DE2724052C2

DE2724052C2 - Vorrichtung zum Aufschmelzen von Toner auf einem Träger

Info

Publication number: DE2724052C2
Application number: DE2724052A
Authority: DE
Inventors: Helmuth 6204 Taunusstein Haberhauer
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1979-07-12
Also published as: FR2392428B1; BE867542A; AT357032B; GB1604127A; NL186345C; FR2392428A1; IT1104688B; NL7805657A; JPS53148448A; NL186345B; JPS6144313B2; IT7849542A0; DE2724052B1; US4179600A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufschmelzen von Toner auf einem Träger im Durchlaufverfahren mit einer Mehrzahl von innerhalb einer Schmelzzone angeordneten, lang gestreckten kurzwelli- w> gen Infrarotstrahlen, die über die Bahnebene des Trägers verlaufend quer zu dessen Durchlaufrichtung angeordnet sind.

Die zu Pulverbildern entwickelten elektrostatischen Ladungsbilder werden durch Einwirkung von Wärme- ^h'> Strahlung auf den Bildträger aufgeschmolzen. Als Träger kann dabei Papier, Folienmaterial, Druckplatten oder dergleichen Material verwendet werden, auf dem das jeweilige Pulverbild durch Wärmestrahlenquellen über seinen Schmelzpunkt erhitzt und nach dem Abkühlen aufgeschmolzen wird.

Hierzu ist aus der DE-AS 10 63 029 eine Fixiervorrichtung mit einer Reihe in Laufrichtung des Bildträgers hintereinander angeordneten Infrarotstrahlenquellen bekannt, von denen sich jede quer zur Laufrichtung über die Gesamtbreite des Bildträgers erstreckt Eine weitere, in dieser Auslegeschrift beschriebene Vorrichtung zur Fixierung des Pulverbildes besteht aus einem einzigen Strahler, der in einem Reflexionsgehäuse untergebracht ist, das den Heizfaden der Strahlungsquelle in eine Brennlinie innerhalb des Pulverbildes abbildet Dadurch wird die strahlende Energie auf das Pulverbild konzentriert und bringt das Puler ohne übermäßige Erwärmung des Bildträgers zum Schmelzen. Dabei kann die Strahlenquelle impulsweise betrieben werden, so daß die Einwirkung der infraroten Strahlung nur während eines sehr kurzen Zeitabschnittes erfolgt

Die aus der DE-OS 17 97 OiO bekannte Wärmetixiereinrichtung besteht aus einer Strahlungswärmequelle, die von einem Reflektor umgeben ist der die gesamte Energie entlang eines schmalen Bandes quer zur Laufrichtung des Bildträgers fokussiert

Eine langgestreckte Wärmequelle, die im Inneren einer Trommel mit für Wärmestrahlung durchlässigem Mantel angeordnet ist beschreibt die DE-OS 18 16 174. Dieser Wärmestrahlenquelle ist eine optische Einrichtung zugeordnet die die Wärmestrahlung in einer Bildlinie auf dem Bildträger sammelt um die Tonerpartikel in einem ausreichenden Maße zu erwärmen und damit zu erweichen, so daß sie in einem nachgeschalteten Druckspalt gebildet von einer Walze, die gegen die Trommel drückt auf den Bildträger aufgeschmolzen werden können.

Die DE-OS 24 29 734 beschreibt ein Fixiereinrichtung zum Schmelzfixieren von Tonerbildsrn mit Hilfe von Heizdrähten, die entlang der Bewegungsbahn der Tonerbilder zwischen federnden Schienen ausgespannt sind. Diese Heizdrähte sind als zusammenhängende Heizwicklung ausgebildet und für jeweils mindestens eine Windung der Heizwicklung sind auf den Spannschienen Keramikkörper mit angeformten Haltevorrichtungen aufgesteckt. Die Spannschienen sind mittels einer Zugfeder gegeneinander bewegbar, wobei der Federzug bewirkt, daß die zwischen den Spannschienen ausgespannte Heizwicklung eine gleichbleibende, von ihrem Temperaturzustand im wesentlichen unabhängige Zugspannung annimmt und somit im heißen Zustand nicht durchhängen kann, wodurch eine Berührung mit dein unter Heizwicklung durchtransportierten Träger vermieden wird.

