DE2717265A1 - Fixiervorrichtung eines elektrofotografischen kopiergeraets - Google Patents

Fixiervorrichtung eines elektrofotografischen kopiergeraets

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Description

TlEDTKE - BüHLING " KlNNE - Gp.üPt Palentanwälte:
Dipl.-Ing. Tiedtke Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-Ing. Kinne Dipl.-Ing. Grupe
Bavariaring 4, Postfach 20 24 03 8000 München 2
Tel.:(0 89)53 96 53-56
Telex:5 24 845tipat
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19. April 1977
B 8111/Canon case 629
CANON KABUSHIKI KAISHA Tokyo, Japan
Fixiervorrichtung eines elektrofotografischen Kopiergeräts
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Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Klo 670-4.1-804
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Fixiervorrichtung in einem elektrofotografischen Kopiergerät (einschließlich eines elektrofotografischen Druckgeräts) zum Wärmefixieren eines auf einem Trägermaterial befindlichen Pulverbilds·
Um die Wärmeenergie von einer Wärmequelle sowohl zu einem Kopiermaterial als auch zu einem auf diesem Kopiermaterial ausgebildeten unfixierten Pulverbild zu übertragen, werden unterschiedliche bekannte Erwärmungsverfahren verwendet. Sie können in ungefähr drei Arten klassifiziert werden, d. h. die Erwärmung mittels Infrarotstrahlen, die Erwärmung mittels einer Heizplatte und die Erwärmung mittels eines Heizbandes. Alle diese Verfahren besitzen einen schlechten thermischen Wirkungsgrad, da zwischen dem Wärmegenerator, dem Heizelement und dem Kopiermaterial mehr oder weniger ein Material mit schlechter Wärmeleitung wie beispielsweise Luft angeordnet ist, durch das die Wärme zugeführt wird. Auch erfordern diese Erwärmungsverfahren ein Gerät mit relativ großen Ausmaßen.
Aus diesem Grund wurde vor kurzem eine Fixiervorrichtung entwickelt und weitgehend angewandt, die eine Heizwalze mit einem gutem thermischen Wirkungsgrad benutzt. Die Fixiervorrichtung ist im Betrieb sicher und erlaubt, daß das Gerät relativ klein gemacht wird.
Bei einer solchen Heizwalzen-Fixiervorrichtung ist es notwendig, ein Ankleben des Pulverbilds an der Walzenoberfläche zu verhindern. Ein derartiges Anhaften des Pulverbilds an der Walze wird üblicherweise "Offset" genannt und bereitet große Schwierigkeiten. Ferner ist es notwendig, ein Herumwickeln des Kopiermaterials um die Walze zu verhindern. Deshalb ist die Oberfläche der Fixierv/alze aus einer Schicht aus speziellem Material wie beispielsweise RTV-Silikongummi (bei Raumtemperatur vulkanisierter Silikongummi) gebildet.
Alternativ ist die Oberfläche aus Teflon (Äthylen-Tetrafluorid-
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Harz) gebildet und es wird eine Beschichtung aus einem Mittel, das das Anhaften verhindert, v/ie beispielsweise Silikonöl auf die Walzenoberfläche aufgebracht .
Die Fixierwalze wird durch eine geeignete Wärmequelle bis zu einer vorbestimmten Temperatur erwärmt, die angemessen höher als der geforderte Temperaturwert für die Abgabe der Minimal-Wärmemenge ist, um das Pulverbild zu schmelzen und zu fixieren. Um die Oberflächentemperatur der Fixierwalze auf einem vorbestimmten Wert zu halten, ermittelt ein Temperaturdetektorelement ständig die Oberflächentemperatur und eine Steuerschaltung steuert in Übereinstimmung mit der ermittelten Temperatur die Wärmequelle. Jedoch kann ein gewisses Problem der Wärmesteuerung entstehen. Wenn die Wärmequelle von einer Leistungsquelle betrieben wird, steigt die Oberflächentemperatur der Fixierwalze sehr schnell an und erreicht augenblicklich den vorbestimmten Wert. Aber sowohl in Folge des zv/ischen der Fixierwalze und dem Detektorelement bestehenden Wärmewiderstands als auch der Wärmekapazität des Detektorelements selbst verbleibt die Temperatur des Detektorelements bei einem Wert, der geringer als die Oberflächentemperatur ist. Wegen dieser Zeitverzögerung wird die Fixierwalze überheizt und ihre Oberflächentemperatur übersteigt den vorbestimmten Wert, bevor das Detektorelement mit dem Steuern der Wärmequelle beginnt. Dieses Phänomen wird "liberschwingen" genannt. Ein solches Überschwingen kann eine Oxidation des Silikongummis auf der Walzenoberflächen und/oder eine Rauchentwicklung bewirken. Ferner kann das auf die Überhitzung zurückzuführende Problem einer Falten- und Kräuselbildung des Kopiermaterials entstehen. Dies bedeutet auch einen wesentlichen Verlust an elektrischer Leistung.
Ein Überschwingen tritt auch in dem Fall einer kontinuierlichen Kopierarbeit auf, bei der eine Anzahl von Kopierblättern kontinuierlich fixiert werden. In diesem Fall entziehen die Kopierblätter der Walzenoberfläche eine große Wärmemenge und
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die Oberflächentemperatur fällt deshalb abrupt ab. Nach Fertigstellung eines kontinuierlichen Fixiervorgangs verbleibt die Wärmequelle im eingeschalteten Zustand, bis die Fixierwalze ihre vorbestimmte Temperatur erreicht. Deshalb steigt die Temperatur der Walzenoberfläche wieder stark an und es tritt aus den gleichen, vorstehend genannten Gründen ein Uberschwingen auf. In jedem Fall ist ein stabiles Fixieren nicht möglich. Dies ist ein wichtiger Nachteil der herkömmlichen Fixiervorrichtung mit einer Heizwalze.
Domentsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fixiervorrichtung zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile ausschaltet, die der herkömmlichen Fixiervorrichtung anhaften.
