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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht auf eine Heizvorrichtung, die wirksam ist, wenn
sie in einer Fixiereinrichtung zum Erwärmen und Fixieren eines auf
einem Aufzeichnungsmaterial ausgebildeten Tonerbildes verwendet
wird, und auf eine Bilderwärmungsvorrichtung
unter Verwendung dieser Heizvorrichtung.
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STAND DER TECHNIK
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Eine
Bilderwärmungsfixiervorrichtung
zur Wärmefixierung
eines auf einem Aufzeichnungsmaterial ausgebildeten Tonerbildes
wird im Folgenden als Beispiel einer Bilderwärmungsvorrichtung beschrieben.
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Bei
einer Bilderzeugungsvorrichtung, wie zum Beispiel einer Kopiervorrichtung,
einem Drucker oder einem Faxgerät
ist eine Bilderwärmungsfixiervorrichtung
als Heizvorrichtung ausgebildet, um eine auf einer Oberfläche eines
Aufzeichnungsmaterials (Elektrofaxfolie, elektrostatisches Aufzeichnungsblatt, Übertragungsmaterialfolie,
Druckpapier oder ähnlichem)
entsprechend einer Bildinformation ausgebildetes nicht fixiertes
Tonerbild in einem direkten oder indirekten (Übertragungs-) System unter
Verwendung eines Toners aus einem Thermoschmelzharz oder ähnlichem
mittels eines geeigneten Bilderzeugungsverfahren, wie zum Beispiel
einer Elektrophotographie, einer elektrostatischen Aufzeichnung, einer
magnetischen Aufzeichnung oder ähnlichem
zu fixieren.
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Üblicherweise
wird für
eine derartige Bilderwärmungsfixiervorrichtung
ein Walzensystem verwendet. Das Wärmewalzensystem ist ein System, das
allgemein eine Metallwalze mit einer darin angeordneten Heizung
und eine Druckwalze aufweist, die elastisch unter Druck die Walze
berührt,
wobei beim Durchgang eines Aufzeichnungsmaterials durch einen Fixierspalt,
der durch ein Paar dieser Walzen ausgebildet wird, ein nicht fixiertes
Tonerbild auf dem Aufzeichnungsmaterial erwärmt und unter Druck fixiert
wird.
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Bei
dem obigen Wärmewalzensystem
ist jedoch sehr viel Zeit erforderlich, um die Walzenoberfläche auf
eine gewünschte
Fixiertemperatur zu bringen, da die Wärmekapazität der Walze groß ist. Aus diesem
Grund besteht das Problem bei einer schnellen Bilderzeugung, dass
die Walzenoberfläche
auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden muss, wenn die Vorrichtung
nicht verwendet wird.
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Eine
Weiterentwicklung diesbezüglich
ist in der
japanischen offengelegten
Patentanmeldung Nr. 10-293490 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung
ist eine Isolierschicht und eine Wärmeerzeugungsschicht auf eine
Ober fläche
einer Metallwalze auflaminiert. Eine derartige Walze ist jedoch
schwierig herzustellen, da ein Berührungspunkt zur Zuführung von
elektrischer Energie zur Walze gleitet, sodass ein Geräusch erzeugt
wird und nur eine kurze Lebensdauer erreicht wird, wodurch diese
Vorrichtung keine praktische Bedeutung erlangt hat.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung unter Verwendung
eines Folienheizsystems, wie sie beispielsweise in der
japanischen Offenlegungsschrift
63-313182 , der
japanischen
Offenlegungsschrift 2-157878 ,
der
japanischen Offenlegungsschrift
4-44075 und der
japanischen
Offenlegungsschrift 4-204980 beschrieben ist.
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Bei
diesem Folienerwärmungssystem
sind eine Heizvorrichtung und ein zu erwärmendes Material auf einer
Oberflächenseite
und der anderen Oberflächenseite
einer wärmebeständigen Folie
angeordnet, sodass die thermische Energie des Heizkörpers dem
zu erwärmenden
Material durch die wärmebeständige Folie
zugeführt
wird, wobei bei dieser Heizvorrichtung Elemente mit einer niedrigen
Wärmekapazität als Heizkörper und
Folie verwendet werden können,
die sich schnell erwärmen,
wodurch der Energieverbrauch im betriebsbereiten Zustand relativ gering
ist.
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7A bis 7C zeigen
ein Beispiel einer Heizvorrichtung mit dem Folienheizsystem. Dieses Beispiel
zeigt eine Bilderwärmungsfixiervorrichtung mit
dem Folienheizsystem. 7A zeigt eine vergrößerte Schnittansicht
eines grundsätzlichen
Teils, 7B eine teilweise geschnittene
Ansicht der Oberflächenseite
eines Heizkörpers
und 7C eine Aufsicht auf die Rückseite des Heizkörpers.
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Ein
Heizkörper 7 ist
als ein dünnes
plattenförmiges
Teil ausgebildet, dessen Länge
in vertikaler Richtung zur Zeichnungsebene von 7A verläuft und
das eine geringe Wärmekapazität aufweist
und durch Zuführung
von elektrischer Energie Wärme
erzeugt.
