DE2706362B2

DE2706362B2 - Warmeschmelzfixiereinrichtung

Info

Publication number: DE2706362B2
Application number: DE2706362A
Authority: DE
Inventors: Helmut 8000 Muenchen Naeser; Alban 8050 Freising Nusser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-02-15
Filing date: 1977-02-15
Publication date: 1979-01-04
Also published as: JPS53102044A; IT1086494B; FR2380579B1; FR2380579A1; AT350904B; NL7709658A; GB1532756A; CH620531A5; DE2706362C3; CA1108223A; JPS6016631B2; ATA530977A; BE858749A; DE2706362A1; US4147922A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeschmelzfixiereinrichtung für auf einem Aufzeichnungsträger aufgebrachte Tonerbilder, bei der der Aufzeichnungsträger zwischen zwei Fixierwalzen hindurchläuft, von denen zumindest eine beheizt ist und bei der in Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers gesehen vor den Fixierwalzen eine Vorheizeinrichtung vorgesehen ist, die aus einem Sattel, über den der Aufzeichnungsträger mit seiner nichtbetonerten Seite läuft und aus Heizelementen unter dem Satte! besteht

Elektrostatische Druckgeräte oder Kopiergeräte sind aus der Literatur bekannt (s. z. B. US-PS 38 61 863). Bei diesen Geräten werden auf einem Aufzeichnungsmuster, z. B. einer Papierbahn, Tonerbilder der zu druckenden Zeichen erzeugt. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß auf einem fotoleitfähigen oder dielektrischen Aufzeichnungsmaterial, ζ. Β. auf einer Trommel, elektrofotografisch oder elektrografisch Ladungsbilder erzeugt werden. Diese Ladungsbilder werden in einer Entwickiungsstation mit Hilfe von Toner entwickelt. Die Tonerbilder werden dann in einer Übertragungsstation auf ein Bildempfangsmaterial als endgültigen Aufzeichnungsträger übertragen. Um die Tonerbilder verwischfrei zu machen, müssen sie anschließend in einer Fixierstation in den Aufzeichnungsträger eingeschmolzen werden.

Fixierstationen, durch die d'e Tonerbilder in den Aufzeichnungsträger eingeschme 'zen werden, sind bereits bekannt (US-PS 38 61 863 oder US-PS 33 24 791). Bei diesen bekannten Fixiereinrichtungen läuft der Aufzeichnungsträger zwischen zwei Fixierwalzen hindurch, von denen zumindest eine beheizt ist. Durch Wärme und durch Druck werden dann die Tonerteilchen in den Aufzeichnungsträger eingeschmolzen.

Für hohe Durchlaufgeschwindigkeiten von z. B. 0,7 m/sec reicht das Fixieren mit zwei Fixierwalzen allein nicht mehr aus, um eine gute Fixierqualität zu erreichen. In der US-PS 38 61 863 ist darum vorgeschlagen worden, vor dem Paar von Fixierwalzen eine Vorheizeinrichtung anzuordnen. Diese Vorheizeinrichtung besteht aus einem Sattel, über den der Aufzeichnungsträger mit seiner nicht betonerten Seite hinwegläuft. Unterhalb des Sattels sind Heizelemente in regelmäßigen Abständen angeordnet, deren Heizstrahlung auf die Unterseite des Sattels gerichtet ist. Dadurch wird der Sattel erwärmt und es kann Wärme von dem Sattel auf den über den Sattel hinweglaufenden Aufzeichnungsträger übertragen werden. Bevor somit der Aufzeichnungsträger zu den Fixierwalzen gelangt, ist er bereits auf eine festlegbare Temperatur vorgeheizt worden. Damit wird die von den Fixierwalzen auf den Aufzeichnungsträger zu übertragende Wärmemenge zum Fixieren geringer.

In der bekannten Anordnung sind die Heizelemente unterhalb des Sattels gleichmäßig verteilt. Damit ist es aber nicht möglich, eine gleichmäßige Temperatur über

den ganzen Sattel zu erreichen, Da der Aufzeichnungsträger an der Stelle, an der er auf den Sattel aufläuft, im folgenden »Aufzeichnungsträgereinlauf« genannt, eine Umgebungstemperatur von z. B. 20⁰C hat und somit ein großer Temperaturunterschied zwischen Sattel und Aufzeichnungsträger besteht, ist der Wärmefluß vom Sattel zum Aufzeichnungsträger sehr groß.

