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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung, die sich insbesondere
für eine
Verwendung bei einer Fixiereinrichtung eines Bilderzeugungsgerätes wie
eines Kopiergerätes
oder Druckers eignet, sowie auf eine Bilderwärmungsvorrichtung, bei der diese
Heizeinrichtung Verwendung findet.
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Als
Beispiel für
eine solche Heizeinrichtung wird nachstehend eine Bilderwärmungs-Fixiereinrichtung
näher beschrieben.
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Bei
einem Bilderzeugungsgerät
wie einem Kopiergerät,
einem Drucker oder einem Faksimilegerät stellt eine Bilderwärmungs-Fixiereinrichtung
eine Heizeinrichtung zur Wärme-/Fixierbehandlung
eines auf einem Aufzeichnungsmaterial befindlichen unfixierten Tonerbildes
dar, das Bildinformationen entspricht, die auf der Oberfläche eines
Aufzeichnungsmaterials (eines blattförmigen Elektrofaxmaterials, elektrostatischen
Aufzeichnungsmaterials und Übertragungs-
bzw. Transfermaterials sowie von Druckpapier oder dergleichen) bei
einem mit direkter oder indirekter Übertragung arbeitenden System
unter Verwendung von aus thermoschmelzbarem Kunstharz oder dergleichen
bestehendem Toner im Rahmen eines geeigneten Bilderzeugungsverfahrens
wie z.B. durch Elektrofotografie, elektrostatische Aufzeichnung, magnetische
Aufzeichnung oder dergleichen ausgebildet worden sind.
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Üblicherweise
findet bei einer solchen Bilderwärmungs-Fixiereinrichtung
ein Heizwalzensystem Verwendung, dessen grundsätzlicher Aufbau eine Metallwalze
mit einem darin angeordneten Heizelement und eine elastische Druck-
oder Andruckwalze zur Herbeiführung
eines Druckkontaktes mit der Metallwalze umfasst, wobei durch Hindurchführung eines
Aufzeichnungsmaterials durch eine von diesen beiden Walzen gebildete
Fixierkontaktzone ein auf dem Aufzeichnungsmaterial befindliches
unfixiertes Tonerbild durch Wärme-
und Druckeinwirkung fixiert wird.
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Da
bei diesem Heizwalzensystem die Metallwalze jedoch eine hohe Wärmekapazität aufweist, nimmt
die Erwärmung
der Walzenoberfläche
auf eine gewünschte
Fixiertemperatur eine erhebliche Zeit in Anspruch. Aus diesem Grund
besteht das Problem, dass zur schnellen Ausführung eines Bilderzeugungsvorgangs
die Walzenoberfläche
ständig
auf einer gewissen Temperatur gehalten werden muss, auch wenn derzeit
keine Verwendung des Geräts
erfolgt.
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Aus
der
japanischen Patent-Offenlegungsschrift
10-293 490 ist bereits eine diesen Punkt betreffende Verbesserung
bekannt, die darin besteht, dass die Oberfläche einer solchen Metallwalze
mit einer Isolierschicht und einer Heizschicht beschichtet ist.
Die Herstellung einer solchen Walze ist jedoch mit gewissen Schwierigkeiten
verbunden, wobei darüber hinaus
auf Grund der Verwendung eines Gleitkontaktes für die Stromversorgung der Walze
Probleme wie die Erzeugung von Störungen und eine kurze Lebensdauer
auftreten, sodass diese Lösung
keine praktische Verwendung gefunden hat.
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Seitens
der Anmelderin ist daher bereits eine Heizeinrichtung mit einem
sogenannten Folienheizsystem vorgeschlagen worden (siehe z.B.
japanische Patent-Offenlegungsschriften
63-313 182 ,
2-157 878 ,
4-44 075 und
4-204 980 ).
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Bei
diesem Folienheizsystem handelt es sich um ein System, bei dem ein
Heizelement und ein zu erwärmendes
Material in enge Berührung
mit einer jeweiligen Oberflächenseite
einer wärmebeständigen Folie
gebracht werden, wobei die Wärmeenergie
des Heizelements über
die wärmebeständige Folie
auf das zu erwärmende
Material übertragen
wird. Die Heizeinrichtung kann hierbei als bedarfsabhängige bzw.
in einem Bereitschaftsbetrieb einsetzbare Heizeinrichtung ausgestaltet
werden, bei der Elemente mit geringer Wärmekapazität für das Heizelement und die Folie
Verwendung finden, sodass eine schnelle Inbetriebnahme und ein erheblich
geringerer Stromverbrauch im Wartezustand bzw. Bereitschaftszustand
gewährleistet
sind.