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Ein
Heizlagerteil 13, dessen Länge in einer vertikalen Richtung
zur Zeichnungsebene von 7A verläuft, ist
als adiabatisches und festes Teil ausgebildet. Auf der unteren Seite
dieses Lagerteils 13 ist in Längsrichtung ein Sitz 13a als
flache Nut ausgebildet, in dem die obige Heizvorrichtung 7 aufgenommen
ist, wobei die Heizvorrichtung 7 im hohlen Sitzabschnitt 13a angeordnet
und von dem Lagerteil 13 gelagert wird.
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Weiter
sind eine dünne
wärmebeständige Folie 12 und
eine elastische Druckwalze 9 vorgesehen. Die Folie 12 ist
zwischen der von dem Lagerteil 13 gelagerten Heizvorrichtung 7 und
der Druckwalze 9 so angeordnet, dass eine Fixierspalt (Wärmespalt) N
durch die Berührung
ausgebildet wird, wobei ein bestimmter Druck ausgeübt wird.
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Die
Folie 12 bewegt sich in Pfeilrichtung, wobei sie den Fixierspalt
N an der nach unten gewandten Seite der Heizvorrichtung 7 berührt und
durch einen nicht gezeigten Antrieb gleitet oder durch die Drehung
der Druckwalze 9 bewegt wird.
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Wenn
ein Papierblatt (Aufzeichnungsmaterial) 11 mit einem nicht
fixierten Tonerbild 10 als zu erwärmendes Material zwischen die
Folie 12 des obigen Fixierspaltabschnitts N und die Druckwalze 9 gelangt,
wird das Papierblatt 11 zusammen mit der Folie 12 eingeklemmt
und gefördert
und durch die Heizvorrichtung 7 über die Folie 12 erwärmt, sodass
der nicht fixierte Toner 10 auf dem Papierblatt fixiert
wird. Das durch den Fixierspalt N gelangte Papierblatt 11 wird von
der Oberfläche
der Folie 12 getrennt und weitergefördert.
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Allgemein
wird als Heizvorrichtung 7 eine keramische Heizvorrichtung
verwendet, bei der eine keramische Heizplatte, die elektrisch isoliert
ist, eine gute Wärmeleitfähigkeit
und Wärmebeständigkeit aufweist.
Bei dieser Ausführungsform
wird ebenfalls eine keramische Heizvorrichtung als Heizvorrichtung 7 verwendet.
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In
der Zeichnung sind eine dünne
Keramikplatte 1 sowie erste und zweite parallele streifenförmige elektrische
Leiter 2 als wärmeerzeugende
Widerstände
ausgebildet, die längs
der Platte auf der Oberfläche
der keramischen Platte 1 angeordnet sind.
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Weiter
sind zwei Leiter 5 als erste und zweite Elektroden zur
Stromversorgung (Elektrodenberührungspunkte)
ausgebildet, die an dem Endabschnitt in Längsrichtung der keramischen
Platte angeordnet sind. Die erste Elektrode 5 zur Stromversorgung
ist elektrisch leitend mit einem Endabschnitt des ersten Widerstandes 2 durch
eine Leitung verbunden. Die zweite Elektrode 5 zur Stromversorgung
ist elektrisch leitend mit einem End abschnitt des zweiten Widerstandes 2 durch
eine Leitung verbunden.
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Ein
Leiter 6 ist als eine rückgefaltete
Elektrode ausgebildet und auf der keramischen Platte angeordnet,
um die Endabschnitte des ersten und zweiten Widerstandes 2 elektrisch
leitend miteinander zu verbinden.
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Eine
Schutzglasschicht 3 für
die Heizfläche deckt
im Wesentlichen die Heizfläche
ab, mit Ausnahme des Abschnitts der ersten und zweiten Elektrode 5.
Durch diese Schutzglasschicht 3 sind die Leitungen des
ersten und zweiten Widerstandes 2 und der ersten und zweiten
Elektrode 5 sowie die Elektrode 6 abgedeckt und
geschützt.
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Ein
Temperaturfühler 4,
zum Beispiel ein Thermistor oder ähnliches, ist ungefähr im mittleren Abschnitt
in Längsrichtung
der Rückseite
der Heizfläche
angeordnet, d.h., an der Rückseite
der Keramikplatte 1.
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Die
Oberfläche
der Schutzglasschicht 3 der obigen keramischen Heizvorrichtung 7 ist
als Foliengleitfläche
ausgebildet, wobei die Oberseite der keramischen Heizvorrichtung 7 nach
außen
weist und im Sitz 13a an der Unterseite des Lagerteils 13 angeordnet
ist.
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Das
Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Stromversorgungsverbindung.
