DE3153661C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heiz­ einrichtung einer elektrophotographischen Vorrichtung zum Fixieren eines Tonerbildes auf einem Aufzeichnungsträger mit einer Walze oder einer Platte: wobei auf der Walze oder der Platte eine wärmeerzeugende Schicht ausgebildet ist.

Aus der US-PS 41 09 135 ist eine solche gattungsgemäße Heizeinrichtung zur Fixierung eines Tonerbildes bekannt, die eine wärmeerzeugende Schicht mit einem definierten Widerstand aufweist.

In der älteren, nachveröffentlichten DE-PS 30 21 737 wird eine direkt beheizbare Schmelzfixierwalze für eine Toner­ bildfixiereinrichtung beschrieben. Diese Walze besitzt eine Widerstandsheizschicht aus einem Werkstoff, der eine posi­ tive Temperaturkoeffizienten-Kennlinie des elektrischen Widerstandes aufweist.

Des weiteren sind Keramikmaterialien bekannt, die einen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Wider­ standes haben (und die nachstehend als Keramikstoffe mit PTC-Eigenschaften oder PTC-Keramikstoffe bezeichnet wer­ den).

Derartige PTC-Keramikstoffe, die unter Anlegen einer geeigneten Spannung Wärme erzeugen, bieten als Wärme­ quelle bei verschiedenerlei Heizvorrichtungen verschiedene Vorteile, wie eine Temperatur-Selbststeuerung ohne Ver­ wendung einer an ein Temperaturmeßelement angeschlossenen äußeren Leistungseinrichtung, eine Einschränkung von entsprechend Schwankungen der Speisespannung hervor­ gerufenen Schwankungen hinsichtlich der Wärmeerzeugung, eine lange Standzeit usw. Bei einer Fixiervorrichtung zum Fixieren eines Tonerbilds ergeben die Keramikstoffe zusätzlich zu den vorstehend genannten auch die Vorteile eines schnellen Erwärmens und einer Verkürzung der Warte­ zeit.

Die PTC-Keramikstoffe haben jedoch eine unzureichende Maßhaltigkeit bei den Sinter- und Kühlschritten, die be­ sonders dann ausgeprägt ist, wenn die aus den PTC- Keramikstoffen geformten Produkte ein größeres Volumen oder eine größere Oberfläche haben. Ferner bestehen bei den PTC-Keramikstoffen Schwierigkeiten hinsichtlich einer mechanischen Bearbeitung wie des Schabens oder Schleifens, so daß die Herstellung einer verhältnismäßig langen Walze oder eines verhältnismäßig breiten Plattenelements aus dem PTC-Keramikstoffen für eine Fixiervorrichtung praktisch ziemlich schwierig ist, eine geringe Massen- Herstellbarkeit ergibt und zu gesteigerten Herstellungs­ kosten führt. Darüber hinaus besteht an den PTC-Keramik­ stoffen, die Neigung zur Bildung von Rissen oder örtlichen Ungleichmäßigkeiten in der Qualität bei dem Sinter- oder Kühlschritt, und zwar insbesondere dann, wenn die Produkte ein großes Volumen oder eine große Oberfläche haben; dadurch wird es unmöglich, über der Oberfläche des Heiz­ elements eine gleichmäßige Wärmeerzeugung zu erzielen oder eine gewünschte Wärmemenge zu erreichen. Bei den Fixiervorrichtungen wird durch derartige Risse oder Qualitäts-Ungleichmäßigkeiten das gleichförmige Auf­ bringen von Wärme auf das Tonerbild oder das Träger­ material hierfür behindert, so daß sich ein ungleich­ mäßiges oder unzureichendes Fixieren ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Heizeinrich­ tung einer elektrophotographischen Vorrichtung zum Fixieren eines Tonerbildes auf einem Aufzeichnungsträger mit einer Walze oder einer Platte, wobei auf der Walze oder der Platte eine wärmeerzeugende Schicht ausgebildet ist, zur Verfügung zu stellen, die ein zufriedenstellendes Erwärmen des Tonerbildes ermöglicht.

