DE4129734A1

DE4129734A1 - Fixiervorrichtung

Info

Publication number: DE4129734A1
Application number: DE4129734A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Muto; Makoto Hasegawa
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1991-09-06
Publication date: 1992-03-26
Also published as: GB2248425B; US5216225A; JP3036028B2; GB2248425A; GB9119353D0; JPH04119384A

Description

US-Patentanmeldung Serien-Nr. 07/5 70 622, eingereicht am 21.8.1990, jetzt US-Patent 50 40 022 im Namen von Naohisa KI- NOSHITA, Hiroyuki KASHIMA, Makoto HASEGAWA, Toshihiro TSUZUKI und Kiyoshi MUTO wird durch Bezugnahme hier ausdrücklich in seiner Gesamtheit eingeschlossen.

Die Erfindung betrifft eine Fixiervorrichtung zum Fixieren eines Tonerbildes auf einem Schichtträgermedium wie zum Bei spiel einem Blatt Papier, indem das Tonerbild erhitzt und darauf gepreßt wird.

Es ist bisher bekannt, ein Tonerbild auf einem geeigneten Schichtträgermedium durch ein Elektrofotografieverfahren, ein elektrostatisches Kopierverfahren oder ein magnetisches Ko pierverfahren zu erzeugen und dann das gebildete Tonerbild durch eine Fixiervorrichtung zum Erhitzen und Pressen des Bildes zu fixieren.

In US-Patent 46 03 245 ist eine solche Fixiervorrichtung of fenbart, welche eine Wärmefixierwalze umfaßt, ferner ein Ha logenheizelement zum Aufheizen der Walze, einen Thermistor zum Ermitteln der Oberflächentemperatur der Walze und eine Temperatursteuereinrichtung zum Steuern ihrer Oberflächentem peratur durch Ein-oder Ausschalten des Halogenheizelementes. Die Temperatursteuereinrichtung steuert das Halogenheizele ment in der Weise, daß, wie in Fig. 5 gezeigt, zwei ver schiedene Temperaturen t₁ und t₂ voreingestellt werden, bei einer von denen das Heizelement ausgeschaltet wird, und bei der anderen von denen das Heizelement eingeschaltet wird, daß, wenn diese Temperaturen abwechselnd ermittelt werden, ein Zeitgeber gestartet wird, und daß das Heizelement auf EIN und AUS gehalten wird, bis durch den Zeitgeber voreinge stellte, vorbestimmte Zeitspannen a bzw. b vorbei sind. Daher wird die Temperatur der Fixierwalze so gesteuert, daß sie in nerhalb eines bestimmten Bereichs von zwei vorbestimmten Tem peraturen t₁ und t₂ fluktuiert. Der Thermistor ermittelt je doch im allgemeinen die Temperatur der Fixierwalze mit einer Zeitverzögerung, was einen Unterschied zwischen einer durch den Thermistor ermittelten Temperatur und einer tatsächlichen Oberflächentemperatur der Fixierwalze bewirkt. Das heißt, selbst wenn das Heizelement eingeschaltet wird, um die Tempe ratur der Fixierwalze auf eine Temperatur oberhalb der vorbe stimmten Temperatur t₁ (zum Beispiel 180°C) anzuheben, ist die durch den Thermistor ermittelte Temperatur niedriger als die vorbestimmte Temperatur, und das Heizelement wird auf EIN gehalten. Wenn eine durch den Thermistor ermittelte Tempera tur auf eine Temperatur über oder gleich der vorbestimmten Temperatur t₁ angehoben ist, wird das Heizelement ausgeschal tet, Zu diesem Zeitpunkt ist jedoch die tatsächliche Tempera tur auf eine höhere Temperatur (zum Beispiel 200°C) angehoben als die vorbestimmte Temperatur. Insbesondere wird, je länger eine Leuchtzeit des Heizelementes wird, umso größer ein Zu nahmeverhältnis je Zeiteinheit der Temperatur des Heizelemen tes und vergrößert damit den Unterschied zwischen der ermit telten Temperatur der Fixierwalze und ihrer tatsächlichen Temperatur. Wenn das Heizelement ausgeschaltet wird, sinkt wahrscheinlich ebenso die tatsächliche Temperatur unter eine vorbestimmte Temperatur t₂ ab. Infolgedessen tritt ein Über schwingen der Temperatur der Fixierwalze auf, wie durch eine gestrichelte Linie O in Fig. 5 angedeutet, und die Tempera tur der Fixierwalze kann tatsächlich nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der zwei unterschiedlichen Temperatu ren gesteuert werden. Daher kann eine stabile Fixierung von Toner auf einem Blatt Papier nicht durchgeführt werden.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Fixiervorrich tung, welche ein Überschwingen der Temperatur vermindern kann, um die Temperatur einer Wärmefixierwalze konstant zu halten, und welche eine stabile Fixierung von Toner auf einem Schichtträgermedium durchführen kann.

