DE3021737A1

DE3021737A1 - Fixiervorrichtung fuer ein elektronisches vervielfaeltigungsgeraet

Info

Publication number: DE3021737A1
Application number: DE19803021737
Authority: DE
Inventors: Shunichi Nakajima; Hiroshi Odaira
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-06-11
Filing date: 1980-06-10
Publication date: 1980-12-18
Also published as: US4395109A; DE3021737C2

Description

Henkel, Kern, Feiler Crtianzel Patentanwälte

Registered Representatives

before the

European Patent Office

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, MöhlstraBe 37

Kawasaki, Japan D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkl d

Telegramme: ellipsoid

YT-55P016-2

10. Juni 1980

Fixiervorrichtung für ein elektronisches Vervielfältigungsgerät

Die Erfindung betrifft eine Fixiervorrichtung für ein elektronisches Vervielfältigungsgerät, insbesondere eine solche Fixiervorrichtung, die mit einer Wärme erzeugenden Walze zum Erwärmen eines nicht-fixierten, auf ein Kopierpapier übertragenen Toners und zum Fixieren des Toners auf dem Kopierpapier versehen ist.

In jüngster Zeit sind verschiedene Fixiervorrichtungen in der Praxis verwendet worden, die u.a. ein stabil fixiertes Bild zu gewährleisten vermögen und die jeweils aus einer umlaufenden, Wärme erzeugenden bzw. Heizwalze und einem der Walze gegenüberstehenden Kopierpapierträger (Andruckwalze) zum Andrücken des Kopierpapiers aufweisen, an welchem der noch nicht fixierte Toner anhaftet. Dabei wird das Papier mit der Heizwalze in Berührung gebracht und hierbei der nicht-fixierte Toner erwärmt und auf dem Kopierpapier fixiert.

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Bei einer solchen Fixiervorrichtung wird üblicherweise
eine Wärme erzeugende bzw. Heizwalze 10 der in Fig. 1
dargestellten Art verwendet. Die Walze 10 umfaßt einen
Walzenkörper 14, der mittels Lagern 12 drehbar gelagert
ist, und ein auf die zentrale Achse des Walzenkörpers 14
ausgerichtetes, röhrenförmiges Infrarot-Heizelement 16.
Die Mantelfläche eines Kerns 18 des Walzenkörpers 14 ist
dabei mit einem überzug 20 aus z.B. Silikongummi beschichtet, der durch das Infrarot-Heizelement 16 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmbar ist.

Da die beschriebene Fixiervorrichtung mit der Heizwalze 10 ein auf der Mittelachse des Walzenkörpers angeordnetes, röhrenförmiges Infrarot-Heizelement 16 verwendet, durch welches der überzug 20 auf eine einstellbare Temperatur aufheizbar ist, beträgt die Zeitspanne bis zum Erreichen dieser Solltemperatur, d.h. die Aufheiz zeit, etwa 3-5 min (vgl.
gestrichelte Linie (A) in Fig. 2). Diese Aufheizzeit
ist im Vergleich zu der mit anderen Wärmeerzeugern (Strahlern) gewährleisteten Zeit, die etwa 1-3 min beträgt (vgl. strichpunktierte Linie (B) in Fig. 2), sehr lang. Hieraus
ergeben sich nicht nur Wartezeiten für die Bedienungsperson, vielmehr hat auch der große Wärmeverlust eine Erhöhung des Stromverbrauchs zur Folge.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer verbesserten Fixiervorrichtung für ein elektronisches Kopier- bzw. Vervielfältigungsgerät, wobei mit dieser Fixiervorrichtung die erwähnte Aufheizzeit durch Verbesserung der in ihr vorgesehenen Hei:walze verkürzbar sein soll.

Diese Aufgabe wird bei einer Fixiervorrichtung für ein elektronisches Vervielfältigungsgerät zum Erwärmen und Fixieren
eines auf ein Kopierpapier übertragenen Toners erfindungsgemäS gelöst durch eine Heizwalze mit einem tragenden Walzenkörper ι der an beiden Enden je einen Lagerteil aufweist

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und mit Hilfe der Lagerteile drehbar gelagert ist, durch eine an der Außenumfangs- bzw. Mantelfläche des Walzenkörpers ausgebildete Wärmeisolierschicht zur Verhinderung einer Wärmeübertragung auf den Walzenkörper und durch ein als Film ausgebildetes Wärmeerzeugungs- bzw. Heizelement, welches die Außenumfangsfläche der Wärmeisolierschicht bedeckt und zum Erwärmen des Toners dient.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus einer bisherigen Heizwalze,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Aufheizzeit der bisherigen Heizwalze,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines elektronischen Vervielfältigungsgeräts, mit geöffneter Frontabdeckung, das mit einer Fixiervorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung ausgestattet ist,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung selbst,

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch die Fixiervorrichtung nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Längsschnittansicht der Wärme erzeugenden bzw. Heizwalze,

Fig. 7 eine Querschnittansicht der Heizwalze und einer dieser zugeordneten Andruckwalze,

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Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der Heizwalze gemäß Fig. 6,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem in Vol.-% angegebenen Anteil von Glaskügelchen zu einem Bindemittel und der erzielten Aufheizzeit,

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke einer Schutzschicht und der erzielten Aufheizzeit,

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Drehung der Heizwalze an ihrem einen Punkt und der Temperaturerhöhung,

Fig. 12 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Aufheizzeit bei der bisherigen Heizwalze und bei der erfindungsgemäßen Heizwalze einerseits sowie der Temperatur andererseits,

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung einer Heizwalze gemäß einer anderen Ausführurigsform der Erfindung,

Fig. 14 eine Querschnitt ansicht der Heizwalze gemäß Fig. und einer ihr zugeordneten Andruckwalze,

Fig. 15 eine graphische Darstellung der positiven Temperaturkoeffizient- bzw. PTC-Kennlinie,

Fig. 16 eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen den verschiedenen Papierformaten und der Oberflächentempera turverteilung der Heizwalze,

Fig. 17 eine schematische Darstellung der Konstruktion einer Beschichtungsvorrichtung zur Herstellung eines

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Widerstands-Heizelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 18 eine schematische Darstellung einer Trocknungsvorrichtung zur Verwendung bei der Beschichtungsvorrichtung nach Fig. 17,

Fig. 19 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Beschichtungsvorrichtung,

Fig. 20 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Vakuumaufdampfvorrichtung zur Herstellung des Widerstands-Heizelements und

Fig. 21 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer stromlosen Metallisier- oder Galvanisiervorrichtung zur Herstellung des Widerstands-Heizelementes.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.

Fig. 3 veranschaulicht ein elektronisches Vervielfältigungsgerät 24, dessen Frontabdeckung 22 geöffnet ist und das einen Rahmen bzw. ein Gehäuse 26 aufweist, auf dessen Oberseite in bestimmten Positionen ein Vorlagenträger 30 mit einer Vorlagenabdeckung 28 und eine Schalttafel 32 angeordnet sind. An der einen Seite des Gehäuses 26 sind zwei Papiervorrat-Kassetten 34 und 36 zur Aufnahme von Kopierpapier P1 und P2 verschiedener Formate sowie eine Papier-Austragmulde 38 angeordnet; diese Teile 34, 36 und 38 stehen mit nicht dargestellten Papierzufuhröffnungen bzw. einer Papier-Austragöffnung 40 an der betreffenden Seite des Gehäuses 26 in Verbindung.