Ferner soll die Erfindung eine Fixiervorrichtung schaffen, mit der es möglich ist, immer ein stabiles und gleichförmiges Fixieren durchzuführen.
Schließlich soll die Erfindung eine Fixiervorrichtung schaffen, die ein Fixieren mit einem relativ niedrigen Leistungsverbrauch ermöglicht und jeglichen Leistungsverlust verhindert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines elektrofotografischen Kopiergeräts mit der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung;
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Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des elektrofotografischen Kopiergeräts gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht der Fixiervorrichtung des in Fig. 1 und 2 gezeigten Kopiergeräts;
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Fig. 4 zeigt eine Temperatursteuerschaltung;
Fig. 5 zeigt Kurven der Oberflächentemperatur der Walze;
Fig. 6 ist ein Zeitsteuerdiagramm des Schaltens der eingestellten Temperatur;
Fig. 7 zeigt eine Korrelationskurve zv/ischen der Oberflächentemperatur der Fixierwalze und der Anzahl der kontinuierlich entnommenen Kopien;
Fig. 8 zeigt eine Korrelationskurve zwischen der vom Zeitgeber eingestellten Zeit und der Anzahl der kontinuierlich entnommenen Kopien.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 besitzt das Kopiergerät ein kastenförmiges Maschinengehäuse 1, einen Vorlagentisch 2, der mit einer Abdeckplatte 3 bedeckt ist, Kassetten A. und 4„ für die Aufnahme von unterschiedlich großen Bildempfangsblättern 5. und $2 unc* einen Ausgabetisch 6, auf den das Bildempfangsblatt ausgegeben wird, das ein darauf übertragenes Bild trägt. Das Kopiergerät ist auch mit einem Hauptschalter 7, einem Warnanzeigeteil 8, Kassettenauswahlknöpfen 91 und 92, einem Indikator 10 für die Blattgröße, einer Justiereinrichtung 11 für die Schwärzung der Kopie, zwei Auswahlknöpfen 12. und 12- für die Wahl der Zahl der kontinuierlich zu erstellenden Kopien, einem mit den Auswahlknöpfen 12- und 122 verriegelten Knopf 13 für kontinuierliche?' Kopieren, einem Knopf 14 für Einzelkopien, der mit den Auswahlknöpfen nicht verriegelt ist, und mit einem Haltknopf 15 zum Beenden des kontinuierlichen Betriebs versehen. Um ein bestimmtes Volumen von zusätzlichem Entwickler aufzunehmen und der Maschine im Bedarfsfall zuzuführen, ist in einem Raum hinter der Türe, in der Zeichnung an der rechten Seite, ein nicht dargestellter Trichter vorgesehen.
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Die Arbeitsweise des Kopiergeräts wird anhand der Fig. erläutert.
Als erstes wird der Hauptschalter eingeschaltet, so daß Spannung an die entsprechenden Teile des Geräts angelegt wird. Dann wird ein zu kopierendes Orginal auf eine aus Glas bestehende Vorlagenträgerplatte 16 gelegt, wobei die vordere Kante der Vorlage mit der vorderen Kante 16- der Glasplatte ausgerichtet ist. Die auf dem Vorlagentisch liegende Vorlage wird durch die Abdeckplatte 3 abgedeckt. Wenn eine Wartesignallampe des Warnanzeigeteils 8 erlischt, wird angezeigt, daß das Kopiergerät für den Beginn des Kopiervorganges bereit ist. Durch Betätigen entweder des Knopfs 13 für kontinuierliches Kopieren oder des Knopfs 14 für Einzelkopien wird ein Kopierbetätigungssignal erzeugt und eine lichtempfindliche Trommel 17 beginnt, sich gemäß der Zeichnung im Uhrzeigersinn zu drehen. Sobald die lichtempfindliche Trommel eine vorbestimmte Winkelstellung erreicht hat und ein Belichtungssignal erzeugt worden ist, beginnt der bewegbare Teil des optischen Systems, der aus einer Beleuchtungslampe 18 und aus einem ersten Spiegel 19 besteht, sich in der Zeichnung nach rechts mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 17 zu bewegen. Ebenso beginnt ein zweiter Spiegel 20 sich nach rechts zu bewegen, wobei seine Geschwindigkeit jedoch der halben Umfangsgeschwindigkeit der Trommel entspricht. Die Lampe 18 beleuchtet das Bild der Vorlage von der Unterseite; das Bild wird durch das optische System, das aus dem ersten Spiegel 19, dem zweiten Spiegel einem Oojextiv 21, einem dritten Spiegel 22 und einem vierten Spiegel 23 besteht, auf die Trommel 17 fokussiert. Wenn die Belichtung abgeschlossen ist, ermittelt das bewegbare Teil des optischen Systems die Lage und hält die nach rechts gehende Bewegung für eine Umkehr an. Nun beginnt das bewegbare Teil sich nach links zu bewegen und kehrt zu seiner Startposition zurück. Während der Rückkehr wird es mit einer höheren Geschwindigkeit als während der Vorwärtsbewegung bewegt, um die Kopierleistung zu erhöhen.
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Wenn von der gleichen Vorlage eine Anzahl von Kopien kontinuierlich gemacht werden soll , werden die Auswahlknöpfe 12- und 12_ für die Auswahl der gewünschten Anzahl von Kopien verwendet und der Knopf 13 wird nach unten gedrückt, um mit der Betriebsart des kontinuierlichen Kopierens zu beginnen. Wenn der Knopf 14 für Einzelkopien nach unten gedrückt ist, um mit dem Kopieren zu beginnen, kann unabhängig von der durch die Auswahlknöpfe 12- und 12_ ausgewählten Anzahl von Kopien nur eine Kopie gemacht werden.
Die lichtempfindliche Trommel 17 besteht aus drei Schichten, d. h. einer leitenden Grundschicht, einer lichtempfindlichen Schicht und einer oberen transparenten, dielektrischen Deckschicht. Die Trommel dreht sich gemäß der Darstellung in Fig. 2 im Uhrzeigersinn.