Ferner soll die Heizeinrichtung unter voller Nutzung der Eigenschaften der PTC-Keramikmaterialien zum gleichmäßigen und schnellen Fixieren eines Tonerbildes an einem Aufzeich­ nungsträger verwendbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Heizeinrichtung einer elektrophotographischen Vorrichtung zum Fixieren eines Tonerbildes auf einem Aufzeichnungsträger mit einer Walze oder einer Platte: wobei auf der Walze oder der Platte eine wärmeerzeugende Schicht ausgebildet ist, dadurch gelöst, daß die wärmeerzeugende Schicht erhalten worden ist, indem gesintertes PTC-Keramikmaterial zer­ kleinert wird und dessen zerkleinerte PTC-Keramikteilchen in einem Bindemittel mit einer Wärmeleitfähigkeit disper­ giert werden, die größer als diejenige des PTC-Keramikma­ terials ist.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Aus­ führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine vergrößerte Ansicht eines Heiz­ elements der Heizvorrichtung.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die das Anlegen einer Spannung veranschaulicht.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die Kennlinien bei einem Ausführungsbeispiel der Heizvorrichtung zeigt.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Ausfüh­ rungsbeispiels der Heizvorrichtung.

Fig. 5 ist eine Vertikalansicht eines Ausfüh­ rungsbeispiels der Heizvorrichtung.

Fig. 6 und 7 sind schematische Ansichten, die Einrichtungen zum Anlegen von Spannung an das Heizelement zeigen.

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eines weite­ ren Ausführungsbeispiels der Heizvorrich­ tung.

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Heizvorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer vergrößerter An­ sicht einen Teil eines Heizelements der Heizvorrichtung, in welchem durch Brechen oder Zerkleinern eines PTC- Keramikmaterials gewonnene Keramikteilchen 2 miteinander mit Hilfe eines Bindemittels 3 wie eines isolierenden anorganischen oder organischen Bindemittels zusammenge­ klebt sind. Auf diese Weise sind die Keramikteilchen 2 in dem Bindemittel 3 so verteilt, daß sie in gegen­ seitigem Kontakt stehen und daher elektrisches Leiten zeigen. Dementsprechend ist das ganze Heizelement elektrisch leitend, so daß durch Anlegen einer Spannung an das Heizelement jedes Keramikteilchen 2 eine Spannung zur Wärmeerzeugung empfängt, wobei das ganze Heizelement 1 PTC-Eigenschaft zeigt, die denjenigen des in Element verteilten PTC-Keramik-Füllmaterials ähnlich sind. Das Anlegen der Spannung an das Heizelement 1 kann auf die in Fig. 2 gezeigte Weise erfolgen, gemäß der die Spannung aus einer Spannungsquelle 6 zwischen Elektrodenschichten 4 und 5 angelegt wird, die aus Silber, Kupfer oder Nickel gebildet sind, welches auf die obere Fläche bzw. die untere Fläche des Heizelements 1 aufgedampft ist. Wenn die angelegte Spannung so gewählt wird, daß eine Tempe­ ratur in der Nähe des Punkts des plötzlichen Anstiegs des Widerstands des Heizelements 1 erzielt wird, erfolgt an dem Heizelement eine Selbststeuerung, mit der die gewählte Temperatur auch dann beibehalten wird, wenn die tatsächliche Spannung von der gewählten Spannung abweicht, und bei der im Ansprechen auf ein eventuelles Anasteigen der Temperatur durch den plötzlichen Anstieg des Widerstands die elektrische Leitfähigkeit absinkt, so daß daher eine im wesentlichen konstante Temperatur erzielt wird.

Es wurden Beispiele für Heizelemente aus einem bekannten BaTiO₃- PTC-Keramikmaterial (C), in der Weise hergestellt, daß (A) das Keramikmaterial in Teilchen mit einer Größe von 50 bis 200 µm zerkleinert wurde und zu 75 Vol.-% in einem bekannten isolierenden anorganischen Bindemittel dispergiert bzw. verteilt wurde, das hauptsächlich aus Aluminiumoxid zusammengesetzt ist, oder daß (B) das Keramikmaterial in Teilchen von 1 bis 2 mm zerkleinert wurde und gleichermaßen zu 50 Vol.-% in dem gleichen Bindemittel verteilt wurde, wonach in beiden Fällen ein Formen und Härten erfolgte. Das Formen wurde dadurch herbeigeführt, daß die geknetete Mischung der Keramikteilchen mit dem flüssigen vorstehend erwähnten Bindemittel um ein Glasrohr mit 40 mm Durchmesser und 320 mm Länge herum gleichförmig aufgetragen wurde, durch Erwärmung auf 150°C für 150 Minuten gehärtet wurde und danach die Außenfläche mit Sandpapier #600 und dann mit Sandpapier #2000 poliert wurde, um ein Heizelement mit 2 mm Dicke zu erzielen. Die Verwendung dieser Dispersion der PTC- Keramikteilchen in einem Bindemittel ermöglicht es, ein großes walzenartiges Heizelement gemäß den voran­ gehenden Ausführungen einstückig herzustellen, das hervorragende Bearbeitungseigenschaften hat, die eine genaue Dimensionierung und Formung nach Wunsch erlauben. Die erzielten Heizelemente zeigten keine Risse und es wurden keine Qualitäts-Ungleichmäßigkeiten beobachtet, da das keramische Füllmaterial zerkleinert bzw. gemahlen war und in das Bindemittel eingemischt war.