Damit wird dem Sattel eine entsprechende Wärmemenge entzogen und dieser kühlt sich entsprechend ab. Anders sind die Verhältnisse an der Stelle, an der der Aufzeichnungsträger den Sattel verläßt im folgenden Aufzcichnungsträgeranslauf genannt Dort hat der Aufzeichnungsträger im wesentlichen schon die Temperatur des Sattels erreicht, somit ist der Wärmefluß zwischen Sattel und Aufzeichnungsträger nur noch gering. An dieser Stelle wird also der Sattel eine höhere Temperatur haben als an der Stelle des Aufzeichnungsträgerevnlaufs. Die gleichmäßige Verteilung der Heizelemente über den Sattel hat noch den weiteren Nachteil, daß der Sattel verhältnismäßig groß sein muß, um den Aufzeichnungsträger auf die gewünschte Temperatur vorzuerwärmen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Wärmeschmelzfixiereinrichtung für auf einem Aufzeichnungsträger aufgebrachte Tonerbilder anzugeben, bei der eine Vorheizeinrichtung vorgesehen ist die derart ausgebildet ist, daß der Aufzeichnungsträger sehr schnell auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird. Diese Aufgabe wird schnell gelöst, daß die die Heizleistung der Heizelemente und deren Anordnung unter dem Sattel derart gewählt sind, daß die Summe der an den Sattel abgegebenen Heizleistung aller Heizelemente am Aufzeichnungsträgereinlauf des Sattels am größten ist und zum Aufzeichnungsträgeraushuf des Sattels hin ständig abnimmt.

Dabei kann die Summe der Heizleistungen aller Hei; elemente so sein, daß die Temperatur des Sattels für f.en Zeitraum des Durchlaufs des Aufzeichnungsträger« über seinem ganzen Bereich konstant ist.

Diese Temperatur kann knapp unter einer Grenztemperatur liegen, bei deren Vorliegen auch bei Stillstand des Aufzeichnungsträgers dieser noch nicht gebräunt wird. Dann ist ein maximaler Wärmeübergang bezogen auf die Grenztemperatur vom Sattel zum Aufzeichnungsträger möglich.

Um einen derartigen Verlauf der Summe der Heizleistungen zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Heizelemente im Bereich des Aufzeichnungsträgereinlaufs eng zueinander anzuordnen und deren Abstand zum Aufzeichnungsträ^erauslauf hin zu vergrößern. Dazu können die Heizelemente im Bereich des Aufzeichr.ungs'rägereinlajfs näher zum Sattel angeordnet werden und der Abstand der Heizelemente zum Aufzeichnungsträgerauslauf des Sattels hin ständig vergrößert werden. In diesem Falle können die Heizleistungen der einzelnen Heizelemente gleich gewählt werden.

Es ist dabei zweckmäßig, die einzelnen Heizelemente so eng zueinander anzuordnen, daß sich die Heizleistungen der Heizelemente auf dem Sattel addieren.

Um die Wirkung der Heizelemente zu verstärken, kann hinter den Heizelementen von der Unterseite des Sattels aus gesehen zumindest ein Reflektor angeordnet sein, der die von den Heizelementen kommende Wärmestrahlung zum Sattel reflektiert.

Dabei ist es vorteilhaft, daß zumindest die dem Aufzeichnungsträger· ,lauf am Sattel am nächsten liegenden Heizelemente jeweils mit eigenen Reflekto-

ren versehen sind, wobei ein Reflektor jeweils nur ein Heizelement umfaßt Die Seiten dieser Reflektoren können dann so angeordnet sein, daß die von den Heizelementen ausgehende Wärmestrahlung im wesentlichen in Richtung auf den Aufzeichnungsträgereinlauf reflektiert werden.

Da durch die Anordnung der Heizelemente unterhalb des Sattels eine konstante Temperatur auf dem Sattel erreicht wird, genügt es, daß nur ein einziger Temperaturfühler auf dem Heizsattel angeordnet ist Mit diesem einzigen Temperaturfühler können dann alle Heizelemente gesteuert werden.

Anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Fixierstation mit Fixierwalzen und mit einer Vorheizeinrichtung,

F i g. 2 die Verteilung der Heizelemente unterhalb des Sattels,

Fig.3 die Verteilung der Heizleistungen der einzelnen Heizelemente und die Summe der Heizleistungen der Heizelemente,

Fig.4 die Verteilung der Heizelemente unter den Sattel mit zusätzlicher Anordnung von Reflektoren.