Zuerst wird die Trommel 17 mittels einer Einrichtung 26 für positive Ladung, an die von einer Ilochspannungsversorgungsquelle eine hohe positive Spannung angelegt wird, mit einer positiven Ladung aufgeladen.
Als nächstes wird das Bild der Vorlage wie vorstehend erwähnt an der Stelle des Belichtungsteils auf die Trommel 17 schlitzbelichtet, die gleichzeitig mittels einer Vorrichtung 27 für Wechselstromladung, an die von einer Hochspannungsquelle eine hohe Wechselspannung angelegt wird, einer Wechselstromladung (Ladungsabbau) unterworfen wird.
Die Trommel 17 unterliegt drittens einer Totalbelichtung durch eine Totalbelichtungslampe 28, so daß auf der Oberfläche der Trommel ein latendes Ladungsbild ausgebildet wird.
Das Ladungsbild auf der Trommel wird mittels einer Entwicklungsvorrichtung 29 entwickelt, die einen Magneten 30 und eine Hülse 31 aufweist, die sich um den Magneten dreht und eine
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Magnetbürste trägt, die aus Träger und Toner bestehen.
Die Entwicklung des Ladungsbildes wird durch die Berührung mit der Magnetbürste bewirkt. Das entwickelte Bild wird auf ein Bildempfangsblatt 5 übertragen, das von einem Bildempfangsblatt-Zufuhrteil zugeführt wird, so daß es mit der lichtempfindlichen Trommel 17 in enge Berührung kommt. Die Übertragung wird mittels einer Übertragungs-Ladungsvorrichtung 32 mit einer hohen positiven Spannung von einer Hochspannungsquelle bewirkt. Das Bildempfangsblatt 5, das das übertragene Bild trägt, wird dann von der lichtempfindlichen Trommel abgestreift, v/obei ein Abstreifband die eine Kante des Bildempfangsblatts 5 hält und das Blatt zu einer Fixiervorrichtung 34 leitet.
Ein Reinigungsblatt 35 wischt mit dem berührenden Kantenbereich 35- den verbleibenden Toner auf der Trommel 17 ab, so daß die Trommel für den nächsten Zyklus gereinigt wird. Der abgewischte Toner wird auf das Reinigungsblatt 35 gebracht und dann mittels einer Schraube 36 an eine Rückgewinnungsleitung gegeben, durch die der gesammelte Toner für die Wiederverwendung zu der Entwicklungsvorrichtung 29 zurückgebracht wird.
Ein Stapel der Bildempfangsblätter S1 ist in der Kassette 41 enthalten ,während sich ein weiterer Stapel der Bildempfangsblätter 52 in der Kassette 42 befindet. Diese Kassetten 4- und 4-werden in den entsprechenden Blattzufuhrteilen 38.. bzw. 38-abnehmbar aufgenommen. Um unterschiedliche Größen von BiIdempfangsblättern verarbeiten zu können, werden eine Anzahl solcher unterschiedlich großer Kassetten vorbereitet und zum Ersatz im Bedarfsfall aufbewahrt. Die Kassettenauswahlknöpfe 9.. und 92 werden verwendet, um das Bildempfangsblatt von dem Blattzufuhrteil 3S1 oder 38- wahlweise zuzuführen. Wenn die lichtempfindliche Trommel 17 die vorbestinunte Winkelstellung erreicht und ein Signal für die Zufuhr des BiId-
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empfangsblatts erzeugt wird wie vorstehend erwähnt entweder eine Zufuhrwalze 39- oder eine Zufuhrwalze 39- das Bildempfangsblatt 5. oder 52 gemäß der Darstellung in Fig. 2 nach rechts schieben. Das Bildempfangsblatt v/ird mittels eines ersten Paars von Pegisterwalzen 40.., 41. oder 40_, 412 bezüglich der Bewegungsrichtung in richtige Ausrichtung gebracht. Ferner ist ein zweites Paar von Registerwalzen 42, 43 vorgesehen, um mittels eines vom bewegbaren Teil des optischen Systems erzeugten Zeitgebersiqnals eine Synchronisierung zwischen dem sich bewegenden Bildempfangsblatt und dem Bild auf der sich bewegenden lichtempfindlichen Trommel herzustellen. Nachdem das Bildempfangsblatt und die lichtempfindliche Trommel synchronisiert sind, wird das Bildempfangsblatt so in eine enge Berührung mit der Trommel 17 gebracht, daß das Bild gemäß vorstehender Beschreibung von der Trommel 17 auf das Bildempfangsblatt 5 übertragen werden kann. Das Bildempfangsblatt, auf das das Bild übertragen worden ist, wird mittels des Abstreifbands von der Trommel 17 abgestreift und dann in die Fixiervorrichtung 34 eingeführt.
In der Fixiervorrichtung 34 gelangt das Bildempfangsblatt durch den Spalt zwischen einem Paar von Walzen 46 und 48. Die Walze 46 ist eine von Heizquellen 44- und 44„ beheizte Fixierwalze und die andere Walze 4 8 ist eine Andruckwalze. Wenn das auf dem Bildempfangsblatt getragene Tonerbild zwischen die beiden Walzen gelangt, wird der Toner geschmolzen und auf dem Blatt fixiert. Das Bildempfangsblatt 5 verläßt die Fixiervorrichtung 34 und die verbleibende Ladung auf dem Blatt wird von einer Ladungsbeseitigungsvorrichtung 4 9 entfernt. Anschließend wird das fertige Blatt durch eine Paar von Ausgabewalzen 50 und 51 auf den Ausgabetisch 6 gegeben.
Wie am besten aus der Darstellung in Fig. 3 zu sehen ist, besteht die Fixierwalze 4 6 aus einem hohlen Metallrohr 52 und 35
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einer dünnen Deckschicht auf dem Rohr. Das Rohr 52 besteht aus einem Metall mit einer guten Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder dergleichen. Die Deckschicht 53 ist aus einem heiß vulkanisierten Silikongummi gebildet.