Die Fig. 3 zeigt den als Verhältnis zu dem Widerstand bei 25° aufgetragenen spezifischen Widerstand der Heiz­ elemente (A) und (B) sowie des hierin verwendeten BaTiO₃- Keramik-Füllmaterials (C) als Funktion der Temperatur. Es ist ersichtlich, daß die Heizelemente (A) und (B) PTC-Eigenschaften zeigen, wobei die Stelle eines plötz­ lichen Widerstandsanstiegs um 210° C herum liegt, wie es auch bei dem keramischen Füllmaterial (C) beobachtet wurde.

Das vorstehend genannte bekannte Bindemittel kann durch ein wärmebeständiges Glas ersetzt werden. In diesem Fall wird das wärmebeständige Glas in Teilchen zermahlen, dann mit den zermahlenen BaTiO₃-PTC-Keramik-Teilchen vermischt und zum Schmelzen des Glases auf ungefähr 1200° C erwärmt. Die geschmolzene Substanz kann nach Belieben in einer Gußform geformt werden, wie es schon bei Glasschmelzverfahren bekannt ist; danach wird die Substanz nötigenfalls einem Schleifen oder Schneiden mit einer Polierscheibe oder Diamanten unterzogen, um die gewünschte Form und die gewünschten Abmessungen zu erhalten.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Heizvorrichtung in einer schematischen Seitenschnitt­ ansicht mit einer Fixierwalze 7 und einer Andruckwalze 8. Die Fixierwalze 7 ist innen mit einem später er­ läuterten rohrförmigen Heizelement 9 versehen und am Umfang mit einer wärmebeständigen dünnen Ablöse- bzw. Abstoß-Deckschicht 10 bedeckt, die beispielsweise aus einem Tetrafluorethylen-Harz oder einem Silikonkaut­ schuk besteht. Wenn das rohrförmige Heizelement 9 durch Verwendung eines anorganischen Bindemittels wie Glas steif genug ist, kann es selbst das Substrat bzw. den Tragkörper der Walze 7 bilden; falls jedoch aufgrund der Verwendung eines organischen Bindemittels wie Sillkon­ kautschuk oder Tetrafluorethylen-Harz das Heizelement 9 nicht steif ist, kann es mit einer steifen Substrat- bzw. Tragwalze 11 versehen werden, die beispielsweise durch ein Glasrohr oder ein Rohr aus Edelstahl gebildet ist. Es ist natürlich auch möglich, an der Tragwalze 11 ein steifes Heizelement anzubringen. Die Deck­ schicht 10 kann nötigenfalls mit einem abstoßenden Ab­ löse- bzw. Trennmittel wie Silikonöl beschichtet werden. Die Andruckwalze 8 wird mit einem beispielsweise aus Metall bestehenden steifen Rohr 12 aufgebaut, das mit einer dicken Schicht 13 aus wärmebeständigem elastischen Material wie Silikonkautschuk oder einem fluorierten Kautschuk bedeckt ist; die Andruckwalze wird in Andruck­ berührung mit der Walze 7 gehalten, wodurch die Schicht 13 elastisch verformt wird und mit der Walze 7 einen Klemmspalt zum Erfassen eines Blatts 14 bildet, das ein Tonerbild 15 trägt. Das Blatt 14 wird in den Spalt einge­ führt und durchläuft diesen durch die Drehung der Walzen 7 und 8, wobei durch die Erwärmung mittels der Walze 7 das Tonerbild 15 geschmolzen und dadurch auf dem Blatt 14 fixiert wird. Das an dem Blatt 14 getragene Tonerbild steht gemäß der Darstellung der Walze 7 gegenüber, kann jedoch auch so angeordnet sein, daß es der Walze 8 gegen­ übersteht. Das Heizelement 9 der Walze 7 wird mit Span­ nung versorgt, wie es später erläutert wird; zur Erleich­ terung der elektrischen Isolierung zwischen der Span­ nungsversorgung und der Walzenantriebsquelle ist es vorzuziehen , gemäß der schematischen Vertikal-Ansicht in Fig. 5 die Walze 8 in Pfeilrichtung über eine Übertra­ gungsvorrichtung 18 wie einen Getriebezug mittels eines Motors 19 anzutreiben und die Walze 7 über isolierende Lager 16 mittels eines Rahmens 17 drehbar zu lagern und sie durch Reibung in der Pfeilrichtung anzutreiben. Die Walze 8 wird durch Lager 20 gehalten, die an dem Rahmen 17 befestigt sind. Es ist jedoch natürlich auch möglich, die Walze 7 anzutreiben und die Walze 8 durch Reibung in Umlauf zu versetzen oder beide Walzen 7 und 8 anzu­ treiben.