Bei dem Stromversorgungsabschnitt des Lagerteils 13, das
die Heizvorrichtung 7 lagert, werden die ersten und zweiten
Federkontaktpunkte 8a des Stromversorgungsverbinders 8 gegen
die erste und zweite Stromversorgungselektrode 5 der Heizvorrichtung 7 gedrückt, wodurch
die Heizvorrichtung 7 und ein nicht gezeigter Stromversorgungskreislauf
elektrisch verbunden sind.
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Durch
Zuführung
der elektrischen Energie durch den Stromversorgungskreislauf durch
den Stromversorgungsverbinder 8 zu der ersten und zweiten
Stromversorgungselektrode 5 wird die Temperatur der Heizvorrichtung 7 durch
die wärmeerzeugenden
Widerstände 2 über die
gesamte Länge
erhöht.
Die Erhöhung
der Temperatur wird in eine Spannungsinformation durch das Temperaturfühlelement 7 auf
der Rückseite
der Heizvorrichtung umgewandelt und erfasst, und der Ausgang wird
durch einen nicht dargestellte Steuerschaltkreis, wie zum Beispiel
eine CPU oder ähnliches
umgewandelt, und ein Wechselstromeingang vom Stromversorgungskreislauf
zur Heizvorrichtung 7 wird so eingestellt, dass die Temperatur
der Heizvorrichtung 7 auf eine bestimmte Temperatur gesteuert
wird.
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Da
bei der Fixiervorrichtung mit einem Folienheizsystem die Folie 12 eine
geringe Wärmekapazität aufweist
und die Heizvorrichtung 7 verwendet wird, ist es möglich, die
Wartezeit (Schnellstart) verglichen mit einem üblichen Wärmewalzensystem zu verkürzen. Da
ein Schnellstart durchgeführt
werden kann, wird eine Vorwärmung
nach dem Druckvorgang vermieden, wodurch eine gewisse Energieeinsparung
erreicht wird.
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Da
bei dem obigen Beispiel die Keramikheizvorrichtung verwendet wird,
ist eine Keramikplatte, wie zum Beispiel Aluminium, für den Heizkörper als Platte
vorgesehen, wobei jedoch die Probleme bestehen, dass Kera mik leicht
bricht bzw. teuer ist, sodass es zum Biegen oder ähnlichem
nicht geeignet ist.
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Entsprechend
beschreiben die
japanische Offenlegungsschrift
9-244442 und die
japanische
Offenlegungsschrift 10-275671 einen Heizkörper (im Folgenden
als Heizleiterplatte bezeichnet), bei dem eine Isolierschicht auf
einem Metall ausgebildet ist, wodurch man eine Platte mit der gleichen
Isolationseigenschaft wie die der üblichen Keramikplatte erhält, wobei
ein Widerstand, ein Leiter und eine isolierende Gleitschicht als
oberste Schicht darauf ausgebildet sind.
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Ebenfalls
beschreibt das Dokument
US-A-5,906,762 eine
derartige Heizvorrichtung.
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Wenn
die Heizvorrichtung außer
Kontrolle gerät,
d.h., wenn eine übermäßige Temperaturerhöhung der
Heizvorrichtung auftritt, weil zuviel elektrische Energie der Heizvorrichtung
zugeführt
wird, und die Heizvorrichtung weiter Wärme erzeugt, weil ein Temperaturfühler fehlerhaft
arbeitet oder eine Steuereinrichtung fehlerhaft arbeitet, muss eine
Sicherheitsmaßnahme
vorgesehen sein, wie zum Beispiel ein Thermoschalter oder eine Thermosicherung,
wodurch bei einem Ausfall der thermischen Steuerung der Heizvorrichtung
die Stromversorgung zur Heizvorrichtung unmittelbar durch den Betrieb
des Sicherheitselements unterbrochen wird.
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Wenn
die Heizvorrichtung eine Keramikplatte, wie zum Beispiel Aluminium,
verwendet, kann die Keramikplatte keine thermischen Spannungen bei
einer übermäßigen Temperaturerhöhung der
Heizvorrichtung beim Ausfall der thermischen Steuerung aufnehmen,
sodass Risse erzeugt werden, wodurch bei einem Bruch der Platte
ebenfalls das Widerstandselement und das Leiterelement brechen (Eigenbruch der
Heizvorrichtung beim Ausfall der Steuerung), wodurch die elektrisch
Energieversorgung zur Heizvorrichtung unterbrochen wird und dies
eine zweite Sicherheitsmaßnahme
darstellt.
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Wenn
eine leitende Heizplatte verwendet wird, ist jedoch eine Unterbrechung
der Stromversorgung zur Heizvorrichtung durch den Bruch der Platte beim
Ausfall der Steuerung nicht zu erwarten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung erfolgt in Anbetracht des oben aufgezeigten
Problems und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizvorrichtung
zu schaffen, die eine hohe Sicherheit aufweist, und weiter eine
Bilderwärmungsvorrichtung unter
Verwendung dieser Heizvorrichtung zu schaffen.