Die Dicke der Silikongummi-Deckschicht 53 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 nun bis 0,7 mm. Wenn eine Dicke mit weniger als 0,2 mm verwendet wird, wird die Dauerhaftigkeit der Deckschicht zu gering. Im Gegensatz dazu wird eine Dicke von mehr als 0,7 mm das Problem der Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit aus dem Inneren an die Oberfläche verursachen. Es wird nämlich eine zu lange Zeit dauern, bis die Oberflächentemperatur der Walze die Tempertur erreicht, bei der ein Kopieren möglich ist. Ferner wird die Empfindlichkeit der Walze während eines kontinuierlichen Kopierbetriebs verzögert und ein stabiles Fixieren wird unmöglich. Vorzugsweise besitzt der Gummi eine Härte von mehr als 40 , so daß jegliches Problem einer Faltenbildung verhindert wird.
Um eine passende Spaltbreite zwischen der Andruckwalze 48 und der Fixierwalze 46 zu erreichen, wird ein solcher heiß vulkanisierter Silikongummi verwendet, der eine Härte von 40 bis 70° besitzt und eine Dicke von mehr als 5 mm aufweist.
Das Bezugszeichen 55 bezeichnet eine Beschichtungswalze, mit der eine Flüssigkeitsmenge 57 zum Verhindern von Offset auf die Fixierwalze 46 aufgetragen wird. Die Beschichtungswalze besteht aus einem Öl-aufnahmefähigem Material, wie beispielsweise RTv-Silikonguirani und Wärmebeständigem Schaumgummi. Die in einem Behälter 56 enthaltene Flüssigkeit 57 zum Verhindern von Offset wird der Beschichtungswalze 55 aufgrund einer Kapillarwirkung durch einen wärmebeständigen Filz 58, beispielsweise Teflon-Filz, Nomex-Filz und dergleichen zugeführt. Die Beschichtungswalze 55 bringt dann die Flüssigkeit 57 auf die Fixierwalze 46 auf.
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Die Walzen 46 und 48 verbleiben in Abstand zueinander, wenn das Fixieren nicht durchgeführt wird. Beim Fixieren werden sie gegeneinander gedrückt und in der durch den Pfeil bezeichneten Richtung mittels einer (nicht dargestellten) herkömmlichen Antriebsquelle gedreht.
Um nach dem Fixieren das Kopiermaterial von den Walzen abzustreifen, sind ein Paar von Abstreifklauen 59 und 60 vorgesehen, die aus einem wärmebeständigem Gleitmittelharz, wie beispielsv/eise Silikonharz und Fluor-Harz bestehen. Andererseits kann jede der Abstreifklauen aus einem Metallstück bestehen, dessen Oberfläche mit einer Schicht aus Gleitmittelharz wie beispielsweise Teflon bedeckt ist. Das Kopiermaterial das ein Tonerbild T trägt, wird entlang einer Eintrittsführung 61 in die Fixiervorrichtung 34 eingeführt. Die Heizquellen 44.. und 442/ die üblicherweise Halogenlampen oder Infratrot-Lampen sind, erwärmen die Fixierwalze 4 6 von Innen her, so daß die Oberflächentemperatur der Walze 46 auf einem Punkt gehalten werden kann, der höher als die Schmelztemperatur des Toners ist.
Um die Oberflächentemperatur auf einen vorbestimmten Wert einzustellen, ist ein Temperaturermittlungselement, wie beispielsv/eise ein Thermistor 64 vorgesehen, der die Oberfläche der Fixierwalze 46 berührt und über eine Temperatursteuerschaltung auch mit den Heizquellen 44. und 44- verbunden ist.
Man hat herausgefunden, daß im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Fixierung das beste Ergebnis erhalten werden kann, wenn ein heiß vulkanisierter Silikongummi mit einer Dicke von 0,3 mm und einer Härte im Bereich von 40° bis 70 für die Fixierwalze und ein Silikongummi der gleichen Art mit einer Dicke im Bereich von 9 mm bis 10 mm und einer Härte im Bereich von 30° bis 50° für die Andruckwalze verwendet wird. In einem Experiment, in dem ein heiß vulkanisierter Silikongummi mit
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40 mm Außendurchmesser und 0,3 mm dick (erhältlich als KE-540, KE-860, KE-870, usw. von SHINETSU Chemicals Co. Ltd., Japan) für die Fixierwalze 46 und ein solcher Gummi mit 40 mm Außendurchmesser und 9 mm dick (KE-530, KE-540, usw.) für die Andruckwalze 4 8 verwendet wurde , wurde ein tiefschwarzes Bild, das wie vorstehend genannt auf dem Kopiermaterial getragen wurde, unter den Bedingungen einer Fixierwalzen-Oberflächentemperatur von 130°C, einer Andruckwalzen-Oberflächentemperatur von 200C und einer Spaltverweilzeit von 0,048 Sekunden fixiert. Die Spaltverweilzeit ist die Dauer, während der das Bild im Spalt zwischen den beiden Walzen anwesend ist (Spaltbreite/Walzenumfangsgeschwindigkeit = Aufheizzeit). Wenn im Gegensatz dazu eine Walze mit einer 10 um bis 60 pm dicken Teflonschicht als Fixierwalze verwendet wird, v/ar eine höhere Oberflächentemperatur auf der Fixierwalze, nämlich 165 C1 erforderlich, um das gleiche tiefschwarze Bild mit der gleichen Aufheizzeit von 0,048 Sekunden vollständig zu fixieren. Das bedeutet, daß die letztere Walze der ersteren Walze in bezug auf die thermische Wirksamkeit wesentlich unterlegen ist. Deshalb wird verständlich, daß durch Ausbilden der Oberfläche der Walze aus Silikongummi eine im Vergleich mit Teflon v/esentliche Energieersparnis erreichbar wird.
Das Temperaturermittlungselement ist in der Weise konstruiert, daß seine Einstelltemperatur gemäß unterschiedlichen Bedingungen des Kopiergeräts veränderbar ist. In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Einstelltemperatur" eine vorbestimmte Temperatur, auf die das Detektorelement 64 so eingestellt ist, daß die Heizquelle eingeschaltet wird, wenn die ermittelte Temperatur geringer als die voreingestellte Temperatur ist, und daß die Heizquelle ausgeschaltet wird, wenn die ermittelte Temperatur höher als die vorbestimmte Temperatur ist.