Im Vergleich zu herkömmlichen Heizvorrichtungen, bei welchen eine Fixierwalze mittels einer in einer mit­ tigen Höhlung untergebrachten Halogenlampe oder aber von außen her erwärmt wird, ergibt die vorstehend beschrie­ bene Fixierwalze 7, bei der das Heizelement 9 unmittelbar unter der dünnen Deckschicht 10 sitzt, eine Verkürzung der Erwärmungszeit bis zu der Fixiertemperatur. Wie im vorstehenden erläutert wurde, enthält das Heizelement 9 Keramikteilchen mit PTC-Eigenschaften, die in einem Bindemittel verteilt sind.

Wie schon vorangehend erläutert wurde, kann die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Tragwalze 11 weggelassen werden, wenn das Heizelement durch Verwendung eines geeigneten Bindemittels wie Glas steif genug zum Tragen der ganzen Walze ausgebildet ist. Eine weitere vorteil­ hafte Ausgestaltung besteht darin, auch an der Walze 8 ein Heizelement 9 anzubringen, um eine Erwärmung von beiden Seiten des Blatts her vorzunehmen.

Die als typische PTC-Keramikmaterialien bekannten Bariumtitanat-Keramikstoffe (BaTiO₃) sollten zur Ver­ wendung als Wärmequelle in einer Fixiervorrichtung für ein Tonerbild vorteilhaft so verändert werden, daß sie durch Ersetzung eines Teils des Bariums durch ein ande­ res Element wie Blei eine höhere Curie-Temperatur haben, wodurch die Arbeitstemperatur für die Wärmefixierung des Tonerbilds an dem Trägermaterial hierfür so gewählt wer­ den kann, daß sie nahe an dem Punkt des steilen Wider­ standsanstiegs liegt. Beispielsweise kann ein derartiges Keramikmaterial dadurch hergestellt werden, daß Titan­ oxid (TiO₂), Bariumcarbonat (BaCO₃) und Bleioxid (PbO oder Pb₃ O₄) oder Bleicarbonat in einem Atomverhältnis von Ti:Ba:PL=1 : (1- x) : x vermischt werden, wobei x im Bereich von 0,05 bis 0,20 liegt, und die erzielte Mischung mit einer Temperatur von 1300 bis 1400° C behan­ delt wird. Das so gewonnene Bariumtitanat-Keramikmaterial hat eine Curie-Temperatur innerhalb eines Bereichs von 140 bis 210° C, bei der gewöhnlicher Toner durch Erwärmen auf dem Trägerblatt fixiert werden kann. Dementsprechend kann bei der Heizvorrichtung derartiges PTC-Keramikmate­ rial in Form zermahlener Teilchen verwendet werden und bei Wahl der Arbeitstemperatur nahe dem genannten Curie- Punkt das Heizelement 1 oder 9 Temperatur-Selbstrege­ lung ausführen.

Bei den vorangehend erläuterten Beispielen hat das BaTiO₃-PTC-Keramikmaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 6-7×10⁻⁶/°C und eine Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 8,4×10⁻³ J/(cm · s · °C) (2×10⁻³ cal/(cm · s · °C), während das Bindemittel einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5 bis 8×10⁻⁶/°C und eine Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 0,46 J/(cm · s · °C) (0,11 cal/(cm · s · °C) hat bzw. das Glasbindemittel einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3 von bis 6× 10⁻⁶/°C und eine Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 12,6× 10⁻³ J/(cm · s · °C) (3×10⁻³ cal/(cm · s · °C) hat, so daß die Wärmeausdehnungen dieser Bindemittel denjenigen der verwendeten PTC-Keramikstoffe nahekommen. Demgemäß führt auch ein wiederholtes Erwärmen und Kühlen des Heizelements über eine lange Zeitdauer weder zu einer Trennung zwischen dem Bindemittel und dem PTC-Keramikmaterial noch zu einer Rissebildung, so daß eine lange Standzeit des Heiz­ elements gewährleistet ist. Ferner wird durch die große Wärmeleitfähigkeit des Aron Ceramic D-Bindemittels, die größer als diejenige des verwendeten PTC-Keramikmaterials ist, eine zeitabhängige Temperaturschwankung an der Ober­ fläche des Heizelements verringert oder ausgeschaltet, was eine zufriedenstellende Bildfixierung ermöglicht. Falls ein Heizelement 1 gemäß der Darstellung in Fig. 1 ausschließlich aus dem PTC-Keramik-Füllmaterial zusammen­ gesetzt wäre, ergäbe sich aufgrund der geringen Wärme­ leitfähigkeit dieses Materials eine ungleichmäßige Tempe­ raturverteilung zwischen dem Oberflächenbereich und dem Innenbereich, so daß an der Oberfläche zeitlich abhängige Temperaturschwankungen hervorgerufen werden; der erfindungsgemäße Aufbau mit den in dem wärmeleitfähigen Bindemittel verteilten kleinen PTC-Keramikteilchen erlaubt jedoch eine schnellere Wärmeleitung durch das Heizelement hindurch, wodurch die genannten Schwankungen verhindert werden.