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Weiter
soll mit der Erfindung eine Heizvorrichtung geschaffen werden, bei
der ein wärmeerzeugendes
Widerstandselement selbst bricht, wenn die Heizvorrichtung einen übermäßigen Temperaturanstieg
aufweist und weiter soll ein Bilderwärmungsgerät unter Verwendung dieser Heizvorrichtung
geschaffen werden.
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Mit
der Erfindung wird eine Heizvorrichtung geschaffen, umfassend
ein
elektrisch leitendes Substrat,
eine erste auf dem elektrisch
leitenden Substrat ausgebildete elektrisch isolierende Schicht,
einen
auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht ausgebildeten wärmeerzeugenden
Widerstand, und
eine zweite auf dem wärmeerzeugenden Widerstand ausgebildete
elektrisch isolierende Schicht,
wobei, wenn die Glasübertragungstemperaturen
der ersten elektrisch isolierenden Schicht, des wärmeerzeugenden
Widerstandes und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht entsprechend
als T1, T2 und T3 definiert werden, zwischen T1, T2 und T3 die Beziehung
T1>T3≥T2 oder T1>T2≥T3 besteht.
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Weiter
soll mit der Erfindung eine Bilderwärmungsvorrichtung geschaffen
werden, umfassend
eine Heizvorrichtung mit einem elektrisch
leitenden Substrat, eine erste auf dem elektrisch leitenden Substrat
ausgebildete elektrisch isolierende Schicht, einen auf der ersten
elektrisch isolierenden Schicht ausgebildeten wärmeerzeugenden Widerstand,
und eine zweite, auf dem wärmeerzeugenden
Widerstand ausgebildete elektrisch isolierende Schicht,
wobei,
wenn die Glasübertagungstemperaturen
der ersten elektrisch isolierenden Schicht, des wärmeerzeugenden
Widerstandes und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht entsprechend
als T1, T2 und T3 definiert werden, zwischen T1, T2 und T3 die Beziehung
T1>T3≥T2 oder T1>T2≥T3 besteht, und ein Druckteil
zur Ausbildung eines Spalts zwischen dem Druckteil und der Heizvorrichtung
vorgesehen ist.
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Weitere
Ziele der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht zur Darstellung der Konstruktion eines Beispiels
einer Bilderzeugungsvorrichtung;
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2 eine
schematische Ansicht zur Darstellung der Konstruktion einer Fixiereinrichtung;
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3A, 3B und 3C schematische Ansichten
zur Darstellung der Konstruktion einer Leiterheizplatte;
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4 eine
perspektivische Explosionsansicht der Heizvorrichtung und einer
Lagerung;
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5A und 5B Darstellungen
des Eigenbruchs, wenn die Heizvorrichtung außer Kontrolle gerät;
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6A und 6B Darstellungen
der zweiten Ausführungsform;
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7A, 7B und 7C Darstellungen einer
Heizvorrichtung der Heizfolienart und ein Beispiel einer keramischen
Heizvorrichtung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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[Ausführungsform
1] (1 bis 5)
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1. Beispiel der Bilderzeugungsvorrichtung
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines Beispiels einer Bilderzeugungsvorrichtung.
Die Bilderzeugungsvorrichtung dieses Beispiels ist ein Kopiergerät oder ein
Drucker, der zur Übertragung
ein elektrophotographisches Verfahren verwendet, oder ein Faxgerät.
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Bezugszeichen 21 bezeichnet
einen trommelförmigen
elektrophotographischen photosensitiven Körper, der im Gegenuhrzeigersinn
in Pfeilrichtung mit bestimmter Umfangsgeschwindigkeit angetrieben
und gedreht wird.
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Bezugszeichen 22 bezeichnet
eine Ladungswalze, die gegen den photosensitiven Körper 21 mit einer
bestimmten Druckkraft anliegt und auf die eine bestimmte Ladung
von einer nicht dargestellten Energiequelle aufgebracht wird, wodurch
gleichmäßig die
Umfangsfläche
des sich drehenden photosensitiven Körpers 21 auf eine
bestimmte Polarität
und ein bestimmtes Potential geladen wird.
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Mittels
der Bildbelichtung 23 der Ladungsverarbeitungsfläche des
photosensitiven Körpers 21 mittels
einer nicht dargestellten Bildbelichtungseinrichtung (Schriftbildprojektionseinrichtung,
Laserstrahlabtasteinrichtung oder ähnlichem) wird ein elektrostatisches
latentes Bild, das einem Belichtungsbildmuster entspricht, auf der
Fläche
des photosensitiven Körpers ausgebildet.
Bezugzeichen 24 bezeichnet eine Entwicklungsvorrichtung,
in der das elektrostatische latente Bild auf der Oberfläche des photosensitiven
Körpers
zu einem Tonerbild normal entwickelt oder umgekehrt entwickelt wird.
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Bezugzeichen 25 bezeichnet
eine Übertragungswalze,
die gegen den photosensitiven Körper 21 mit
einer bestimmten Druckkraft anliegt, um einen Übertragungsspaltabschnitt auszubilden.