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Erfindungsgemäß wird die Einstelltemperatur so verändert, daß nach einem kontinuierlichen Kopierbetrieb die folgende Beziehung erfüllt wird:
TWA= TME ^ Tst<TCO ;
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darin bedeuten ;
TTTn die Einstelltemperatur für die "Wartezeit", T . die Einstelltemperatur für die "Bereitschaftszeit", T die Einstelltemperatur für die Zeit des Kopierens, und T die Einstelltemperatur für eine gegebene Zeitdauer nach einem kontinuierlichen Kopieren.
In vorstehender Definition ist "Wartezeit" die Zeitdauer, die notwendig ist, daß das Kopiergerät nach dem Anschließen der Stromversorgung an das Gerät zum Kopieren bereit ist. Wenn T0 als die Temperatur definiert ist, die erforderlich ist, um die kleinste Wärmemenge abzugeben, die zum Schmelzen und Fixieren des Pulverbilds notwendig ist, entspricht die Bedingung: tereit zum Kopieren" einer Bedingung, bei der die Fixierwalze auf eine Temperatur höher als die kleinste Temperatur T erwärmt worden ist.
Die "Bereitschaftszeit" ist eine Zeitdauer, während der kein Kopieren durchgeführt wird, obwohl das Kopiergerät bereits den Zustand "bereit zum Kopieren" erreicht hat. Die "Kopierzeit11 ist die Zeitdauer, bei der ein Kopieren durchgeführt wird.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel der Temperatursteuerschaltung, in der ein Thermistor TH als Temperaturermittlungselement 64 verwendet wird.
In der in Fig. 4 gezeigten Schaltung bildet der Thermistor TH zusammen mit einer Serienschaltung aus den Widerständen R1 bis Rg und einem veränderbaren Widerstand VR- eine Brückenschaltung, an die über Widerstände R7 und Rg von einer Gleich-
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Spannungsquelle V eine Spannung angelegt wird. Die Brückenschaltung arbeitet in der Weise, daß der Widerstandswert gemäß der Temperaturänderung verändert werden kann; dadurch kann die Abweichung des Spannungswerts an jedem der Widerstände VR1 und R1 bis R5, die die Brückenschaltung bilden, entsprechend verändert werden. Das Bezugszeichen DA bezeichnet einen Differenzverstärker mit Stromversorgungsanschlüssen 4 und 7, Signaleingangsanschlüssen 2 und 3 für die Ermittlung der vorstehend genannten Abweichung des Spannungswerts, und mit einem Ausgangsanschluß 6 für das Abweichsignal. Das an dem Ausgangsanschluß 6 erzeugte Ausgangssignal wird über eine Diode D- selektiv an die Basis eines Transistors Tr., angelegt. Das Bezugszeichen DB bezeichnet eine Vollwellen-Gleichrichterschaltung, die aus einer Brückenschaltung aus Dioden D1Q bis D.., besteht. Die Schaltung DB nimmt ein Wechselstrom-Ausgangssignal auf und liefert eine vollständig gleichgerichtete Welle. Das Ausgangssignal wird über einen Widerstand R34 an die Basis des Transistors Tr7 angelegt.
Die Heizquelle 44. (442) wird über den Hauptschalter 7 des Kopiergeräts von einer Wechselspannungsquelle AC betrieben. Um das Schalten durchzuführen, wird ein Triac TA (General Electric Company) verwendet.
Wenn die Oberflächentemperatur der von den Heizquellen 44. und 442 beheizten Fixierwalze im unteren Temperaturbereich ist, dann steigt der Widerstandswert des Thermistors TH an; deshalb steigt auch die Spannung am Eingangsanschluß 2 des Differenzverstärkers. Folglich nimmt die Ausgangsspannung am Anschluß 6 ab und an die Basis des Transistors Tr7 wird als eine Basisspannung die vollständig gleichgerichtete Welle, d. h. das Ausgangssignal von der Diodenbrücke DB angelegt. Folglich nimmt die Kollektorspannung des Transistors Tr7 eine Impulsform an, die bei jedem halben Zyklus der Stromquelle AC erzeugt wird, da der Transistor Tr7 eingeschaltet wird, wenn die Basisspannung höher als sein
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Schwellenwert ist, und da der Transistor ausgeschaltet wird, wenn die Basisspannung niedriger als der Schwellenwert ist. Wenn der Transistor Tr^ ausqaschaltet ist, ist seine Kollektorspannung auch auf einem hohen Pegel. Deshalb wird ein Kondensator C. über einen Widerstand R-3 als auch über eine Diode Dg aufgeladen und gleichzeitig wird die Spannung des Kondensators an die positive Seite eines Schaltelements SD angelegt. Da eine hohe Spannung, die im wesentlichen gleich der Spannung an der positiven Seite ist, über einen Widerstand R~2 an den Steueranschluß des Schaltelements SD angelegt wird, oleibt das Schaltelement SD jedoch ausgeschaltet. Wenn anschließend der Transistor Tr7 eingeschaltet v/ird, fließt ein elektrischer Strom durch den Widerstand R-,-> und die Kollektorspannung des Transistors Tr7 fällt auf einen niedrigeren Wert ab. Folglich wird ein durch den Widerstand R22 in einen Kondensator C, fließender Ladungsstrom erzeugt, der wiederum einen zeitweiligen Abfall des Potentials des Steueranschlusses des Schaltelements SD erzeugt. Deshalb wird das Schaltelement SD eingeschaltet und die im Kondensator C4 gespeicherte Ladung v/ird durch das Schaltelement SD und die Wicklung eines Impulstransformators PT entladen. Demgemäß wird in der Wicklung ein Spannungsimpuls induziert, der bei jedem halben Zyklus der Stromquelle AC erzeugt v/ird.