Im Mittelbereich des Gehäuses 26 ist eine mit einem photo-

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bzw. lichtempfindlichen Material beschichtete Trommel 42 drehbar gelagert. In vorbestimmten Positionen um den Außenumfang der Trommel 42 herum sind, in deren Drehrichtung gesehen und in der angegebenen Reihenfolge, eine nicht dargestellte elektrische Aufladevorrichtung, ein nicht dargestellter Projektionsabschnitt einer ebenfalls nicht dargestellten Belichtungsvorrichtung, eine Entwicklungsvorrichtung (nicht dargestellt), eine Übertrag(ungs)vorrichtung 44, eine Trennvorrichtung 46, eine nicht dargestellte Ladungsbeseitigungsvorrichtung und eine ebenfalls nicht dargestellte Reinigungs- oder Putzvorrichtung angeordnet. An der an die genannte Seite des Gehäuses 26 angrenzenden Seite sind eine Kopierpapier-Zufuhrstrecke 48 zur Führung des selektiv aus einer der beiden Kassetten 34 oder 36 entnommenen Kopierpapiers P1 bzw. P2 und eine Kopierpapier-Austragstrecke 50 vorgesehen, über welche der Austragmulde 38 das durch die Trennvorrichtung 46 nach dem Übertragungsvorgang (von der Trommel) abgestreifte Kopierpapier P1 oder P2 zugeführt wird.

Im Mittelbereich der Kopierpapier-Austragsstrecke 5 0 ist eine noch näher zu beschreibende Toner-Fixiervorrichtung angeordnet, die dazu dient, den auf das Kopierpapier P1 oder P2 übertragenen Toner (Tonerbild) zu fixieren.

Im Gehäuse 26 und an seiner anderen Seite sind ein Antriebsmotor, ein Hochspannungstransformator und ein Gebläse (jeweils nicht dargestellt) angeordnet.

Die Frontabdeckung 22 ist am Gehäuse 26 mittels zweier Scharniere 54 so angelenkt, daß sie einfach geöffnet und geschlossen werden kann. Bei geöffneter Frontabdeckung 22 ist ein vorderseitiger Rahmen 56 sichtbar bzw. zugänglich, der mit einer Anzahl von Penstern bzw. öffnungen 5Ba bis 5öd

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zur Ermöglichung einer Inspektion und Einstellung der eingebauten Mechanismen im Gehäuse 26 versehen-ist. An der Innenseite des freien Endabschnitts der Frontabdeckung 22 sind zwei Eisenblöcke 60 angeordnet, und in einer diesen Eisenblöcken entsprechenden Position sind am Rahmen 56 zwei Magnethalter 62 angeordnet. Bei geschlossener Frontabdeckung 22 werden die Eisenblöcke 60 durch die Magnethalter 62 festgehalten. Auf diese Weise wird die Frontabdeckung 22 im Schließzustand sicher festgehalten.

In der Nähe des einen Eisenblocks 60 ist an einem Abschnitt der Frontabdeckung 22 ein plattenförmiger Vorsprung 64 vorgesehen. Im vorderseitigen Rahmen 56 des Gehäuses 26 ist eine Öffnung 66 zur Aufnahme des Vorsprungs 64 in einer Position angeordnet, welche bei geschlossener Frontabdeckung 22 mit dem Vorsprung 64 übereinstimmt. Innerhalb der Öffnung 66 befindet sich ein Deckelschalter 68, durch den die Stromzufuhr zur Fixiervorrichtung 52 ein- und ausschaltbar ist. Wenn die Frontabdeckung 22 geschlossen ist, ist der Deckelschalter durch den Vorsprung 64 geschlossen, so daß die Fixiervorrichtung 52 mit Strom gespeist wird. Wenn dagegen die Frontabdekkung 22 geöffnet wird, wird der Deckelschalter 68 durch die Trennung des Vorsprungs 64 aus der öffnung 66 geöffnet, so daß die Stromzufuhr zur Fixiervorrichtung 52 unterbrochen wird.

Das eine Fenster 58d im vorderseitigen Rahmen 56, hinter welchem die Fixiervorrichtung 52 angeordnet ist, ist mit einem gleichzeitig als Wärmeisolierplatte dienenden Sicherheitsdeckel 70 versehen, durch welchen ein Hineingreifen mit den Fingern verhindert wird. Dieser Sicherheitsdeckel 70 ist am Rahmen 56 angelenkt und kann nach Bedarf geöffnet werden. Bei offener Frontabdeckung 22 ist somit die Fixiervorrichtung 52 nicht ohne weiteres zugänglich. Am freien Endabschnitt des Sicherheitsdeckels 70 ist ein Knopf 72 vorgesehen, der zur Verriegelung des Sicherheitsdeckels 70 im Schließzustand dient.

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Bei dem elektronischen Vervielfältigungsgerät 24 mit dem beschriebenen Aufbau wird dann, wenn Sicherheitsdeckel 70 und Frontabdeckung 22 beide geschlossen sind, ein Vorlagenblatt auf den Vorlagenträger 30 aufgelegt. Sodann wird ein entsprechender Schalter auf der Schalttafel 32 betätigt, wodurch ein Vervielfältigungs- bzw. Kopiersignal zur Einleitung des Kopiervorgangs erzeugt wird. In Abhängigkeit von diesem Signal beginnt sich die mit dem lichtempfindlichen Material beschichtete Trommel 42 zu drehen, während gleichzeitig auch die der Trommel 42 zugeordneten, um sie herum angeordneten Vorrichtungen betätigt werden. Auf der Oberfläche der Trommel 42 wird somit ein der Vorlage entsprechendes Tonerbild geformt. Synchron mit dieser Tonerbildformung wird ein Einzelblatt des Kopierpapiers P1 oder P2 auf die Oberfläche der umlaufenden Trommel 42 geführt, und das Tonerbild wird durch die Übertragungsvorrichtung 44 auf dieses Papierblatt P1 oder P2 übertragen. Das nunmehr das Tonerbild tragende Papierblatt P1 oder P2 wird durch die Trennvorrichtng 46 von der umlaufenden Trommel 42 abgestreift und dann zur Kopierpapier-Austrag strecke 50 transportiert. An diesem Punkt ist das auf das Kopierpapier übertragene Vorlagen-Tonerbild noch nicht fixiert. Die Tonerbildfixierung erfolgt sodann durch die Fixiervorrichtung 52. Nach der Fixierung wird das Kopierpapierblatt PT oder P2¹ über die Kopierpapier-Austragöffnung 40 in die Aufnahmemulde 38 ausgetragen.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Fixiervorrichtung 52 umfaßt eine noch näher zu beschreibende, wärmeerzeugende bzw. Heizwalze 74, die an der Oberseite der Kopierpapier-Austrag strecke 50 drehbar gelagert ist, und eine der Heizwalze 74 zugeordnete bewegbare Walze oder Rolle 76, die an der Unterseite der Austrag strecke 50 und unter der Heizwalze 74 angeordnet ist und die als Kopierpapier-Andruckmittel dient, um das das noch nicht fixierte Tonerbild tragende Kopierpapier P1 oder P2 an die Heizwalze 74 anzudrücken. In der Fixiervorrichtung erfolgt somit die

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Fixierung des noch nicht fixierten Tonerbilds auf dem betreffenden Kopierpapierblatt P1 oder P2.

