DE4208165A1

DE4208165A1 - Waermefixiervorrichtung

Info

Publication number: DE4208165A1
Application number: DE4208165A
Authority: DE
Inventors: Masao Mitani; Susumu Takahashi; Naoki Oda
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1991-03-14
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1992-10-15
Also published as: US5278618A; JPH04284481A

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmefixiervorrichtung in einer Bilderzeugungsvorrichtung.

Eine bekannte Fixiervorrichtung in einer Bilderzeugungsvorrichtung, die ein elektrofotografisches Verfahren verwendet, ist eine Wärmefixiervorrichtung, die aus einem Paar Walzen besteht, die in Drehung versetzt werden, während sie gegeneinandergedrückt werden. Zur Verbesserung der thermischen Effizienz und der Bildfixierkennwerte der Vorrichtung hat mindestens eine der Walzen eine Wärmeerzeugereinheit. Eine Temperaturdetektorvorrichtung, wie beispielsweise ein Thermistorelement, wird in Anlage an der Oberfläche der Walze gehalten, die die Wärmeerzeugereinheit aufweist (und die anschließend bei Bedarf als "Heizwalze" bezeichnet wird). Die Temperaturdetektorvorrichtung arbeitet mit einer Stromversorgung zur Steuerung der Temperatur zusammen, um die Oberflächentemperatur der Heizwalze auf eine Bildfixiertemperatur einzustellen. Ein Kopieblatt, auf das ein Tonerbild übertragen wurde, wird durch die somit beheizten Walzen geführt, so daß das Tonerbild auf dem Kopieblatt durch Wärme und Druck fixiert wird.

Die Heizwalze ist im allgemeinen wie folgt ausgebildet:

Ein umhülltes Heizelement oder ein Halogenlampe-Heizelement ist fest in eine Metallwalze eingeführt. Jedoch ist eine in dieser Weise ausgebildete Heizwalze in folgender Hinsicht nachteilig: Eine Zeitspanne, die zur Erhöhung der Temperatur der Walze auf eine Bildfixiertemperatur von etwa 130°C erforderlich ist, ist verhältnismäßig lang, länger als 1 Minute. Darüber hinaus hat das Heizelement eine hohe Temperatur, 250 bis 300°C oder mehr. Entsprechend schwankt die Oberflächentemperatur der Heizwalze in einem weiten Bereich, so daß leicht eine unerwünschte Abweichung auftritt. Darüber hinaus ist aus dem gleichen Grund der Stromverbrauch groß, mehr als 800 W.

Um die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten zu beseitigen, wurde das nachfolgende Wärmefixiersystem vorgeschlagen (siehe die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 17 061/1978 und US-PS 38 11 828). In dem System wird eine stationäre Wärmeerzeugereinheit in enge Anlage mit einem Kopieblatt gebracht, auf dem ein Tonerbild angeordnet ist, um fixiert zu werden, mittels einer dünnen endlosen, wärmebeständigen Harzfolie, die synchron mit dem Kopieblatt bewegt wird. Ein konkretes Beispiel des Systems ist in Japanese Electrophotographic Society, Juni 1990, angegeben. Insbesondere wurde das konkrete Beispiel des Systems als ein SURF-System von Canon Co., Ltd. angegeben. Bei dem System ist bei einer Bildfixiergeschwindigkeit von 6 A4-Kopien/min und einer erforderlichen Zeitspanne zur Erzielung einer Bildfixiertemperatur (die anschließend als "Temperaturanstiegszeit" bei Bedarf bezeichnet wird) von 5 Sekunden oder weniger, die stationäre Wärmeerzeugereinheit bei 180 bis 190°C, und die erforderliche elektrische Heizleistung ist 400 bis 450 W. Diese Zahlenwerte besagen, daß das SURF-System in seiner Leistung neuartig ist.

Anschließend werden im wesentlichen in der Reihenfolge des Auftretens gemäß dem Stand der Technik bekannte Methoden bezüglich des SURF-Systems aufgeführt:

1) Erstes Verfahren: Ein stationäres Wärmeerzeugerelement auf einer vorgegebenen Temperatur wird über einen dünnen endlosen Harzriemen, der mit der gleichen Geschwindigkeit wie das zu fixierende Blatt bewegt wird, gegen das zu fixierende Blatt gedrückt, um den Toner auf dem zu fixierenden Blatt einem Fixiervorgang zu unterziehen. Das Verfahren ist darauf abgestellt, die Zeitspanne zu verringern, die zum Beginn des Fixiervorganges erforderlich ist, und den Leistungsverbrauch zu erniedrigen (US-PS 38 11 828).
2) Zweites Verfahren: Ein wärmeleitendes endloses Band wird über eine Heizwalze und eine Führungswalze gelegt. Ein zu fixierendes Blatt wird auf dem Band an der Seite der Heizwalze geladen. Das somit zugeführte, zu fixierende Blatt wird gefördert, während es gegen das Band gedrückt wird und wird anschließend vom Band an der Seite der Führungswalze abgegeben. Während dieses Vorganges wird der Toner auf dem zu fixierenden Blatt, der noch nicht fixiert wurde, in der Nachbarschaft der Heizwalze geschmolzen und während der Förderung des zu fixierenden Blattes in die Nachbarschaft der Führungswalze gekühlt. Das Verfahren ist darauf ausgerichtet, die Größe einer Abweichung (Offset) zu verringern (US-PS 35 78 797).
3) Drittes Verfahren: Beim zweiten Verfahren besteht das wärmeleitende endlose Band aus "Teflon" oder Metall (Japanische Patentanmeldung OPI Nr. 70 633/1974 - der hier verwendete Ausdruck OPI bedeutet eine ungeprüfte, veröffentlichte Anmeldung).
4) Viertes Verfahren: Ein Endlosband aus Metall wird über zwei Walzen gelegt. Das Endlosband wird mit einer Lampe beheizt oder durch die Zufuhr eines elektrischen Stroms unmittelbar, oder mittels elektromagnetischer Induktion. Von außerhalb des Endlosbandes wird ein zu fixierendes Blatt mit Toner zwischen eine der beiden Walzen eingeführt und eine Druckrolle gegen es gedrückt, um den Toner auf dem zu fixierenden Blatt zu fixieren (Japanische Gebrauchsmusteranmeldungen OPI 1 16 961/1982, 1 90 659/1983 und 68 665/1988, und Japanische Patentanmeldung OPI 1 44 084/1989).
5) Fünftes Verfahren: Ein stationäres Wärmeerzeugerelement, das einen Heizvorgang und einen Kühlvorgang wiederholt in einem Impulsbetrieb durchführt, wird über ein endloses Harzband, das mit der gleichen Geschwindigkeit wie das zu fixierende Blatt bewegt wird, gegen das zu fixierende Blatt gedrückt, um den Toner auf dem zu fixierenden Blatt, der noch nicht fixiert wurde, zu schmelzen und zu erhärten (Japanische Patentanmeldungen OPI 3 13 182/1988, 2 63 677/1989 und 2 63 680/1989).
6) Sechstes Verfahren: Ein stationäres Heizelement, das einstückig mit einem PTC-Wärmeerzeugerelement ausgebildet ist und das auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird, wird über ein endloses Harzband, das mit der gleichen Geschwindigkeit wie das zu fixierende Blatt bewegt wird, gegen das zu fixierende Blatt gedrückt, auf dem Toner vorhanden ist, um den Toner auf dem zu fixierenden Blatt zu fixieren (Japanische Patentanmeldungen OPI 2 63 679//1989 und 1 58 782/1990).

Von den vorstehend beschriebenen Verfahren ist das erste Verfahren ein Grundpatent auf ein Band-Verfahren. Diese Idee wurde als das SURF-System zum ersten Mal durch Canon Co., Ltd. in der Praxis eingesetzt.

Das zweite Verfahren kann als Grundpatent auf ein Heiz- und Kühlverfahren angesehen werden, bei dem eine Größe einer Abweichung am mühelosesten verringert werden kann. Es hat jedoch den Anschein, daß es nicht in der Praxis verwendet wurde, da es eine verhältnismäßig lange Zeitspanne benötigt, um den erhitzten und geschmolzenen Toner und die Oberfläche des erhitzten, zu fixierenden Blattes auf eine Temperatur abzukühlen, bei der die Viskosität des Toners ausreichend groß ist, was bewirkt, daß die Fixiereinheit unvermeidlich sperrig wird und die Fixiergeschwindigkeit niedrig ist. Das dritte Verfahren ist ähnlich dem zweiten Verfahren. Bei der Beschreibung dieser Ausführung findet sich ein Satz, wonach "das Band" ein spiegelglatt bearbeitetes dünnes, endloses Band aus rostfreiem Stahl, wie auch ein endloses Band aus Teflon sein kann. Das Verfahren wurde noch nicht in der Praxis durchgeführt.

Das vierte Verfahren ist eines der bekannten Verfahren zum Aufheizen eines Metallbandes; es ist jedoch schwierig auszuführen. Das Ziel des Verfahrens ist nicht klar. Es hat den Anschein, daß das Verfahren noch nicht in der Praxis eingesetzt wurde.

Beim fünften Verfahren wird der Toner auf dem zu fixierenden Blatt, das über das Harzband seitens des stationären Wärmeerzeugerelementes gedrückt wird, durch die Zufuhr eines Impulsstromes während einer kurzen Zeitspanne erhitzt, so daß er geschmolzen wird. Anschließend wird der somit geschmolzene Toner während einer Zeitspanne gekühlt, die um ein Mehrfaches länger ist als die erforderliche Zeitspanne zur Zufuhr des Impulsstromes, so daß die Viskosität des geschmolzenen Toners erhöht wird. Das zu fixierende Blatt wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit gefördert; d. h. es wird um eine Strecke gefördert, die der Breite des stationären Wärmeerzeugerelementes entspricht, bei jedem Zyklus, bei dem die Zufuhr des Impulsstromes und das Kühlen des Toners durchgeführt werden. In der Praxis ist es notwendig, daß die Bewegungsstrecke des zu fixierenden Blattes kleiner als die Breite des stationären Wärmeerzeugerelementes ist. Es ist offensichtlich, daß das endlose Harzband etwa 30 µm oder mehr haben sollte, obgleich ein konkretes Ausführungsbeispiel (eine Fixiereinheit des SURF-Systems) nicht aufgeführt ist. Um somit den Toner über das endlose Harzband zu erhitzen und zu kühlen, das eine Dicke, wie vorstehend aufgeführt hat, und entsprechend eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist es erforderlich, die Fixiergeschwindigkeit stark zu verringern. Somit ist das Verfahren nicht praxisgemäß. Dies ist der Grund, warum Canon Co., Ltd. das erste Verfahren anstelle des fünften Verfahrens als das SURF-System verwendet hat.

Das sechste Verfahren betrifft eine Heizquelle im stationären Wärmeerzeugerelement beim ersten Verfahren. Die Erfindung hat ein Verfahren zur Lieferung einer Heizzone und einer Kühlzone angegeben; es kann jedoch angenommen werden, daß das sechste Verfahren dem zweiten Verfahren ähnlich ist. Das sechste Verfahren wurde noch nicht praktisch eingesetzt.