Aus dem vorstehenden ist zu verstehen, daß bei jedem halben Zyklus der Wechselspannungsquelle AC ein Spannungsimpuls in der Wicklung des Impulstransformators CT induziert wird, wenn die Oberflächentemperatur der Fixierwalze gering ist. Deshalb wird bei jedem halben Zyklus der Stromquelle AC ein Triggerimpuls an den Steueranschluß des Triacs TA und an die Stromquelle 44- (44_) eine Leistung von fast dem gesamten Zyklus angelegt. Die Oberflächentemperatur wird deshalb erhöht. Gleichzeitig wird der Transistor Tr1 eingeschaltet und der Transistor Tr2 ausgeschaltet und die Wartelampe L des Warnanzeigeteils 8 bleibt an, bis die Thermistortemperatur den Einstellpunkt erreicht. Dabei
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sind die Relais K.. , K_ und K, ausgeschaltet und die Kontakte K1-S, K1-2 und K3-I der Relais K1 und K3 sind offen. Deshalb wird die Temperatur, die durch die Widerstände R1 bis R« und den veränderbaren Widerstand VR1 festgelegt ist, auf die niedrigste Temperatur T eingestellt (siehe Fig. 6). Diese Einstelltemperatur T . ist vorzugsweise so ausgewählt, daß die größte Oberflächentemperatur der Walze bei der "Wartezeit" (entspricht T. in Fig. 5, wie später erläutert wird) etwas höher als die Einstelltemperatur T . bei der "Bereitschaftszeit" ist. Vorzugsweise wird dafür eine Temperatur ausgewählt, die 5° bis 15° höher als die Einstelltemperatur T . ist. Dies deshalb, da die Umgebungstemperatur der Fixierwalze unmittelbar nach einer Wartezeit noch gering ist und deshalb beim Durchführen des Kopierens unmittelbar nach einer Wartezeit ein größerer Abfall der Oberflächentemperatur der Fixierwalze im Vergleich mit einem Kopieren v/ährend einer "Bereitschaftszeit" bewirkt wird. Das Vorliegen eines Übermaßes von etwa 5°C bis 15 C verhindert einen derartigen großen Abfall der Oberflächentemperatur.
Während der Wartezeit steigt die Oberflächentemperatur der Fixierwalze schnell an und der Widerstandswert des Thermistors TH nimmt entsprechend ab. Wenn die Thermistortemperatur die Einstelltemperatur T Ά überschritten hat, wird die Spannung am Eingangsanschluß 2 des Differenzverstärkers DA gering und die Ausgangsspannung an dem Anschluß 6 wird groß. Deshalb wird an die Basis des Transistors Tr7 nicht nur die vollständig gleichgerichtete Welle sondern auch das Ausgangssignal des Verstärkers DA angelegt. Dies bedeutet, daß an den Transistor Tr7 eine Spannung angelegt wird, die höher als die Schwellenspannung ist.
Deshalb bleibt der Transistor Tr7 ständig im Ein-Zustand und auch die Kollektorspannung bleibt auf dem geringeren Wert. Deshalb geht der in der Wicklung des Impulstransformators PT induzierte Spannungsimpuls verloren. Dies bewirkt, daß die Heiz-
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quelle 441 (44-) ausgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die von den Widerständen R1 bis R~, dem veränderbaren Widerstand VR. und den Kontakten der Relais K-bis K3 festgelegte Einstelltemperatur bis zu einer Einstelltemperatur T , die höher als T ist, indem das Relais K- durch das Einschalten des Transistors Tr- eingeschaltet wird (siehe Fig. 6 , zu diesem Zeitpunkt wird der Transistor Tr2 eingeschaltet und die Wartelampe L ausgeschaltet , so daß das Kopiergerät zum Kopieren bereit ist und in den "Bereitschaftszustand" kommt), so daß die Kontakte K--2 und K1-3 geschlossen werden. Die Änderung der Einstelltemperatur von T nach T . bewirkt die entsprechende Änderung in der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers DA von einem niedrigen zu einem hohen Wert. Die ;Heizquellen 441 (442) können aber für eine von einem Zeitgeber festgelegte Verzögerungszeit ta ausgeschaltet bleiben; der Zeitgeber besteht aus Widerständen R^, Ri4' einem veränderbaren Widerstand VR-, einem Kondensator C1 und einer Zener-Diode ZD. Wenn die Verzögerungszeit ta des Zeitgebers verstrichen ist, wird die Temperatursteuerung beim Wert der Einstelltemperatur T . (siehe Fig. 6) durchgeführt. Wenn in diesem Zustand des Kopiergeräts entweder der Kopierknopf 14 oder der Kopierknopf 13 gedrückt wird, beginnt der Kopierbetrieb und das Gerät nimmt den Zustand "Kopieren" an. Gleichzeitig wird ein Kopierbetriebssignal (Fixierbefehl) an die Basis der Transistors Tr. gegeben und das Relais K, eingeschaltet. Das Relais K3 schließt den Kontakt K3-I, so daß die Einstelltemperatur von T zu einer höheren Einstelltemperatur TCQ (siehe Fig. 6) geändert wird. Es wird bevorzugt, die Einstelltemperatur so auszuwählen, daß die Beziehung 10 > T_o -T3^ ^ 5 erfüllt wird.
Wenn der Kopierbetrieb durch Ausgabe des Kopierblatts auf den Ausgabetisch 6 abgeschlossen ist, wird das Relais K, wieder ausgeschaltet und sein Kontakt K3-I geöffnet. Das Relais
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K2 kann jedoch noch für eine von einem Zeitgeber festgelegte Verzögerungszeit tb eingeschaltet bleiben und deshalb bleibt der Kontakt K2~1 offen, so daß die Einstelltemperatur von Tco nach T umgeschaltet wird (siehe Fig. 6); der Zeitgeber für die Verzögerungszeit tb besteht aus Widerständen R1Q/ R-q, einem veränderbaren Widerstand VR4 und einem Kondensator C-. Die Verzögerungszeit tb des Zeitgebers verändert sich gemäß der Anzahl der kontinuierlich entnommenen Kopien beispielsweise im Bereich von 5 bis 60 Sekunden.