Gemäß der Erfindung wird eine Fixiervorrichtung zur Wärmefi xierung eines auf einem Aufzeichnungsmedium entwickelten Tonerbildes geschaffen, welche umfaßt: eine Wärmefixierwalze zur Wärmefixierung des Tonerbildes auf dem Aufzeichnungsme dium, ein Heizelement zum Aufheizen der Wärmefixierwalze, ein Temperaturermittlungselement zum Ermitteln der Oberflächen temperatur der Wärmefixierwalze, einen Zähler zum Zählen der Leuchtzeit des Heizelementes, eine Temperaturbestimmungsein richtung zum Bestimmen einer Temperatur entsprechend einer von dem Zähler gezählten Leuchtzeit sowie eine Steuereinrich tung zum Vergleichen einer durch das Temperaturermittlungs element ermittelten Temperatur der Wärmefixierwalze mit einer durch die Temperaturbestimmungseinrichtung bestimmten Tempe ratur, um das Heizelement ein- oder auszuschalten.

Der Zähler startet seine Zählung in dem Zeitpunkt, in dem das Heizelement eingeschaltet wird. Die Temperaturbestimmungsein richtung bestimmt eine Temperatur entsprechend einer Leucht zeit des Heizelementes. Die Steuereinrichtung vergleicht die ermittelte Temperatur mit der bestimmten Temperatur, um das Heizelement ein- oder auszuschalten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des Aufbaus der Erfindung;

Fig. 2 eine Tabelle der Beziehung zwischen einer Leucht zeit eines Heizelementes und einer entsprechend seiner Leuchtzeit bestimmten Temperatur;

Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm eines Temperatursteurpro gramms der Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm einer Veränderung der Oberflächentem peratur einer Wärmefixierwalze; und

Fig. 5 ein Diagramm einer Veränderung der Oberflächentem peratur einer Wärmefixierwalze gemäß einer herkömm lichen Temperatursteuerung.

In Fig. 1 umfaßt eine Fixiervorrichtung M gemäß der Erfin dung eine Wärmefixiereinheit U₁ zur Wärmefixierung eines Tonerbildes i auf einem Aufzeichnungs- oder Schichtträgerme dium m und eine Steuereinheit U₂ zur Steuerung der Wärmefi xiereinheit U₁. Die Wärmefixiereinheit U₁ weist eine Wärmefi xierwalze 1 auf, die mit konstanter Drehzahl gedreht wird, und eine Druckwalze 2, die zusammen mit der Wärmefixierwalze 1 gedreht wird, während sie diese kontaktiert. Eine solche Wärmefixiereinheit U₁ ist allgemein bekannt und in einer Ko piermaschine montiert, wie in US-Patent 50 40 022 offenbart, das von dem gleichen Anmelder eingereicht wurde. Die Wärmefi xierwalze 1 weist innen ein Heizelement 3 wie beispielsweise eine Halogenlampe auf zum Aufheizen der Oberfläche der Wärme fixierwalze 1. Das Aufzeichnungsmedium m, auf dem das Toner bild i durch ein bekanntes (nicht gezeigtes) Entwicklungsver fahren entwickelt wird, wird zwischen die zwei Walzen 1 und 2 zugeführt, um dadurch erhitzt und gepreßt zu werden.

Die Steuereinheit U₂ umfaßt eine Steuerschaltung 4 zur Steue rung der Oberflächentemperatur der Wärmefixierwalze 1, eine Heizelement-Ansteuerschaltung 5 zum Ein- und Ausschalten des Heizelementes 3 entsprechend einem Heizelement-Steuersignal von der Steuerschaltung 4, einen Thermistor 6, der an der äußeren Oberfläche der Wärmefixierwalze 1 angeordnet ist, um die Oberflächentemperatur der Wärmefixierwalze 1 zu ermit teln, einen Zähler 7 zum Zählen der Leuchtzeit des Heizele mentes 3, eine Bestimmungstemperaturtabelle 8, die eine Art Speicher ist und beschreibt eine Mehrzahl vorbestimmter Tem peraturen der Wärmefixierwalze 1 in Entsprechung zu einer Mehrzahl entsprechender unterteilter Gruppen der Heizelement- Leuchtzeit sowie einen Bestimmungstemperaturspeicher 9 zum Speichern einer vorbestimmten Temperatur, die aus der in Fi gur 2 gezeigten Bestimmungstemperaturtabelle 8 abgelesen ist.