Aus F i g. 1 ergibt sich die Fixiervorrichtung bestehend aus Fixierwalzen FW und einer Vorheizeinrichtung VR. Die Fixierwalzen FW können auf bekannte Weise aufgebaut sein, z. B. so, wie es in den oben angegebenen US-Patentschriften beschrieben ist Zwisehen den Fixierwalzen FWläuft dann der zu fixierende Aufzeichnungsträger AT₁ z.B. eine Papierbahn, hindurch. Durch Wärme und durch Druck wird das Tonerbild in den Aufzeichnungsträger eingeschmolzen.

In Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers AT gesehen ist vor den Fixierwalzen FW die Vorheizeinrichtung VR angeordnet. Diese besteht aus einem Sattel SA, z. B. aus Metall, und aus unterhalb des Sattels angeordneten Heizelementen HE Die Heizelemente können in bekannter Weise aufgebaut sein, z. B. so, wie es in der US-PS 38 61 863 angegeben ist. Unterhalb der Heizelemente HfT ist schließlich noch ein Reflektor RF angeordnet.

Der Aufzeichnungsträger Λ Γ läuft mit seiner nicht betonerten Seite auf dem Sattel SA entlang. Er trifft an der Stelle des Aufzeichnungsirägereini.iufes PE auf den Sattel auf, gleitet auf diesem entlang, wird dabei erwärmt und verläßt den Sattel 5-4 an der Stelle des Aufzeichnungsträgerauslaufes PA. Der Aufzeichnungsträger AT wird dann sofort dem Walzenpaar FW zugeführt. Auf dem Sattel SA kann noch ein Temperaturfühler TE angeordnet sein, mit dessen Hilfe die Temperatur auf dem Sattel festgestellt wird, und der die Heizeleistung der Heizelemente Wffsteuert.

Der über den Sattel SA laufende Aufzeichnungsträger AT wird durch die Vorheizeinrichtung VR vorgewärmt, so daß der Wärmeübergang von den Fixierwalzen FW zu dem Aufzeichnungsträger zum Fixieren des Tonerbildes auf den Aufzeichnungsträger nicht mehr sehr groß sein muß. Ein Beispiel für die Temperaturen auf dem Sattel und den Fixierwalzen kann der US-PS 38 61 863 entnommen werden.

Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, sind dia Heizelemente HE nicht gleichmäßig unterhalb des Sattels SA angeordnet, sie liegen vielmehr zum Aufzeichnungsträgereinlauf PEW.n enger zueinander und ihr Abstand voneinander vergrößert sich in Richtung auf den Aufzeichnungsträgerauslauf PA. Weiterhin sind die Heizelemente zum Aufzeichnungsträgereinlauf hin

näher an dem Sattel angeordnet und der Abstand der Heizelemente in Richtung zu dem Aufzeichnungsträgerauslauf PA wird immer größer. Durch diese spezielle Anordnung der Heizelemente W £f unterhalb des Sattels SA wird erreicht, daß am Aufzeichnungsträgereinlauf PE von den Heizelementen HE eine größere Heizleistung in der Summe aufgebracht wird als am Aufzeichnungsträgeratislauf PA. Dies ist auch sinnvoll, da an der Stelle des Aufzeichnungsträgereinlaufes PE der Temperaturunterschied zwischen dem Aufzeich nungsträger A 7~und dem Sattel SA sehr groß ist und zur möglichst schnellen Erwärmung des Aufzeichnungsträgers ein großer Wärmefluß zwischen dem Sattel SA und dem Aufzeichnungsträger AT stattfinden soll. Am Aufzeichnungsträgerauslauf PA ist dagegen kaum noch ein Unterschied zwischen dem Aufzeichnungsträger und dem Sattel gegeben, so daß kaum noch ein

nH Aiif-7p»rhniiniT<:träapr «pin kann

Berücksichtigung der reflektierten Heizleistung ist mit 5 bezeichnet und gestrichelt eingezeichnet. Es ist aus F i g. 3 zu ersehen, daß sich durch die Anordnung der Heizelemente HE unterhalb des Sattels SA eine Summenkurve der Heizleistung ergibt, die am Aufzeicr · nungsträgereinlauf einen maximalen Wert hat und die zum Aufzeichnungsträgerauslauf hin ständig abnimmt. Dieser Verlauf ist sinnvoll, da am Aufzeichnungsträgereinlauf PE der größte Wärmefluß zwischen Sattel SA und Aufzeichnungsträger A T stattfindet, dagegen der Wärmefluß zwischen Sattel und Aufzeichnungsträger /urn Aufzeichnungsträgerauslauf hin ständig abnimmt. Durch die Anordnung der Heizelemente HE ist somit gewährleistet, daß die Temperatur über den ganzen Sattel SA konstant ist und daß der Aufzeichnungsträge' AT sehr schnell auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird und damit die Länge des Sattels SA kleir

stattfindet. Bei der gewählten Anordnung der Heizelemente kann die Heizleistung jedes Heizelementes gleich gewählt werden. Weiterhin kann erreicht werden, daß trotz des verschiedenen Wärmeflusses zwischen dem Sattel SA und dem Aufzeichnungsträger AT an den verschiedenen Stellen des Sattels die Temperatur des Sattels über seinen ganzen Bereich konstant ist.