Nach dem Durchführen eines kontinuierlichen Kopiervorgangs tritt eine gewisse Ansprechverzögerung des Thermistors auf. Wenn die Einstelltemperatur T . ist, kann das Uberschwingen der Oberflächentemperatur der Fixierv/alze nicht konstant gehalten v/erden, soweit die Anzahl der Kopien kleiner als eine gewisse Anzahl N ist, wie aus Fig. 7 zu sehen ist. Um diesen Nachteil auszuschalten, wird in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Zeitgeberschaltung durch Widerstände R1Q, R2Qf R21' VR3' VR4 unc^ einen Kondensator C2 gebildet, so daß die Ladespannung des Kondensators C2 gemäß der Ausgangszeit des Kopierbetriebs-Signals geändert wird (das Signal wird beim kontinuierlichen Kopierbetrieb kontinuierlich ausgegeben). Durch diese Anordnung wird die Verzögerungszeit tb des Zeitgebers gemäß der Anzahl der kontiuierlich entnommenen Kopien geändert, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. In diesem Zusammenhang kann der veränderbare Widerstand VR. mit den Auswahlknöpfen 12.. und 122 verriegelt sein. Nach der Zeit tb wird das Relais K2 wieder ausgeschaltet und die Einstelltemperatur kehrt für die Bereitschaft zu T zurück. Dieses Temperatursteuersystem ist insbesondere in dem Fall v/irksam, daß die Fixierwalze von innen her geheizt wird und eine Deckschicht mit geringer Wärmeleitfähigkeit aufweist, deren Dicke über 0,1 nun beträgt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch auch bei einem anderen Fall wirksam, bei dem die Fixierwalze von außen beheizt wird.
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Fig. 5 zeigt eine Kurve der Oberflächentemperatur der Walze gemäß dem erfindungsgemäßen Temperatursteuersystem im Vergleich mit der Kurve des herkömmlichen Steuersystems.
Die in durchgehender Linie gezeichnete Kurve A ist eine Kurve der Oberflächentemperatur einer erfindungsgemäßen Fixierwalze und die in unterbrochener Linie gezeichnete Kurve B ist die Kurve des herkömmlichen Systems, bei dem die Einstelltemperatur des Thermistors gleich T ist.
Der Punkt T an der Ordinate ist die kleinste Oberflächentemperatur der Fixierwalze, bei dem ein Fixieren möglich ist. Bei jeder Temperatur, die geringer als T ist, tritt ein geringer Temperatur-Offset ein. Der Punkt T^ ist die größte Oberflächentemperatur. Bei einer Temperatur, die höher als Tr ist, tritt eine Rauchemission, die auf Oxidation und/oder Verdampfung des niedermolekularen Gummis und/oder der Flüssigkeit zum Verhindern von Offset in den Quellen- und inneren Bereichen der Fixierwalze zurückzuführen ist. Deshalb existiert der Temperaturbereich, der »ein Durchführen einer guten Fixierung ermöglicht, zwischen Tß und T5. T kann gemäß den physikalischen Eigenschaften des verwendeten Toners geändert werden, während Tr gemäß der Art und der Qualität des Oberflächenmaterials der verwendeten Walze geändert werden kann. Mit anderen Worten, unterschiedliche Toner und unterschiedliche Oberflächenmaterialien ergeben unterschiedliches T' und T,-.
Wenn die Heizquelle mit der Stromquelle verbunden wird, steigt die Oberflächentemperatur rapide an. 30
Die Kurve B des herkömmlichen Systems zeigt an, daß die Oberflächentemperatur die Einstelltemperatur T nach der Zeit tQ erreicht. Aber die Thermistortemperatur ist noch geringer als T , was auf den Wärmewiderstand zwischen der Walze und dem Thermistor als auch auf die Wärmekapazität des Thermistors
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zurückzuführen ist. Deshalb verbleibt die Heizquelle noch im Ein-Zustand. Der Thermistor erreicht T nicht, bevor die
Oberflächentemperatur T_ erreicht (Zeitpunkt t~). Dann wird die Heizquelle ausgeschaltet und die Oberflächentemperatur beginnt zu sinken; anschließend beginnt die Temperatursteuerung etwa bei der Einstelltemperatur. Ferner sieht man, daß die Temperatur der Andruckwalze ungefähr bei Raumtemperatur TR ungeändert bleibt.
Zum Zeitpunkt t, beginnt das Kopieren und die beiden Walzen werden angetrieben. Die Berührung der Andruckwalze mit der Fixierwalze und das Durchlaufen des Kopierblatts zwischen den beiden Walzen entzieht der Fixierwalzenoberfläche eine gewisse Wärmemenge. Deshalb fällt die Oberflächentemperatur der Fixierwalze abrupt ab. Infolge einer Zeitverzögerung des Thermistors wird das Ansprechen der Wärmequelle auf diesen rapiden Abfall der Oberflächentemperatur etwas verzögert. Folglich fällt die Oberflächentemperatur der Fixierwalze weiter bis zu T1. Im Gegensatz dazu erhöht sich die Oberflächentemperatur der Andruckwalze sehr schnell von Raumtemperatur zu einem sehr hohen Wert, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die kontinuierliche Kopierbetriebsart wird zum Zeitpunkt t, abgeschlossen und die Walzen werden angehalten. Die Oberflächentemperatur der Fixierwalze beginnt 5 wieder anzusteigen. Wenn ihre Temperatur die Temperatur Tf. erreicht hat, die höher als die Einstelltemperatur T
0 S
ist, erreicht die Thermistortemperatur den Wert T und die Heizquelle wird ausgeschaltet. Dann fällt die Oberflächentemperatur auf den Wert T ab und die Temperatursteuerung beginnt bei diesem Wert.
Das schraffierte Gebiet in der Kurve B ist ein Temperaturbereich, bei dem die Emission von Rauch infolge eines übermäßigen Überschwingens auftritt und die praktische Anwendung des Kopiergeräts Schwierigkeiten bereitet.