Der Zähler 7 startet das Zählen der Leuchtzeit des Heizele mentes 3 zum gleichen Zeitpunkt, in dem das Heizelement 3 durch die Heizelement-Ansteuerschaltung 5 eingeschaltet wird, und beendet das Zählen, wenn die Temperatur der Wärmefixier walze 1 ansteigt, bis eine durch den Thermistor 6 ermittelte Temperatur eine bestimmte in Fig. 2 gezeigte Temperatur er reicht und infolgedessen das Heizelement 3 ausgeschaltet wird. Die Steuerschaltung 4 liest die Leuchtzeit des Heizele mentes 3, die durch den Zähler 7 gezählt wird, wenn das Heiz element 3 eingeschaltet wird, und liest aus der Tabelle 8 eine der Leuchtzeit des Heizelementes 3 entsprechende vorbe stimmte Temperatur ab, um die gelesene vorbestimmte Tempera tur in dem Bestimmungstemperaturspeicher 9 zu speichern. Die in dem Bestimmungstemperaturspeicher 9 gespeicherte bestimmte Temperatur wird mit der tatsächlichen Temperatur der Wärmefi xierwalze 1 verglichen, die durch den Thermistor 6 ermittelt worden ist. Die Temperatur der Wärmefixierwalze 1 fluktuiert um eine gewünschte Temperatur, wie in Fig. 4 gezeigt.

Fig. 2 ist eine Tabelle, die eine Mehrzahl bestimmter Tempe raturen entsprechend einer Mehrzahl unterteilter Gruppen der Leuchtzeit des Heizelementes 3 zeigt. Die Tabelle wird im voraus in einer Art Speicher gespeichert. Wenn zum Beispiel die Leuchtzeit 75 Sekunden beträgt, beträgt die bestimmte Temperatur 173°C. Je länger die Leuchtzeit wird, umso niedri ger wird die bestimmte Temperatur. Dies rührt daher, daß, je länger die Leuchtzeit wird, umso mehr ein Zunahmeverhältnis je Zeiteinheit der Temperatur der Wärmefixierwalze 1 wird, während eine Verzögerungszeit bezüglich der ermittelten Tem peratur durch den Thermistor 6 konstant ist ohne Rücksicht auf die ermittelte Temperatur. Wenn das Heizelement 3 über eine lange Zeit eingeschaltet ist, um das Zunahmeverhältnis je Zeiteinheit der Temperatur der Wärmefixierwalze 1 zu erhö hen, wird die Differenz zwischen der durch den Thermistor 6 ermittelten Temperatur der Wärmefixierwalze 1 und der tat sächlichen Temperatur der Wärmefixierwalze 1 vergrößert. Da her ist in Tabelle 8 als jede bestimmte Temperatur ein Wert gezeigt, bei dem die Differenz zwischen den zwei verglichenen Temperaturen abgezogen ist von zum Beispiel 180°C, welches die optimale Fixiertemperatur für einen Toner ist, der für eine Kopiermaschine verwendet wird. Wenn zum Beispiel die Leuchtzeit des Heizelementes 3 95 Sekunden beträgt, ist die bestimmte Temperatur 160°C, da die Differenz zwischen der tatsächlichen Oberflächentemperatur der Wärmefixierwalze 1 zu diesem Zeitpunkt und ihrer durch den Thermistor 6 ermittelten Temperatur annähernd 20°C beträgt.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Oberflä chentemperatur der Wärmefixierwalze 1 zeigt, nachdem das Heizelement 3 anfänglich eingeschaltet worden ist. Die Ab szisse des Diagramms zeigt die Zeit (in Sekunden) vom Ein schalten des Heizelementes 3 an, während die Ordinate die durch den Thermistor 6 ermittelte Temperatur anzeigt. Wenn die Leuchtzeit des Heizelementes 3 95 Sekunden beträgt und die Oberflächentemperatur der Wärmefixierwalze 1 160°C be trägt, wird das Heizelement 3 ausgeschaltet, da die bestimmte Temperatur entsprechend der dann vorliegenden Leuchtzeit auf der Tabelle 8 160°C beträgt. In diesem Zeitpunkt ist die tatsächliche Oberflächentemperatur der Wärmefixierwalze 1 die optimale Fixiertemperatur eines Toners, das heißt annähernd 180°C, und der Thermistor 6 ermittelt die Temperatur von 180°C mit einer Zeitverzögerung td. Danach wird das Heizele ment 3 wiederholt ein- und ausgeschaltet auf die nachfolgend beschriebene Weise.