Die DE-OS 22 40 812 zeigt u. a. eine Wärmefixiereinrichtung mit mehreren Wärmestrahlungsquellen, die über die Bahnebene des Trägers verlaufend quer zu dessen Durchlauf richtung angeordnet sind und sich über die durch den Träger bestimmte Dreite der Schmelzzone erstrecken. Die Wärmefixiereinrichtung wird über eine Temperatursteuervorrichtung gesteuert, die einen Detektor aufweist der die mittlere Temperatur der Strahlung einer der Wärmestrahlungsqucllen feststellt und einen Regelstromkreis steuert, der die Zeitdauer der einzelnen Energieimpulse, die der Wärmestrahlungsquelle zugeführt werden, in Übereinstimmung mit der von dem Detektor festgestellten Temperatur in der Wärmefixiereinrichtung regelt.

Maßnahmen zum Rrreichen eines gleichmäßigen

Temperaturprofils Ober die Breite des Trägers in der Schmelzzone sind nicht vorgesehen.

Den bekannten Fixiervorrichtungen mit Wärmestrahlenquellen, die sich durchgehend über die Breite des Bildträgers erstrecken, ist gemeinsam, daß die Leistung der Strahler gegen ihre Enden zu abfällt, wodurch die Temperaturverteilung quer zur Laufrichtung des Bildträgers auf dessen Oberfläche und damit das Einbrennen des Pulverbildes ungleichmäßig wird. Bei einer kontinuierlichen Durchlaufbetriebsweise einer derartigen Fixiervorrichtung kommt noch nachteilig hinzu, daß die Wärmestrahlenquellen stets gleichlang ein- und ausgeschaltet werden, wodurch es trotz Kühlung verschiedener Teile der Fixiervorrichtung allmählich zu deren Aufheizung kommt, die ein unterschiedlich starkes Aufschmelzen der Pulverbilder auf den Bildträger verursacht Dieser Effekt ist insbesondere bei Druckplatten als Bildträger, die nach dem Anschmelzen des Pulverbildes noch entschichtet werden müssen, unerwünscht da durch zu starkes Einbrennen der Pulverbildt-r eine vollständige Er.ischichtung der Druckplatten nicht mehr gewährleistet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß beim Aufschmelzen von Toner ein gleichmäßiges Temperaturprofil bei kontinuierlichem Durchlauf des Bildträgers durch die Vorrichtung erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Infrarotstrahler kürzer als die durch den Träger bestimmte Breite der Schmelzzone ist, und daß die Strahler in Durchlaufrichtung gegeneinander versetzt, jeweils mit ihrem einen Ende in der Randzone der Trägerbahnen liegend, angeordnet sind.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist aus den Merkmalen in den Kennzeichen der Patentansprüche 2 bis 9 ersichtlich.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß durch die spezielle Anordnung der Infrarotstrr.hlenquellen ein gleichmäßiger Temperaturverlauf auf der Oberfläche des Bild trägers erhalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsich' auf die Vorrichtung, bei abgenommener Deckfläche,

F i g. 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung nach F i g. 1 längs der Linie M,

F i g. 3 einen Ausschnitt in schematischer Draufsicht einer Bearbeitungsstrecke für Bildträger, in der die Vorrichtung eine der Bearbeitungsstationen bildet, und

F i g. 4 ein Blockschaltbild zur Steuerung der Ein- und Ausschaltzeit der Wärmestrahlenquellen der Vorrichtung.

Die Draufsicht in Fig. 1 zeigt bei abgenommener Deckfläche eine Vorrichtung 10 zum Aufschmelzen von Toner auf einem Bildträger 30, der bevorzugt eine Druckplatte ist Bei der dargestellten Ausführungsform sind vier Infrarotstrahler 1, 2, 3, 4 vorgesehen, die oberhalb und quer zur Laufrichtung des TFägers 30 über dessen Breite angeordnet sind. Bei den Infrarotstrahlern handelt es sich um bekannte Zwillingsrohr-Infrarotstrahler, die vor allem im kurzwelligen Infrarotbereich die Strahlung emittieren, die das Tonermaterial auf den Bildträger aufschmilz;. Die Länge 1 der einreinen Strahler wird dem jeweiligen Bedarf oder Verwendungszweck, d. h. der Breite der Vorrichtung 10 bzw. der Breite des Trägers 30 angepaßt. Im Gegensatz zu bekannten Fixiervorrichtungen sind jedoch die beheizten Längen der quer zur Laufrichtung angebrachte!; Infrarotstrahler 1, 2, 3 und 4 nicht genau auf die Bahnbreite des Trägers 30 abgestimmt Der einzelne Infrarotstrahler besitzt dabei eine Länge, die kürzer als die Breite B des Trägers 30 ist und in etwa eine Abmessung erreicht, die über die halbe Breite dieses Trägers geringfügig hinausgeht Die Infrarotstrahler I₁ 2,3,4 fluchten nicht miteinander, sondern sind vielmehr