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Erfindungsgemäß ist die Einstelltemperatur in Übereinstimmung mit unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Kopiergeräts veränderbar, so daß die Temperaturänderung auf der Oberfläche der Fixierwalze auf einen engen Bereich begrenzt wird. Deshalb ermöglicht es die Erfindung, immer ein stabiles Fixieren unter optimalen Temperaturbedingungen durchzuführen.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreibt die Oberflächentemperatur der Fixierwalze die Kurve A der Fig. 5.
Die Einstelltemperatur T wird in der Weise ausgewählt, daß die Höhe des Uberschwingens (T. in Fig. 5) etwas höher als die Einstelltemperatur T , ist. Dies verhindert jegliches
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übermäßiges Überschwingen.
Ferner wird für die Einstelltemperatur T eine solche Temperatur ausgewählt, die höher als die Einstelltemperatur T , ist. Dadurch kann der Temperaturverlust an der Oberfläche der Fixierwalze auf ein Kleinstmaß verringert v/erden, da ein augenblickliches Einschalten der Heizquelle während des Kopierens möglich ist.
Schließlich wird die Einstelltemperatur T., für eine gegebene Zeitdauer nach einer kontinuierlichen Kopierbetriebsart so ausgewählt, daß sie geringer als die Einstelltemperatur T . ist. Dies verhindert jegliches überschießen nach der Durchführung einer kontinuierlichen Kopierbetriebsart. Es sollte jedoch erwähnt werden, daß das Uberschwingen, das unmittelbar nach einer kontinuierlichen Kopierbetriebsart auftritt, im Vergleich mit dem Uberschwingen nach einer "Wartezeit" relativ gering ist, und daß deshalb die Finstelltemperatur TM„ nicht immer notwendig ist.
Bei der gemäß vorstehender Beschreibung durchgeführten Temperatursteuerung erfüllen die Höchsttemperatur T4 und die Kleinsttemperatur T3
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folgende Beziehung: TQ < T2 < T4 < T5.
Deshalb ist zu verstehen, daß erfindungsgemäß die Oberflächentemperatur der Fixierwalze mit Ausnahme der "Wartezeit" in dem Temperaturbereich gehalten wird, bei dem immer ein gutes Fixieren möglich ist.
Die Erfindung schafft also eine Fixiervorrichtung für ein elektrofotografisches Kopiergerät der Art, bei dem ein Trägermaterial, das ein Pulverbild trägt, durch ein Paar drehender Elemente gerät, so daß das Pulverbild auf dem Trägermaterial thermisch fixiert wird. Mindestens eines der drehenden Elemente wird durch eine Heizquelle beheizt und seine Oberflächentemperatur wird durch eine Temperaturermittlungseinrichtung gesteuert, so daß sie auf eine vorbestimmte Einstelltemperatur gehalten wird, die in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen des Kopiergeräts veränderbar ist, aber eine besondere dafür festgelegte Temperaturbeziehung erfüllt.
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Claims (7)

- 1 - B 8111 Patentansprüche
1. Fixiervorrichtung für ein elektrofotografisches Kopiergerät, bei dem ein Trägermaterial, das ein Pulverbild trägt, durch ein Paar drehender Elemente gelangt, so daß das Pulverbild auf dem Trägermaterial fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein drehendes Element (46) dieses Paars von drehenden Elementen durch eine Heizquelle (44.., 44_) beheizt wird und die Oberflächentemperatur dieses drehenden Elements durch eine Temperaturermittlungseinrichtung (64) gesteuert wird, so daß die Oberflächentemperatur auf einer vorbestimmten Einstelltemperatur gehalten wird, die gemäß unterschiedliche11 Bedingungen des Kopiergeräts veränderbar ist, aber die Beziehung
15
TWA<Tst<TC0
erfüllt, wobei T eine Einstelltemperatur für die Zeitdauer ist, die erforderlich ist, bis das Kopiergerät kopierbereit ist,
T . eine Einstelltemperatur für die Zeitdauer ist, während der das Kopiergerät kopierbereit ist, aber kein Kopieren durchgeführt wird, und 25
T eine Einstelltemperatur für die Zeitdauer der Kopienherstellung ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für ein kontinuierliches Kopieren die Einstelltemperatur so veränderbar ist, daß sie die Beziehung
TWA ^ TME ^ Tst
erfüllt, wobei T™ und T . die gleiche Bedeutung wie im Anspruch T haben und TME eine Einstelltemperatur für eine gegebene Zeit-
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dauer nach Beendigung einer, kontinuierlichen Kopierens ist. 2717265
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebene Zeitdauer für die Einstelltemperatur T,„_ in Abhängigkeit von der Anzahl der kontinuierlich hergestellten Kopien verändert wird.
4, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der drehenden Elemente (46, 48) eine Schicht aus Silikongummi (53) aufweist.
5. Fixiervorrichtung mit einem Paar von Walzen, einer Heizquelle zum Aufheizen von mindestens einer Walze des Paars von Walzen und einer Einrichtung zum Steuern der Heizquelle, so daß die Temperatur der einen Walze auf eine vorbestimmte Einstelltemperatur gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Ändern der Einstelltemperatur in der Weise vorgesehen ist, daß die Beziehung
VJA ^ st ^ CO
erfüllt wird, wobei T„. eine Einstelltemperatur für die Zeitdauer ist, die benötigt wird, bis die beheizte Walze
fixierbereit ist, T . eine Einstelltemperatur
für die Zeitdauer ist, während der die beheizte Walze
fixierbereit ist, aber kein Fixierbefehl gegeben
wird, und TCQ eine Einstelltemperatur für die Zeitdauer ist, bei der ein Fixierbefehl gegeben wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß für einen kontinuierlichen Betrieb bei dem mehrere Trägermaterialien durch das Paar von Walzen kontinuierlich in konstanten Intervallen hindurchlaufen, wobei jedes Trägermaterial ein Pulverbild trägt, die Einstelltemperatur in der Weise geändert wird, daß die Beziehung
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- 3 - B 81 1 1
erfüllt wird, wobei TWA und T die gleiche Bedeutung wie im Anspruch 5 haben, und T eine Einstelltemperatur für eine gegebene Zeitdauer nach Abschluß des kontinuierlichen Fixierbetriebs ist.
7 C 9R/. S/0824
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