Um die Mantelfläche der Heizwalze 7 4 herum ist in einem Abstand von etwa 3 mm eine Abdeckung 78 zur Verhinderung einer Berührung der Heizwalze 74 mit den Fingern angeordnet. Durch diese Abdeckung 78 wird verhindert, daß die Bedienungsperson, wenn sie mit den Fingern durch die der Trommel 42 und der Fixiervorrichtung 5 2 zugeordneten Fenster 58c bzw. 58d in das Gehäuse 26 hineingreift, die Heizwalze 74 unmittelbar berühren kann. An den beiden Enden der Abdeckung 78 sind zwei Anschlüsse 80a und 80b vorgesehen, über welche die betreffenden Enden der Abdeckung am vorderseitigen Rahmen 56 bzw. an einem rückseitigen Rahmen 84 befestigt sind. In vorbestimmten Positionen der Außenfläche der Abdeckung 78 sind zwei nach außen ragende, axial auf Abstand angeordnete Streben 82 angeordnet, welche über einen Klingerhalter 88 eine Putz- bzw. Reinigungsklinge 86 tragen. Zu diesem Zweck ist in einer bestimmten Position der Abdeckung 78 ein in ihrer Längsrichtung verlaufender Schlitz 90 ausgebildet. Die Reinigungsklinge 86 erstreckt sich durch den Schlitz 90 in das Innere der Abdeckung 78 hinein, wobei sie in Andruckberührung mit der Mantelfläche der Heizwalze 74 steht. Die Reinigungsklinge 86 streift den auf die Heizwalze 74 übertragenen Toner ab, um die Heizwalzen-Mantelfläche stets sauber zu halten.

Gemäß Fig. 4 sind zwei in gegenseitiger Berührung stehende Papier-Austragrollen 92 auf der Kopierpapier-Austrag strecke 50 in der Nähe der Austragöffnung 40 angeordnet. Diese Rollen 92 dienen auch zur Verhinderung einer Einführung der Finger durch die Austragöffnung 40. Gemäß Fig. 5 ist weiterhin in der Kopierpapier-Austrag strecke 50 auf deren Seite,_von welcher aus das noch nicht fixierte Kopierpapierblatt P1 oder P2 zugeführt wird, eine Leitplatte 96 angeordnet, welche

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das Papierblatt P1 oder P2 längs der Austrag strecke 50 in den Spalt zwischen Heizwalze 74 und Andruckwalze 76 hineinführt. Zwei Abstreifer 94 liegen mit ihren Vorderkanten an den Mantelflächen der beiden Walzen 74 bzw. 76 an, und zwar auf der Seite der Austrag strecke 50, an welcher die fixierten Kopxerpapierblätter P1' oder P2' ausgegeben werden. Diese Abstreifer 94 dienen zum Abstreifen des fixierten Kopierpapierblatts P1' oder P2¹,falls dieses an der Heizwalze 74 oder an der Andruckwalze 76 hängenbleiben sollte.

In Fig. 5 ist bei 98 ein Prüfstab angedeutet, der zu Sicherheitszwecken dient und einem menschlichen Pinger 100 nachgeformt ist; mit diesem Prüfstab kann geprüft werden, ob die Finger der Bedienungsperson mit der Heizwalze 74 in Berührung kommen können, wenn die Bedienungsperson einen oder mehrere Finger gewaltsam in die Kopierpapier-Austragsstrecke 50 einführt. Weiterhin sind in Fig. 5 mit dem kleinen Buchstaben t ein nicht-fixierter Toner und mit t¹ ein fixierter Toner angedeutet.

Gemäß den Fig. 6 bis 8 umfaßt die Heizwalze 74 einen Walzenkörper 102, zwei Lager 116a und 116b zur drehbaren Lagerung des Walzenkörpers 102 sowie Strom-Zufuhrabschnitte 124a und 124b für die Stromzufuhr zum Walzenkörper 102. Der Walzenkörper 102 weist einen Kern 104 auf, der als Tragelement für den Walzenkörper 102 dient und aus Metall, Keramik oder einem anderen Werkstoff mit mechanischer Festigkeit besteht. Der Walzenkörper 102 umfaßt weiterhin eine Wärmeisolierschicht 106, eine elektrisch ifolierende Schicht 108, eine noch näher zu beschreibende Widerstand-Heizschicht 110 und eine Schutzschicht 112, welche in der genannten Reihenfolge radial von innen nach außen auf der Mantelfläche des Walzenkerns 104 vorgesehen sind. Der Walzenkern 104 trägt an beiden Enden koaxiale Wellenabschnitte bzw. Wellenstummel 114a, 114b, die mittels der jeweiligen Lager 116a bzw. 116b drehbar gelagert

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sind. Die Wellenstummel 114a, 114b brauchen nicht unbedingt einen kleineren Durchmesser zu besitzen als der Wärmeerzeugende Teil der Heizwalze, vielmehr können sie denselben Durchmesser wie dieser Teil besitzen. Die Lagerteile an beiden Seiten können auch aus drei Lagerkugeln oder dgl. bestehen. Wichtig ist lediglich, daß die Wellenstummel durch diese Lager in einer vorbestimmten Position gehalten werden.

Die Schutzschicht 112 bedeckt einen vorbestimmten Teil der Widerstands-Heizschicht 110, mit Ausnahme von deren Endabschnitten; dies bedeutet, daß sie die Heizschicht 110 über einen so großen Bereich bedeckt, daß Kopierpapier P1 oder P2 des groß tmöglichen Formats über die volle Breite hinweg mit der Heizschicht 110 in Berührung bringbar ist. An ihren beiden Endabschnitten ist die Widerstands-Heizschicht 110 unbedeckt. Gemäß Fig. 6 sind mehrere aus Kupfer bestehende Leiterelemente 118 an der Außenumfangsfläche der Endabschnitte der Heizschicht 110 angeordnet. Wenn die Widerstands-Heizschicht 110 aus einem bestimmten Grundmaterial besteht, können die Leiterelemente 118 so angeordnet sein, daß sie einander von der Oberseite und der Rückseite eines Endabschnitts der Heizschicht 110 gegenüberstehen. Zur Gewährleistung einer guten Verbindung mit der Widerstands-Heizschicht 110 mit einwandfreier Stromzufuhr zu dieser ist jedes Leiterelement 1,18 an der Heizschicht 110 über einen gut bindefähigen Leiter 120 angebracht und somit elektrisch mit der Heizschicht 110 verbunden.

Die Stromzufuhrabschnitte 124a, 124b sind an den beiden Enden der Widerstands-Heizschicht 110 und im Bereich ihres am Walzenspalt liegenden Abschnitts angeordnet. Die Stromzufuhrabschnitte 124a, 124b bestehen jeweils aus einer Halterung 140, die aus einem Isoliermaterial besteht und am rückseitigen Rand 84 bzw. an der Stirnfläche 78a der

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Schutzabdeckung 78 angeschraubt ist. An jeder Halterung sind mehrere Schleifkontakte 122 vorgesehen, die im wesentlichen überein Drittel der gesamten Außenumfangsflache der Widerstands-Heizschicht 110 mit den Leiterelementen 118 in Schleifberührung stehen. Halteelemente 142 dienen zur Halterung der betreffenden Schleifkontakte 122 an der jeweiligen Halterung 140. Die Schleifkontakte 122 werden durch Federn 144 mit einem vorgeschriebenen Druck an die Leiterelemente 118 des Walzenkörpers 102 angedrückt, wobei sie über Zuleitungen 146 mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden sind. Die Stromquelle weist einen Steuerteil auf, um der Heizwalze 74 unter vorbestimmter Zeitsteuerung eine bestimmte Strommenge zuzuführen. Dabei fließt eine vorbestimmte Strommenge durch einen Abschnitt der Widerstands-Heizschicht 110 zwischen den an beiden Enden angeordneten Leiterelementgruppen 118, mit denen die Schleifkontakte 122 in Gleit- bzw. Schleifberührung stehen. Der zwischen den Gruppen der Leiterelemente 118, an die gemäß Fig. 7 Strom angelegt wird, befindliche Abschnitt der Widerstands-Heizschicht 110 erzeugt somit über den in Fig. mit 1 bezeichneten Wärmeerzeugungsbereich hinweg Wärme. Dies bedeutet, daß die Heizwalze 74 so ausgebildet ist, daß die Wärme nur jeweils in einem Abschnitt der Widerstands-Heizschicht 110 erzeugt wird, welcher praktisch einem Drittel der Außenumfangsflache dieser Heizschicht 110 entspricht und den Walzenspalt mit einschließt.