Durch die Zuführung
eines Übertragungsmaterialblattes
(Blattkörper) 11 zu
dem Übertragungsspaltabschnitt
von einem nicht dargestellten Papierzuführabschnitt in einer bestimmten
Zeit, und durch Aufbringen einer bestimmten Übertragungsspannung auf die Übertragungswalze 25 von
einer nicht dargestellten Energiequelle werden die Tonerbilder auf
dem photosensitiven Körper 21 der
Reihe nach auf die Oberfläche
des dem Übertragungsspalt
zugeführten Übertragungsmaterials 11 in
Form von Papier übertragen.
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Das
durch den Übertragungsspalt
geförderte Übertragungsmaterial 11 wird
von der Oberfläche des
photosensitiven Körpers 21 getrennt,
einer Bilderwärmungsfixiervorrichtung 27 zugeführt und
einer Wärme
zum Fixieren des unfixierten Tonerbildes unterworfen, woraufhin
dann das Papier ausgegeben wird.
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Die
Oberfläche
des photosensitiven Körpers wird,
nachdem sie von dem Übertragungsmaterial getrennt
wurde, von anhaftendem Restmaterial, wie zum Beispiel verbleibendem
Toner oder ähnlichem mittels
einer Reinigungsvorrichtung 26 getrennt, sodass man eine
saube re Fläche
erhält,
und wird dann wiederholt der Bildausbildung unterworfen.
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2. Bilderwärmungsfixiervorrichtung 27
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Die
Bilderwärmungsfixiervorrichtung 27 dieser
Ausführungsform
ist eine Heizvorrichtung, die eine Druckwalze oder ein spannungsloses
Folienheizsystem verwendet. 2 zeigt
eine schematische Ansicht der Vorrichtung.
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Bezugszeichen 17 bezeichnet
eine leitende Plattenheizvorrichtung als Heizkörper gemäß der Erfindung, die als eine
schlanke dünne
Platte ausgebildet ist und sich längs in einer vertikalen Richtung
zur Zeichnungsebene erstreckt und insgesamt eine geringe Wärmekapazität aufweist.
Die Struktur dieser Heizvorrichtung 17 wird im Einzelnen
im nächsten Abschnitt
(3) beschrieben.
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Bezugszeichen 13 bezeichnet
ein Heizkörperlagerteil
mit einer im Wesentlichen halbkreisförmigen Rinnenform im Querschnitt
(im Folgenden als Träger
bezeichnet), das wärmebeständig ist
und eine Festigkeit aufweist. An der unteren Fläche dieses Trägers 13 ist
in Längsrichtung
eine flache Bodennut als Sitz 13a ausgebildet, in die die
oben erwähnte
leitende Plattenheizung 17 eingesetzt ist, sodass die leitende
Plattenheizung 17 in diesem Sitz 13a sitzt und
von dem Träger
gelagert wird. 4 zeigt eine perspektivische
Explosionsansicht des Trägers 13 und
eine leitende Plattenheizung 17. Ein wärmebeständiges Harz, wie zum Beispiel
PPS, ein flüssiges Kristallpolymer
oder ein Phe nolharz einschließlich Glas
zur Erhöhung
der Festigkeit werden als Material des Trägers 13 verwendet.
Der Träger
wird durch Spritzen dieser Materialien in eine Form ausgebildet.
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Bezugszeichen 12 bezeichnet
eine zylindrische dünne
wärmebeständige Folie
(Fixierfolie), die lose am Träger 13,
in dem die Heizung 17 angeordnet ist, angebracht ist.
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Bezugszeichen 9 bezeichnet
eine elastische Druckwalze als Druckrotor. Sie umfasst einen Metallkern 9a,
eine elastische Gummischicht 9b mit guter Formlöseeigenschaft,
wie zum Beispiel Silicongummi, das konzentrisch zum Metallkern 9a angeordnet ist,
wobei beide Endabschnitte des Metallkerns 9a durch ein
Lager zwischen nicht dargestellten Platten eines Grundkörpers einer
Vorrichtung frei drehbar gelagert sind.
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An
der Oberseite dieser Druckwalze 9 ist die obige Heizung 17 angeordnet,
wobei der Träger 13, auf
dem die zylindrische Folie 12 aufgebracht ist, der Heizung
gegenüberliegend
nach unten gerichtet ist, wodurch eine Druckkraft durch eine nicht
gezeigte Vorspanneinrichtung auf den Träger 13 wirkt, und
die nach unten weisende Fläche
der Heizung die Oberfläche
der Druckwalze 9 unter Druck berührt, wobei die Folie 12 durch
eine bestimmte Druckkraft gegen die elastische Gummischicht 9b gedrückt wird.
Hierdurch wird die Folie 12 zwischen der Heizung 17 und der
elastischen Druckwalze 9 angeordnet, und ein Fixierspalt
N bestimmter Breite ausgebildet.
