt ist

Mit Hilfe der neuen Einrichtung kann die Temperatur in dem Fixierspalt zwischen den beiden Rollen ausreichend hoch gehalten werden, um Kopien hoher Qualität zu erhalten, andererseits jedoch auch ausreichend niedrig gehalten werden, um ein Ankleben optimal zu vermeiden. Auch das Knittern der Kopierblätter, auf denen bereits Bilder fixiert wurden, kann so gering wie möglich gehalten werden. Außerdem wird mit der erfindungsgemäßen Wärmeschmelzfixiereinrichtung, die der Heizeinrichtung zugeführte Energie so gering wie möglich gehalten. Auch der Verschleiß der Abstreiffinger, die zum Abstreifen der Kopierblätter von den Rollenoberflächen benutzt werden, wird so klein wie möglich gehalten.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 schematisch eine elektrofotografische Kopiermaschine, die eine gemäß der Erfindung ausgebildete Wärmeschmelzfixiereinrichtung aufweist,

F i g. 2 eine grafische Darstellung der Aufschmelztemperaturen und ihrer Wirkungen auf das Ablegen und die Aufschmelzqualität,

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Regelschaltung, und F i g. 4 einen Stromlaufplan einer Regelschaltung.

In Fig. 1 ist eine Kopiervorrichtung mit der neuen Wärmeschmelzfixiereinrichtung dargestellt. Die Kopiermaschine weist eine elektrofotografische Aufzeichnungsplatte 10 in Form einer Aufzeichnungstrommel auf. Die Trommel hat eine fotoleitfähige Schicht auf einer elektrisch leitenden Trägerschicht, und ist in einem Rahmen in Pfeilrichtung drehbar gelagert. Durch die Drehung wird die Trommeloberfläche nacheinander an

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einer Reihe von elektrofotografischen Behandlungsstationen vorbeigeführt. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden die einzelnen elektrofotografischen Behandlungsstationen in Bewegungsrichtung der Trommeloberfläche kurz erlävtert An einer Aufladestation A wird der fotoleitfähigen Schicht eine gleichmäßige elektrostatische Ladung erteilt An einer Belichtungsstation B wird ein Lichtbild des zu kopierenden Originals auf die fotoleitfähige Schicht projiziert, um die Ladung in den belichteten Bere,chen abzuleiten und damit ein Ladungsbild des zu kopierenden Originals zu erzeugen. An einer Entwicklungsstation C wird ein elektrofotografisches Entwicklungsmaterial, das Tonerteilchen enthält, die eine gegenüber dem Ladungsbild entgegengesetzt gerichtete elektrostatische Ladung tragen, über das Ladungsbild kaskadie.-t, um ein dem zu kopierenden Original entsprechendes Pulverbild zu erzeugen. An einer Übertragungsstation D wird das Pulverbild elektrostatisch von der Trommeloberfläche an ein Bildempfangsmaterial übertragen. An einer Reinigungs- und Entladestation Fwird die Trommeloberfläche zum Entfernen verbliebener Tonerteilchen abgewischt und sie mit einer relativ hellen Lichtquelle belichtet, um eine im wesentlichen vollständige Entladung der fotoleitfähigen Schicht zu bewirken. An einer Wärmeschmelzfixierstation F wird das Pulverbild dauernd auf das Bildempfangsmaterial aufgeschmolzen, um eine Kopie hoher Qualität bei minimalem Ablegen zu erreichen, wie dieses später noch im einzelnen erläutert wird.