Beim ersten Verfahren kann, wie durch das SURF-System bewiesen ist, die Wartezeit, die bis zum Beginn des Fixiervorganges verstreicht, stark verringert werden, und der Leistungsverbrauch kann stark verkleinert werden. Diese hervorragende Erfindung wurde in 20 Jahren praktisch verwendbar gemacht, da es möglich wurde, ein dünnes endloses Band unter Verwendung eines Polyimids mit hoher Steifigkeit und hohem Wärmewiderstand herzustellen. Um das Auftreten einer Abweichung zu verhindern, ist es wesentlich, eine Folie eines Trennmittels, wie beispielsweise PTFE, auf der Oberfläche des Polyimidbandes zu bilden. Das Band kann verwendet werden, bis die somit gebildete Folie sich abschält. Insbesondere kann das Band verwendet werden, um etwa 50 000 Blatt Papier mit A4-Größe zu drucken. Dies ist weniger als die Hälfte der durchschnittlichen Lebensdauer der bekannten, mit Heizwalze ausgestatteten Fixiereinheit.

Andererseits, wird ein endloses Band angetrieben, so mäandert es im allgemeinen. Um das Mäandern des Bandes zu steuern, ist die Verringerung der Dicke des Bandes in einem gewissen Ausmaß begrenzt. Im Falle des SURF-Systems ist die Dicke des Bandes auf etwa 30 µm eingestellt, die PTFE-Schicht eingeschlossen. Diese Dicke behindert die Wärmeübertragung vom stationären Wärmeerzeugerelement und es ist entsprechend erforderlich, die Temperatur des stationären Wärmeerzeugerelementes auf einen Wert einzustellen, der viel höher als die Tonerfixiertemperatur ist.

Die Beheizbarkeit über das PTFE/Polyimid-Zweischichtband mit dieser Dicke hängt vom Wärmewiderstand des Polyimidwerkstoffes ab und es wird geschätzt, daß eine Fixierkapazität von 6 bis 10 A4-Kopien/min die Begrenzung im SURF-System darstellt. Die niedrige Wärmeleitfähigkeit des Zweischichtbandes macht es unmöglich, das zweite Verfahren in der Praxis zu verwenden, und bewirkt bei der Ausübung des fünften Verfahrens, daß die Fixiergeschwindigkeit auf einen Wert eingestellt wird, der zu langsam ist, um praxisgerecht zu sein.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, ist das SURF-System ein neues System, das vorteilhaft ist, da die Temperaturanstiegszeit kurz ist und der Leistungsverbrauch gering ist. Das System hat viele andere herausragende Vorteile. Jedoch leidet das SURF-System noch unter der Schwierigkeit, daß die Wärmefixiervorrichtung eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer hat, bedingt durch die kurze Lebensdauer der dünnen endlosen Polyimidfolie (50 000 Blatt Papier von A4-Größe - die Anwendung des SURF-Systems ist auf eine thermische Fixiervorrichtung geringer Geschwindigkeit begrenzt) und doch ist die Wärmefixiervorrichtung in ihrem Aufbau kompliziert und hat daher hohe Fertigungskosten. Ferner ist die Temperatur der stationären Wärmeerzeugereinheit viel höher als es für den Fixiervorgang erforderlich ist. Es ist somit notwendig, die Temperatur der stationären Wärmeerzeugereinheit zu verringern und ferner die zu seiner Beheizung erforderliche elektrische Leistung zu verkleinern.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wärmefixiervorrichtung zu schaffen, in der die ausgezeichneten Merkmale des SURF-Systems vollständig genutzt werden, ihre Lebensdauer erhöht wird, die stationäre Wärmeerzeugereinheit in ihrer Temperatur abgesenkt ist, und die elektrische Heizleistung verringert ist, und die bei allen elektrofotografischen Vorrichtungen verwendbar ist, von solchen mit hoher Geschwindigkeit bis zu solchen mit geringer Geschwindigkeit.

Die vorstehende Aufgabenstellung sowie weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellungen wurden gelöst durch:

1) eine Wärmefixiervorrichtung mit einem Paar Walzen, wovon mindestens eine ein Wärmeerzeugerelement aufweist, wobei die Walzen gedreht werden, während sie gegeneinandergedrückt werden, mit einem Bildträger mit einem Tonerbild, das noch nicht fixiert ist, der durch die Walzen hindurchtritt, so daß das Tonerbild mittels eines thermischen Schmelzens fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung die Walze mit dem Wärmeerzeugerelement umfaßt:
eine längliche Wärmeerzeugereinheit;
eine ringförmige metallische Folie, die gedreht wird, während sie in Anlage an die Wärmeerzeugereinheit gehalten wird, und die Außenfläche der ringförmigen metallischen Folie, die in Anlage mit dem Bildträger steht, mit einem als Gleitmittel wirkenden Harz überzogen ist;
eine Antriebswalze zum Drehen der metallischen Folie, während sie der metallischen Folie eine Spannung erteilt;
2) eine Wärmefixiervorrichtung mit einem Paar Walzen, wovon mindestens eine ein Wärmeerzeugerelement hat, wobei die Walzen gedreht werden, während sie gegeneinandergedrückt werden, und ein Bildträger mit einem Tonerbild, das noch nicht fixiert ist, durch die Walzen geführt wird, so daß das Tonerbild durch thermisches Schmelzen fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung die Walze mit dem Wärmeerzeugerelement umfaßt:
eine Wärmeerzeugereinheit;
eine Kühleinheit;
eine ringförmige metallische Folie, die in Umlauf versetzt wird, während sie in Anlage mit der Wärmeerzeugereinheit und der Kühleinheit steht, und die ringförmige metallische Folie an ihrer Außenfläche eine Schicht eines als Gleitmittel wirkenden Harzes hat, die mit dem Bildträger in Anlage gebracht wird; und
eine Antriebswalze, um die ringförmige metallische Folie in Umlauf zu bringen, während ihr eine Spannung erteilt wird; oder
3) eine Wärmefixiervorrichtung mit einem Paar Walzen, wovon mindestens eine ein Wärmeerzeugerelement hat, wobei die Walzen in Umlauf versetzt werden, während sie gegeneinandergedrückt werden, und ein Bildträger mit einem Tonerbild, das noch nicht fixiert ist, durch die Walzen geführt wird, so daß das Tonerbild durch thermisches Schmelzen fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung die Walze mit dem Wärmeerzeugerelement umfaßt:
eine Heiz- und Kühleinheit, die eine Kühlvorrichtung enthält, die auch als Träger dient, und eine Wärmeerzeugervorrichtung mit einer PTC-Thermistorheizvorrichtung als Wärmequelle;
ein dünnes metallisches Endlosband, das in Umlauf versetzt wird, während es in Anlage mit der Heiz- und Kühleinheit steht, die Außenfläche des Metallbandes, die in Anlage am Bildträger steht, mit einem als Gleitmittel wirkenden Harz überzogen ist; und
eine Antriebswalze, um das metallische Band in Umlauf zu bringen, während ihm eine Spannung erteilt wird.

Die Art, die Einsatzfähigkeit und der Grundgedanke der Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den zugehörigen Ansprüchen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigen

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wärmefixiervorrichtung;

Fig. 2 und 3 jeweils eine Seitenansicht und eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines PCT-Heizelementes in der Wärmefixiervorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 eine grafische Darstellung, die eine Temperaturanstiegskennlinie der Wärmefixiervorrichtung nach Fig. 1 angibt;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines PCT-Heizelementes;

Fig. 6, 7, 8 Querschnittsdarstellungen weiterer Ausführungsbeispiele einer länglichen Wärmeerzeugereinheit in der erfindungsgemäßen Wärmefixiervorrichtung;

Fig. 9 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wärmefixiervorrichtung; und

Fig. 10 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmefixiervorrichtung.

Eine erfindungsgemäße Wärmefixiervorrichtung enthält eine ringförmige Metallfolie, die beispielsweise durch Elektroformen gebildet wird. Die Metallfolie kann durch andere Verfahren gebildet werden, wie beispielsweise ein Schweißverfahren und ein Tiefziehverfahren; jedoch ist das Elektroformverfahren am besten für die Herstellung der Metallfolie geeignet; d. h. wenn das Elektroformverfahren verendet wird, werden die gegebenen Kennwerte erfüllt und die Metallfolie kann im großen Maßstab hergestellt werden. Bei der Erfindung wird die Metallfolie wie folgt durch Elektroformen (electrocasting) gebildet: Ein dünner Oxidfilm wird auf der Oberfläche einer Grundform gebildet, die als Elektrode dient, und dann plattiert. Der resultierende Elektroformteil wird von der Form genommen, nachdem er erhitzt und gekühlt wurde. Die Grundform wird erneut verwendet. Der somit gebildete Elektroformteil ist nahtlos; d. h. er eignet sich bestens als endlose Folie in der erfindungsgemäßen Wärmefixiervorrichtung. Jeder Metallwerkstoff kann zur Bildung der ringförmigen Metallfolie verwendet werden, falls er sich hierzu eignet. Es wird jedoch bevorzugt, reines Nickel (Ni), eine Ni-Co-Legierung, Kupfer oder eine Kupferlegierung zu verwenden, die stabil gegenüber der Plattierungslösung ist.

Ein typisches Beispiel eines Harzes mit Schmiermitteleigenschaft ist Fluorharz. Die Adhäsionskraft des Fluorharzes gegenüber jedem Werkstoff ist niedrig. Daher wird in dem Fall, wo eine Polyimidfolienfläche, die mit dem Fluorharz behandelt wurde, als endlose Folie in der Wärmefixiervorrichtung des SURF-Systems verwendet wird, die Fluorharzschicht sich leicht von der endlosen Folie abschälen; d. h. die endlose Folie hat eine geringe Beständigkeit. Darüber hinaus hat die dünne Polyimidfolie keine so hohe mechanische Festigkeit. Daher ist eine Begrenzung in der Verwendung der mit dem Fluorharz oberflächenbehandelten Polyimidfolie als endlose Folie in der Wärmefixiervorrichtung des SURF-Systems gegeben, das eine mittlere Fixiergeschwindigkeit oder eine hohe Fixiergeschwindigkeit hat. Andererseits hat die ringförmige Metallfolie eine viel größere mechanische Festigkeit als die Polyimidfolie und sie kann ohne Schwierigkeit eine rauhe Oberfläche, wie beispielsweise eine mattierte Oberfläche, haben, die sich für die Bildung einer Fluorharzschicht auf ihr eignet. Das heißt, die Fluorharzschicht haftet fest an der ringförmigen Metallfolie. Somit hat die erfindungsgemäße ringförmige Metallfolie eine beträchtlich hohe Beständigkeit.

In der Endstufe der Herstellung der ringförmigen Metallfolie durch Elektroformen wird eine dünne gemischplattierte Oberfläche auf der ringförmigen Metallfolie gebildet, in der Teilchen verteilt und imprägniert sind, so daß sie durch Oxidation bei einer Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre eliminiert werden. Als Alternative wird in der Endstufe der Herstellung der ringförmigen Metallfolie durch Elektroformen eine poröse chromplattierte Oberfläche auf der Oberfläche gebildet. Die Oberfläche der somit verarbeiteten ringförmigen Metallfolie ist ungleichmäßig und daher zur Bildung der Fluorharzschicht auf ihr geeignet. Das heißt, die Fluorharzschicht haftet fest an der Oberfläche der ringförmigen Metallfolie.

Durch Mischen von Teilchen eines Schmiermittels, wie beispielsweise MoS₂, C (Graphit) oder Polymer (Fluorharz) in einem Elektroformbad (Plattierungsbad) kann ein Formstück erhalten werden, in dem die Teilchen verteilt und imprägniert sind. Die Teilchen können nur in der Oberflächenschicht zur Verbesserung der Schmierfähigkeit imprägniert sein. Die gleiche Wirkung kann erhalten werden, indem diese Oberflächenbehandlung an der Innenfläche der ringförmigen Metallfolie angewandt wird.