Am Wellenstummel 114b an der Rückseite des Walzenkörpers ist ein angetriebenes Zahnrad 126 mittels einer Keilfeder 128 und eines Sprengrings 130 befestigt. Auf ähnliche Weise ist am rückseitigen Wellenteil der Andruckwalze 76 ein nicht dargestelltes angetriebenes Zahnrad angebracht. Mit dem Zahnrad 126 des Walzenkörpers 104 kämmt ein nicht dargestelltes Antriebszahnrad, das durch einen nicht dargestellten

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Antrieb in Drehung versetzt wird. Dieses Antriebszahnrad ist über ein nicht dargestelltes Zwischenzahnrad mit dem nicht dargestellten angetriebenen Zahnrad der Andruckwalze 76 verbunden. Die beiden angetriebenen bzw. Abtriebszahnräder werden durch das Antriebszahnrad mit gleicher Drehzahl und gegenläufig in Drehung versetzt.

Der vorderseitige Abschnitt 116a der Lagereinrichtung für den Walzenkörper 102 wird an der Vorderseite durch die Stirnfläche 78a der am Rahmen 56 befestigten Schutzabdekkung 78 in Einbaulage gehalten. Der rückseitige Abschnitt 116b der Lagereinrichtung ist auf ähnliche Weise durch den rückseitigen Rahmen 84 festgelegt. Die beiden Lagereinrichtungen 116a, 116b umfassen jeweils ein Gehäuse 132, einen in der Innenumfangsfläche des Gehäuses 132 festgelegten Lagersatz 134 und einen zwischen Innenumfangsfläche des Lagersatzes 134 und Außenumfangsfläche der Lagereinheit bzw. des Wellenstummels eingefügten Wärmeisolierring 136. Gemäß Fig. 6 wird der Lagersatz 134 durch einen Sprengring 138 in Einbaulage gehalten.

Die mit der Heizwalze 74 in Andruckberührung stehende und sich mit ihr synchron mitdrehende Andruckwalze 76 umfaßt einen Walzenkern 148 und eine auf dessen Mantelfläche ausgebildete Schicht 149 aus Silikongummi mit hoher Trennfähigkeit gegenüber dem Kopierpapier P1' oder P2'.

Im folgenden sind die auf dem Walzenkörper 102 der Heizwalze 74 vorgesehenen Schichten bzw. Lagen 106, 108, 110 und 112 im einzelnen erläutert.

Die Wärmeisolierschicht 106 wird in der Weise hergestellt, daß als Kauptkomponente ein "Pulver" aus winzigen Hohlteilchen, z.B. ein aufschäumbares Grundmaterial mit hohlen Glaskugel-

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chen, Kohlenstoffkügelchen und sogenannten Silastic-Kügelchen, und als Bindemittel die Stoffe gemäß Tabelle 1 verwendet werden. Das Aufbringen der Wärmeisolierschicht 106 auf die Mantelfläche, des Walzenkörpers 104 erfolgt durch Aufwalzen, Aufsprühen bzw. Aufspritzen, durch Pulverbeschichtung oder auf andere geeignete Weise. Die jeweilige Beschichtungsart bestimmt sich dadurch, ob ein Lösungsmittel für das verwendete Bindematerial nötig ist oder nicht.

Die Dicke der Wärmeisolierschicht 106 liegt in der Praxis im Bereich von etwa 100 μπι bis 20 mm. Wenn die Dicke der Schicht 106 mehr als 20 mm beträgt, zeigt ihre adiabatische Wirkung keine wesentliche Änderung mehr. Wenn die Dicke der Schicht 106 weniger als 100 um beträgt, geht ihre adiabatische Wirkung praktisch verloren. Die Teilchengröße der (Hohl-) Kügelchen liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 10 bis 100 um. Wenn die Teilchengröße weniger als 10 um beträgt, sind die Innenräume der Kügelchen zu klein, so daß die adiabatische Wirkung der Wärmeisolierschicht zu schwach wird. Wenn die Teilchengröße dagegen mehr als 100 um beträgt, wird es schwierig, die Wärmeisolierschicht 106 mit geringer Dicke auszubilden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform werden als Hauptkomponente für die Wärmeisolierschicht 106 hohle Glaskügelchen und als Bindemittel PoIyimidharζ-verwendet, wobei eine Dicke der Schicht 106 von 2 mm vorgesehen wird. Fig. 9 veranschaulicht die Daten von Versuchsergebnissen bezüglich der Beziehung zwischen der Zusammensetzung der WäriL2isolierschicht 106 und der Aufheizzeit. Der Aufbau der anderen Bauteile als der Wärmeisolierschicht ist in Verbindung mit den noch zu beschreibenden Ausführungsformen erläutert. Die Daten gemäß Fig. 9 zeigen, daß bei einem volumetrischen Verhältnis von Glaskügelchen zu Bindemittel von 20:80 (Anteil an Glaskügelchen =20 Vol.-%) bei einer anliegenden Spannung von 100 V nur eine Zeitspanne

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von 20 s bis zum Erreichen einer Temperatur von 170⁰C nötig ist. Bei einem Anteil der Glaskügelchen von 40 Vol.-% ist bis zum Erreichen derselben Temperatur nur eine Zeitspanne von 6 s erforderlich.

Tabelle 1

Mr.	Bindemittel	Lösungsmittel
1	Polyimidharz	Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon
2	Polyamidimidharz	Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon
3	Äthylentetrafluoridharz	Kein entsprechendes Lö sungsmittel
4	Siliconharz	Toluol, Xylol (Kohlenwasserstoffreihe)
5	Äthylentetrafluorid/ Propylenhexafluoridharz	kein entsprechendes Lö sungsmittel
6	Polyphenylensulfidharz	Kein entsprechendes Lö sungsmittel
7	Polysulfonharz	Cyclohexanon (Keton-Reihe)
8	Epoxyharz	Butylcellosolve, Cyclohexanon
9	Urethanharz	Methyläthylketon, Methylisobutylketon
10	Polyesterharz	n-Butylcarbitolacetat
11	Vinylidenfluorid	Tetrahydro furan

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Die elektrisch isolierende Schicht 108 wird beispielsweise aus den in Tabelle 1 angegebenen Werkstoffen hergestellt. Die Schicht 108 dient gleichzeitig auch zur Formung der Oberfläche der Wärmeisolierschicht 106. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die elektrisch isolierende Schicht 108 aus Polyimidharz mit einer Dicke von 10 μΐη hergestellt.

Die Widerstands-Heizschicht 110 wird aus einer einen elektrischen Widerstand besitzenden Masse geformt, die durch Vermischen beispielsweise einer pulverförmigen Masse eines Materials gemäß Tabelle 2 als leitfähiges bzw. Leitermaterial mit einem Material gemäß Tabelle 1 als Bindemittel zubereitet wird. Wenn die Widerstands-Heizschicht 110 aus einer der Verbindungen Nr. 1 bis 9 gemäß Tabelle 2 als Leitermaterial geformt wird/ wird die betreffende Verbindung mittels der noch zu beschreibenden Beschichtungseinrichtung auf die Mantelfläche der elektrischen Isolierschicht 108 aufgetragen. Bei Verwendung einer der Verbindungen Nr. 11 bis gemäß Tabelle 2 als Leitermaterial für die Heizschicht kann diese Schicht auf noch näher zu beschreibende Weise beispielsweise durch Ionenauftrag, Aufsprühen oder Aufspritzen, stromloses Galvanisieren und Vakuumaufdampfen geformt werden.