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Die
Druckwalze 9 wird durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung
angetrieben und im Uhrzeigersinn mit einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit
gedreht. Durch die Drehung der Druckwalze 9 wirkt eine
Rotationskraft auf die zylindrische Folie 12 durch die
Druckberührung
und die Reibkraft im Fixierspalt N zwischen der äußeren Fläche der Walze und der äußeren Fläche der
Folie 12, sodass sich die Folie 12 rings um den
Träger 13 mit
einer Umfangsgeschwindigkeit dreht, die im Wesentlichen der Umfangsgeschwindigkeit
der Druckwalze entspricht und zwar im Gegenuhrzeigersinn, wobei
ihre Innenfläche
mit der nach unten gerichteten Fläche der Heizung in enger Berührung steht
und im Fixierspalt N gleitet (ein Druckwalzenantriebssystem).
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Der
Träger 13 dient
ebenfalls als Führung
für die
sich drehende Folie 12. Bezugszeichen 13b (4)
beschreibt eine Rippe in der Foliendrehrichtung, die durch Ausbilden
von Räumen
längs der
Außenfläche der
Seitenwand des Trägers 13 vorgesehen
ist. Durch diese Rippe wird der Gleitwiderstand zwischen dem trägerseitigen
Wandabschnitt der Außenfläche und
der Innenfläche
der Rotationsfolie vermindert.
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Durch
Aufbringen eines Schmiermittels, wie zum Beispiel einem wärmebeständigen Schmierfett oder ähnlichem,
zwischen der nach unten gewandten Fläche der Heizung 17 und
der Innenfläche
der Folie 12 kann die Drehung der obigen Folie 12 erleichtert werden.
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Wenn
die Druckwalze 9 angetrieben und gedreht wird, wird hierdurch
die zylindrische Folie 12 gedreht, wobei die Heizung 17,
wie später
beschrieben, mit Strom versorgt wird, wodurch sich die Temperatur
des Fixierspaltes N auf eine bestimmte Temperatur durch die Wärme der
Heizung 17 erhöht,
das Übertragungsmaterial 11 mit
dem nicht fixierten Tonerbild 10 zwischen die Folie 12 des
Fixierspalts N und die Druckwalze 9 eingeführt wird,
und in dem Fixierspalt N die tonerbildtragende Oberfläche des Übertragungsmaterials 11 in
enge Berührung
mit der Außenfläche der
Folie 12 gelangt und zusammen mit der Folie im Fixierspalt
N hindurchgeführt
wird. Bei dieser Übertragung
wird die Wärme
der Heizung 17 auf das Übertragungsmaterial 11 über die
Folie 12 übertragen,
und das nicht fixierte Tonerbild 10 auf dem Übertragungsmaterial 11 wird
erwärmt,
geschmolzen und fixiert. Nachdem das Übertragungsmaterial 11 durch
den Fixierspalt N gelangt, wird es von der Außenfläche der sich drehenden Folie 12 durch
die Krümmung
getrennt und weitergefördert.
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3. Leitende Plattenheizung 17
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3A zeigt
eine teilweise geschnittene Ansicht der Oberfläche der leitenden Plattenheizung 17 dieses
Beispiels, 3B eine Ansicht der Rückseite und 3C eine
vertikale Schnittansicht.
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Diese
Heizung 17 weist eine isolierende Glasschicht 15 als
erste isolierende Schicht in dem gesamten Bereich der Oberfläche eines
leitenden Substrats (Leitersubstrat) 16 auf. Auf dieser
isolierenden Glasschicht 15 sind, ähnlich wie bei der keramischen
Heizung 7 von 7A bis 7C, erste und
zweite parallele streifenförmige,
schmale Widerstandsmuster 2 zur Wärmerzeugung durch Elektrizität ausgebildet
und weiter sind Leiter muster 5 als erste und zweite Energieversorgungselektroden,
ein Leitermuster 6 als eine zurückgefaltete Elektrode und eine
Glasschicht 3 als Schutz für die Heizungsoberfläche als
eine zweite isolierende Schicht ausgebildet.
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Als
leitendes Substrat 16 werden ein Metall oder ähnliches,
wie zum Beispiel SUS 430, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient
mit dem des Glases leicht übereinstimmt,
verwendet. Die Länge des
Substrats 16 beträgt
vorzugsweise 270mm, die Breite beträgt vorzugsweise 5mm bis 15mm,
und die Dicke beträgt
vorzugsweise 0,5mm bis 2mm. Wenn das Substrat zu dünn ist,
wird nach dem Drucken infolge des Unterschieds der thermischen Expansionskoeffizienten
eine Verwerfung erzeugt, sodass der Zusammenbau schwierig wird.
Wenn das Substrat zu dick ist, wird die Wärmekapazität der Heizung groß, wobei,
wenn ein Thermoelement oder ähnliches
an der Rückseite
angebracht wird, die Ansprechzeit verzögert wird, und die angestrebte
Steuerung schwierig wird. Hierdurch ergeben sich Bildprobleme, wie
zum Beispiel Fixierfehler, unebener Glanz und Versetzungen.