An die Stelle des vorangehend genannten anorgani­ schen isolierenden Bindemittels können auch organische isolierende Bindemittel treten, wie wärmebeständiger Silikonkautschuk, Nitrilkautschuk, fluorierter Kaut­ schuk, Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxyethylen-Copoly­ mer-Harze (PFA-Harze), fluorierte Ethylen-Propylen- Harze (FEP-Harze), Poly-Tetrafluorethylen-Harze (PTFE- Harze) oder dgl. Beispielsweise wird ein mit zermahlenen PTC-Keramikteilchen und einem geeigneten Härtemittel vermischter RTV-Silikonkautschuk nach einem für den RTV-Silikonkautschuk bekannten Verfahren gehärtet und mit einem Schleifstein geschliffen oder geschnitten, um eine Heizwalze in gewünschter Form und mit gewünschten Abmessungen zu erhalten. Ferner wird ein PFA-Harz in fein pulverisiertem Zustand mit PTC-Keramikteilchen vermischt auf ein geeignetes Substrat aufgetragen, dann nach einem bekannten Verfahren für die Herstellung einer PFA-Harzschicht bei 380 bis 400° C gesintert und geschnit­ ten oder nötigenfalls mit einer Polierscheibe poliert, um ein Heizelement in gewünschter Form und mit gewünsch­ ten Abmessungen zu erhalten.

Aufgrund der Elastizität eines solchen als Binde­ mittel verwendeten makromolekularen Materials zeigt das erzielte Heizelement selbst nach wiederholtem Erwärmen und Abkühlen keine Ablösung der hineindispergierten PTC-Keramikteilchen an der Grenzschicht, so daß sich da­ her eine außerordentlich lange Standzeit ergibt.

Die PTC-Keramikteilchen sollten vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 50 bis 200 µm haben, da ein Durchmesser von weniger als 50 µm aufgrund der verschlech­ terten Gießbarkeit und Dispersionsfähigkeit solcher klei­ nen Teilchen zu Schwierigkeiten bei der Formung führt, während ein Durchmesser von über 200 µm zu einer ver­ ringerten PTC-Wirkung führt, weil aufgrund des vergrößer­ ten Teilchen-Zwischenabstands in der Dispersion der spezifische Widerstand ansteigt. Nichtsdestoweniger kann die Teilchengröße bis zu 3 mm gesteigert werden. Weiter­ hin sollten diese PTC-Keramikteilchen vorzugsweise mindestens 50 Vol.-% des Gemischs mit dem Bindemittel bil­ den, da ein geringerer Volumensanteil zu einer verringer­ ten PTC-Wirkung führt.

Silikonkautschuk und fluorierte Harze, die bei Ver­ wendung als Bindemittel die sog. Abstoßwirkung zum Ab­ weisen einer Tonerablagerung zeigen, verbessern die Abstoßeigenschaften des Heizelements 9 und lassen es zu, die den Toner abstoßende Deckschicht 10 oder eine den Toner abstoßende Beschichtung wegzulassen, obgleich eine derartige den Toner ab­ stoßende Beschichtung trotzdem vorzuziehen ist.