Die Dicke der Widerstands-Heizschicht 110 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 100 μΐη. Bei einer Dicke von weniger als 0,1 μΐη kann die Schicht aufgrund der unvermeidbaren Oxydation durch Luft leicht brechen, so daß sie weniger zuverlässig wird. Bei einer Dicke von mehr als 100 μπι ist die Wärmekapazität der Heizschicht selbst zu· groß, so daß die Aufheizzeit länger als erwünscht wird.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird für die die Widerstands-Heizschicht 110 bildende elektrische Widerstands-

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masse ein Gemisch aus 50 Gew.-% Polyimidharz, 25 Gew.-% Ruß (mit einer Teilchengröße von 0,05 μΐη) und 25 Gew.-% Graphit (mit einer Teilchengröße von 10 μΐη) verwendet.
In diesem Fall wird die Schicht 110 mit einer Dicke von 40 μπι geformt.

Tabelle 2

Nr.	Leitfähiges Mittel	■	Nr.	Leitfähiges Mittel
1	Graphit		11	Gold
2	Ruß		12	Silber
3	Bleidioxid	13	Platin
4	Carborundum	14	Palladium
5	Rutheniumdioxid	15	Tantal
6	Vandiumpentoxid	16	Kupfer
7	Halbleiter der Bariumtitanat-Reihe	17	Wolfram
8	Eisentrioxid	18	Molybdän
9	Stannosulfid	19	Nickel-Chrom-Legierung
		20	Nickel-Phosphor- Legierung
		21	Chrom
		22	Nickel-Kobalt-Legie rung
	23	Chrom-Silizium- Legierung
	24	Chrom-Titan- Legierung
	25	Titannitrid

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Die Schutzschicht 112 kann aus einem Werkstoff gemäß Tabelle 1 hergestellt werden. Dabei sind Äthylentetrafluorid oder Siliconharz im Hinblick auf die elektrische Isoliereigenschaft und die Trennfähigkeit van Kopierpapier besonders vorteilhaft. Die Schicht 112 wird zweckmäßig mit einer Dicke von 20 bis 150 μΐη ausgebildet. Wenn die Dicke der Schicht 112 weniger als 20 μπι beträgt, ist der durch die Widerstands-Heizschicht 110 fließende Strom gegenüber der Schutzschicht 112 und dem mit ihr in Berührung stehenden Teil bzw. Teilen nicht wirksam isoliert. Wenn die Dicke der Schicht 112 mehr als 150 μπι beträgt, erhält die Schicht 112 selbst eine zu große Wärmekapazität, so daß gemäß Fig. 10 die Aufheizzeit nicht verkürzt werden kann. Bei der beschriebenen Ausführungsform besitzt die Schicht 112 eine Dicke von 40 μπι.

Fig. 11 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Drehung der Heizwalze 74 an einer Stelle derselben und dem Temperaturanstieg. Bei der beschriebenen Auführungsform besitzt die Heizwalze 74 einen Durchmesser von 60 mm,* wobei die Austraggeschwindigkeit des Kopierpapiers P1 oder P2 bei 90 mm/s liegt und die für die Tonerfixierung nötige Temperatur auf 170⁰C festgelegt ist. Gemäß Fig. ergibt sich ein linearer Temperaturanstiegsteil L1 entsprechend dem genannten Punkt auf der Widerstands-Heizschicht 110 dann, wenn dieser Punkt innerhalb des Leitbzw. Stromzufuhr-Winkelbereichs 1 liegt, in welchem an der Heizwalze 74 Wärme erzeugt wird. Wenn dieser Punkt außerhalb des Winkelbersichs 1 liegt, d.h. wenn die Leiterelemente 118a, 118b der Widerstands-Heizschicht 110, einschließlich dieses Punkts im Bereich 1, in einer Position liegen, in welcher sie vom Schleifkontakt 122 getrennt sind, tritt ein linearer Temperaturabfallabschnitt L2 ent-

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sprechend dem außerhalb des Bereichs 1 liegenden Punkt auf. Nach drei Umdrehungen der Heizwalze 74, d.h. nach einer Zeitdauer von etwa 1 s, hat sich die Oberflächentemperatur der Heizschicht 110 auf etwa 17O⁰C erhöht. Hierauf wird die Temperaturerhöhungskurve, wie bei L3 und L4 angedeutet, längs der Temperaturlinie von 170⁰C im wesentlichen waagerecht, so daß die Oberflächentemperatur mithin stabil wird. Da der Stromzufuhr- bzw. Wärmeerzeugungsbereich etwa 1/3 der gesamten Außenumfangslänge der Heizschicht 110 beträgt, beträgt auch der Stromverbrauch nur etwa 1/3 des Stromverbrauchs, der für die Erwärmung der gesamten Außenumfangsflache erforderlich wäre.

Die graphische Darstellung von Fig. 12 veranschaulicht die für das Aufheizen erforderliche Zeitspanne. Wie vorher im einzelnen erläutert, ist die bei der Fixiervorrichtung 52 nötige Aufheizzeit, wie durch die ausgezogene Linie C angedeutet, mit etwa 0,2 bis 5 s außerordentlich kurz.

Mit der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung kann somit die Aufheizzeit im Vergleich zu einer Aufheizzeit von 3 bis 5 min, die gemäß der gestrichelten Linie A in Fig. 12 bei der bisherigen Fixiervorrichtung mit röhrenförmigen In-

/nötig ist,

frarot-Heizelementen wesentlich verkürzt werden. Ebenso ergibt sich eine Verkürzung der Aufheizzeit von etwa 1 bis 3 min bei der bisherigen abstrahlenden Fixiervorrichtung (vgl. strichpunktierte Linie B in Fig. 12).

Die beschriebene Toner-Fixiervorrichtung benötigt neben der Wärmeisolierschicht, der Widerstands-Heizschicht und der Schutzschicht am Walzenkörper keine Tempera tür rege !vorrichtung, keinen Oberflächentemperaturdetektor usw., so daß sich ihr Aufbau wesentlich vereinfacht. Da sie weiterhin nicht die üblichen aufwendigen, röhrenförmigen Infrarot-Heizelemente verwendet, läßt sich eine Kostensenkung erreichen und

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ein hoher Zuverlässigkeitsgrad der Vorrichtung gewährleisten. Durch Bestimmung der die Widerstands-Heizschicht durchfließenden Strommenge kann weiterhin auch dann eine gewünschte Größe der Temperatur erreicht werden, wenn der Strom nicht periodisch ein- und abgeschaltet wird. Infolgedessen ist die Temperaturregelung der Widerstands-Heizschicht sehr einfach, wobei keine großen Temperaturunterschiede zwischen lokalen Stellen infolge unterschiedlicher Kopierpapierformate auftreten. Durch die Wärmeisolierschicht wird eine Wärmeübertragung von der Widerstands-Heizschicht auf den Walzenkörper verhindert. Aufgrund der Wärmekapazität der Widerstands-Heizschicht kann die Aufheizzeit auf nur etwa 0,2 bis 5 s verkürzt werden, wobei weiterhin der Wärmeverlust gering ist und eine Senkung des Strombedarfs zuläßt. Darüber hinaus kommt das Kopierpapier mit der Widerstands-Heizschicht nur über die Schutzschicht in Berührung, so daß die Toner-Fixiervorrichtung einen guten Fixier-Wirkungsgrad zeigt.

Da weiterhin die Dicke der Widerstands-Heizschicht auf 0,1 bis 100 μκι eingestellt ist, besitzt diese Schicht eine kleine Wärmekapazität, während sie dennoch die erforderliche Wärmemenge liefert und sich weiterhin für Massenfertigung eignet.