Bei der in F i g. 2 gezeigten grafischen Darstellung ist die Temperatur der Fixierrolle auf der horizontalen Achse und der Andruckrolle auf einer vertikalen Achse aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß es bei einer Temperatur in der Größenordnung von über 185°C für die Fixierrolle und von über 120⁰C für die Andruckrolle schwierig ist, ein Ankleben von Toner auf den Rollen, sogenannter Offset-Effekt, zu verhindern. Bei niedrigen Temperaturen, z. B. bei einer Fixiertemperatur unterhalb von 185° C und einer Temperatur der Andruckrolle unterhalb von 85°C ist es schwierig, Schmelzfixierungen hoher Qualität zu erhalten. Die rechteckige Fläche H gibt den Bereich an, in dem die Temperatur der Fixierrolle gehalten werden muß, wenn das Ankleben so klein wie möglich und die Fixierqualität möglichst hoch sein soll. Während des Betriebs des Kopiergerätes steigt die Temperatur der Andruckrolle an, bis ein Ankleben auftritt. Der Bereich I zeigt die Parameter für die Betriebsweise der Wärmeschmelzfixiereinrichtung. Bei der Herstellung von Kopien mit dem Kopiergerät steigt die Temperatur der Andrückrolle an. Dieses bewirkt ein Abfallen der Temperatur der Fixierrolle. Das Abfallen der Temperatur der Fixierrolle stabilisiert aber die Temperatur der Andruckrolle. Diese Betriebsweise stellt sicher, daß die Temperatur in dem Fixierspalt sich immer innerhalb des sogenannten Fixierfensters befindet, d. h. größer als die minimale und kleiner als die Temperatur bei der ein Ankleben auftritt, ist, unabhängig von sich ändernden Umweltbeditigungen, der Kopiermenge und/oder Kopiergeschwindigkeit und der Blattbeschaffenheit.

Mit Hilfe der Wärmeauimeizfixiereinrichiung wird eine konstante Temperatur in dem Fixierspalt oder dem Berührungsbogen aufrechterhalten, um ein minimales Ankleben von Toner bei der gleichzeitigen Erzeugung qualitativ hoher Kopien zu bewirken. Wie am besten aus Fig.3 zu erkennen ist, wird die Temperatur an der Oberfläche der Fixierrolle mit Hilfe eines TemDeratur-

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65 fühlers 201 und die Temperatur an der Oberfläche der Andruckrolle mit Hilfe eines Temperaturfühlers 205 erfaßt Ober eine Leitung 210 vom Temperaturfühler 201 und eine Leitung 211 vom Temperaturfühler 205 werden die Ausgangssignale der beiden Temperaturfühler in einem Verknüpfungsnetzwerk 215 zusammengefaßt Vorzugsweise ist das Verknüpfungsnetzwerk 215 eine Parallelschaltung, so daß ein Ausgangssignal auf einer Leitung 220 als Ergebnis der Verknüpfung der Temperaturen der Fixier- und der Andruckrolle abnehmbar ist Dieses Ausgangssignai ist gewöhnlich die Summe der reziproken Werte der beiden von den Temperaturfühlern 201 und 205 gemessenen Temperaturen. Die Ausgangsleitung 220 führt an eine Steuerschaltung 222, die auf einer Leitung 230 ein Ausgangssignal in Form eines bestimmten Einschalt-Ausschaltsigiials abgibt, das an eine oder mehrere Heizeinrichtungen 235 gegeben wird, die Wärme an den Fixierspalt der Fixierrolle abgeben. Diese Einschalt-Ausschalt-Signale können an jede geeignet elektrische Heizeinrichtung, wie z. B. eine Lampe od. dgl. gegeben werden. Es wurde festgestellt, daß die Temperatur der Andruckrolle ausreichend hoch ist, damit diese als Rückkopplung für die Steuerung der Temperatur des Fixierspaltes wirkt, so daß ein größerer Temperaturbereich für die Heizeinrichtung benutzt werden kann, die der Fixierrolle zugeordnet ist, was am besten aus dem in Fig.2 gezeigten Bereich I zu erkennen ist. Als typisches Beispiel kann die Temperatur der Fixierrolle im Bereich von 190° C bis 175" C liegen, wenn die Temperatur der Andruckrolle im Bereich von 65°C bis 142°C liegt.