Die Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht der Fixier­ walze 7 und zeigt die Einrichtungen zum Anlegen einer Spannung an das Heizelement. Bei dem dargestellten Bei­ spiel ist die Substratwalze bzw. Tragwalze durch ein steifes Heizelement 9 gebildet, bei dem wärmebeständiges Glas als Bindemittel verwendet wird und das an seinen beiden Enden mit aufgedampften Metallschichten 21 aus Kupfer, Silber oder Nickel versehen ist, die in engem Kontakt mit einem Flanschbereich 22a eines Achsteils 22 aus Aluminium oder Edelstahl gehalten werden. Dieses Achsteil 22 ist in das Heizelement 9 eingepaßt und dadurch an diesem festgelegt sowie gemäß den vorangehen­ den Ausführungen mittels eines isolierenden Lagers an dem Haupt-Rahmen gelagert. Im einzelnen sind die Achsteile jeweils mit einer isolierende abriebfesten Hülse 16a wie z. B. aus Polyimid-Harz versehen, die in ein an dem Hauptrahmen befestigtes Kugellager 16b eingesetzt ist. Ferner wird jedes Achsteil 22 in Gleitberührung mit einer Metall-Schleifbürste 23 gehalten, die einen Schleif­ kontakt bildet, welcher an eine Spannungsquelle 6a ange­ schlossen ist, wodurch eine bestimmte Spannung an das aus dem in dem Bindemittel verteilten PTC gebildete Heizelement 9 angelegt wird und damit eine für die Wärmefixierung des Tonerbilds notwendige Temperatur er­ zielt wird.

Die in der Fig. 6 gezeigte Spannungsspeiseeinrich­ tung ist auch bei dem an der Tragwalze 11 ausgebildeten Heizelement 9 anwendbar.

Anstelle des in Fig. 6 gezeigten Anlegens der Span­ nung in Längsrichtung kann die Spannung auch in der Radialrichtung des rohrförmigen Heizelements angelegt werden, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, gemäß der ein Heizelement 9, bei dem das vorstehend genannte, bekannte Bindemittel verwendet ist, um eine rohrförmige Tragwalze 11 aus Edelstahl herumgeformt ist, wobei die Tragwalze 11 und das Heizelement 9 an ihrer Grenzfläche elektrisch mitein­ ander verbunden sind. Das Heizelement ist ferner an seinem Außenumfang mit einer aufgedampften Elektrodenschicht 24 aus Silber, Kupfer oder Nickel versehen, die elektrisch über einen Draht 25 oder eine andere geeignete Vorrich­ tung an ein Achsteil 27 angeschlossen ist, das über Isoliermaterial 26a in ein Ende der Tragwalze 11 einge­ paßt ist.

Das Achsteil 27 und ein Achsteil 28 bestehen aus leitendem Material wie Aluminium, wobei das Achsteil 28 in direktem Kontakt mit der Innenwand der Tragwalze 11 fest in diese eingesetzt ist, so daß es elektrisch an die Tragwalze 11 angeschlossen ist und daher der Innen­ fläche des Heizelements 9 eine Spannung zuführen kann. Die Stirnflächen des Heizelements 9 und der Elektroden­ schicht 24 sind mit Isoliermaterial 26 wie beispielsweise einem isolierenden Anstrich elektrisch gegenüber dem Achsteil 28 isoliert. Mittels des Isoliermaterials 26a wie eines isolierenden Anstrichs ist auch das Achsteil 27 elektrisch gegenüber den Stirnflächen des Heizele­ ments 9 und der Tragwalze 11 isoliert.

Durch Anlegen einer Spannung aus einer Spannungs­ quelle 6a an die Achsteile 27 und 28 über die Schleif­ kontakte 23, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, erhält das Heizelement 9 Spannung in Radialrichtung, um damit eine Temperatur für die Wärmefixierung des Tonerbilds zu erreichen. Die Elektrodenschicht 24 ist mit einer dün­ nen den Toner abstoßenden Deckschicht 10 bedeckt.

Dieses Anlegen der Spannung in Radialrichtung ist natürlich auch dann möglich, wenn das Heizelement selbst die Tragwalze bildet. Darüber hinaus kann auch bei der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung die Andruckrolle gleich­ falls mit einem Heizelement so ausgestattet sein, wie es im vorstehenden in bezug auf die Fixierwalze 7 er­ läutert wurde.