Da die Dicke der Schutzschicht bei 20 bis 150 μπι liegt, besitzt diese Schicht ebenfalls eine kleine Wärmekapazität und eine zufriedenstellende elektrische Isolierfähigkeit.

Da die Wärmeisolierschicht außerdem aus einem aufschäumbaren Grundmaterial geformt wird, ist sie kostengünstig bei niedrigem Gewicht und niedrigem Wärmeübertragungsgrad. Die Schicht ist einfach auszubilden, und sie besitzt aus demselben Grund eine Oberfläche mit Affinität für die angrenzenden dünnen

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Schichten.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist weiterhin der .!chleifkontakt so angeordnet, daß der Abschnitt der Widerstands-Heizschicht, der mit dem unfixierten Kopierpapier in Berührung gelangt, stets im Wärmeerzeugungsbereich 1 liegt, so daß bei niedrigem Stromverbrauch ein stabiler Temperaturpegel aufrechterhalten wird.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Leiterelemente 118 an beiden Endabschnitten der Widerstands-Heizschicht 110 in ümfangsrichtung derselben und in gleichen Abständen voneinander angeordnet, wobei der Wärmeerzeugungsbereich 1 (conducting range 1 of heat generation) nur einen den Walzenspalt einschließenden Teil des Umfangs der Schicht 110 umfaßt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konstruktion beschränkt. Wenn die Leiterelemente in Form von Nullanschlüssen (no-terminal) oder in endloser Form um den Gesamtumfang der Schicht 110 herum angeordnet sind und die Widerstands-Heizschicht aus einem Material mit positiver Temperaturkoeffizient-Kennlinie geformt ist, läßt sich dieselbe Wirkung erzielen.

Im folgenden ist anhand der Fig. 13 bis 16 eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben, bei welcher den vorher beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht im einzelnen erläutert sind.

Gemäß den Fig. 13 und 14 sind an Außen- und Innenumfangsflache der Widerstands-Heizschicht 110 leitfähige Schichten 150, 152 aus Kupfer angeordnet, über welche ein Strom durch die Heizschicht 110 geleitet werden kann. Die beiden Endabschnitte der Außenumfangsflache jeder leitfähigen Schicht 150 oder 152 liegen nach außen hin frei und sind mit zwei

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Stromzufuhrabschnitten 156 versehen, an denen Schleifkontakte 154 mit den leitfähigen Schichten 150, 152 in Gleitberührung stehen. Wenn somit über die Stromzufuhrabschnitte 156 ein elektrischer Strom durch die Schicht 110 geleitet wird, erzeugt letztere über ihre Gesamtfläche hinweg Wärme. Wenn die Widerstands-Heizschicht, wie noch erläutert werden wird, aus einem Material mit positiver Temperaturkoeffizient-Kennlinie hergestellt wird, braucht ein Stromzufuhrabschnitt nur am einen Ende der Walze vorgesehen zu sein, so daß die Heizschicht 110 von Außen- und Innenumfangsfläche her mit Strom beschickt wird.

Die Widerstands-Heizschicht 110 wird aus einem Werkstoff mit der erwähnten positiven Temperaturkoeffizient-Kennlinie hergestellt, wie sie in Fig. 15 durch die ausgezogene Linie A veranschaulicht ist, bei welcher die Änderung AR des elektrischen Widerstands in bezug auf die Änderung ΔΤ der Temperatur positiv und daher sehr groß ist. Als Widerstands-Heizelementmaterialien mit derartiger Kennlinie sind u.a. Halbleite rmaterialien der Bariumtitanatreihe bekannt. Bei der dargestellten Auführungsform wird als Material mit dieser Kennlinie Äthylentetrafluorid verwendet. Die Herstellung der Widerstands-Heizschicht erfolgt in der Weise, daß 60 Gew.-% Äthylentetrafluorid-Pulver (mittlere Teilchengröße 5 μΐη) mit 40 Gew.-% leitfähigen Rußpulvers (mittlere Teilchengröße 0,05 μΐΐι) vermischt werden. Die "Schicht 110 wird an ihrer Innenfläche in einer Dicke von 3 μπι mit einem leitfähigen, Ag-Pulver enthaltenden Kunstharz beschichtet, während auf ihre Außenfläche Aluminium in einer Dicke von 5 μκι aufgetragen wird. Die Dicke der Widerstands-Heizschicht 110 selbst wird auf 30 μπι eingestellt, so daß sich eine Uberflächentemperatur von 17O⁰C einstellt. Das Bariumtitanat-Halbleitermaterial kann ebenfalls als Werkstoff mit der genannten Kennlinie verwendet werden.

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Bei der Toner-Fixiervorrichtung 52 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau hat es sich gezeigt, daß sich die Aufheizzeit auf nur etwa 0,2 bis 5 s verkürzen läßt.

Gemäß Fig. 16 wird das Kopierpapier P1 oder P2 zwischen der Heizwalze 74 und der zugeordneten Andruckwalze 76 hindurchgeleitet. Beispielsweise kann dabei das Kopierpapier P1 vom Format A4 {210 χ 297 mm) sein, während das Kopierpapier P2 das Format B4 (257 χ 364 mm) besitzt. Wenn das Kopierpapier P1 des kleineren Formats zwischen den Walzen 74 und 76 hindurchgeleitet wird, ergibt sich an der Oberfläche der Heizwalze 74 die Temperaturverteilung gemäß der graphischen Darstellung im unteren Teil von Fig. Da hierbei dem Walzenteil 1„, welcher mit dem Papier P1 in Berührung gelangt, durch letzteres Wärme entzogen wird, fällt die Oberflächentemperatur der Heizwalze entsprechend ab. Infolgedessen wird der Heizwalze die Energie zugeführt, die zum Ausgleich für diesen Temperaturabfall benötigt wird. Infolgedessen kann sich am Walzenteil 1.,, welcher dem Unterschied zwischen dem Kopierpapier P1 und dem größeren Kopierpapier P2 entspricht, eine höhere als die anfänglich eingestellte Temperatur einstellen (vgl. ausgezogene Linie B). Da jedoch die Widerstands-Heizschicht die erwähnte positive Temperaturkoeffizient-Kennlinie besitzt, wird die lokale Temperaturerhöhung aufgrund der verschiedenen Papierformate auf die durch die gestrichelte Linie A in Fig. 16 gezeigce Weise automatisch korrigiert. Infolgedessen wird im Gegensatz zu einer Heizschicht ohne die genannte Kennlinie (vgl. ausgezogene Linie B) ein großer Temperaturunterschied zwischen verschiedenen Walzenabschnitten verhindert. Hierdurch wird auch die Möglichkeit ausgeschaltet, daß das Kopierpapier P2 an dem heißeren Bereich bzw. den heißeren Bereichen der Heizwalze 74 hängenbleibt.

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Bei dieser Ausführungsform fließt außerdem eine große Strommenge in dem mit dem Kopierpapier P1 oder P2 in Berührung stehenden Abschnitt der Heizschicht 110 der Heizwalze 74, nämlich in dem Abschnitt der Heizschicht 110, welchem durch seine Berührung mit dem Kopierpapier P1 oder P2 Wärme entzogen wird, während der restliche Teil der Heizschicht 110 nur von der normalen, niedrigeren Strommenge durchflossen wird. Hierdurch wird der Gesamtstrombedarf der Fixiervorrichtung herabgesetzt.

Erfindungsgemäß ist es darüber hinaus nicht nötig, die Oberflächentemperatur der Heizwalze 74 im voraus auf einen Pegel einzustellen, der über dem normalen Sollpegel liegt, weil eine Temperaturerniedrigung an der Heizschicht 110 durch die Berührung mit dem Kopierpapier P1 oder P2 vorausgesetzt wird. Infolgedessen kann ein Anhaften oder Hängenbleiben des Kopierpapiers P1 oder P2 an der Heizschicht 110 aufgrund der Berührung der Vorderkante des Kopierpapiers P1 oder P2 mit der auf höherer Temperatur befindlichen Heizwalze 74 vermieden werden.