Dabei kann die Temperatur des Sattels knapp unter einer Grenztemperatur gewählt werden. Die Grenztemperatur ist die Temperatur, bei der bei Stillstand des Aufzeichnungsträgers der Sattel noch nicht so weit erwärmt wird, daß der Aufzeichnungsträger gebräunt wird. Die Grenztemperatur kann bei ca. 120°C liegen.

Ein Beispiel einer Anordnung der Heizelemente unterhalb des Sattels kann der F i g. 2 entnommen werden. Hier sind vier Heizelemente HE1 bis HE4 unterhalb des Sattels SA angeordnet. Die Abstände zwischen den einzelnen Heizelementen HE zum Sattel sind angegeben. Zum Beispiel kann der Abstand a I des Heizelementes HE1 zum Sattel SA 34 mm, der Abstand a 2 des Heizelementes HE 2 zum Sattel 35 mm. der Abstand a3 des Heizelementes HEZ zum Sattel 43 mm und der Abstand a 4 des Heizelementes zum Sattel 56 mm sein.

Der Abstand der einzelnen Heizelemente HE voneinander wird mit Hilfe eines Winkelmaßes angegeben, und zwar ausgehend von dem Aufzeichnungsträgereinlauf PE aus. Der Winkel b 1 zwischen Heizelement HE1 zum Aufzeichnungsträgereinlauf PE kann z.B. 6~. der Winkel £>2 zwischen Heizelement HE2 und Aufzeichnungsträgereinlauf PEz. B. 16^C, der Winkel 6 3 zwischen Heizelement HE3 und Aufzeichnungsträgereinlauf PEz. B. 30°. der Winkel b 4 zwischen Heizelement HE4 und Aufzeichnungsträgereinlauf PE z. B. 47" und der Winkel b 5 zwischen Aufzeichnungsträgerauslauf PA und Aufzeichnungsträgereinlauf PE ca. 57° sein. Dabei kann der Radius r zur Satteloberfläche 348 mm sein. Es wird darauf hingewiesen, daß es sich bei Fig.?. nur um ein Beispiel handelt, aus dem sich eine Anordnung der Heizelemente HE unterhalb des Sattels SA ergibt, die die oben angegebenen Anforderungen erfüllt.

F i g. 3 zeigt den Verlauf der Verteilung der Heizleistung der einzelnen Heizelemente HE auf der Satteloberfläche SA. Die Kurve 1 ist der Verlauf der Heizleistung des Heizelementes HEi, die Kurve 2 der Veriauf der Heizleistung des Heizelementes HE2, die Kurve 3 der Veriauf des Heizelementes HE3 und Kurve 4 der Verlauf des Heizelementes HE4. Die Summenkurve der Heizleistungen aller Heizelemente HE mit Aus den Fig. I bis 3 ergibt sich, daß hinter den Heizelementen HE von der Unterseite des Sattels aus gesehen ein Reflektor RF angeordnet ist. Dieser Reflektor reflektiert die von den Heizelementen HE ausgehende Wärmestrahlung, die in Richtung auf den Reflektor KFgeht. zum Sattel SA zurück. Dadurch wird ein Verlust von Wärmestrahlung vermieden. Gleichzeitig bildet der Reflektor mit dem Sattel eine abgeschlossene Kammer, in welcher sich die Heizelemente befinden. Dadurch wird verhindert, daß durch Konfektionskühlung aus der umgebenden Luft ein Verlust der Wärmeleistung erfolgt.