Eine Temperatursteuerung der Fixiervorrichtung M wird nun an hand von Fig. 3 beschrieben.

Der Ablauf beginnt in einem Zustand, in dem die Temperatur der Wärmefixierwalze 1 höher ist als die optimale Fixiertem peratur und das Heizelement 3 ausgeschaltet ist.

Zuerst wird in Schritt S1 jede bestimmte Temperatur anfäng lich in der Bestimmungstemperaturtabelle 8 bestimmt gemäß der optimalen Fixiertemperatur eines zu verwendenden Toners. Das heißt, wenn die optimale Fixiertemperatur des Toners, der verwendet werden soll, 180°C beträgt, wird ein Wert 180 in der obersten Zeile entsprechend einer Leuchtzeit von 0 bis 65 Sekunden bestimmt, wie in Fig. 2 gezeigt. Dann wird jeder Wert in jeder Zeile entsprechend jeder Gruppe von unterteil ten Heizelement-Leuchtzeiten gemäß der optimalen bestimmten Temperatur von 180°C bestimmt. In Schritt S2 wird dann durch den Thermistor 6 die Temperatur der Wärmefixierwalze 1 ermit telt. Es wird in Schritt S3 festgestellt, ob die ermittelte Temperatur höher ist als die bestimmte Temperatur, das heißt 180°C, oder nicht. Wenn die ermittelte Temperatur höher ist als die bestimmte Temperatur, das heißt, wenn die tatsächli che Temperatur der Wärmefixierwalze höher ist als die opti male Temperatur, kehrt der Prozess zu Schritt S2 zurück. Wenn die ermittelte Temperatur nicht höher ist als die bestimmte Temperatur, das heißt, wenn ihre tatsächliche Temperatur un ter die optimale Temperatur fällt, wird das Heizelement 3 in Schritt S4 eingeschaltet, und gleichzeitig beginnt in Schritt S5 der Zähler 7 seine Zählung. In Schritt S6 wird die Tempe ratur der Wärmefixierwalze 1 durch den Thermistor 6 ermit telt.

In Schritt S7 wird dann bestimmt, ob die ermittelte Tempera tur höher ist als die bestimmte Temperatur. Wenn die ermit telte Temperatur höher ist als die bestimmte Temperatur, geht der Ablauf zu Schritt S8, in welchem das Heizelement 3 ausge schaltet wird. Dann beendet in Schritt S9 der Zähler 7 seine Zählung, und in Schritt S10 wird der Zähler 7 gelöscht. Nach dem das Heizelement 3 ausgeschaltet worden ist, sinkt die Oberflächentemperatur der Wärmefixierwalze 1. Dann kehrt der Ablauf zu Schritt S2 zurück, in welchem der Thermistor 6 die Temperatur der Wärmefixierwalze 1 ermittelt.

Wenn in dem Schritt S7 die ermittelte Temperatur der Wärmefi xierwalze 1 nicht höher ist als die bestimmte Temperatur, das heißt, die tatsächliche Temperatur der Wärmefixierwalze 1 niedriger ist als die bestimmte Temperatur, liest die Steuer schaltung 4 in Schritt S11 die Leuchtzeit des Heizelementes 3, welche von dem Zähler 7 gezählt ist. In Schritt S12 wird die bestimmte Temperatur, die der in Schritt S11 gelesenen Leuchtzeit entspricht, aus der in Fig. 2 gezeigten Tabelle 8 ausgelesen, um den Wert der Temperatur in dem Bestimmungstem peraturspeicher 9 zu speichern. Wenn zum Beispiel die Leucht zeit 75 Sekunden beträgt, wird ein Wert 173°C als bestimmte Temperatur in dem Speicher 9 gespeichert. Mit Ablauf der Zeit verändert sich die bestimmte Temperatur so, daß sie abfällt, und die Schritte S6, S7, S11 und S12 werden wiederholt, bis die aktualisierte bestimmte Temperatur höher wird als die tatsächliche ermittelte Temperatur. Wenn in Schritt S7 die ermittelte Temperatur höher wird als die gemäß der Leuchtzeit des Heizelementes 3 aktualisierte bestimmte Temperatur, schreitet der Prozeß wieder zu Schritt S8 fort, um das Heiz element 3 abzuschalten. Auf diese Weise wird die Temperatur steuerung derart durchgeführt, daß die Temperatur der Wärme fixierwalze 1 um die optimale Fixiertemperatur für einen zu verwendenden Toner herum fluktuiert, wie in Fig. 4 gezeigt.