Gemäß Fig. 14 ist außerdem der Walzenkörper 148 der Andruckwalze 76 mit einer Wärmeisolierschicht 151 versehen, so daß eine Wärmeübertragung von der Heizwalze 74 auf die Andruckwalze 76 verhindert wird.

Im folgenden sind nunmehr Verfahren zur Herstellung der beschriebenen Widerstands-Heizschicht erläutert.

Zunächst wird eine elektrische Widerstandsmasse aus Polyamidharz, Ruß und Graphit zusammen mit Dimethylformamid als Lösungsmittel durchgeknetet, um ein flüssiges Ausgangsmaterial 158 für die Widerstands-Heizschicht herzustellen. Diese Masse 158 wird mittels einer Beschichtungsvorrichtung 160 gemäß Fig. 17 auf die elektrisch leitende Schicht 108 des Walzenkörpers 102 aufgetragen. Die Beschich-

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tungsvorrlchtung 160 weist einen Behälter 162 zur Aufnahme der flüssigen Masse 158 auf. Im Behälter 162 ist eine Transportrolle oder -walze 164 so angeordnet, daß sie mit einem Teil in die flüssige Ausgangsmasse 158 eintaucht. Mit der Transportrolle 164 steht eine Zwischenrolle 166 in Berührung, die ihrerseits mit einer Auftragoder Beschichtungsrolle 168 in Berührung steht, die am Kern bzw. Walzenkörper 104 der Heizwalze 74 angreift, auf deren Außenfläche die Isolierschicht 108 ausgebildet ist. Während sich die Transportrolle 164 mit einer Drehzahl von etwa 240/min dreht, wird die flüssige Ausgangsmasse 158 über die Zwischenrolle 166 sowie die Beschichtungsrolle 168 in Form eines Films auf die Isolierschicht 108 aufgetragen.

Die Wellenstummel 114a, 114b an beiden Enden des Walzenkörpers 104 sind jeweils durch eine obere und eine untere Leitschiene 170a bzw. 170b geführt. Während seiner Drehung durch einen nicht dargestellten Antrieb wird der Walzenkörper 104 unter Bewegung in den Leitschienen 170a, 170b geführt. Wenn der Walzenkörper 104 aufwärts zu einer Position geführt wird, in welcher er die Beschichtungsrolle 168 berührt, führt er in dieser Position eine vorbestimmte Zahl von Umdrehungen durch, während er mit der Beschichtungsrolle in Abrollberührung steht.

Der mit der Widerstands-Heizelement-Ausgangsmasse 158 beschichtete Walzenkörper 104 wird dann durch die Leitschienen 170a, 170b weiter geführt und unter fortgesetzter Drehung in eine Trooknervorrichtung 171 eingeführt.

Die Troctaiervorrichtung 171 umfaßt gemäß Fig. 18 eine Wärme- bzw. Heizkammer 172, einen letzteren durchlaufenden Förderer 174 sowie einen Infrarotheizer 180, der über der durch den Förderer 174 gebildeten Transportstrecke 176 für

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den Walzenkörper angeordnet ist und dessen rückseitiger Teil von einer Reflexionsplatte 178 umschlossen ist. Der mit der Ausgangsmasse 158 beschichte Walzenkörper 104 durchläuft mit ständiger Drehung die Heizkammer 172 der Trocknervorrichtung 170. Hierbei wird die Ausgangsmasse zu einer Widerstands-Heizschicht 110 umgewandelt. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Erwärmungstemperatur 400⁰C bei einer Erwärmungsdauer von 2 h.

Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf die eben beschriebene Ausführungsform der Beschichtungsvorrichtung 160 beschränkt, vielmehr kann die Transportrolle 164 gleichzeitig auch als Beschichtungsrolle 168 dienen.

Weiterhin kann eine beispielsweise in Fig. 19 veranschaulichte Beschichtungsvorrichtung angewandt werden. Dabei ist die Grund- bzw. Ausgangsmasse 158 für die Widerstands-Heizschicht in einem oberen Behälter 182 enthalten, wobei sie aus einem schmalen Schlitz im Boden des Behälters 182 in Form eines Films herausfließt. Der mit der Isolierschicht 108 versehene Walzenkörper 104 wird dabei bei ständiger Drehung mit der filmförmigen Ausgangsmasse 158 kontaktiert, wobei die Ausgangsmasse 158 auf die Mantelfläche des Walzenkörpers 104 aufgetragen wird.

Die überschüssige, vom Walzenkörper 104 herabfließende Ausgangsmasse 158 wird von einem unteren Behälter 184 aufgefangen. Die vom unteren Behälter 184 aufgefangene Ausgangsmasse 158 wird über eine Umwälzleitung 188 mit Pumpe wieder zum oberen Behälter 182 zurückgefördert.

Bei den beiden vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Widerstands-Heizschicht wurden die Massen

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Nr.1 und Nr. 9 gemäß Tabelle 2 selektiv als leitfähiges Material verwendet, wobei gute Ergebnisse erzielt wurden.

Bei selektiver Verwendung einer der Massen Nr. 11 bis 24 gemäß Tabelle 2 kann für die Herstellung der Widerstands-Heizschicht eine Vakuumaufdampfvorrichtung 206 gemäß Fig. 20 benutzt werden. Die Aufdampfvorrichtung 206 enthält in ihrem unter einem hohen Unterdruck stehenden Gehäuse 208 eine Heizwanne 212 mit einem Heizelement 210. Ein in der Heizwanne 212 enthaltenes Metall 192, wie Nickel, Chrom, Tantal oder Platin, wird erhitzt und vergast. Gleichzeitig werden die an einer drehbaren Tragplatte 214 angebrachten Walzenkörper 104 um ihre Achse in Drehung versetzt, wobei sie gleichzeitig um das Zentrum der drehbaren Tragplatte 214 umlaufen. Der durch Erhitzung gebildete Metalldampf wird auf (j_en im voraus an der Mantelfläche mit einer nicht-metallischen Isolierschicht 108 versehenen Metall-Walzenkörper 104 im Gehäuse 2Q8 aufgedampft. Auf diese Weise wird eine Widerstands-Heizschicht 110 ausgebildet.

Die Ausbildung der Widerstands-Heizschicht unter Verwendung eines Metalls als leitfähiger Werkstoff ist nicht auf die vorstehend beschriebene Vakuumaufdampfvorrichtung 206 beschränkt. Beispielsweise kann eine stromlose Galvanisierbzw. Metallisiervorrichtung 190 der Art gemäß Fig. 21 verwendet werden, die eine mit einer Masse einer Galvanisierlösung 192 gefüllte Galvanisierwanne 194 aufweist. Der an seiner Mantelfläche mit der nicht-metallischen Isolierschicht 108 versehene Metall-Walzenkörper 104 wird nach einer Aktivierungsbehandlung mit Hilfe eines Metallanschlusses an einer Aufhängstange 198 aufgehängt und in die Lösung 192 für das stromlose Galvanisieren eingetaucht. Die die Wanne 194 überfließende Lösung 192 wird zu einem Neueinstellabschnitt

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200 geleitet. Von letzterem aus gelangt die Lösung 192 zu einem mit Heizelement 202 ausgerüsteten Heizbehälter 204, um in letzterem erwärmt und sodann zur Galvanisierwanne 194 zurückgeleitet und wiederverwendet zu werden. Wenn die Galvanisierlösung 192 hauptsächlich aus z.B. Nickel besteht, wird sie in der Galvanisierwanne 194 auf einerTemperatur von 40 bis 60⁰C gehalten. Wenn der Walzenkörper unter diesen Bedingungen 30 min lang in die Lösung eingetaucht bleibt, bildet sich an seiner Außenumfangsflache die Widerstands-Heizschicht 110 mit einer Dicke von etwa 10 μΐη.