Die Arbeitsweise der Wärmeschmelzfixiereinrichtung ist am besten in Verbindung mit Fig.4 zu verstehen. Diese Schaltung ist so ausgelegt, daß von einem Operationsverstärker 250 ein großes Ausgangssignal abgegeben wird, wenn die zusammengefaßten Widerstände der Temperaturfühler 201 und 205 größer als ein vorbestimmter Einstellwert sind. Wenn die zusammengefaßten Widerstände unter diesen vcreingestellten Wert fallen, gibt der Operationsverstärker 250 ein Ausgangssignal niedrigen Pegels ab, das die Heizeinrichtungen 235 abschaltet. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß die Temperatur um den Einstellpunkt herum gesteuert wird, wobei Wärme zugeführt wird, wenn der Widerstand ansteigt und ein Abkühlen ermöglicht wird, wenn der Widerstand abfällt. Bei der Ruhestellung der Kopiermaschine, bei der beide Temperaturfühler 201 und 205 kalt sind oder die zusammengefaßten Widerstände der Temperaturfühler größer als der eingestellte Wert sind, ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 250 groß, wodurch die Heizeinrichtungen eingeschaltet werden. Da die Andruckrolle immer noch kalt ist, hat ihr Temperaturfühler 205 einen sehr großen Widerstand und damit eine vernachlässigbare Wirkung auf den Einstellpunkt. Die Heizeinrichtungen schwanken daher weiter um ihren Einschaltpunkt, wenn das vom Temperaturfühler 201 der Fixierrolle abgegebene Signal um den Einstellpunkt schwankt.

Werden Kopien hergestellt, «o gelangt die Andruckrolle in Berührung mit der Fixierrolle, um damit den Fixierspalt zum Fixieren herzustellen. Die Andruckrolle beginnt daher sich aufzuheizen, wodurch der Widerstand des Temperaturfühlers 205 abnimmt. Da die zusammengefaßten Widerstandswerte gegenüber dem gemeinsamen Einstellpunkt gesteuert werden, zwingt ein abnehmender Widerstandswert des Temperaturfühlers 201 zum Ansteigen, um dadurch den Gesamtwider-

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standswert konstant zu halten. Ein Ansteigen des Widerstandswertes des Temperaturfühlers 201 bedingt dagegen ein Abfallen der Temperatur der Fixierrolle. Da die Heizeinrichtungen innerhalb der Fixierrolle angeordnet sind, wird ein Gleichgewichtszustand erreicht, wenn die Temperatur der Fixierrolle und die Temperatur der Andruckrolle stabil werden, wodurch eine konstante Temperatur in dem Fixierspalt erreicht wird.

Es wurde festgestellt, daß eine in dem Fixierspalt aufrechterhaltene konstante Temperatur fixierte Kopien hoher Qualität sicherstellt, ohne daß ein unerwünschtes Ankleben von Toner auf die Oberfläche der Fixierrolle stattfindet. Außerdem wird durch diese Regelschaltung Energie zur Wärmeerzeugung in dem Fixierspalt gespart. Durch die konstante Temperatur in dem Fixierspalt wird außerdem erreicht, daß das Papier nicht knittert und fixierte Kopien hoher Qualität bei verschiedenen Kopiermengen und Betriebsbedingungen beibehalten werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeschmelzfixiereinrichtung zum Fixieren von Tonerbildern mit einer FixierroIIe und einer Andruckrolle, sowie mit einer Heizeinrichtung für die Fixierrolle und einer Regeleinrichtung zum Konstanthalten der Temperatur im Fixierspalt, die einen der Fixierrolle zugeordneten Temperaturfühler aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Andruckrolle ein weiterer Temperaturfühler zugeordnet ist, und daß die Heizeinrichtung der Fixierrolle mittels eines von beiden Temperaturfühlern gemeinsam erzeugten Steuersignals geregelt ist.

2. Fixiereinrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Temperaturfühler elektrische Widerstände sind, die zueinander parallel geschaltet sind.

3. Fixiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine weitere Heizeinrichtung für die Andruckrolle aufweist, und daß beide Heizeinrichtungen gemeinsam mittels des von beiden Temperaturfühlern gemeinsam erzeugten Steuersignals geregelt sind.