Die Verwendung eines einzigen Reflektors RF hat aber den Nachteil, daß innerhalb der von dem Sattel SA und dem Reflektor RF gebildeten Kammer eine Luftkonvektion möglich ist, die in Fig. 1 mit den Pfeilen LK angedeutet ist. Bei einem plötzlichen Anhalten des Fixiervorganges kann diese Luftkonvektion dazu führen, daß am Aufzeichnungsträgereinlauf des Sattels eine unzulässige Temperaturerhöhung auftritt. Diese kann zu einer Papierbräuniing führen. Abhilfe kann dadurch erreicht werden, daß zumindest die am Aufzeichnungsträgerauslauf PA angeordneten Heizelemente HE einen selbständigen Reflektor haben. Wie F i g. 4 zeigt, ist z. B. dem Heizelement HE 4 ein eigener Reflektor RF4, dem Heizelement HE3 ein eigener Reflektor RF3, dagegen den Heizelementen HEi und HE2 ein gemeinsamer Reflektor RFX zugeordnet. Die Reflektoren RF4, RF3 und RFX bilden mit dem Sattel SA eine Kammer, die eine Luftkonvektion zu benachbarten Kammern verhindert. Somit ist eine Temperaturerhöhung am Aufzeichnungsträgereinlauf PE .'urch Lufikonvektion nicht mehr mehr möglich.

Die Ausführung der Reflektoren RF ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß die von den Heizelementen HE ausgehende Wärmestrahlung vorzugsweise in Richtung zum Aufzeichnungsträgereinlauf PE hin reflektiert wird.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen in folgenden Punkten:

1. Die Anordnung der Heizelemente ist derart, daß ein schneller und wirkungsvoller Wärmeaustausch dort erreicht wird, wo der Temperaturunterschied zwischen Aufzeichnungsträger und Sattel am größten ist

2. Die gleichmäßige Temperaturverteilung auf dem Sattel während des Fix'erens verhindert beim plötzlichen Anhalten des Fixiervorganges eine unzulässige Temperaturerhöhung des Satteis am Aufzeichnungsträgerauslauf.

3. Die gleichmäßige Temperatiirvertcilung auf dem Sattel errröglicht eine gemeinsame Ansteuerung der Heizelemente nur über einen Temperaturfühler.

4. Durch entsprechende Anordnung von Reflektoren •jnd des Sattels kann eine störende Uiftkonvektion ausgeschaltet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeschmelzfixiereinrichtung für auf einem Aufzeichnungsträger aufgebrachte Tonerbilder, bei der der Aufzeichnungsträger zwischen zwei Fixierwalzen hindurchläuft, von denen zumindest eine beheizt ist und bei der in Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers gesehen vor den Fixierwalzen eine Vorheizeinrichtung vorgesehen ist, die aus ι ο einem Sattel, über den der Aufzeichnungsträger mit seiner nichtbetonerten Seite läuft und aus Heizelementen unter dem Sattel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung der Heizelemente (HE)und deren Anordnung unter dem Sattel (SA) derart gewählt sind, daß die Summe der an den Sattel abgegebenen Heizleistung aller Heizelemente am Aufzeichnungsträgereinlauf (PE) des Sattels am größten ist und zum Aufzeichnungsträgerausiiaif (PA)des Sattels hin ständig abnimmt

2. Vorrichtung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Zeitraum des Durchlaufs des Aufzeichnungsträgers an den Sattel abgegebene Heizleistung in Anpassung an die Wärmeabfuhr durch den Aufzeichnungsträger so bemessen ist, daß die Temperatur des Sattels (SA^ über dessen ganzen Bereich konstant ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (HE) im Bereich des Aufzeichnungsträgereinlaufs (PE) eng zueinander eingeordnet sind und sich der Abstand zum Aufzeichnungsträgerauslauf (PA) hin vergrößert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (HE) im Bereich des Aufzeichnungsträgereinlaufs (PE) näher zum Sattel (SA) zu angeordnet sind und der Abstand der Heizelemente vom Sattel zum Aufzeichnungsträgerauslauf (PA) hin sich ständig vergrößert.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden · Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente entlang des Sattels (SA) so eng zueinander angeordnet sind, daß sich die Heizleistungen der Heizelemente auf dem Sattel addieren.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung aller Heizelemente (7/E^gleich gewählt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Sattel (SA) aus gesehen hinter den Heizelementen (HE) mindestens ein Reflektor (RF)angeordnet ist, der die von den Heizelementen kommende Wärmestrahlung zum Sattel reflektiert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die dem Aufzeichnungsträgerauslauf (PA) am nächsten liegenden Heizelemente (HE) jeweils mit einem eigenen Reflektor (/^versehen sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (RF) ^ so angeordnet sind, daß die von den Heizelementen (HE) ausgehende Wärmestrahlung im wesentlichen in Richtung auf den Aufzeichnungsträgereinlauf (PE) hin reflektiert wird.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden · ■ Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Sattels (SA) durch einen in der Länge des Sattels mittig angeordneten Temperaturfühler

gemessen wird.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente in mindestens einer Kammer eingeschlossen sind, welche vom Heizsattel (SA) und vom abgeschlossenen Reflektor (RF) gebildet wird, bzw. werden.