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Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte
Registered Representatives
before the
European Patent Office
Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha,
τ,. Möhlstraße 37
Kawasakx, Japan D_{-6000 Müncnen} go
Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid
YT-55P016-2
10. Juni 1980

Fixiervorrichtung für ein elektronisches Vervielfältigungsgerät

Patentansprüche

[ 1.\ Fixiervorrichtung für ein elektronisches Vervielfälti- ^—' gungsgerät zum Erwärmen und Fixieren eines auf ein Kopierpapier übertragenen Toners, gekennzeichnet durch eine Heizwalze (74) mit einem tragenden Walzenkörper (104), der an beiden Enden je einen Lagerteil (114a) aufweist und mit Hilfe der Lagerteile drehbar gelagert ist, durch eine an der Außenumfangs- bzw. Mantelfläche des Walzenkörpers (104) ausgebildete Wärmeisolierschicht (108) zur Verhinderung einer Wärmeübertragung auf den Walzenkörper und durch ein als Film ausgebildetes Wärmeerzeugungs- bzw. Heizelement (110), welches die Außenumfangsflache der Wärmeisolierschicht (108) bedeckt und zum Erwärmen des Toners dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement eine Widerstands-Heizschicht (110) umfaßt,

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die zur Erwärmung des Toners von einem Strom durchflossen wird, und daß zwischen der Widerstands-Heizschicht und der Wärmeisolierschicht eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem in der Nähe der Enden der Widerstands-Heizschicht befindlichen Teil der Mantelfläche Leiterelemente angeordnet sind und daß eine Stromversorgung mit Schleifkontakten vorgesehen ist, die mit den Leiterelementen in Berührung stehen und den zwischen den Leiterelementen, die mit den Schleifkontakten in Berührung stehen, befindlichen Abschnitt der Widerstands-Heizschicht mit Strom beschicken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Teil von Außen- und Innenumfangsflache nahe des einen Endes der Widerstands-Heizschicht Leiterelemente angeordnet sind und daß eine Stromversorgung mit Schleifkontakten vorgesehen ist, die mit den Leiterelementen in Berührung stehen und den zwischen den Leiterelementen, die mit den Schleifkontakten in Berührung stehen, befindlichen Abschnitt der Widerstands-Heizschicht mit Strom beschicken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

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daß ein der Heizwalze zugewandtes Kopierpapier-Andruckelement zur Kontaktierung des Kopierpapiers mit der Heizwalze vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopierpapier-Andruckelement eine drehbar gelagerte Andruckwalze umfaßt, welche das Kopierpapier zwischen sich und der Heizwalze führt.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckwalze an ihrer Mantelfläche mit einer Schicht eines Grundmaterials mit niedrigem Wärmeübertragungskoeffizienten versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht ein elektrisches Widerstandselement mit einer seine eigene Temperatur regelnden Charakteristik bzw. Kennlinie aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandselement einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht ein Material, wie Äthylentetrafluorid oder Bariumtitanat-Halbleitermaterial, enthält.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht eine gleichmäßige Dicke im Bereich von 20 bis 150 μΐη besitzt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Leiterelement in Form eines endlosen Ringes auf der Außenumfangsfläche der Widerstands-Heizschicht ausgebildet ist und daß die Widerstands-Heizschicht über ihre gesamte, von den Leiterelementen umschlossene ümfangsflache Wärme erzeugt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht eine elektrische Widerstandsmasse aus Polyimidharz, Ruß und Graphit enthält.
14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht eine Zinnverbindung enthält.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht eine Komponente aus Stannooxid enthält.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht eine Beschichtungslage ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht eine gleichmäßige Dicke von 0,1 bis 100 μΐη besitzt.
18.Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht ein leitfähiges Metall enthält.
19. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht eine leitfähige Metallegierung enthält.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht eine metallisierte bzw. galvanisierte Schicht ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht eine gleichmäßige Dicke im Bereich von 0,1 bis 100 μΐη besitzt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht eine aufgedampfte Schicht ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizschicht eine gleichmäßige Dicke im Bereich von 0,1 bis 100 μΐη besitzt.

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24. Vorrichtung nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelernente mehrere (einzelne) Leiterelemente umfassen, die in gleichmäßigen Abständen um die Außenumfangsfläche der Widerstands-Heizschicht herum verteilt sind, und daß jeder Schleifkontakt jeweils mit einem Teil der Gesamtzahl der Leiterelemente in Gleitberührung steht, wobei ein Abschnitt der Widerstands-Heizschicht zwischen den jeweiligen Gruppen der Leiterelemente, die mit den Schleifkontakten in Berührung stehen, Wärme erzeugt.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkontakte jeweils mit einer Gruppe der Leiterelemente in Berührung stehen, zwischen denen sich ein Walzenspalt befindet, an welchem die Heizwalze in Abrollberührung mit der Andruckwalze steht.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkontakte mit einer entsprechenden Gruppe der Leiterelemente derart in Gleitberührung stehen, daß diese Leiterelementgruppen praktisch 1/3 der Gesamtumfangslänge der Heizwalze zwischen sich einschließen.
27. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente mehrere (einzelne) Leiterelemente umfassen, die in gleichmäßigen Abständen um die Außenumfangsflache der Widerstands-Heizschicht herum verteilt sind, und daß jeder Schleifkontakt jeweils mit einem Teil der Gesamtzahl der Leiterelemente in Gleitberührung steht, wobei ein Abschnitt der Widerstands-Heizschicht zwischen den jeweiligen Gruppen der Leiterelemente, die mit den Schleifkontakten in Berührung stehen, Wärme erzeugt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Schleifkontakte jeweils mit einer Gruppe der Leiterelemente in Berührung stehen, zwischen denen sich ein Walzenspalt befindet, an welchem die Heizwalze in Abrollberührung mit der Andruckwalze steht.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkontakte mit einer entsprechenden Gruppe der Leiterelemente derart in Gleitberührung stehen, daß diese Leiterelementgruppen praktisch 1/3 der Gesamtumfangslänge der Heizwalze zwischen sich einschließen.
30. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente mehrere (einzelne) Leiterelemente umfassen, die in gleichmäßigen Abständen um die Außenumfangsflache der Widerstands-Heizschicht herum verteilt sind, und daß jeder Schleifkontakt jeweils mit einem Teil der Gesamtzahl der Leiterelemente in Gleitberührung steht, wobei ein Abschnitt der Widerstands-Heizschicht zwischen den jeweiligen Gruppen der Leiterelemente, die mit den Schleifkontakten in Berührung stehen, Wärme erzeugt.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkontakte jeweils mit einer Gruppe der Leiterelemente in Berührung stehen, zwischen denen sich ein Walzenspalt befindet, an welchem die Heizwalze in Abrollberührung mit der Andruckwalze steht.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkontakte mit einer entsprechenden Gruppe der Leiterelemente derart in Gleitberührung stehen, daß diese Leiterelementgruppen praktisch 1/3 der Gesamtumfangslänge der Herzwalze zwischen sich einschließen.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der

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Widerstands-Heizschicht eine Schutzschicht zum Schütze der Widerstands-Heizschicht und zur Verhinderung einer Tonerübertragung (offset) auf diese angeordnet ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht eine gleichmäßige Dicke im Bereich von 20 bis 150 um besitzt.

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