Ferner kann, indem die Oberfläche der länglichen Wärmeerzeugereinheit einer Schmiermittelbehandlung mit MoS₂ oder dergleichen unterzogen wird, die ringförmige Metallfolie glatt mit geringerem Drehmoment an der länglichen Wärmeerzeugereinheit verschoben werden.

Da die ringförmige Metallfolie mühelos in der vorstehend beschriebenen Weise eine Oberflächenbehandlung erfährt, wird die Adhäsionskraft der schmierenden Harzschicht gegenüber entsprechend erhöht. In Verbindung mit der hohen mechanischen Festigkeit der ringförmigen Metallfolie hiermit wird die Lebensdauer der Wärmefixiervorrichtung stark erhöht. Dies ist der Grund, warum die erfindungsgemäße Wärmefixiervorrichtung als elektrofotografische Vorrichtung verwendbar ist, die mit niedriger Geschwindigkeit bis zu hoher Geschwindigkeit arbeitet.

Zunächst wird eine Funktion der erfindungsgemäßen Wärmefixiervorrichtung beschrieben, die es ermöglicht, die Vorrichtung bei allen elektrofotografischen Vorrichtungen einzusetzen, die im Bereich geringer Geschwindigkeit bis zu hoher Geschwindigkeit liegen. Das heißt, bei der endlosen ringförmigen Metallfolie wird kein Temperaturunterschied in Dickenrichtung erfaßt wenn eine Erhitzung durch die längliche Wärmeerzeugereinheit erfolgt. Dies bedeutet, daß die Temperatur der länglichen Wärmeerzeugereinheit bei 130°C eingestellt werden kann, die die erforderliche Temperatur zum Fixieren des Kopieblattes ist. In der Praxis wird, wie vorausgehend beschrieben wurde, zur Verhinderung einer Abweichung eine Fluorharzschicht (PTFE oder dergleichen) auf der Außenfläche der ringförmigen Metallfolie im allgemeinen bis zu einer Dicke von etwa 10 µm gebildet. Daher ist es erforderlich, die Temperatur der Wärmeerzeugereinheit auf 140 bis 150°C einzustellen. Da jedoch die ringförmige Metallfolie eine viel höhere Wärmeleitfähigkeit als der Polyimidfilm hat, wird der Leistungsverbrauch stark verringert. Es ist offensichtlich, daß der Wärmewirkungsgrad weiter verbessert wird, indem ein direktes Heizverfahren, wie beispielsweise ein Strahlungsheizverfahren, ein elektrisches Heizverfahren oder ein elektromagnetisches Induktionsheizverfahren verwendet wird.

Im Falle einer Wärmefixiervorrichtung niedriger Geschwindigkeit, die einen geringen Leistungsverbrauch hat, führt die Verwendung der endlosen ringförmigen Metallfolie zu einer weiteren Verringerung des Leistungsverbrauchs. Infolgedessen kann ein Thermistorheizelement mit positiver Charakteristik, das anschließend bei Bedarf als PTC-Heizelement bezeichnet wird, als Heizelement in der länglichen Wärmeerzeugereinheit verwendet werden. Das PTC-Heizelement ist, wie allgemein bekannt ist, ein Heizelement mit Eigenwärmeerzeugung und Eigensteuerung, das bei fallender Umgebungstemperatur automatisch die Menge der erzeugten Joule′schen Wärme vergrößert, wodurch seine Temperatur konstant gehalten wird. Die Betriebstemperatur des PTC-Heizelementes wird eindeutig durch den Werkstoff des Heizelementes bestimmt und kann in einem Bereich von 100 bis 300°C frei gewählt werden. Das PTC-Heizelement ist ein Element mit geringer Wärmeabgabe und es wurde in verschiedener Weise für eine Wärmeerzeugereinheit verwendet, die für eine Heizwalze vorgesehen war. Das heißt, daß alle Versuche einer Anwendung des PTC-Heizelementes für die Wärmeerzeugereinheit zu einem Mißerfolg führten. Es wird angenommen, daß der Grund für den Mißerfolg folgender ist: Es macht erhebliche Schwierigkeit, das PTC-Heizelement zylindrisch auszubilden und daher wurde in ähnlicher Weise wie im Falle der bekannten Wärmewalze vielfach ein Verfahren gesucht, das ein PTC-Heizelement anstelle der Halogenlampe oder eines umhüllten Heizelementes verwendet. In diesem Fall ist es erforderlich, daß das PTC-Heizelement eine Wärmeerzeugerfunktion hat, die die gleiche wie bei der Halogenlampe ist. Jedoch ist es unter Zugrundelegung des Verhaltens des PTC-Heizelementes für dieses unmöglich, eine derartige Wärmeerzeugerfunktion zu haben. Somit haben alle Versuche zu einem Mißerfolg geführt. Andererseits wurde eine Forschung bezüglich der Verwendung des PTC-Heizelementes in einer Wärmefixiervorrichtung des SURF-Systems, das eine Polyimidfolie verwendet, noch nicht im Stand der Technik aufgeführt. Somit haben die Anmelder diese Forschung durchgeführt und Aussichten erzielt, daß es realisiert werden kann (siehe Japanische Patentanmeldung OPI 67 081/1992). Jedoch blieb ein Hauptproblem, daß nämlich die endlose wärmebeständige Harzfolie eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine kurze Lebensdauer hat. Was zu einer radikalen Lösung des Problems führte, ist die erfindungsgemäße ringförmige Metallfolie.

Das bedeutsamste Merkmal der Heizwalze einschließlich des PTC-Heizelementes liegt darin, daß sie den Temperatursensor und die Temperatursteuereinheit aus der Wärmefixiervorrichtung des SURF-Systems beseitigt. Das heißt, die Verwendung der Heizwalze macht es möglich, die Anzahl der Bauelemente stark zu verringern, die Größe zu verkleinern und den Aufbau der Wärmefixiervorrichtung zu vereinfachen. Darüber hinaus können, wie vorausgehend beschrieben wurde, sowohl die Temperatur der Wärmeerzeugereinheit und die elektrische Heizleistung verringert werden.

Andererseits ist im Falle einer Wärmefixiervorrichtung mit mittlerer Geschwindigkeit oder einer Wärmefixiervorrichtung mit hoher Geschwindigkeit, die eine große elektrische Heizleistung erfordert, die Verwendung eines PTC-Heizelementes nicht geeignet, da sein Heizvermögen nicht hoch genug ist. Jedoch können in diesem Fall die folgenden Heizverfahren verwendet werden: Ein indirektes Heizverfahren unter Verwendung eines Widerstandsheizelementes, das grundsätzlich nicht in seiner Heizleistung begrenzt ist, oder ein direktes Heizverfahren, wie beispielsweise ein Strahlungsheizverfahren, ein Elektroheizverfahren oder ein elektromagnetisches Induktionsheizverfahren. Dabei kann der Heizbereich auf den erforderlichen Wärmefixierbereich begrenzt werden. Das heißt, daß wegen der Verwendung der ringförmigen Metallfolie nicht nur die Temperatur und die elektrische Heizleistung der Heizeinheit verringert werden, sondern auch die Lebensdauer der endlosen Folie selbst erhöht wird, und die ausgezeichneten Kenndaten des SURF-Systems können bei einer Wärmefixiervorrichtung mit hoher Geschwindigkeit angewandt werden.

In dem Fall, wo die längliche Wärmeerzeugereinheit aus zwei Gleitelektroden besteht, die parallel zueinander angeordnet sind, oder einer elektromagnetischen Induktionsheizspule mit einem Magnetkern, der aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität besteht, kann die ringförmige Metallfolie selbst als Heizelement verwendet werden. Daher zeigt in dem Fall, wo die längliche Wärmeerzeugereinheit mit elektrischer Heizung oder elektromagnetischer Induktionsheizung verwendet wird, die ringförmige Metallfolie spezifische Merkmale, die nicht durch die wärmebeständige ringförmige Harzfolie geliefert werden können.

Falls die längliche Wärmeerzeugereinheit als Strahlungsheizung verwendet wird, ist es vorzuziehen, die Innenfläche der ringförmigen Metallfolie zu schwärzen, die in Anlage mit der länglichen Wärmeerzeugereinheit gebracht wird, um dadurch den Lichtabsorptionskoeffizienten zu vergrößern.

Um die ringförmige Metallfolie mühelos zu drehen und dadurch die Lebensdauer der letzteren zu erhöhen, wird bevorzugt, daß die Gleitfläche der länglichen Wärmeerzeugereinheit so geformt ist, daß sie an der Seite, an der der Bildträger eingeführt wird (die anschließend bei Bedarf als "Bildträger-Einführseite" bezeichnet wird) eine größere Krümmung aufweist als an der Seite, wo der Bildträger abgegeben wird (die anschließend bei Bedarf als "Bildträger-Abgabeseite" bezeichnet wird). Es versteht sich, daß dieser Unterschied der Krümmung es dem Bildträger gestattet, mühelos in die Wärmefixiervorrichtung einzutreten und die ringförmige Metallfolie ohne Schwierigkeit zu verlassen.

Bei der erfindungsgemäßen Wärmefixiervorrichtung sind die Wärmeerzeugereinheit und die Kühleinheit in Anlage mit dem endlosen Metallband, so daß die Wärmeerzeugereinheit das Metallband auf der Bildträger-Einführseite aufheizt, und die Kühleinheit kühlt es an der Bildträger-Abgabeseite. Somit wird der noch nicht fixierte Toner auf der Kopieblatt-Einführseite auf eine über dem Schmelzpunkt liegende Temperatur erhitzt, so daß er geschmolzen wird und in das Kopieblatt eindringt. Anschließend wird er an der Kopieblatt-Abgabeseite gekühlt und vom endlosen Metallband getrennt. Die Oberfläche des endlosen Metallbandes ist mit schmierfähigem Harz bedeckt und daher tritt, solange die vorstehend beschriebenen Temperaturbedingungen eingehalten werden, die Niedrigtemperatur-Abweichung oder die Hochtemperatur-Abweichung niemals auf. Sowohl die Heiztemperaturen der Wärmeerzeugereinheit mit dem PTC-Heizelement als ihre Wärmequelle und die Kühltemperaturen der Kühleinheit liegen in einem breiten zulässigen Bereich und daher kann die Temperatursteuerung mühelos erzielt werden.

Dies bedeutet, daß die Wärmefixiervorrichtung neuartige Merkmale hat; d. h. alle Arten von Toner, die im wesentlichen den gleichen Glasübergangspunkt haben, können in zufriedenstellender Weise fixiert werden, und selbst in dem Fall, wo Kopieblätter unterschiedlicher Größe thermisch fixiert werden, tritt die Niedrigtemperatur-Abweichung und die Hochtemperatur-Abweichung niemals auf. Die Verwendung des endlosen Metallbandes mit hoher Wärmeleitfähigkeit ermöglicht es, sowohl den Heizvorgang als auch den Kühlvorgang in dem schmalen Walzenspaltbereich in der Wärmefixiervorrichtung durchzuführen. Darüber hinaus macht es die Verwendung des PTC-Thermistorheizelementes unnötig, den Temperatursensor zu verwenden und eine Leistungsquelle zur Temperatursteuerung und eliminiert die Verwendung einer Mikrocomputersteuerung. Dies trägt wesentlich zur Verringerung der Anzahl der Bauelemente in der Wärmefixiervorrichtung bei und zur Miniaturisierung derselben, sowie zur Verringerung der Fertigungskosten.

