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Fixiervorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Fixiervorrichtung, die ein Paar Fixierrollen
zum Erhitzen und Fixieren eines thermisch schmelzbaren, sichtbaren Bildes auf einem
Kopiermedium benutzt.
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Eine bekannte Fixiervorrichtung, die ein Paar Fixierrollen der beschriebenen
Art verwendet, besitzt eine Heizrolle zum Fixieren eines Tonerbildes auf einen Kopiermedium
und eine Druckrolle, die das Kopiermedium gegen die Heizrolle drückt.
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Als ein Aufbau hierfür ist eine Zwei-Rollen-Konstruktion mit einer
Heizrolle und einer Druckrolle oder eine Drei-Rollen-Konstruktion mit einer Heizrolle,
einer Druckrolle und einer Heizrolle bekannt.
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Gewöhnlich bestehen diese Heizrolle und die Druckrolle aus einer
festen bzw. einer elastischen Rolle, die miteinander in Berührung gedrückt werden;
so daß Fixierzeit für das Kopiermedium dadurch eingespart werden kann, daß die Berührungsfläche
zwischen den Rollen, die von einer Deformatiòn
der elastischen Rolle
herrührt, vergrößert wird.
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Verschiedene Methoden sind bekannt, um einen Druck auf das elastische
Material auszuüben (beispielsweise die Verwendung eInes Nockens, eines Verbindungsglieds
oder von Luftdruck), jedoch ist dem Verfahren der Druckentlastung keine besondere
Aufmerksamkeit geschenkt worden. Selbst wenn die Energieversorgung der Vorrichtung
abgeschaltet werden sollte, wenn beispielsweise der elektrische Strom infolge einer
Wartungsunterbrechung oder einer anderen Störung während des Kopierens abgeschaltet
wird, würde die elastische Rolle an einer dauernden Verformung infolge des Drucks
und der Restwärme leiden, bis sie aus ihrem Druckzustand gelöst wird; das führt
zu einer stark beschränkten Haltbarkeit der Vorrichtung.
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Die Druckentlastung ist daher unentbehrlich, wenn die Vorrichtung
gestoppt wurde, was Anlaß zur Forderung nach einer Fixiervorrichtung gegeben hat,
welche dieses Problem beherrscht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Fixiervorrichtung mit einem
Paar Fixierrollen zu schaffen, die nachgiebig in und außer Druckberührung miteinander
gebracht werden können. Dabei sollen die Fixierrollen automatisch jedesmal dann
aus ihrer Druckberührungsstellung gelöst werden, wenn die Energieversorgung infolge
einer Wartungsunterbrechung oder einer anderen Störung während ihrer Druckberührung
abgeschaltet wird, um das Paar Fixierrollen vor einer Deformation zu schützen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
enthalten.
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Mit der Erfindung wird auch eine Fixiervorrichtung geschaffen, bei
der ein Paar Fixierrollen, wenn sie aus ihrer Druckberührungsstellung gelöst sind,
mit einem sanften Kontakt zwischen ihnen rotieren können, wobei das Paar Fixierrollen
erhitzt werden kann und während der Wartezeit zur Fixierung auf einer gewünschten
Temperatur gehalten werden kann.
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Erfindungsgemäß enthält die Fixiervorrichtung ein Paar Rollen zum
Erhitzen und Andrücken eines Kopiermediums, das ein Tonerbild trägt, ein Steuerzahnrad,
ein mit diesem kämmendes Planetenzahnrad, das um das Steuerzahnrad umlaufen kann,
eine Einrichtung, die das Planetenzahnrad umlaufen läßt, und eine Einrichtung,die
auf die Umlaufbewegung des Planetenzahnrads anspricht, um das Paar Rollen zwischen
einer ersten Stellung, in der sie in Druckberührung miteinander stehen und einer
zweiten Stellung, in der sie nicht in Druckberührung miteinander stehen, zu verschieben.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1
eine Ansicht zur Darstellung des Prinzips der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 eine
schematische perspektivische Ansicht wesentlicher Teile einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, Fig. 3 eine Querschnitts-Seitenansicht der
Vorrichtung, Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung, Fig. 5 eine Seitenansicht
der Vorrichtung in der drucklosen Berührungsstellung,
Fig. 6 eine
perspektivische Ansicht eines Teils des Kupplungsmechanismus der Vorrichtung, und
Fig. 7 eine Vorderquerschnittsansicht der Vorrichtung.