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Um
eine Standspannung von 1,5kV oder mehr zu verarbeiten, weist die
Isolierglasschicht 15 als erste Isolierschicht eine Dicke
von 30μ bis
100μ auf,
und um eine Blasenbildung zu vermeiden, wird angestrebt, dass ein
Mehrfachdruckverfahren verwendet wird. Zur Erhöhung der Haftung zwischen dem
leitenden Substrat 16 und dieser Isolierglasschicht 15 wird
das leitende Substrat 16 durch Sandblasen, Ätzen oder ähnlichem
aufgeraut, woraufhin nach dem Reinigen die Isolier glasschicht 15 gedruckt werden
kann. Da die Isolierglasschicht 15 nicht nur dazu dient,
der Spannung zu widerstehen, sondern ebenfalls verhindert, dass
die in den Widerstandsmustern 2 erzeugte Wärme zur
Substratseite 16 entweicht, sollte der Wärmeleitkoeffizient
gleich oder weniger als 2W/m.K. sein.
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Auf
diese Isolierglasschicht 15 werden die Widerstandsmuster 2 und
die Leitermuster 5, 6 gedruckt. Eine ausreichende
Länge der
Widerstandsmuster ist erforderlich, um die Breite eines Papierblatts
abzudecken und beträgt
216mm.
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Als
oberste Schicht wird die Heizungsschutzglasschicht 3 als
die zweite Isolierschicht aufgebracht. Diese Schutzglasschicht 3 muss
glatt sein, damit die Folie 12 gut gleitet und sie muss
eine gute Isoliereigenschaft und eine hohe Wärmegleitfähigkeit aufweisen (vorzugsweise
2W/m.K. oder mehr).
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Die
obige Glasschicht, die Widerstandsmuster und die Leitungsmuster
werden durch Trocknen ausgebildet, nachdem sie unter Verwendung
des Siebdrucks gedruckt werden, wie bei der üblichen Keramikheizung.
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Wenn
der Glasübergangspunkt
(Glasübergangstemperatur)
der Isolierglasschicht 15 als erste elektrische Isolierschicht
auf dem leitenden Substrat 16 der Heizung als T1 definiert
wird, und der Glasübergangspunkt
der Widerstandsschicht 2, die darauf ausgebildet ist, und
der Leiterschicht 14 zur Versorgung der Widerstandsmuster
als T2 definiert wird, und der Glasübergangspunkt der Oberflächenschutzglasschicht 3 als
zweite elektrische Isolierschicht, die darauf ausgebildet ist, als
T3 definiert wird, ist die Konstruktion so, dass die Beziehung zwischen
den Glasübergangspunkten
der entsprechenden Schichten wie folgt ist: T1>T3≥T2.
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T1
beträgt
850° oder
mehr, und T2 und T3 betragen 800° oder
mehr und weniger als 850°.
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Wenn
das Drucken und Sintern wiederholt wird, um dadurch die Muster auszubilden,
soll T21>T3 sein.
Dies ist darin begründet,
dass, wenn der Glasübergangspunkt
einer auf einer bereits gedruckten Schicht gedruckte Schicht größer als
der Glasübergangspunkt
der bereits gedruckten Schicht ist, die früher gedruckte und gesinterte
Schicht schmelzen kann und in die später gedruckte Schicht hineindiffundiert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird dieses Problem jedoch dadurch gelöst, dass ein Füllstoff,
wie zum Beispiel Aluminium oder ein Metallsalz zu der Paste der
Widerstandsschicht hinzugefügt
wird, um die Viskosität
während
des Schmelzens zu erhöhen,
sodass es schwierig ist, dass sich die zwei Komponenten miteinander
vermischen, auch wenn die elektrisch isolierende Schicht auf der
Widerstandsschicht gesintert wird.
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Hierdurch
beginnt, wenn die Steuerung der Heizvorrichtung ausfällt, das
Widerstandsmuster 2 bei der Glasübergangstemperatur T2 zuerst
zu schmelzen, woraufhin dann die Oberflächenschutzglasschicht 3 als
oberste Schicht den Glasübergangspunkt
T3 erreicht, woraufhin eine Erweichung beginnt, und das Widerstandsmuster 2 in
diese Schicht eintritt, wodurch die Querschnittsfläche des ursprünglichen
Widerstandsmusters 2 teil weise abnimmt und dieser Abschnitt
ausbrennt und der elektrische Strom unterbrochen wird. Hierdurch
wird die Heizvorrichtung unterbrochen.
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Dieser
Zustand ist in den 5A und 5B dargestellt. 5A ist
eine teilweise geschnittene Ansicht der Heizvorrichtung im normalen Zustand,
wobei die Oberflächenschutzglasschicht 3 als
oberste Schicht nicht dargestellt ist. 5B zeigt den
Zustand, wenn die Steuerung der Heizvorrichtung unterbrochen ist
und ein Teil des Widerstandsmusters 2 ausgebrannt ist,
und die Oberflächenschutzglasschicht 3 in
seiner Umgebung eintreten kann, wie dies mittels der Pfeile dargestellt
ist, und den Endabschnitt des Widerstandsmusters 2 nach dem
Ausbrennen überdeckt,
wodurch die Isoliereigenschaft sichergestellt ist. Entsprechend
kann, wenn das Widerstandsmuster 2 zerbricht und die Temperatur
abnimmt, die Isoliereigenschaft zunehmen und die Leitung vollständig unterbrochen
werden.