Bei der Wärmefixiervorrichtung besteht ihre Halterung aus Metall, so daß sie eine hohe Wärmeabstrahlung hat. Somit ist es unnötig, eine Kühlvorrichtung vorzusehen; d. h. der Träger selbst dient als Kühleinheit. Der Träger hat einen U-förmigen Querschnitt, und seine oberen Endabschnitte werden zur Wärmeabstrahlung verwendet. Die Wärmeabstrahlungswirkung kann durch die Ausbildung von Rippen am Träger verbessert werden. Zur sicheren Kühlung jener oberen Endabschnitte zur Wärmeabstrahlung kann ein Gebläse verwendet werden.

In der Wärmeerzeugereinheit kann das PTC-Thermistorheizelement wenn nötig ausgetauscht werden.

Ist es daher erforderlich, einen Toner zu verwenden, der einen stark unterschiedlichen Glasübergangspunkt hat, so kann ein PTC-Thermistorheizelement verwendet werden, das für den Toner geeignet ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.

Erste Ausführungsform

Ein Ausführungsbeispiel einer Wärmefixiervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. In der Vorrichtung wird ein PTC-Heizelement als Wärmeerzeugerelement verwendet. Das Wärmeerzeugerelement umfaßt eine Heizwalze (11) und eine Druckwalze (12). Grob gesagt, umfaßt die Heizwalze (11): einen stationären PTC-Heizabschnitt (einschließlich einer PTC-Heizvorrichtung (1), einen Wärmeisolator (2) und einen Rahmen (3)); eine endlose ringförmige Folie (4) aus Metall (die anschließend bei Bedarf als "Endlosfolie (4)" bezeichnet wird); und eine Antriebswalze (5), die die Endlosfolie (4) synchron mit der Druckwalze (4) drehen kann, während sie die Endlosfolie (4) gegen die PTC-Heizvorrichtung (1) drückt. Die Druckwalze (12) besteht aus einem drehbaren Kern (10) und einem wärmebeständigen elastischen Element (9) aus Silikonkautschuk oder Fluorkautschuk, das auf der zylindrischen Wand des drehbaren Kerns (10) gebildet wird. Um eine Abweichung des Toners zu verhindern, wird eine Schicht aus Fluorharz (PTFE oder Polytetrafluorethylen) auf der Außenfläche der Endlosfolie (4) bis zu einer Dicke von etwa 10 µm gebildet.

In der thermischen Fixiervorrichtung wird die Druckwalze (12) in Pfeilrichtung gedreht, während sie gegen die Heizwalze (11) gedrückt wird, so daß ein Bildträger, nämlich ein Blatt (8) in Anlage mit der Heizwalze (11) gebracht wird, und eine ausreichende Wärmemenge auf das Blatt (8) und den darauf befindlichen Toner (7) übertragen wird, der noch nicht fixiert ist. Um das Antriebsdrehmoment zu verringern und die Lebensdauer der Endlosfolie (4) zu erhöhen, hat der Wärmeisolator (2) an der Blatteinführseite eine größere Krümmung als an der Blattabgabeseite.

Ein konkretes Beispiel der PTC-Heizvorrichtung (1) in der Wärmewalze (11) ist gemäß den Fig. 2 und 3 ausgebildet. Die PTC-Heizvorrichtung (1) umfaßt PTC-Heizelemente (13), die jeweils eine Dicke von 2,0 mm haben, eine Breite von 5,0 mm und eine Länge von 12 mm und die mit einer oberen Elektrode (14) und einer unteren Elektrode (15) ausgestattet sind, so daß Strom in Dickenrichtung fließt. In dem PTC-Heizelement hat die obere Elektrode (14) eine strukturelle Festigkeit und die obere Elektrode (14) und die untere Elektrode (15) sind elektrisch und thermisch durch eine Hochtemperaturlötung mit den PTC-Heizelementen (13) verbunden. Die Curie-Temperatur der PTC-Heizelemente (13) beträgt 150°C. Im Beispiel sind vierzehn PTC-Heizelemente (13) mit einem Abstand von 5 mm zwischen sich gemäß Fig. 2 angeordnet. Dabei versteht es sich, daß die Anzahl und Größe der PTC-Heizelemente (13), der Werkstoff und die Abmessung der oberen und unteren Elektrode (14, 15) von der zu erzeugenden Wärmemenge und den gegebenen Fertigungskosten abhängen. Bei Zufuhr einer Wechselspannung von 100 V an die Zuleitungen (16), die an die PTC-Heizvorrichtung (1) angeschlossen sind, wurde die Temperatur des PTC-Heizelementes in 5 oder 6 Sekunden auf etwa 150°C angehoben und bei dieser Temperatur stabil gehalten. Bei Zufuhr einer Wechselspannung von 200 V an das Heizelement bedurfte es etwa 2 Sekunden, damit die Temperatur des PTC-Heizelementes etwa 150°C erreichte. In dem Fall, wo es zulässig ist, die Temperaturanstiegszeit zu erhöhen, wird vorzugsweise der spezifische Widerstand der PTC-Heizelemente (13) erhöht, um dadurch den Stromstoß zu verringern. Die Oberflächentemperatur der oberen Elektrode (14) zeigt einen Temperaturunterschied in der Größenordnung von ± 10°C während des Temperaturanstiegs. Dies beruht darauf, daß die PTC-Heizelemente (13) in ihrem Widerstandswert schwanken, und die PTC-Heizvorrichtung (1) besteht aus derartigen PTC-Heizelementen. Nachdem jedoch die Temperatur der PTC-Heizvorrichtung in 5 oder 6 Sekunden etwa 150°C erreicht hat, verblieb die obere Elektrode (14) bezüglich ihrer Temperaturverteilung gleichförmig in ihrer Gesamtheit (in diesem Falle innerhalb ± 2°C). Wurde ein Teil der oberen Elektrode (14) zwangsweise gekühlt, lediglich in ihrem Außenbereich, so wurde die Temperatur um 5 oder 6°C auf 10°C erniedrigt. Jedoch wurde nach Aufhören eines zwangsweisen Kühlvorganges die Temperaturverteilung erneut in 1 Sekunde gleichförmig. Dies ist eine der ausgezeichneten Kenndaten des PTC-Thermistorheizelementes; d. h. das gekühlte Element erhöht die Wärmemenge, um die Temperaturverteilung gleichförmig zu machen. Dies ist besonders wirksam in einem Fall, wo Blätter kleiner Größe und Blätter großer Größe abwechselnd der Wärmefixierung unterzogen werden. Dies wird näher beschrieben. Beim bekannten System arbeitet eine Steuereinheit für elektrische Leistung abhängig von den Befehlen eines Temperatursensors, um eine Heizvorrichtung zum Beheizen der gesamten Heizwalze zu steuern. Somit hat, nachdem ein Blatt geringer Größe einer Wärmefixierung unterzogen wurde, der Teil der Oberfläche der Wärmewalze, der in Anlage an dem Blatt war, eine geringere Temperatur. Wird daher unter diesen Umständen ein großes Blatt einer Wärmefixierung unterzogen, so tritt wahrscheinlich eine hohe Temperaturabweichung oder eine geringe Temperaturabweichung lokal auf dem Blatt auf. In der Praxis ist es zur Beseitigung dieser Schwierigkeit erforderlich, eine Vielzahl von Gegenmaßnahmen vorzusehen. Andererseits arbeiten bei der erfindungsgemäßen PTC-Heizvorrichtung (1) alle PTC-Heizelemente (13) von sich aus, um die gesamte PTC-Heizvorrichtung gleich der vorgegebenen Curie-Temperatur zu machen. Daher ist es für die PTC-Heizelemente nicht erforderlich, Gegenmaßnahmen, wie beim bekannten System zu ergreifen. Es wird darauf hingewiesen, daß jedes der PTC-Heizelemente (13) von sich aus in der vorausgehend beschriebenen Weise arbeitet.

Die Betriebsweise der PTC-Heizvorrichtung (1) wurde entsprechend ihrer eigenen Kenndaten beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß der Betrieb in der Wärmewalze (11) einschließlich der endlosen ringförmigen Metallfolie (14) durchgeführt wird. Die endlose ringförmige Metallfolie (4) wurde durch ein Elektroformverfahren gebildet, von dem angenommen wurde, daß es eine gegebene Spezifikation erfüllt und für die Massenfertigung hervorragend geeignet ist. Das Elektroformverfahren ist im wesentlichen gleich einem Elektroplattierungsverfahren. Ersteres unterscheidet sich vom letzteren nur in folgendem Punkt: Eine dünne Oxidfolie wird auf der Oberfläche einer Grundform gebildet, die als Elektrode dient, und wird plattiert. Der in dieser Weise behandelte Oxidfilm, nämlich ein Elektroformstück, wird von der Grundform entfernt, indem er erhitzt und abgekühlt wird. Die Grundform kann erneut verwendet werden. Der somit gebildete Elektroformteil wurde als endlose ringförmige Metallfolie (4) verwendet.

Durch Mischen feiner Teilchen aus Schmierstoff, wie beispielsweise MoS₂, in einem Elektroformbad (oder Plattierungsbad) wurde ein plattierter Elektroformteil erhalten. Darüber hinaus wurde ein Elektroformteil erhalten, in dessen Oberfläche allein feine MoS₂-Teilchen oder dergleichen verteilt und imprägniert waren. Ein Verfahren zum Verteilen und Imprägnieren von MoS₂ oder dergleichen in einer Oberfläche wurde auf die Außenfläche der oberen Elektrode (14) der PTC-Heizvorrichtung (1) angewandt, um die Gleitfähigkeit der ringförmigen metallischen Endlosfolie (4) zu verbessern und um das Drehmoment zum Drehen dieser Folie (4) zu verringern. In diesem Falle wurde gefunden, daß das Drehmoment auf etwa die Hälfte verringert wurde. Die gleiche Wirkung wurde erhalten, indem das Verfahren auf die Innenfläche der Endlosfolie (4) angewendet wurde.

Es wurde ein weiteres konkretes Beispiel der erfindungsgemäßen Wärmefixiervorrichtung ausgebildet. In dem Beispiel wurde die ringförmige metallische Endlosfolie (4) aus reinem Nickel (Ni) hergestellt. Jedoch wurden mit anderen Metallwerkstoffen grundsätzlich die gleichen Wirkungen erzielt.

Die Oberfläche eines Elektroformteils aus reinem Nickel mit einer Dicke von 25 µm war mattiert, und es wurde unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM) eine Ungleichmäßigkeit in der Größenordnung von ± 2 µm beobachtet. Auf der ungleichmäßigen Oberfläche wurde eine Fluorharzfolie bis zu einer Dicke von etwa 10 µm gebildet. Die in dieser Weise gebildete Endlosfolie (4) wurde in der Wärmefixiervorrichtung gemäß Fig. 1 verwendet und einer Dauerprüfung unterzogen, die einem Betrieb entsprechend einem Fixieren von 10 000 bis 100 000 Blatt mit einer Fixiergeschwindigkeit von 6 A4-Kopien/min entsprach. Als Ergebnis der Prüfung schälte sich die Fluorharzfolie teilweise ab; jedoch wird die verbleibende Folie als normal ermittelt. Somit eignet sich die Walze mit der in dieser Weise gebildeten Endlosfolie für eine Elektrofotografiervorrichtung, die zur Bildübertragung verwendet wird.