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In Fig. 1, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt, sind
feste Heizrollen 1 und 3, eine elastische Fixierrolle 2 und eine feste Druckrolle
4 zu erkennen. Die Druckrolle 4 ist zwischen einer Horizontalfläche und der Heizrolle
3 angeordnet und steht mit diesen in Berührung. Die Heizrolle 3 und die Horizontalfläche
werden mit einer Umfangsgeschwindigkeit v1 bzw.
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einer Geschwindigkeit v2 in den Richtungen der jeweiligen Pfeile in
Fig. 1 bewegt, während die Druckrolle 4 synchron mit der Umfangsgeschwindigkeit
v1 der Heizrolle 3 rotiert.
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Damit eine Verschiebung zwischen der Stellung mit sanfter Berührung
von Fig. 1A zur Stellung mit Druckberührung von Fig. 1B erzielt wird, können die
Geschwindigkeiten zu V1 > V2 und die Drehrichtungen geeignet gewählt werden,
wobei die Differenz der Umfangsgeschwindigkeit zwischen den Rollen zu einer Verschiebung
der Druckrolle 4 in der Richtung führt, bei der die Rolle 3 durchgestoßen und von
unten angehoben wird, bis die Druckrolle in die Stellung von Fig. 1B kommt. Falls
v1 = v2, wenn die Wirkung der Druckberührung beendet ist, ist die Beziehung der
Kräfte zwischen den verschiedenen Rollen in der Stellung von Fig. 1B ausgeglichen,
so daß die Durchführung einer Fixierung möglich ist. Ein Entlasten oder Lösen der
Druckberührung kann dadurch erreicht werden, daß v2 größer als v1 gemacht wird oder
noch einfacher dadurch, daß auf die Rolle 4 in Richtung des Pfeils A unter Beibehaltung
der Beziehung v1 = v2 eine Kraft ausgeübt wird, die die Rolle 4 aus ihrer Druckstellung
herausbringt und die Druckberührungskraft löst.
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Das oben beschriebene Verfahren nutzt die Beziehungen der Rotationskraft
zwischen den Rollen aus, um den Druckkontakt herzustellen und zu lösen, was sehr
wirkungsvoll für
die Vereinfachung der Vorrichtung ist.
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Wenn jedoch ein Trennmittel wie Silikonöl oder ähnliches zur Verbesserung
der Trenneigenschaft der Fixierrolle auf diese aufgebracht wird, dann kann sich
auf der Oberfläche der Rolle ein dünner Schmierfilm bilden, der Anlaß zum Risiko
des Rollenschlupfs ist, der manchmal zu einem Mangel an Verläßlichkeit führen würde,
daß die Rolle durchgedrückt wird.
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Erfindungsgemäß wird anstelle einer Druckrolle 4 zur Verbesserung
der Verläßlichkeit des Betriebs ein Planetenzahnrad verwendet, wodurch die oben
genannten Nachteile vermieden werden.
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Die Fig. 2 bis 7 zeigen eine Ausführungsform der Fixiervorrichtung
in einem e elektrofotografischen Kopiergerät, auf das die vorliegende Erfindung
angewendet wird.
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In Fig. 2 ist eine Heizrolle 5, die aus einem Rohr aus einem Material
guter Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer, Aluminium oder ähnlichem besteht, innen mit
einem Heizer (Fig. 3) versehen und an jedem Ende mit Hilfe von Lagern an einer Tragplatte
9 befestigt. Die Tragplatte 9 ist mittels einer Schwenkwelle an einer Grundplatte
13 der Vorrichtung befestigt und wird mit der Heizrolle 5 durch eine Druckfeder
1o nach unten gedrückt. Eine Fixierrolle 6 ist aus einem wärmebeständigen Material
mit einer guten Trenneigenschaft, beispielsweise aus Silikongummi gebildet. Je nach
Erfordernis kann auf die Oberfläche dieser Fixierrolle 6 eine Anti-Abziehflüssigkeit
wie Silikonöl oder ähnliches aufgebracht werden, um die Trenneigenschaft der Rolle
zu fördern. Die Umfangsfläche der Fixierrolle 6 wird erhitzt und auf einer ausreichenden
Temperatur gehalten,um das Tonerbild mittels der Hitze der Heizrolle zu erhitzen
und zu schmelzen. Die Enden der Fixierrolle 6 sind vertikal beweglich mittels Lagern
an der
Grundplatte 13 befestigt.