Gemäß der Erfindung kann diese eine Zeitverzögerung bei der Ermittlung des Thermistors 6 zum Bestimmen einer vorbestimm ten Temperatur entsprechend der Leuchtzeit des Heizelementes 3 zum Vergleichen der vorbestimmten Temperatur mit der ermit telten Temperatur der Wärmefixierwalze 1 kompensieren. Daher wird ein Überschwingen der Temperatur der Wärmefixierwalze 1 vermindert und damit eine stabile Fixierung eines Toners auf einem Bildaufzeichnungsmedium sichergestellt.

Die Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform be schränkt, und es können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden. Zum Beispiel können die Bestimmungstemperaturtabelle 8 und der Bestimmungstemperaturspeicher 9 als eine Tempera turbestimmungseinrichtung aufgebaut sein, und es kann jedoch eine Temperaturbestimmungseinrichtung verwendet werden, in welcher die Leuchtzeit des Heizelementes 3 gezählt wird, nachdem der Bestimmungstemperaturspeicher 9 anfänglich be stimmt ist, und der Wert des Speichers 9 wird vermindert, wenn die Leuchtzeit des Heizelementes 3 groß wird.

Claims

1. Fixiervorrichtung zur Wärmefixierung eines auf einem Aufzeichnungsmedium entwickelten Tonerbildes, gekennzeichnet durch:

a) eine Wärmefixierwalze (1) zur Wärmefixierung des Toner bildes (i) auf dem Aufzeichnungsmedium (m),
b) ein Heizelement (3) zum Aufheizen der Wärmefixierwalze,
c) ein Temperaturermittlungselement (6) zum Ermitteln einer Oberflächentemperatur der Wärmefixierwalze (1),
d) einen Zähler (7) zum Zählen der Leuchtzeit des Heizele mentes (3) ,
e) eine Temperaturbestimmungseinrichtung (8, 9) zum Bestim men einer Temperatur entsprechend einer von dem Zähler (7) gezählten Leuchtzeit und
f) eine Steuereinrichtung (4) zum Vergleichen einer durch das Temperaturermittlungselement (6) ermittelten Temperatur der Wärmefixierwalze (1) mit einer durch die Temperaturbe stimmungseinrichtung (8, 9) bestimmten Temperatur, um das Heizelement (3) ein- oder auszuschalten.

2. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Temperaturbestimmungseinrichtung eine Tabelle der bestimmten Temperatur umfaßt zum Zeigen einer Mehrzahl unterteilter Gruppen der Leuchtzeit des Heizelementes und eine Mehrzahl von jeweiligen den Gruppen der Leuchtzeit ent sprechenden bestimmten Temperaturen sowie einen Bestimmungs temperaturspeicher (9) zum Speichern einer vorbestimmten Tem peratur, die einer in der Tabelle gezeigten Leuchtzeit ent spricht, wobei die bestimmten Temperaturen bestimmt werden unter Berücksichtigung einer Zeitverzögerung bei der Ermitt lung des Temperaturermittlungselementes (6).

3. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Steuereinrichtung (4) die Temperatur der Wärme fixierwalze (1) in der Weise steuert, daß das Heizelement (3) ausgeschaltet wird, wenn eine durch das Temperaturermitt lungselement (6) ermittelte Temperatur der Wärmefixierwalze (1) höher ist als eine bestimmte Temperatur, die aktualisiert ist gemäß der Länge der Leuchtzeit des Heizelementes (3), und daß das Heizelement eingeschaltet gehalten wird, wenn die er stere Temperatur nicht höher ist als die letztere Temperatur.

4. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Temperaturermittlungselement einen Thermistor (6) umfaßt.

5. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Steuereinrichtung (4) das Heizelement (3) durch eine Heizelement-Ansteuerschaltung (5) steuert.