ίο paarweise einander zugeordnet und schließen einen Winkel ot ein, der von den Schmalseiten der Vorrichtung 10 ausgehend sich zur Mitte der Aufschmelzzone hin öffnet

Um sicherzustellen, daß auch die Randpartien des

H Trägers 30 gut erwärmt werden, reichen die beheizten Längen der Infrarotstrahler 1,2,3,4 um mindestens 50 bis 100 mm über die Bahnbreite des Trägers 30 hinaus. Die Enden der Infrarotstrahler 1, 2, 3, 4 sind in Halterungen 29 eingeschoben und werden durch Klemmfedern 5 gehalten. Diese H^ierungen sind in einer Deckfläche 31, wie aus Fig.2 „rsichtlich ist befestigt und mit Hilfe von Justierungen 9 höhenmäßig verstellbar. Es genügt dabei, daß die einzelnen Infrarotstrahler an den beiden Enden durch die

.'"> Halterungen 29 aufgehängt sind, da das Quarzglasrohr des einzelnen Strahlers selbsttragend ist

Es ist offensichtlich, daß der Winkel ot zwischen den paarweise einander zugeordneten Infrarotstrahlern 1,2 bzw. 3, 4 von der Länge /und dem Durchmesser c/des

jo einzelnen Infrarotstrahlers abhängt Je länger der Strahler und je größer der Durchmesser des einzelnen Infrarotstrahlers ist, desto größer muß der Winkel <% sein, damit die Enden der Infrarotstrahler 1,2,3,4 in der Mitte der Aufschmelzzone der Vorrichtung 10 kammar-

r> tig ineinandergreifen können. Der Winkel α kann somit nicht gleich null werden und beträgt im allgemeinen bis zu 15°.

Die Heizwendel 1', 2', 3', 4' der Infrarotstrahler ϊ, 2,3, 4 enden ein Stück vor den Halterungen 29. Die Infrarotstrahler 1,2,3,4 werden so angeordnet, daß die Enden der Heizwendel Γ, 2', 3', 4' an den Rändern und in der Mitte der Aufschmelzzone jeweils auf einer Linie g. g' bzw. g" zu liegen kommen, die sich parallel zur Laufrichtung A des Trägers 30 erstreckt

•ti Es ist selbstverständlich, daß auch mehr als vier Infrarotstrahler in der Vorrichtung 10 vorgesehen sein können. Durch die Verwendung einer Anzahl von kürzeren Infrarotstrahlern, anstelle eines sich über die Breite des Bildträgers bzw. der Druckplatte durchgehend erstreckenden ,"Strahlers wird der Strahlungsabfall an den Enden jedes Strahlers kompensiert, so daß ein gleichmäßiges Temperatbrprofil auf der Oberfläche des Trige. s 30 erhalten wird.

Eine Spiegelfläche 6 schließt die Längsseiten der

>*> Vorrichtung 10 ab und reflektiert die auftreffende Infrarotstrahlung weder in das Innere der Vorrichtung 10. Auch die Deckfläche 31 ist zweckmäßigerweise auf der Innenseite verspiegelt, um die nach oben abgestrahlte Infrarotstrahlung wieder in Richtung auf den Träger

wi 30 zurückzuwerfen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann die Deckfläche 31 mit Hilfe von Höhenvernteüungen 7, 8, die z. B. aus auf der obere'- Seite der Deckfläche 31 befestigten Gewindebolzen ''A bestehen, die durch eine Gehäusewand 32 hirdurchgeführt sind und mit einer

hi Rändelschraube 33 sich im Eingriff befinden, höhen verstellt werden. Mit der Deckfläche 31 wird dann die gesamte Strahleranordnung vertikal nach oben oder unten verschoben.