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Eine Druckkontaktrolle 7 ist aus einem Rohr aus einem Material mit
guter Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer, Aluminium oder ähnlichem gebildet. Ihre Umfangsfläche
ist mit einem Material mit guter Trenneigenschaft, beispielsweise Tetrafluoräthylenharz
beschichtet. Im Inneren ist die Druckkontaktrolle 7 mit einem Heizer 11 (Fig. 3)
versehen. Die Enden der Druckkontaktrolle 7 sind mittels Lagern an einer Schwingplatte
12 befestigt. Die Schwingplatte 12 ist an der Grundplatte 13 so befestigt, daß sie
eine Schwingbewegung um eine an der Grundplatte 13 befestigte Welle 14 ausüben kann.
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Ein mit einer nicht dargestellten Antriebsquelle verbundenes Antriebszahnrad
16 ist drehbar auf der Welle 14 befestigt und steht im kämmenden Eingriff mit einem
Druckkontaktrollenzahnrad 17. Das Druckkontaktrollenzahnrad 17 ist mit der Druckkontaktrolle
7 verbunden, wobei eine Drehung des Druckkontaktrollenzahnrads 17 eine Drehung der
Druckkontaktrolle 7 hervorruft.
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Ein Kopiermedium (Ubertragungsmedium) 15, das ein unfixiertes Tonerbild
trägt, wird zwischen die Fixierrolle 6 und die Druckkontaktrolle 7 transportiert,
wobei die bildtragende Oberfläche des Kopiermediums der Fixierrolle zugewandt ist.
Die Fixierung des Tonerbilds findet statt, während das Kopiermedium gepreßt und
erhitzt wird, während es zwischen den beiden Rollen 6 und 7 durchläuft.
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Wenn der Antrieb von der Antriebsquelle auf das Antriebszahnrad 16
übertragen wird, wird die Druckkontaktrolle 7 durch das Druckkontaktrollenzahnrad
17 gedreht. Wenn keine Fixierung ausgeführt wird, werden die Rollen 5, 6 und 7 unter
Erhaltung einer sanften Berührung (drucklose Berührung) untereinander gedreht, so
daß die Fixierrolle 6 durch die Heizrolle 5 und die Druckkontaktrolle 7 in einem
erhitzten
Zustand gehalten wird.
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Das. Druckkontaktrollenzahnrad 17 kämmt mit einem Planetenzahnrad
18, das drehbar auf einer Schwingwelle 27 befestigt ist. Das Planetenzahnrad 18
kämmt mit einen Steuerzahnrad 19, das auf einer stationären Welle 21, die an der
Grundplatte 13 befestigt ist, drehbar montiert ist.
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Das Steuerzahnrad 19 ist über eine Federkupplung 20 betriebsmäßig
mit einer festen Welle 21 verbunden. Die Federkupplung 20 besitzt eine Spulen- oder
Schraubenfeder 24, die auf eine feste Welle 21 gewickelt ist, und eine auf der Schraubenfeder
24 angeordnete Ratsche 20', wie dies aus den Fig. 4 und 6 ersichtlich ist. Diese
Federkupplung 20 wird über einen Hebel 23 durch einen elektromagnetischen Kolben
SL1 gesteuert.
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Wie in Fig. 4 erkennbar, wird der Hebel 23 drehbar auf einer Welle
231 getragen und durch eine Zugfeder 25 zur Drehung im Gegenuhrzeigersinn vorgespannt.
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Wenn der elektromagnetische Kolben SL1 elektrisch abgeschaltet ist,
wird der Hebel 23 aufgrund der Wirkung der Zugfeder 25 so im Gegenuhrzeigersinn
um eine Welle 231 gedreht, daß eine Klinke 23' am Ende des Hebels 23 mit der Ratsche
20' der Federkupplung 20 kämmt. Wie aus Fig. 6 erkennbar, dehnt sich dadurch die
Schraubenfederkupplung 20 aus, wodurch die Verbindung zwischen dem Steuerzahnrad
19 und der festen Welle 21 unterbrochen wird; dadurch wird das Steuerzahnrad 19
frei, um sich bezüglich der festen Welle 21 zu drehen. Wenn der elektromagnetische
Kolben SL1 elektrisch erregt wird, wird der Hebel 23 im Uhrzeigersinn um die Welle
231 gedreht, so daß die Klinke 23' des Hebels 23 außer Eingriff mit der Ratsche
20' der Federkupplung 20 gebracht wird.
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Dadurch zieht sich die Schraubenfeder 24 der Federkupplung 20
zusammen
und koppelt das Steuerzahnrad 19 mit der festen Welle 21, so daß eine Drehung des
Steuerzahnrads 19 zwangsweise gesperrt ist.