Die Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Heizvorrichtung mit einer Fixierwalze 29, einer An­ druckwalze 30 und einer Heizwalze 31. Die Fixierwalze 29 hat einen festen Kern 32, der mit einer dicken elasti­ schen Abdeckung 33 aus Silikonkautschuk oder fluoriertem Kautschuk mit Abstoßungs- und Wärmeisolier-Eigenschaften bedeckt ist, während die Andruckwalze 30 einen festen Kern 34 hat, der mit einer dünnen abstoßenden Beschichtung 35 bedeckt ist, welche beispielsweise aus Silikonkautschuk oder Tetrafluorethylen-Harz besteht. Die Walzen 29 und 30 werden unter gegenseitiger Berührung in die durch die Pfeile angezeigten Richtungen gedreht, um das Blatt 14 durch den Klemmspalt zwischen ihnen hindurch zu trans­ portieren und dabei das Tonerbild 15 thermisch auf dem Blatt 14 zu fixieren. Die Heizwalze 31 wird unter An­ druckberührung mit der Fixierwalze 29 in Pfeilrichtung gedreht und erwärmt dabei den Umfang der Fixierwalze 29 auf eine für das Schmelzen des Tonerbilds geeignete Temperatur. Die Heizwalze 31 ist mit einem Heizelement 36 versehen, das auf gleiche Weise wie das Heizelement 9 in einem Bindemittel verteilte PTC-Keramikteilchen ent­ hält. Falls das Bindemittel ein Kautschukmaterial ist, ist das Heizelement 36 um eine Tragwalze 37 aus Edel­ stahl oder Glas herumgeformt, während die Tragwalze 37 weggelassen werden kann, wenn ein Bindemittel wie Glas eine ausreichende Steifigkeit ergibt. Durch Anlegen einer Spannung mittels einer geeigneten Einrichtung, wie sie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, wird das Heizelement 36 auf eine bestimmte Temperatur erwärmt, um auf die vorangehend beschriebene Weise die Walze 29 zu erwärmen.

Das Heizelement 36 kann an seinem Umfang mit einer dünnen, den Toner abstoßenden Beschichtung beispielsweise aus Silikonkaut­ schuk oder Tetrafluorethylen-Harz versehen sein. Ferner kann im Gegensatz zu der in Fig. 8 gezeigten Anordnung die das Tonerbild 15 tragende Fläche des Blatts 14 so angeordnet sein, daß es der Walze 30 gegenüberliegt. Weiterhin kann zur weiteren Steigerung der Fixierge­ schwindigkeit die Walze 30 gleichfalls mit einem dem vorstehend beschriebenen Heizelement 36 gleichartigen Heizelement versehen sein.

Die Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Heizvorrichtung, bei dem eine Heizplatte 38 ein Heizelement 41 aufweist, das gemäß den vorangehenden Erläuterungen die in einem Bindemittel verteilten PTC- Keramikteilchen enthält, aber zu einer Platte geformt ist. Das Heizelement ist an seiner oberen und seiner unte­ ren Fläche jeweils mit einer Elektrodenschicht 39 bzw. 40 aus aufgedampftem Metall wie beispielsweise Kupfer, Silber oder Nickel versehen, wobei die Elektrodenschicht 39 mit einer reibungsarmen wärmebeständigen Beschichtung 42 abgedeckt ist, die beispielsweise aus einem Tetra­ fluorethylen-Harz gebildet ist. Die Elektrodenschichten 39 und 40 empfangen aus einer Spannungsquelle 6 eine bestimmte Spannung, wodurch das Heizelement 41 auf eine Temperatur erwärmt wird, die das Wärmefixieren des Toner­ bilds 15 an dem Blatt 14 ermöglicht. Das Blatt 14 wird so transportiert, daß seine vom Tonerbild 15 freie Fläche mit der Beschichtung 42 in Berührung gelangt, wobei das mittels der Heizplatte 38 erwärmte Tonerbild an dem Blatt fixiert wird. Das Blatt 14 kann jedoch auch so befördert werden, daß es zwar von der Heizplatte 38 in Abstand steht, dieser jedoch gegenübergesetzt ist, so daß das Tonerbild durch Strahlungswärme fixiert wird. In einem solchen Fall kann die das Tonerbild 15 tragende Fläche des Blatts 14 der Heizplatte 38 zugewandt werden und in bestimmten Fällen die den Toner abstoßende bzw. reibungsarme Beschichtung 42 weggelassen werden. Ferner ist es natürlich im Gegensatz zum Anlegen der Spannung in Richtung der Dicke des Heiz­ elements 41 möglich, die Spannung senkrecht zu der Dicken-Richtung anzulegen, also in Richtung parallel zur Transportrichtung des Blatts 14 oder in Richtung der Breite des Blatts.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränken sich zwar auf Vorrichtungen zum Fixieren des Toners durch thermisches Schmelzen, jedoch ist die Heiz- Vorrichtung auch bei einer Fixiervorrichtung anwendbar, die so ausgebildet ist, daß der Toner an dem Trägerblatt hauptsächlich durch Druck beim Zusammenpressen zwischen einem Paar von Walzen mit einem Druck, der normalerweise mindestens gleich 10 kg je cm Länge der Walzen beträgt und zusätzliches Erwärmen des Toners und des Aufzeichnungsträgerblattes fixiert wird. In diesem Fall kann die dem Toner zuzuführen­ de Wärmemenge geringer als bei der Wärmeschmelzungs-Fixie­ rung sein, so daß das in dem Bindemittel verteilte PTC- Keramikmaterial reines BaTiO₃-Keramikmaterial mit einer Curie-Temperatur von ungefähr 120° C oder ein BaTiO₃- Keramikmaterial mit abgesenkter Curie-Temperatur sein kann, bei welchem ein Teil des Bariums durch Strontium oder andere geeignete Elemente ersetzt ist.