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[Ausführungsform
2] (6A und 6B)
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Die
Ausführungsform
2 bezieht sich auf die positionsmäßige Beziehung der Heizvorrichtung 17 der
oben beschriebenen Ausführungsform
1 und dem durch die Druckwalze 9 ausgebildeten Spalt N.
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Ein
Druckelement, wie zum Beispiel eine Druckwalze, übt im Wesentlichen auf den
Mittelpunkt zwischen zwei Widerstandsmustern 2 in dem Spalt
N einen Druck aus, wie mittels des nach oben gerichteten Pfeils
in 6B dargestellt ist. Wenn die Steuerung der Heizvorrichtung
unterbrochen ist und das Widerstandsmuster 2 schmilzt und
weiter die Oberflächenschutzglasschicht 3 auf
der Oberfläche
erweicht, wird das Widerstandsmuster 2 aus seiner normalen
Position gemäß 6A im
Spalt nach außen
gedrückt,
wie in 6B gezeigt, wodurch zwischen
den an der Position der gestrichelten Linie verbleibenden Mustern
ein Bruch auftritt (die Position, bevor die Steuerung der Heizvorrichtung
unterbrochen wurde) und kein elektrischer Strom mehr fließt. Dies
bedeutet das Ende der Steuerung der Heizvorrichtung.
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Wenn
die Anzahl der Widerstandsmuster 2 eins beträgt, wird
angestrebt, dass der Druck auf seine Mitte aufgebracht wird, wohingegen,
wenn mehrere Widerstandsmuster 2 vorhanden sind, angestrebt wird,
dass die Mitte der Druckaufbringung im Wesentlichen in der Mitte
dazwischen liegen sollte, um zu verhindern, dass die Widerstandsmuster 2 sich
erneut miteinander verbinden, wie dies in 6 gezeigt ist.
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In
einem Zustand, in dem die Heizung bei einer Heizvorrichtung angeordnet
ist, erfolgt die Wärmeverteilung
zu dem Berührungsteil,
wie zum Beispiel der Druckwalze, auch wenn der Glasübergangspunkt
der Isolierglasschicht 3 auf der Oberfläche niedrig ist, sodass die
Temperatur des Berührungsteils
nicht ansteigt, verglichen mit dem Widerstandsmuster 2,
sodass niemals die Glasschicht früher als die Widerstandsmuster
schmelzen. Entsprechend kann die Beziehung T1>T2≥T3
eingehalten werden, sodass keine Diffusion und Vermischung der Widerstandsmuster 2 und
der Isolierglasschicht 3 auf der Oberfläche auftritt, welches ein Problem
während der
Herstellung der Heizung der oben beschriebenen Ausführungsform
1 darstellt.
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[WEITERES]
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- 1. Bei einer Heizvorrichtung einer Folienart
kann eine Vorrichtung geschaffen werden, bei der eine endlose riemenförmige Folie
unter Spannung rund gedehnt und drehbar angetrieben wird. Es kann
ebenfalls eine Vorrichtung geschaffen werden, bei der eine Rolle
einer langen Folie mit Enden verwendet wird, sodass sie mit einer
bestimmten Geschwindigkeit von einer Abgabespule über eine
Heizung zu einer Aufnahmespule bewegt wird.
- 2. Die Heizung gemäß der Erfindung
kann natürlich
nicht nur bei der Heizvorrichtung der Folienheizart verwendet werden,
sondern ebenfalls bei einer Heizvorrichtung, bei der ein von einem
Lagerelement gelagerte Heizvorrichtung in direkte Berührung mit
einem zu erwärmenden
Material gebracht wird, um so das zu erwärmende Material zu erwärmen usw.
- 3. Die Heizvorrichtung gemäß der Erfindung
kann natürlich
nicht nur bei einem Bilderwärmungs-
und Fixiergerät
verwendet werden, sondern ebenfalls beispielsweise bei einem Bilderwärmungsgerät zum Erwärmen eines
Aufzeichnungsmaterials mit einem darauf angeordneten Bild, um so
die Oberflächeneigenschaft,
wie zum Beispiel den Glanz zu verbessern, einem Bilderwärmungsgerät zur Durchführung der
Abtastfixierung, einem Heizgerät
zur Zuführung
von folienähnlichem
Material und zur Durchführung
des Trocknens und des Laminierens, einer Heizung in einer Heizvorrichtung zum
Trocknen bei einem Tintenstrahldrucker oder ähnlichem, oder einer Heizvorrichtung,
die eine derartige Heizung verwendet.