Die Justierungen 9 an den Enden eines einzelnen Infrarotstrahlers werden so unterschiedlich eingestellt, daß der Infrarotstrahler von den Rändern der Aufschmelzzone der Vorrichtung 10 zu der Mitte hin schräg nach oben verläuft. Seine Neigung gegenüber der Horizontalen wird dabei in einem Bereich von 0° bis 5° eingestellt. Durch die Schrägstellung der Infrarotstrahler gegenüber der Horizontalen und durch ihre Anordnung unter einem vom rechten Winkel abweichenden Winkel zu der Laufrichtung A des Trägers 30 kann ein weitgehend gleichmäßiges Temperaturprofil auf der Oberfläche des Trägers 30 eingestellt werden, ohne daß es an irgendeiner Stelle der Oberfläche des Trägers 30 zu Inhomogenitäten in der Temperaturverteilung kommt, die normalerweise im Fall vom Temperaturspi'zen Anlaß zu Wellungen der Oberfläche des Trägers 30 geben.

Zur Messung der Temperatur der Oberfläche des Trägers 30 ist, wie die F i g. I und 2 zeigen, etwa auf der Höhe der Oberfläche des Trägers 30 und seitlich von diesem ein Temperaturfühler 12 angeordnet, der sich in einem nach oben gegen die Infrarotstrahler 1, 2,3, 4 hin geöffneten Gehäuse Il befindet. Der Temperaturfühler 12 ist ein übliches Thermoelement, beispielsweise ein NiCr-Ni-.Fe Konst-, PtRh-Pt-Element. Der Temperaturfühler 12 ist beispielsweise zwischen den beiden Infrarotstrahlern 3, 4, nahe deren Enden ^ angeordnet, daß er noch innerhalb des Bereichs der Heizwendel 3' und 4' der beiden Infrarotstrahler liegt. Dadurch empfängt der Temperaturfühler 12 die gleiche Strahlungsstärke wie die Oberfläche des Trägers 30, so daß dessen Oberflächentemperatur mit großer Genauigkeit gemessen wird. Das Gehäuse 11 dient dazu, ein Ansprechen des Temperaturfühlers 12 auf Kühlluftbewegungen eines, der Vorrichtung 10 nachgeschalteten, nicht dargestellten Ventilators auszuschließen.

Die Vorrichtung 10 ist eine der Bearbeitungsstationen einer Verarbeitungsbahn längs der der Träger 30 bewegt wird. Ein Ausschnitt dieser Verarbeitungsbahn ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Teilbahnen 18, 19 sind im rechten Winkel einander zugeordnet. Der Träger 30, beispielsweise eine Druckplatte, wird von einem Antrieb 16, bei dem es sich um paarweise, umlaufende, endlose Ketten oder Bänder handeln kann, von einer nicht dargestellten Betonerungsvorrichtung aus. auf der Teilbahn 19 befördert. Der Antrieb 17 dieser Teilbahn 19 ist zunächst stillgesetzt und besteht ebenso wie der Antrieb 16 aus paarweise, endlos umlaufenden Ketten, Bändern oder dgl. Sobald der Träger 30 mit seiner Vorderkante einen ersten Schalter 13 betätigt, der sich im Bereich der Teilbahn 19 befindet, werden die Infrarotstrahler 1, 2, 3 und 4 eingeschaltet. Der Träger 30 wird von dem Antrieb 16 weiterbefördert und löst einen zweiten Schalter 14 und einen dritten Schalter 15 aus. Der zweite Schalter 14 stoppt den Antrieb 16 und der dritte Schalter 15 schaltet den Antrieb 17 der Teilbahn 19 ein, durch die die Druckplatte in Laufrichtung A auf die Vorrichtung 10 hin bewegt wird. In F i g. 3 sind zwei Druckplatten dargestellt, von denen sich die eine gerade durch die Vorrichtung 10 hindurchbewegt, während die andere auf der Teilbahn 18 herangeführt wird. Der Vorrichtung 10 kann für den Fall, daß es sich bei dem Bildträger 30 um Druckplatten handelt, eine nicht gezeigte Entschichtungsvorrichtung für diese Druckplatten nachgeschaltet sein. Die Schalter 13,14,15 können als Mikroschalter ausgebildet sein.

Anhand des Blockschaltbildes nach Fig.4 wird die Temperatursteuerung der Vorrichtung 10 näher erläutert. Der Temperaturfühler 12 ist über Eingangsklemmen 23 mit einer Temperaturregeleinheit 24 verbunden, deren Ausgangsklemmen 25 an einen Leistungsschalter 20 angeschlossen sind, der beispielsweise ein Thyristor-Leistungsstellglied sein kann. Der Leistungsschalter Τ?* und die Temperaturregeleinh'-it 24 sind handelsübliche Bauelemente und werden daher nicht näher beschrieben. Die Spannungsversorgung dieser beiden Bauelemente ;.'wie eines Relais 21 erfolgt über Leitungen 28. Das Relais 21 kann beispielsweise aus Halbleitern aufgebaut sein und wird über Leitungen 22 angesteuert. A. ilen Ausgangsklemmen 27 des Leistungschalters 20 sind die Infrarotstrahler 1 bis 4 der Vorrichtung 10 angeschlossen.