Zur Erzielung einer höheren Curie-Temperatur kann ferner das Heizelement mit BaTiO₃-PTC-Keramikteilchen aufgebaut sein, in welchen ein Teil des Bariums durch Blei oder irgendwelchen anderen geeigneten Elemente ersetzt ist.

Da die Heizelemente bei den vorangehend beschrie­ benen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung mit in einem Bindemittel verteiltem Keramikmaterial mit PTC-Eigenschaften aufge­ baut sind, ist es möglich, nicht nur eine gleichförmige Wärmeverteilung, sondern auch eine beliebige Wärmever­ teilung zu erzielen. Beispielsweise besteht bei der Fixierwalze einer Fixiervorrichtung die Neigung, daß sie an den Endteilen die Wärme schneller verliert als in dem mittleren Teil. Zum Vermeiden dieser Erscheinung und zum Erzielen einer gleichförmigeren Wärmeverteilung kann die Menge an PTC-Keramikmaterial in den Endteilen gesteigert oder in dem mittleren Teil verringert werden. Natürlich kann auf die gleiche Weise nach Belieben und leicht eine Wärmeverteilung in anderen Formen erzielt werden.

Wie im vorstehenden ausführlich erläutert ist, erlaubt es das Heizelement der Heizvorrichtung, das einem PTC-Halbleiter-Keramikmaterial gleichartige PTC- Eigenschaften zeigt und auch bei großen Abmessungen frei von Rissen oder Qualitäts-Ungleichmäßigkeiten ist, eine gleichförmige Oberflächen-Wärmeerzeugung und eine gewünschte Wärmemenge zu erzielen. Ferner gewährleisten die günstigen Bearbeitungseigenschaften eine Herstellung des Heizelements in gewünschter Form und mit gewünschten Abmessungen zu geringen Kosten.

Das Heizelement, bei dem die PTC-Keramikstoffe in Form von in einem Bindemittel verteilten Teilchen ver­ wendet werden, ist gleichförmig und frei von Rissen, so daß es als Wärmequelle in der Bildfixiervorrichtung ein gleichförmiges Fixieren des Bilds ermöglicht. Ein einwandfreies Fixieren wird auch dadurch unterstützt, daß ein genaues Formen zu einer gewünschten Gestalt und auf gewünschte Abmessungen möglich ist, wobei das ein­ fache Formen zu einer preiswerten Fixiervorrichtung führt.

Claims (8)

1. Elektrische Heizeinrichtung einer elektrophotographi­ schen Vorrichtung zum Fixieren eines Tonerbildes auf einem Aufzeichnungsträger mit einer Walze oder einer Platte, wo­ bei auf der Walze oder der Platte eine wärmeerzeugende Schicht ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeerzeugende Schicht erhalten worden ist, indem gesin­ tertes PTC-Keramikmaterial zerkleinert wird und dessen zer­ kleinerte PTC-Keramikteilchen in einem Bindemittel mit ei­ ner Wärmeleitfähigkeit dispergiert werden, die größer als diejenige des PTC-Keramikmaterials ist.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Walze (7), auf der die wärmeerzeugende Schicht ausgebildet ist und eine zweite Walze (8) für den Transport eines Aufzeichnungsträgers durch einen zwischen den Walzen (7, 8) gebildeten Spalt.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß auch auf der zweiten Walze (8) die wärmeerzeugende Schicht ausgebildet ist.

4. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Walze (31), auf der die wärmeerzeugende Schicht ausgebildet ist, eine zweite Walze (29) und eine dritte Walze (30), wobei der Aufzeichnungsträger zwischen einem durch die zweite (29) und die dritte Walze (30) gebildeten Spalt hindurchführbar ist.

5. Heizeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß auch auf der dritten Walze (30) die wärmeerzeu­ gende Schicht ausgebildet ist.

6. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die PTC-Keramikteilchen in gegenseitigem elektrischen Kontakt stehen.

7. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Walze (7; 31) mit einer den Toner abstoßenden Deckschicht versehen ist.

8. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die den Toner abstoßende Deckschicht an einer Seite der wärmeerzeugenden Schicht vorgesehen ist, die dem Aufzeichnungsträger gegenübersteht.