Um die Lebensdauer der Heizwalze zu erhöhen, wurde letztere wie folgt verbessert: Eine durch Elektroformen erhaltene Folie aus reinem Nickel von 20 µm wurde gebildet, und eine durch Elektroformen erhaltene Folie aus reinem Nickel mit feinen Teilchen aus Polystyrol-Divinylbenzol-Copolymer mit einer Teilchengröße von 8 bis 10 µm wurde darauf verteilt und imprägniert bis zu einer Dicke von etwa 6 µm, um eine Struktur zu bilden. Die somit gebildete Struktur wurde gewaschen und getrocknet und bei 350 bis 400°C in Luft wärmebehandelt und anschließend durch ein bekanntes Verfahren mit einer Fluorharzfolie (PTFE) überzogen. Der Wärmebehandlungsvorgang (baking) ist wesentlich zum Überziehen der Struktur mit dem Fluorharzfilm; es sei jedoch angemerkt, daß der Wärmebehandlungsvorgang wirksam ist, um die feinen Polymerteilchen in der Oberfläche des Elektroformteils aus Nickel zu oxidieren, um die Oberfläche ungleichmäßig mit feinen Kratzern zu machen, so daß das Fluorharz veranlaßt wird, fest an der ungleichmäßigen Oberfläche zu haften. Es wurde bestätigt, daß die in dieser Weise gebildete Fluorharzfolie sich nicht länger abschälte und daß sie verwendet werden kann, bis ihre vorgegebene Lebensdauer abgelaufen ist. Dies bedeutet, daß die somit gebildete Heizwalze eine gleiche Lebensdauer wie die bekannte Heizwalze hat. Es wurde bestätigt, daß das vorliegende System für eine Fixiervorrichtung mit hoher Geschwindigkeit eingesetzt werden kann, wenn die Dicke der Fluorharzfolie auf 15 bis 25 µm festgelegt wird. Um die Oberfläche des Elektroformteils ungleichmäßig mit feinen Kratzern in der vorstehend beschriebenen Weise herzustellen, können feine Teilchen aus Brücken-Acryl, Brücken-Polystyrol oder Latex gleichermaßen verwendet werden, wie die vorstehend beschriebenen feinen Polymerteilchen. Ferner wurden die gleichen Wirkungen mit einer ringförmigen metallischen Endlosfolie erhalten, die wie folgt gebildet wurde. Ein Elektroformteil aus Nickel (Ni) wurde in einer Dicke von etwa 20 µm gebildet und anschließend einer porösen Chromplattierung unterworfen. Auf dem in dieser Weise behandelten Elektroformteil wurde eine Fluorharzfolie gebildet.

Selbst wenn die durch Elektroformen hergestellte Nickelfolie eine geringere Dicke erhält, ergibt sie im Verhalten keine Probleme. Jedoch führt die Verwendung einer derartigen dünnen, ringförmigen metallischen Endlosfolie zu einem Problem, da sie schwierig herzustellen und zu montieren ist. Dagegen kann die Dicke der durch Elektroformen erhaltenen Folie erhöht werden, wobei das Verhalten unverändert bleibt. Jedoch ist die Verwendung einer derartigen dicken, ringförmigen, metallischen Endlosfolie insofern nachteilig, als der Wärmeverlust etwas erhöht wird. Im Falle einer Wärmefixiervorrichtung hoher Geschwindigkeit wird bevorzugt, daß die Dicke der metallischen Folie in einem Bereich von 30 bis 50 µm liegt, da die Vorrichtung sperrig ist und die metallische Folie mühelos gehandhabt werden kann.

Fig. 4 zeigt eine Temperaturanstiegskennlinie der Oberfläche (des mittigen Abschnittes der PTC-Heizvorrichtung (1)) der ringförmigen Nickel-Endlosfolie (von etwa 25 µm Dicke), auf der eine Fluorharzfolie bis zu einer Dicke von 10 µm gebildet wird. Die Kennlinie wurde mit der Druckwalze (12) gemessen und das Kopieblatt wurde weggelassen. Somit waren die gemessenen Temperaturen etwa 20°C höher als berechnet.

In dem Fall, wo die ringförmige Nickel-Endlosfolie (4) eine Dicke von 20 bis 50 µm aufwies, war die Temperatur der Oberfläche der Nickelfolie (4) an der Seite des Kopieblattes 35 bis 140°C, wenn die PTC-Heizvorrichtung bis auf etwa 150°C erhitzte. Wie aus obiger Beschreibung ersichtlich ist, war, obgleich die PTC-Heizvorrichtung die ringförmige Nickel-Endlosfolie (4) erhitzte, die Temperaturverteilung in der Endlosfolie (4) im wesentlichen gleichmäßig in Dickenrichtung; d. h. es wurde im wesentlichen kein Temperaturunterschied in Dickenrichtung ermittelt; und wenn ein solcher ermittelt wurde, war der Temperaturunterschied in der Hauptsache auf den Unterschied der Wärmekapazität zwischen der Fluorharzschicht und der ringförmigen metallischen Folie zurückzuführen.

Bei einer in dieser Weise aufgebauten Wärmefixiervorrichtung wurde ein Blatt der Größe A4 einem Fixiervorgang unterworfen. In diesem Fall betrug die obere Grenze der Fixiergeschwindigkeit etwa 10 A4-Kopien/min. Die Fixiergeschwindigkeit kann erhöht werden, indem der spezifische Widerstand der PTC-Heizelemente (13) verringert wird. Jedoch ist dieses Verfahren bei der jüngsten Technik nicht immer vorteilhaft, da es ziemlich mühsam ist, PTC-Heizelemente zu erhalten, die gleichen Widerstand aufweisen; d. h. die Auswahl der PTC-Heizelemente liefert eine niedrige Ausbeute. Die niedrige Wärmeabgabe der PTC-Heizvorrichtung (1) ist eine der Schwierigkeiten, die in der Zukunft gelöst werden müssen.

Zweite Ausführungsform

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist bezüglich des grundsätzlichen Aufbaus die gleiche wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Das heißt, bei der zweiten Ausführungsform ist ihre PTC-Heizvorrichtung (1) geringfügig von der bei der ersten Ausführungsform verschieden.

Bei der ersten Ausführungsform sind die PTC-Heizelemente (13), die obere Elektrode (14) und die untere Elektrode (15) elektrisch und thermisch miteinander durch eine Hochtemperaturlötung verbunden. Andererseits sind bei der zweiten Ausführungsform diese Bauelemente elektrisch und thermisch miteinander durch eine Federanordnung verbunden. Das heißt, wie aus Fig. 5 hervorgeht, eine untere Elektrode (15), die federnd ausgebildet ist und PTC-Heizelemente (13) sind in einer Ausnehmung des im Querschnitt U-förmigen Wärmeisolators (2) eingesetzt und diese Bauelemente werden vollständig durch eine plattenförmige obere Elektrode (14) bedeckt, womit ein Heizelement geliefert wird. Die PTC-Heizelemente (13) sind elektrisch und thermisch mit der oberen Elektrode (14) durch die Federkraft der unteren Elektrode (15) verbunden. Die somit gebildete Heizvorrichtung wird am Rahmen (3) über eine Isolierfolie (17) befestigt. Ein besonderes Merkmal der in dieser Weise aufgebauten PTC-Heizvorrichtung liegt darin, daß die PTC-Heizelemente (13) von der Atmosphäre um die Wärmefixiervorrichtung isoliert sind; es ist jedoch nachteilig, daß der thermische Kontaktwiderstand der PTC-Heizelemente (13) und der oberen Elektrode (14) etwas erhöht ist. Diese Schwierigkeit kann beseitigt werden, indem ein Schmierstoff, der sowohl eine gute elektrische Leitfähigkeit und eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, an der Kontaktfläche aufgebracht wird oder indem die Bauteile durch eine Hochtemperaturlötung verbunden werden. Jedoch traten in dem Fall, wo die Fixiergeschwindigkeit in der Größenordnung von 6 A4-Blättern/min lag, keine Schwierigkeiten bei der Verwendung dieser Verfahren auf.

Der Wärmeverlust als Folge einer Erhöhung der Fläche der oberen Elektrode (14) wurde im wesentlichen gleich dem Wärmeverlust bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform gemacht, indem diese aus rostfreiem Stahl mit geringer Wärmeleitfähigkeit gebildet wurde.

Dritte Ausführungsform

Die dritte erfindungsgemäße Ausführungsform ist im grundsätzlichen Aufbau ähnlich der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Bei der dritten Ausführungsform wird anstelle der PTC-Heizvorrichtung (1) (Fig. 1) eine gewöhnliche (nicht dargestellte) Widerstandsheizung verwendet. Das heißt, da die Wärmemenge, die von der PTC-Heizvorrichtung erzeugt wird, begrenzt ist, wird eine Widerstandsheizquelle dazu verwendet, eine Fixiergeschwindigkeit von 15 bis 20 A4-Blättern/min oder mehr zu erzielen. Eine Heizquelle von 500 bis 1000 W kann mühelos erhalten werden und daher kann eine Wärmefixiervorrichtung, die eine Fixiergeschwindigkeit von 100 A4-Blättern/min aufweist, mühelos gefertigt werden. Das heißt, eine Wärmefixiervorrichtung der Bauart mit Endlosfolie kann mühelos mit einer derartigen hohen Fixiergeschwindigkeit gebildet werden. Dies beruht auf dem Umstand, daß die Verwendung der ringförmigen metallischen Endlosfolie es ermöglicht, den Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und der Oberfläche eines Fixierblattes zu verringern. Die Wärmefixiervorrichtung einer Bauart mit endloser Folie ist insofern vorteilhaft, als die Temperaturmessung mit einem Temperatursensor durchgeführt werden kann, der verschiebbar auf der Unterseite des Bandes angebracht ist und es unnötig ist, einen Blatt-Trennfinger vorzusehen und entsprechend ist es unnötig, eine Silikonölzufuhreinheit zur Verhinderung einer Abweichung vorzusehen.

In der dritten Ausführungsform ist es im Gegensatz zur ersten und zweiten Ausführungsform erforderlich, einen Temperatursensor und eine Leistungsquelle zur Temperatursteuerung, ähnlich wie beim bekannten System, wie beispielsweise dem SURF-System, zu verwenden.

Vierte Ausführungsform

Eine vierte Ausführungsform der Erfindung ist im grundsätzlichen Aufbau ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Bei der ersten Ausführungsform wird die ringförmige metallische Endlosfolie (4) durch Wärmeleitung der PTC-Heizvorrichtung (1) erhitzt; dagegen wird sie bei der vierten Ausführungsform unmittelbar durch Strahlung mit einer Infrarotlampe (25) gemäß Fig. 6 erhitzt. Die Innenfläche der ringförmigen metallischen Endlosfolie (4) wird geschwärzt, um die von der Infrarotlampe abgestrahlte Wärme zu absorbieren. Die vierte Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, als die ringförmige metallische Endlosfolie rasch erhitzt wird; d. h. der thermische Wirkungsgrad ist hoch. Jedoch ist sie auch insofern nachteilig, als die ringförmige metallische Endlosfolie verkratzt werden kann, während sie auf einer transparenten Tafel (aus Glas) (26) gleitet, und sie hat deshalb eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer. Die vierte Ausführungsform benötigt ein Thermometer und eine steuernde Leistungsquelle. Jedoch hat die vierte Ausführungsform, ähnlich wie die vorstehend beschriebene dritte Ausführungsform, ebenfalls die vorstehend aufgeführten Vorteile, die der Verwendung der ringförmigen metallischen Endlosfolie (4) zugrunde liegen.