Die "om Temperaturfühler 12 gemessene Temperatur ergibt ein Meßsignal als Istwert, der in der Temperaturregeleinheit 24 mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Die Differenz aus Istwert und Sollwert ergibt das Regelsignal für den Leistungsschalter 20, der entsprechend dem Vorzeichen des Regelsignals die Infrarotstrahler 1 bis 4 ein- oder ausschaltet. Das Relais 21 wird durch ein nicht gezeigte? Netzteil angesteuert. Der Leistungsschalter 20 ist durch ein vorgegebenes Impulspaket vorprogrammiert und öffnet und schließt für eine Zeitspanne, die der Anzahl der Impulse i.; einem Abschnitt der Impulsfolge bzw. dem Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Abschnitten der Impulsfolge entspricht. Durch die Vorgabe eines derartigen Impulspaketes wird erreicht, daß das Verhältnis der Ein- zur Ausschaltzeit der Infrarotstrahler 1 bis 4 derart stetig verändert werden kann, daß im Dauerbetrieb der Vorrichtung 10 die Oberflächentemperatur jedes hindurchlaufenden Trägers 30 konstant bleibt. Auf diese Weise wird vermieden, daß bei einem Dauerbetrieb der Vorrichtung 10 ein allmähliches Aufheizen der Infrarotstrahler 1 bis 4 und der in ihrer Nähe befindlichen Vorrichtungsteile auftritt, wodurch normalerweise ein Anstieg der Oberflächentemf ?ratur nachfolgender Träger im Vergleich zu den zuerst durch die Vorrichtung 10 hindurchlaufenden Trägern erfolgt. Diese stetige Veränderung des Verhältnisses Ein- zur Ausschaltzeit der Infrarotstrahler 1 bis 4 bedeutet beispielsweise, daß die Infrarotstrahler bei längerem Dauerbetrieb der Vorrichtung 10 in der Zeiteinheit länger ausgeschaltet bleiben als bei einem Kurzzeitbetrieb der Vorrichtung 10.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufschmelzen von Toner auf einem Träger im Durchlaufverfahren mit einer Mehrzahl von innerhalb einer Schmelzzone angeordneten, langgestreckten kurzwelligen Infrarotstrahlern, die über die Bahnebene des Trägers verlaufend quer zu dessen Durchlaufrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Infrarotstrahler (I₁ 2, 3, 4) kürzer als die durch den Träger (30) bestimmte Breite der Schmelzzone ist, und daß die Strahler (1, 2, 3, 4) in Durchlaufrichtung gegeneinander versetzt, jeweils mit ihrem einen Ende in der Randzone der Trägerbahn liegend, angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Enden der Infrarotstrahler (1, 2, 3, 4) in der Mitte der Aufschmelzzont: kammartig ineinandergreifen und daß die Enden der HeizwendelU', 2', 3', 4') der Infrarotstrahler (1,2,3, 4) an den Rändern und in der Mitte der Schmeizzone: jeweils auf einer Linie (g, g', g") parallel zur Laufrichtung (A)AtS Trägers (30) liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahler (1, 2 bzw. 3, 4) paarweise einen Winkel (λ) einschließen, der sich zur Mitte der Schmelzzone hin öffnet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (<x) zwischen den paarweise einander zugeordneten Infrarotstrahlern (1,2 bzw. 3„ 4) bis zu 15° bt.rägt

5. Vorrichtung nach Anspruc!* 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Infrarotstrahler (1,2, 3,, 4) in Halterungen (29) eingeschob'-n sind, die in einer Deckfläche (31) der Vorrichtung (10) befestigt und höhenmäßig justierbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahler (1, 2, 3, 4) so· gehalten sind, daß ihr Abstand von der Bahnebene des Trägers von den Rändern der Schmelzzone zur Mitte hin zunimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Infrarotstrahler (1, 2, 3, 4) gegenüber der Bahnebene des Trägers von 0° bis 5° einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahler (1, 2,3,4) an sich bekannte Zwillingsrohr-Infrarotstrahlersind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfläche (31) höhenverstellbar ist.