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Die Federkupplung kann durch irgendeine andere bekannte mechanische
oder elektrische Kupplung ersetzt werden.
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Auf der festen Welle 21 sind drehbar ein erster Hebel 26 und ein
zweiter Hebel 26' befestigt (Fig. 2), an deren anderen Enden eine Schwingwelle 27
montiert ist.
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Der erste Hebel 26 wird von einer Zugfeder 32 zur Drehung um die
feste Welle 21 im Uhrzeigersinn vorgespannt.
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Ein nicht gezeigter Anschlag, der mit dem zweiten Hebel 26' in Eingriff
bringbar ist, ist an geeigneter Stelle vorgesehen, um den kamm enden Eingriff zwischen
den Zahnrädern 16, 17, 18 und 19 auch dann sicherzustellen, wenn die Schwingwelle
27 in die Stellung von Fig. 5 verschoben ist.
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Eine Rolle 28 ist drehbar auf der Schwingwelle 27 angebracht und
steht in Berührung mit der Druckkontaktrolle 7, so daß die Druckkontaktrolle 7 bei
Verschieben der Schwingwelle 27 vertikal verschiebbar ist.
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Ein Sperrarm 29 mit einem ausgeschnittenen Teil 29' zur Beschränkung
der Bewegung der Schwingwelle 27 ist drehbar auf einer Welle 30 angebracht und wird
von einer Zugfeder 31 zu einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn um die Welle 30 vorgespannt.
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Der Sperrarm 29 ist mit einem elektromagnetischen Kolben SL2 gekoppelt.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird nun beschrieben.
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Wenn keine Fixierung durchgeführt wird, haben die verschiedenen Elemente
der Vorrichtung die in Fig. 5 gezeigten Stellungen, wobei die Zahnräder 16, 17,
18 und 19 miteinander kämmen und die Rollen 5, 6 und 7 in sanfter Berührung miteinander,
d.h. in druckloser Berührung, gedreht werden. Dabei wird die Fixierrolle 6 gleichförmig
von den Rollen 5 und 7 erhitzt und auf einer gewünschten Temperatur gehalten.
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Wenn ein Signal zum Anlegen eines Drucks in einer vorbestimmten Folge
des Kopiergeräts an die vorliegende Vorrichtung gesendet wird, wird der elektromagnetische
Kolben SL1 von diesem Signal elektrisch erregt, so daß der Hebel 23 im Uhrzeigersinn
um die Welle 231 (Fig. 3) gedreht wird. Dabei wird die Klinke 23' des Hebels 23
außer Eingriff mit der Ratsche 20' der Federkupplung 20 gebracht und das Steuerzahnrad
19 mit der festen Welle 21 gekuppelt, so daß es zwangsweise an einer Drehung gehindert
wird.
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Aufgrund des Stoppens des Steuerzahnrads 19 rollt das Planetenzahnrad
18 über das Steuerzahnrad 19, während es im Gegenuhrzeigersinn um die feste Welle
21 umläuft.
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Aufgrund der Umlaufbewegung des Planetenzahnrads 18 wird die gemeinsam
mit dem Planetenzahnrad 18 auf der Schwingwelle 27 befestigte Rolle 28 im Gegenuhrzeigersinn
um die feste Rolle 21 gedreht, um die Druckkontaktrolle 7 von unten anzuheben. Durch
das auf diese Weise erfolgte Anheben der Druckkontaktrolle 7 wird auch die Fixierrolle
6 nach oben verschoben. Da die Heizrolle 5 von oben nach unten mittels der Druckfeder
lo vorgespannt wird, werden die so angehobene Fixierrolle 6 und Druckkontaktrolle
7 in Druckberührung miteinander gebracht. Wenn die Federkonstante der Druckfeder
1o geeignet ausgewählt wird, kann jede Rolle von einer gewünschten Druckkraft im
ausgeglichenen Zustand gehalten werden.
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Da der zweite Hebel 26' durch die Umlaufbewegung des Planetenzahnrads
18 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, kommt das Ende des zweiten Hebels 26' in
Eingriff mit dem Mikroschalter SW1 und schließt diesen, woraufhin der elektromagnetische
Kolben SL2 durch das elektrische Signal vom Mikroschalter SW1 erregt wird. Nach
Erregen des elektromagnetischen Kolbens SL2 wird der Sperrarm 29 um die Welle 30
im Uhrzeigersinn gedreht, so daß der ausgeschnittene Teil 29' des Sperrarms auf
die Schwingwelle 27 gesetzt wird, um die Bewegung der Schwinwelle 27 zu blockieren.