Fünfte Ausführungsform

Eine fünfte Ausführungsform ist in ihrem grundsätzlichen Aufbau ebenfalls der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich. Bei der ersten Ausführungsform wird die ringförmige metallische Endlosfolie (4) durch Wärmeleitung über die PTC-Heizvorrichtung (1) gemäß Fig. 1 erhitzt, wohingegen bei der fünften Ausführungsform elektrischer Strom über zwei stangenförmige Elektroden unmittelbar der ringförmigen metallischen Endlosfolie (4) zugeführt wird, so daß die metallische Endlosfolie (4) direkt beheizt wird. Das heißt, die fünfte Ausführungsform verwendet gemäß Fig. 7 eine längliche Wärmeerzeugereinheit (18). In Fig. 7 bezeichnen die Bezugszeichen (19, 20) Metallelektroden, deren Oberflächen einer Behandlung mit Schmiermittel unterzogen wurden. Eine Wechselspannung oder Gleichspannung wird diesen Elektroden (19, 20) zugeführt, während die ringförmige metallische Endlosfolie (4) (die nicht dargestellt ist) gedreht wird, während sie in Anlage mit den Elektroden steht. Infolgedessen fließt elektrischer Strom in der ringförmigen metallischen Endlosfolie zwischen den beiden Elektroden, um die Folie aufzuheizen. Bei diesem Vorgang fließt elektrischer Strom ebenfalls in der gegenüberliegenden Seite der metallischen Folie, um letztere aufzuheizen, und die dort erzeugte Wärmemenge ist etwa 1/20 der Gesamtwärmemenge und die Flächendichte der Wärmeerzeugung ist extrem klein und beträgt etwa 1/400. Der Temperatursensor (21) wird dazu verwendet, die Temperatur der Innenfläche der ringförmigen metallischen Endlosfolie (4) zu messen. Die mit dem Temperatursensor (21) gemessenen Temperaturen unterscheiden sich nur um 5 bis 10°C von den Temperaturen der Außenfläche. Die Wärmefixiervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform hat ein beträchtlich hohes Wärmeansprechverhalten, wenn eine Spannung an die Elektroden gelegt wird. Daher sollte die Zufuhr der Spannung zu den Elektroden nur durchgeführt werden, wenn das zu fixierende Blatt durch die Wärmefixiervorrichtung hindurchtritt. Somit ist die erfindungsgemäße Wärmefixiervorrichtung bezüglich des Leistungsverbrauchs sehr wirtschaftlich.

Bei der Wärmefixiervorrichtung kann mühelos eine Fixiergeschwindigkeit von 150 A4-Blättern/min oder höher erhalten werden. Dabei ist das Wärmeansprechverhalten so hoch, daß die Vorrichtung für einen augenblicklichen Betrieb bereitsteht. Das heißt, die Vorrichtung hat einen beträchtlich hohen thermischen Wirkungsgrad. Theoretisch ausgedrückt kann kein System einen thermischen Wirkungsgrad ergeben, der größer als beim vorliegenden System ist.

Sechste Ausführungsform

Eine sechste Ausführungsform ist im grundsätzlichen Aufbau ebenfalls ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ausgeführt. Bei der ersten Ausführungsform wird die ringförmige metallische Endlosfolie (4) durch Wärmeleitung mit der PTC-Heizvorrichtung (1) gemäß Fig. 1 erhitzt, wohingegen bei der sechsten Ausführungsform die ringförmige metallische Endlosfolie direkt durch elektromagnetische Induktion mittels eines länglichen Elektromagneten aufgeheizt wird, der in Kontakt mit der metallischen Folie steht. Das heißt, die sechste Ausführungsform verwendet gemäß Fig. 8 eine längliche Wärmeerzeugereinheit (18). In Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen (22) einen Bariumferritkern, der einen geringen Wechselstromverlust hat; (23) eine auf den Ferritkern (22) aufgewickelte Spule; (21) einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Innenfläche der ringförmigen metallischen Endlosfolie; und (24) ein Tonerde-Streckmittel enthaltendes wärmebeständiges Harzelement, das den Temperatursensor (21) festhält und seine Abnützung verringert. In Fig. 8 ist der Rahmen nicht dargestellt; es versteht sich jedoch, daß er in ähnlicher Weise wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen als Strukturelement verwendet wird. Die Bildung des Wärmeisolators (2) und des wärmebeständigen Harzelementes (24) als eine Einheit durch Verwendung des Tonerde-Streckmittel enthaltenden wärmebeständigen Harzes eignet sich zur Massenfertigung der Wärmefixiervorrichtung.

Die sechste Ausführungsform verwendet ein direktes Heizverfahren, das grundsätzlich das gleiche wie jenes der fünften Ausführungsform ist. Darüber hinaus sind bei der sechsten Ausführungsform das Wärmeansprechverhalten und der thermische Wirkungsgrad im wesentlichen die gleichen wie jene der fünften Ausführungsform. Es ist jedoch anzumerken, daß die sechste Ausführungsform der fünften Ausführungsform insofern überlegen ist, als die ringförmige metallische Endlosfolie ohne die Gleitelektroden erhitzt wird. Falls die ringförmige metallische Endlosfolie aus Nickel (Ni) besteht, kann sie ausreichend mit einem Wechselstrom handelsüblicher Frequenz, 50 oder 60 Hz, erhitzt werden. Dies ist vorteilhaft zur Verringerung der Fertigungskosten, obgleich es notwendig ist, eine Leistungsquelle für die Temperatursteuerung zu verwenden.

Die in dieser Weise aufgebaute Heizwalze kann eine Heizkapazität von 500 bis 1000 W haben, womit sie als Wärmewalze für eine mittlere Geschwindigkeit oder für eine hohe Geschwindigkeit einsetzbar ist. Die Kenndaten sind im wesentlichen die gleichen wie jene der fünften Ausführungsform.

Siebte Ausführungsform

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wärmefixiervorrichtung, das eine siebte Ausführungsform der Erfindung darstellt, wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben.

Gemäß Fig. 9 umfaßt die Wärmefixiervorrichtung eine Heizwalze (11) und eine Druckwalze (12). Grob gesagt umfaßt die Heizwalze (11) eine ringförmige metallische Endlosfolie (4) und eine Antriebswalze (5). Die Außenfläche der metallischen Endlosfolie (4), die an der Seite eines Heiz- und Kühlabschnittes liegt (der später beschrieben wird), ist mit einer Schicht eines als Gleitmittel wirkenden Harzes überzogen. Die Antriebswalze (5) kann die ringförmige metallische Endlosfolie (4) synchron mit der Druckwalze (12) drehen, während sie die ringförmige metallische Endlosfolie (4) am Heiz- und Kühlabschnitt einstellt. Der Heiz- und Kühlabschnitt besteht aus einem wärmeerzeugenden Widerstand (1), einer Kühleinheit (32), einem Temperatursensor (34) und einem wärmebeständigen wärmeisolierenden Träger (33), der die Komponenten (1, 32, 33) als eine Einheit trägt. Die Druckwalze (12) besteht aus einem drehbaren Kern (10) und einer wärmebeständigen elastischen Schicht aus Silikonkautschuk oder Fluorharz, die auf der zylindrischen Wand des drehbaren Kerns (10) gebildet ist.

Ein Träger, nämlich ein Kopieblatt (8), auf dem ein Tonerbild (7) ausgebildet und noch nicht fixiert ist, wird in Anlage mit der Heizwalze (11) gebracht, so daß der Toner (7) geschmolzen wird und auf dem Kopieblatt (8) haftet. Um den dabei geschmolzenen Toner zu kühlen und zu verfestigen, wird die Druckwalze (12) in Pfeilrichtung gedreht, während sie gegen die Heizwalze (11) gedrückt wird. In der Heizwalze (11) ist der Heiz- und Kühlabschnitt derart geformt, daß er an der Blatteinführseite eine größere Krümmung als an der Blattabgabeseite hat. Dies dient dazu, das Antriebsdrehmoment zu verringern und die Lebensdauer der ringförmigen metallischen Endlosfolie (4) zu erhöhen und die Einführung des Kopieblattes (8) zu erleichtern. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist im Heiz- und Kühlabschnitt die Krümmung an der Blattabgabeseite kleiner. Dies dient dazu, es dem Kopieblatt (8) zu gestatten, mühelos die ringförmige metallische Endlosfolie (4) zu verlassen. Dieser Aufbau eliminiert einen Trennfinger für das Kopieblatt.

In der in dieser Weise aufgebauten Wärmefixiervorrichtung wird die Heizwalze (11) wie folgt erhitzt: Das heißt, der wärmeerzeugende Widerstand (1) dient als Heizvorrichtung, die in Form einer dicken Folie ausgebildet ist, die auf dem abgeschürften Glaskeramiksubstrat durch Sintern gebildet wird. Die Heiztemperatur der Heizwalze wird in folgender Weise gesteuert: Die Temperatur der Innenfläche der ringförmigen metallischen Endlosfolie (4) wird durch den Temperatursensor (34) erfaßt und der dem wärmeerzeugenden Widerstand (1) zugeführte Strom wird entsprechend der somit erfaßten Temperatur gesteuert, um eine geeignete Heiztemperatur zu ergeben. Der Temperatursensor (34) kann hinter dem wärmeerzeugenden Widerstand (1) angebracht sein. Die Kühleinheit (32) ist beispielsweise ein Heizrohr mit Wasser als Medium, das an einen luftgekühlten Strahler (Kondensator) angeschlossen ist, der neben der Heizwalze (11) liegt. Das heißt, die Kühleinheit (32) kann die Temperatur der ringförmigen metallischen Endlosfolie, die in Kontakt mit der Kühleinheit steht, auf 100°C oder weniger verringern.

Elektrische Leistung wurde zugeführt, so daß die Oberflächentemperatur des wärmeerzeugenden Widerstandes (1) auf 160 bis 180°C bei einer mittleren Fixiergeschwindigkeit von 20 A4-Kopien/min erhöht wurde, und auf 250 bis 300°C bei einer hohen Fixiergeschwindigkeit von 100 A4-Blättern/min. In diesem Fall schwankten die vom Temperatursensor erfaßten Temperaturen nicht so stark und lagen im Bereich von 150 bis 160°C. Und selbst wenn diese Temperaturen um 50 oder 60°C angehoben wurden, wurde keine hohe Temperaturabweichung verursacht. Dies beruht darauf, daß, wie vorstehend beschrieben wurde, das Kopieblatt gegen die ringförmige metallische Endlosfolie (4) gedrückt wird, die durch die Kühleinheit (32) gekühlt wird, der geschmolzene Toner erhärtet und er vollständig erhärtet ist, wenn das Kopieblatt (8) die ringförmige metallische Endlosfolie (4) verläßt. Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, wird, wenn die Oberflächentemperatur des wärmeerzeugenden Widerstands (1) erhöht wird, der Leistungsverbrauch gleichermaßen erhöht. Wird jedoch die Oberflächentemperatur des wärmeerzeugenden Widerstands in dieser Weise eingestellt, so wird der Freiheitsgrad der Temperatursteuerung erhöht und das Steuersystem kann ebenso sehr vereinfacht werden.

Somit ist aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, daß, selbst wenn eine Mehrzahl von Kopieblättern unterschiedlicher Größe einer Wärmefixierung unterzogen werden, keine Abweichung zur niederen Temperatur verursacht wird, falls die niedrigste Temperatur, die der wärmeerzeugende Widerstand (1) liefert, lokal viel höher als die Tonerschmelztemperatur ist, und die Kühleinheit verhindert das Auftreten einer Abweichung zu hoher Temperatur.

Es ist eines der spezifischen Merkmale der Wärmefixiervorrichtung, daß mit der Vorrichtung eine Mantelfixierfunktion durchgeführt werden kann. Das heißt, der Fixiervorgang kann mit dem flachen Abschnitt der Heizwalze durchgeführt werden.

Es ist ein weiteres spezifisches Merkmal der erfindungsgemäßen Wärmefixiervorrichtung, daß diese rasch startet. Bei einer Leistungsquelle mit einer praxisgemäßen Kapazität ist 1 Sekunde lange genug, um die Temperatur des wärmeerzeugenden Widerstands (1) auf 200 bis 300°C zu erhöhen. Beispielsweise bedarf es in einer elektrofotografischen Vorrichtung mit einer Fixiergeschwindigkeit von 50 A4-Blättern /min nur 0,5 bis 1 Sekunden für ein Kopieblatt, um die Wärmefixiervorrichtung nach der Übertragungstrommel zu erreichen. Dies bedeutet, daß die Wärmefixiervorrichtung gleichzeitig eingeschaltet werden kann, wenn ein Druckvorgang beginnt. Somit kann erfindungsgemäß eine elektrofotografische Vorrichtung geschaffen werden, bei der es unnötig ist, einen Vorheizvorgang durchzuführen. Wenn der Umstand berücksichtigt wird, daß es für alle üblichen elektrofotografischen Vorrichtungen erforderlich ist, einen Vorheizvorgang durchzuführen, wird verständlich, wie wirksam und stark erfindungsgemäß der Leistungsverbrauch verringert wird.

Die siebte Ausführungsform kann in verschiedener Weise wie folgt modifiziert werden: Diese Änderungen sind in ihrem grundsätzlichen Aufbau ähnlich der vorstehend beschriebenen siebten Ausführungsform. Bei einer der Änderungen wird anstelle des wärmeerzeugenden Widerstands (1) eine Halogenlampe verwendet, um die ringförmige metallische Endlosfolie direkt aufzuheizen. Bei einer weiteren Abänderung wird die ringförmige metallische Endlosfolie (4) erhitzt, indem ihr unmittelbar ein Strom zugeführt wird oder mittels elektromagnetischer Induktion. Bei einer weiteren Änderung wird das Heizrohr eliminiert, und statt dessen wird eine Kühleinheit (32) mit Kühlrippen verwendet, um die ringförmige metallische Endlosfolie zwangsweise zu kühlen. Ferner können die Heiz- und Kühlvorgänge elektrisch mittels eines Peltiereffektes durchgeführt werden. Es ist jedoch richtig, daß die vorstehend beschriebene Ausführungsform wirkungsvoller bezüglich der Fertigungskosten, der Leistung und der Miniaturisierung ist.

Achte Ausführungsform

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wärmefixiervorrichtung, die eine achte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Die Wärmefixiervorrichtung umfaßt gemäß Fig. 10 eine Heizwalze (11) und eine Druckwalze (12). Grob gesagt, umfaßt die Heizwalze (11): Eine Heiz- und Kühleinheit (411); ein metallisches Endlosband (4), dessen Außenfläche mit einer Schicht eines als Gleitmittel wirkenden Harzes überzogen ist; und eine Antriebswalze (5), die das metallische Endlosband (4) synchron mit der Druckwalze (12) drehen kann, während das metallische Endlosband (4) gegen die Heiz- und Kühleinheit (411) gedrückt wird. Die Heiz- und Kühleinheit (41) umfaßt: ein PTC-Thermistorheizelement (41); eine stromzuführende Federelektrode (42); einen Wärmeisolator (43); einen Aluminiumrahmen (44) und eine dünne Platte (45) aus rostfreiem Stahl, die diese Komponenten festhält, indem sie sie umschließt. Die Druckwalze (12) besteht aus einem drehbaren Kern und einer wärmebeständigen elastischen Schicht aus Siliziumkautschuk oder Fluorharz, die auf der Zylinderwand des drehbaren Kerns gebildet ist. Die Druckwalze (12) wird mit einer Kraft von 3 bis 10 kg gegen die Heizwalze (11) gedrückt. Dieser Druck wird durch die Härte der wärmebeständigen elastischen Schicht auf der Druckrolle bestimmt, der Breite der Fixiervorrichtung (entsprechend der Größe (A4, A3 etc.) der Kopieblätter), der Fixiergeschwindigkeit, der Heiztemperatur, der Kühltemperatur, der Heizkapazität und der Kühlkapazität. Bei der achten Ausführungsform ist die Größe der Verformung der Druckwalze auf etwa die Hälfte verringert, verglichen mit jener bei der bekannten Heizwalze. Somit kann bei der Wärmefixiervorrichtung der Druck zum Andrücken der Druckwalze gegen die Heizwalze verringert werden und entsprechend werden die zu fixierenden Blätter wirksam gegenüber einer Faltenbildung geschützt. Die Verringerung in der Größe der Verformung der Druckwalze (12) führt dazu, daß die Lebensdauer der Druckwalze im wesentlichen verdoppelt wird, und in der Praxis ist es unnötig, die Druckwalze zu warten.

Die PTC-Thermistorheizvorrichtung (41) wird durch Strom erhitzt, der über die Federelektrode (2) zugeführt wird, und nahezu die gesamte, dadurch erzeugte Wärmemenge wird auf die rostfreie Stahlplatte (45) übertragen, die in Anlage mit der PTC-Thermistorheizvorrichtung (41) steht. Die rostfreie Stahlplatte (45) wird dazu verwendet, die PTC-Thermistorheizvorrichtung (41) zu befestigen. Zur Erleichterung der Montagearbeit der Wärmefixiervorrichtung ist die Dicke der rostfreien Stahlplatte (45) mit 100 bis 150 µm festgelegt. In der rostfreien Stahlplatte (45) ist die Größe der Wärmeübertragung in Oberflächenrichtung der Platte viel kleiner als in Dickenrichtung, d. h. sie kann vernachlässigt werden. Dies beruht darauf, daß rostfreier Stahl, obgleich aus Metall, eine verhältnismäßig kleine Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Die Curietemperatur der PTC-Thermistorheizvorrichtung (41) sollte um 10 bis 20°C höher als die Temperatur sein, die zum Fixieren des Toners erforderlich ist, da die rostfreie Stahlplatte (45) und das Metallband (4) eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben. Andererseits ist es vorteilhaft, bezüglich der Fertigungskosten und der Fertigungsanlage, falls möglich, eine Wärmefixiervorrichtung zu realisieren, die für eine Anzahl von Tonerarten verwendet werden kann, die einen ähnlichen Schmelzpunkt aufweisen. Daher sollte eine PTC-Thermistorheizvorrichtung verwendet werden, die eine höhere Curietemperatur hat. Selbst in diesem Fall wird das Auftreten einer Abweichung vollständig durch das vorliegende System verhindert, bei der der Toner das Metallband nach seiner Kühlung verläßt. Das heißt, lediglich durch die Anordnung von zwei oder drei PTC-Thermistorheizvorrichtungen mit unterschiedlichem Curiepunkt, können Wärmefixiervorrichtungen, die ein völlig gleiches Aussehen haben, in einer Vielzahl von elektrofotografischen Vorrichtungen, die mit niedriger Geschwindigkeit arbeiten, verwendet werden. Dies ist ein neues spezifisches Merkmal der Erfindung.

Die linke Hälfte der in Fig. 10 dargestellten Heiz- und Kühleinheit (411) ist ein Abschnitt, der den vorstehend beschriebenen bedeutsamen Effekt liefert. Die Ausführungsform betrifft eine Wärmefixiervorrichtung mit niedriger Fixiergeschwindigkeit, die die PTC-Thermistorheizvorrichtung (41) verwenden kann und die keine so große Kühlkapazität benötigt. Beispielsweise ist beim Erhitzen des Toners (7) auf eine Fixiertemperatur von 120°C mit der PTC-Thermistorheizvorrichtung (41), wobei die Fixierung noch nicht erfolgte, die Curietemperatur der PTC-Thermistorheizvorrichtung (41) bei 140°C ausreichend hoch. Um das Auftreten einer Abweichung zu verhindern, wenn das Blatt die Vorrichtung mit dem gekühlten Toner verläßt, sollte die Temperatur des Toners auf etwa 100°C verringert werden. Zu diesem Zweck sollte in der Heiz- und Kühleinheit (411) die Temperatur des Kühlabschnittes des Aluminiumrahmens (44) bei etwa 80°C oder weniger gehalten werden. Dies ist der Grund, warum der Rahmen (44) aus Aluminium mit hoher thermischer Leitfähigkeit besteht. Ferner kann durch die Verwendung von Aluminium eine im Schnitt komplizierte Struktur mit hoher Genauigkeit durch Stangpressen gebildet werden. Somit ist Aluminium am besten für die Herstellung des Rahmens (44) geeignet, der geringes Gewicht und geringe Fertigungskosten hat. Der Rahmen mit U-förmigem Querschnitt, der in Fig. 10 dargestellt ist, kann mühelos aus Aluminium gefertigt werden. Der in dieser Weise hergestellte Rahmen ist sowohl bezüglich seiner Steifigkeit als auch seiner Strahlungsfläche zufriedenstellend.

Es ist nicht immer erforderlich, ein Gebläse zur Luftkühlung für die Wärmefixiervorrichtung vorzusehen. Wo es jedoch erforderlich ist, eine Wärmefixiervorrichtung vorzusehen, die kontinuierlich während einer längeren Zeitspanne verwendet wird, ist es vorzuziehen, eine Kühlluft in dem Raum zwischen der Heiz- und Kühleinheit (411) und der Antriebswalze (5) strömen zu lassen oder (nicht dargestellte) Kühlrippen auf dem Aluminiumrahmen (44) zu bilden, d. h. ein natürliches Kühlverfahren zu verwenden.

Das Metallband mit der als Gleitmittel wirkenden Harzschicht wurde in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform im einzelnen dargestellt. Der Inhalt der Unterlagen der Patentanmeldung kann auf die achte Ausführungsform unverändert bezogen werden. Jedoch wird nachstehend ein Verfahren zur Herstellung des Metallbandes kurz beschrieben. Beispielsweise wird ein Nickelband mit einer Dicke von 30 µm auf der Oberfläche eines Basisformteils aus rostfreiem Stahl durch Elektroformen gebildet. In dem gleichen, zum Elektroformen verwendeten Bad wird bei umgekehrter elektrischer Polarität das Nickelband elektrolytisch auf etwa 5 µm geätzt. Infolgedessen erhält die Oberfläche des Nickelbandes eine ungleichmäßige Oberfläche mit Grübchen, das am besten geeignet ist, um hierauf eine Schicht aus Fluorharz (PTFE) zu bilden. Beim Verfahren wird nur eine Art des Bades zum Elektroformen verwendet und die Herstellungsschritte werden ständig aufeinanderfolgend ausgeführt. Somit kann ein Metallband, das mit einem als Gleitmittel wirkenden Harz überzogen ist, mit geringen Kosten gefertigt werden. Es wurde bestätigt, daß das in dieser Weise gefertigte Metallband eine Lebensdauer hat, die mehrfach größer ist als jenes aus Polyimid, und seine Lebensdauer ist gleich der einer üblichen Heizwalze.