Wenn dies auftritt, kommt das Ende des Sperrarms 29 in Eingriff mit dem Mikroschalter
SW2 und schließt diesen, so daß der elektromagnetische Kolben SL1 vom elektrischen
Signal des Mikroschalters SW2 abgeschaltet wird Als Folge davon wird der Hebel 23
im Gegenuhrzeigersinn gedreht und bringt seine Klinke 23' in kämmenden Eingriff
mit der Ratsche 20', so daß das Steuerzahnrad 19 aus seinem festen Zustand in einen
frei drehbaren Zustand entlassen wird.
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Damit ist der Druckaufbringvorgang beendet, und die Fixierung des
Kopiermediums kann unter diesem Druckkontaktzustand stattfinden.
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Wenn die Fixierung beendet ist, wird an die vorliegende Vorrichtung
in einer bestimmten Folge des Kopiergeräts ein Signal zum Lösen des Drucks gesendet.
Von diesem Signal wird zunächst der elektromagnetische Kolben SL2 abgeschaltet.
Durch die Zugfeder 31 wird daraufhin der Sperrarm 29 im Gegenuhrzeigersinn gedreht,
um seinen ausgeschnittenen Teil 29' außer Eingriff mit der Schwingwelle 27 zu bringen.
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Diese wird daraufhin von der Zugfeder 23 zurückgezogen, wobei der
erste Hebel 26 und der zweite Hebel 26' im Uhrzeigersinn um die feste Welle 21 gedreht
werden. Aufgrund der Verschiebung der Schwingwelle 27 läuft das Planetenzahnrad
18 im Uhrzeigersinn um die feste Welle 21, und auch die Rolle 28 wird ebenfalls
bewegt, um die Druckkontaktrolle 7 nach unten zu verschieben.
Als
Folge davon kehren die Rollen 5, 6 und 7, die so lange in Druckberühung miteinander
gestanden haben, aus dieser Druckkontaktstellung in die drucklose Kontaktstellung
zurück, wie dies durch gestrichelte Linien in Fig. 3 angedeutet ist. Wann immer
bei der vorliegenden Aus führungs form mit dem oben beschriebenen Aufbau die Energieversorgung
während des Andrückens infolge einer Dienstunterbrechung oder des unbeabsichtigten
öffnens des Hauptschalters gestoppt wird, wird der elektromagnetische Kolben SL2
abgeschaltet und der Sperrarm 29 von der Feder 31 aus dem Eingriff mit der Schwingwelle
27 gebracht, so daß der Druck unverzüglich gelost wird und eine Deformierung der
Fixiergummirolle 6 verhindert wird. Dadurch kann die Sicherheit der Vorrichtung
erhalten werden.
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Da außerdem die Dauer der Deformierung der elastischen Gummirolle
vorzugsweise so kurz wie möglich sein sollte, können die Druckkontaktzeit und die
Druckkontaktlösezeit so eingestellt sein, daß Druck ausgeübt wird, wenn ein Kopiermedium
nahe an die Fixiervorrichtung herangekommen ist, und daß der Druck gelöst wird,
wenn das Kopiermedium die Fixiervorrichtung verlassen hat. Dabei kann die Fixierrolle
während der Fixierwarteperiode in einem erhitzten Zustand gehalten werden.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann der Antrieb des Steuerzahnrads 19 von einer anderen Antriebsquelle geliefert
werden, und es kann ein Unterschied in der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Druckkontaktrollenzahnrad
17 und dem Steuerzahnrad 19 vorgesehen werden, wodurch das Planetenzahnrad 18 in
Umlauf gebracht werden kann, um Druck aufzubringen oder zu lösen.
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Obwohl die vorliegende Ausführungsform in der Verwendung von drei
Rollen gezeigt wurde, kann die Erfindung auch bei Verwendung von zwei Rollen ausgeführt
werden.
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Außerdem kann Silikonöl oder ähnliches, das auf die elastischen Rollen
aufgebracht wird, um ihre Trenneigenschaft zu verbessern, manchmal einen Schlupf
und demgemäß ein Nichtdrehen der Rollen 5 und 6 hervorrufen. Um dies zu vermeiden,
können auch die Rollen 5 und 6 angetrieben sein, ohne daß dies die Ausführung der
Erfindung behindert.