Dank des Metallbandes (4) und der dünnen Plattenanordnung aus rostfreiem Stahl der Heiz- und Kühleinheit (411) ist die höchste Temperatur der PTC-Thermistorheizvorrichtung (41) nur um 20 bis 30°C höher als die zum Fixieren des Toners (7) erforderliche Temperatur und somit kann die höchste Temperatur der Einheit (411) stark verringert werden. Dies bedeutet, daß, selbst falls ein zu fixierendes Blatt abnormal erhitzt wird, während es sich beispielsweise in der Vorrichtung verfängt, keine weitere Schwierigkeit verursacht wird. Ferner garantiert die inhärente Sicherheit der PTC-Thermistorheizvorrichtung (41) einer sich selbst steuernden Bauart eine beträchtlich höhere Sicherheit der erfindungsgemäßen Wärmefixiervorrichtung.

Um es dem Metallband (4) zu gestatten, auf der Heiz- und Kühleinheit (411) zu gleiten, wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dargestellt wurde, ist es erforderlich, die Innenfläche des Metallbandes (4) oder die Außenfläche der Stahlplatte (45) aus rostfreiem Stahl einer Schmiermittelbehandlung zu unterziehen.

Ferner wird bevorzugt, daß die Heiz- und Kühleinheit (41) eine größere Krümmung an der Bildträger-Einführseite als an der Bildträger-Abgabeseite aufweist.

Ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform startet die Wärmefixiervorrichtung rasch und hat eine Mantelfixierfunktion.

Bei der Wärmefixiervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist die Temperatur der Heizquelle in der Heizwalze verringert, so daß der thermische Wirkungsgrad verbessert ist, und die Temperaturanstiegszeit ist stark verringert, so daß die Vorrichtung rasch gestartet werden kann. Daher hat die erfindungsgemäße Wärmefixiervorrichtung eine große Beständigkeit und kann wie jene Vorrichtungen eingesetzt werden, die den Bereich von niedriger Geschwindigkeit bis zu hoher Geschwindigkeit umfassen. Im Falle einer Wärmefixiervorrichtung mit niedriger Geschwindigkeit ist es unnötig, den Temperatursensor und die Leistungsquelle zur Temperatursteuerung für die Heizwalze vorzusehen und es wird keine Abweichung verursacht, selbst wenn ein Kopieblatt unterschiedlicher Größe verwendet wird.

Ferner hat die Wärmefixiervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung folgende Vorteile oder Wirkungen und kann als Wärmefixiervorrichtung, die mit mittlerer oder hoher Geschwindigkeit arbeitet, realisiert werden, die eine lange Lebensdauer hat. Das heißt, sie kann rasch ohne Vorheizung starten und Blätter unterschiedlicher Größe fixieren und sie hat die Mantelfixierfunktion. In der Vorrichtung kann die Temperatursteuerung mühelos erzielt werden und es wird keine Abweichung verursacht, und der Leistungsverbrauch ist niedrig. Ferner ist es unnötig, einen Trennfinger oder eine Polsterschmierölvorrichtung zu verwenden; d. h. die Anzahl der Bauelemente ist stark verringert. Daher kann erfindungsgemäß eine elektrofotografische Vorrichtung realisiert werden, die eine geringe Größe und einen niedrigen Leistungsverbrauch hat.

Die Wärmefixiervorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung hat folgende Vorteile und Wirkungen: Sie kann ohne Vorheizung in Betrieb genommen werden, hat eine lange Lebensdauer und benötigt keine Wartung. Ferner hat sie einen geringen Leistungsverbrauch und eine hohe Betriebssicherheit und kann Blätter unterschiedlicher Größe fixieren und hat eine Mantelfixierfunktion. Ferner tritt bei allen Arten von Toner keine Abweichung auf. Schließlich ist es nicht notwendig, daß die Vorrichtung einen Temperatursensor verwendet, eine Leistungsquelle zur Temperatursteuerung, eine Mikrocomputersteuerung, einen Trennfinger, eine Polsterschmierölvorrichtung etc.. Somit wird in der Vorrichtung die Anzahl der Komponenten stark verringert. Die Vorrichtung kann miniaturisiert und mit geringen Fertigungskosten hergestellt werden.

Während die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifizierungen im Rahmen der Erfindung erfolgen können und diese werden im Rahmen der anliegenden Ansprüche von der Erfindung mitumfaßt.

Claims

1. Wärmefixiervorrichtung mit einem Paar Walzen (11, 12), wovon mindestens eine ein Wärmeerzeugerelement aufweist, wobei die Walzen gedreht werden, während sie gegeneinandergedrückt werden, mit einem Bildträger (8) mit einem Tonerbild (7), das noch nicht fixiert ist, der durch die Walzen hindurchtritt, so daß das Tonerbild mittels eines thermischen Schmelzens fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze mit dem Wärmeerzeugerelement umfaßt:
eine längliche Wärmeerzeugereinheit (1; 18);
eine ringförmige metallische Folie (4), die gedreht wird, während sie in Anlage an die Wärmeerzeugereinheit gehalten wird, und die Außenfläche der ringförmigen metallischen Folie (4), die in Anlage mit dem Bildträger (8) steht, mit einem als Gleitmittel wirkenden Harz überzogen ist;
eine Antriebswalze (5) zum Drehen der metallischen Folie (4) während sie der metallischen Folie eine Spannung erteilt.

2. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Wärmeerzeugereinheit eine Thermistorheizvorrichtung mit positiver Charakteristik umfaßt.

3. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Wärmeerzeugereinheit eine Heizvorrichtung umfaßt, die als Widerstandsheizung ausgebildet ist.

4. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Wärmeerzeugereinheit eine Heizvorrichtung umfaßt, die als Strahlungsheizung ausgebildet ist.

5. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Wärmeerzeugereinheit zwei Gleitelektroden (14, 15) umfaßt, die parallel zueinander angeordnet sind und durch welche ein elektrischer Strom unmittelbar der ringförmigen metallischen Folie (4) zum Erhitzen derselben zugeführt wird.

6. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Wärmeerzeugereinheit (18) eine Spule zur elektromagnetischen Induktionsheizung aufweist, deren Magnetkern (22, Fig. 9) aus einem Werkstoff großer magnetischer Permeabilität besteht, und die Spule zur elektromagnetischen Induktionsheizung einen Wirbelstrom in der ringförmigen metallischen Folie (4) induziert, um letztere direkt aufzuheizen.

7. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Wärmeerzeugereinheit (18) an der Bildträger-Einführseite eine größere Krümmung aufweist als an der Bildträger-Abgabeseite.

8. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige metallische Folie (4) durch Elektroformen gebildet wird.

9. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endstufe der Fertigung der ringförmigen metallischen Folie mittels Elektroformen eine dünne gemischplattierte Oberfläche auf der ringförmigen metallischen Folie gebildet wird, in der Teilchen verteilt und imprägniert sind, die bei einer Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre durch Oxidation eliminiert werden, und daß, nachdem die Teilchen von der Oberfläche durch Brennen eliminiert sind, eine Schicht eines als Gleitmittel wirkenden Harzes auf der in dieser Weise behandelten Oberfläche gebildet wird.

10. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Endstufe der Fertigung der ringförmigen metallischen Folie (4) mittels Elektroformen eine poröse chromplattierte Oberfläche auf der ringförmigen metallischen Folie gebildet wird, und daß anschließend eine Schicht aus einem als Gleitmittel wirkenden Harz auf der Oberfläche gebildet wird.

11. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der ringförmigen metallischen Folie (4), die in Anlage mit der länglichen Wärmeerzeugereinheit (18) gebracht wird, geschwärzt ist, um deren Lichtabsorptionskoeffizienten zu erhöhen.

12. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der ringförmigen metallischen Folie (4), die in Anlage mit der länglichen Wärmeerzeugereinheit (18) gebracht wird, einer Schmiermittelbehandlung unterworfen wird, um der ringförmigen metallischen Folie zu gestatten, auf der länglichen Wärmeerzeugereinheit zu gleiten.

13. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der länglichen Wärmeerzeugereinheit (18) einer Schmiermittelbehandlung unterzogen wird, so daß die ringförmige metallische Folie darauf glatt gleitet.

14. Wärmefixiervorrichtung mit einem Paar Walzen (11, 12), wovon mindestens eine ein Wärmeerzeugerelement hat, wobei die Walzen gedreht werden, während sie gegeneinandergedrückt werden, und ein Bildträger (8) mit einem Tonerbild (7), das noch nicht fixiert ist, durch die Walzen geführt wird, so daß das Tonerbild durch thermisches Schmelzen fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze mit dem Wärmeerzeugerelement umfaßt:
eine Wärmeerzeugereinheit (1);
eine Kühleinheit (32, Fig. 9);
eine ringförmige metallische Folie (4), die in Umlauf versetzt wird, während sie in Anlage mit der Wärmeerzeugereinheit und der Kühleinheit steht, und die ringförmige metallische Folie an ihrer Außenfläche eine Schicht eines als Gleitmittel wirkenden Harzes hat, die mit dem Bildträger (8) in Anlage gebracht wird; und
eine Antriebswalze (5), um die ringförmige metallische Folie in Umlauf zu bringen, während ihr eine Spannung erteilt wird.

15. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeerzeugereinheit (1) zwischen dem Paar Walzen (11, 12) an der Bildträger-Einführseite angeordnet ist, während die Kühleinheit (32) zwischen dem Paar Walzen an der Bildträger-Abgabeseite angeordnet ist.

16. Temperatureinstelleinheit, die in einer Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 14 verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein längliches Element ist, das aus der Wärmeerzeugereinheit und der Kühleinheit (32, Fig. 9) besteht, die nebeneinander angeordnet sind.

17. Wärmefixiervorrichtung mit einem Paar Walzen (11, 12), wovon mindestens eine ein Wärmeerzeugerelement hat, wobei die Walzen in Umlauf versetzt werden, während sie gegeneinandergedrückt werden, und ein Bildträger (8) mit einem Tonerbild (7), das noch nicht fixiert ist, durch die Walzen geführt wird, so daß das Tonerbild durch thermisches Schmelzen fixiert wird, dadurch gekennzeichnet daß die Walze mit dem Wärmeerzeugerelement umfaßt:
eine Heiz- und Kühleinheit (411, Fig. 10), die eine Kühlvorrichtung (44) enthält, die auch als Träger dient, und eine Wärmeerzeugervorrichtung mit einer PTC-Heizvorrichtung (41) als Wärmequelle;
ein dünnes metallisches Endlosband (4), das in Umlauf versetzt wird, während es in Anlage mit der Heiz- und Kühleinheit (411) steht, die Außenfläche des Metallbandes, die in Anlage am Bildträger (8) steht, mit einem als Gleitmittel wirkenden Harz überzogen ist; und
eine Antriebswalze (5), um das metallische Band in Umlauf zu bringen, während ihm eine Spannung erteilt wird.

18. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (44) ein Träger ist, der aus einem metallischen Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit besteht und einen Strahlungsabschnitt hat.

19. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (44) einen U-förmigen Querschnitt hat.

20. Wärmefixiervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsabschnitt des Trägers (44) aus am Träger gebildeten wärmeabstrahlenden Rippen besteht.