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In
den 12A bis 12C ist
ein Ausführungsbeispiel
einer Heizeinrichtung dieses Folienheizsystems veranschaulicht,
wobei es sich bei diesem Beispiel um eine Bilderwärmungs-Fixiereinrichtung
mit einem Folienheizsystem handelt. 12A zeigt
eine vergrößerte schematische
Querschnittsansicht der wesentlichen Elemente, während 12B eine
teilweise als Schnittansicht ausgeführte schematische Draufsicht
der Vorderseite eines Heizkörpers
bzw. Heizelements und 12C eine
schematische Draufsicht der Rückseite
des Heizkörpers
bzw. Heizelements zeigen.
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Die
Bezugszahl 7 bezeichnet hierbei das Heizelement, das aus
einem dünnen
plattenartigen Element mit vertikal zur Zeichenebene von 12A verlaufenden Längsabmessungen besteht, eine
sehr geringe Wärmekapazität aufweist
und durch Beaufschlagung mit einem elektrischen Strom Wärme erzeugt.
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Die
Bezugszahl 13 bezeichnet einen adiabatischen, festen Heizelementträger in Form
eines Halterungselements, dessen Längsabmessungen ebenfalls vertikal
zur Zeichenebene von 12A verlaufen. An der Unterseite
dieses Halterungselements 13 ist in Richtung der Längsachse
eine Ausnehmung 13a in Form einer flachen Nut ausgebildet,
in die das Heizelement 7 eingepasst werden kann, sodass
das Heizelement 7 in der Ausnehmung 13a angeordnet ist
und von dem Halterungselement 13 gehalten wird.
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Die
Bezugszahl 12 bezeichnet eine dünne wärmebeständige Folie, während die
Bezugszahl 9 eine elastische Druckwalze bezeichnet. Zwischen der
Druckwalze 9 und dem von dem Halterungselement 13 gehaltenen
Heizelement 7 wird durch Aufbringung einer vorgegebenen
Druckkraft ein Druckkontakt zur Bildung einer Fixierkontaktzone
(Heizkontaktzone) N hergestellt, wobei die Folie zwischenliegend
angeordnet ist.
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Hierbei
wird in der Fixierkontaktzone N eine in engem Kontakt mit der Unterseite
des Heizelements 7 in Pfeilrichtung erfolgende Gleitbewegung der
Folie 12 von einem nicht dargestellten Antriebselement
oder durch eine entsprechende Drehbewegung der Druckwalze 9 herbeigeführt.
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Wenn
nun ein ein unfixiertes Tonerbild 10 tragendes Blatt Papier
(Aufzeichnungsmaterial) 11 als zu erwärmendes Material in der vorstehend
beschriebenen Fixierkontaktzone zwischen die Folie 12 und die
Druckwalze 9 transportiert wird, wird das Blatt Papier 11 zusammen
mit der Folie 12 durch die Fixierkontaktzone N hindurchgeführt und
hierbei über
die Folie 12 von dem Heizelement 7 erwärmt, wobei
eine Wärmefixierung
des unfixierten Toners 10 auf der Oberfläche des
Papiers stattfindet. Das durch die Fixierkontaktzone N hindurchgetretene
Blatt Papier 11 wird dann von der Oberfläche der
Folie 12 abgelöst und
weiter transportiert.
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In
Bezug auf das Heizelement 7 findet ein sogenanntes keramisches
Heizelement Verwendung, bei dem eine Keramikplatte mit elektrischen
Isoliereigenschaften, einer guten Wärmeleitfähigkeit und einer guten Wärmebeständigkeit
als Heizelementplatte eingesetzt wird. Das Heizelement 7 besteht
bei diesem Beispiel aus einem solchen keramischen Heizelement.
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Die
Bezugszahl 1 bezeichnet somit eine dünne, plättchenartige Keramikplatte.
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Die
Bezugszahl 2 bezeichnet ein erstes und ein zweites elektrisches
Heizwiderstandsmuster, die in Form von zwei schmalen Streifen bzw.
Bändern ausgebildet
sind und parallel zueinander in Längsrichtung an der Vorderseite
der Keramikplatte 1 verlaufen.
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Die
Bezugszahl 5 bezeichnet ein erstes und ein zweites Leitermuster
die eine erste und eine zweite Stromzuführungselektrode (in Form von
Elektrodenkontaktpunkten) bilden und an der Oberfläche der
Keramikplatte in Längsrichtung
an einem Ende angeordnet sind. Die erste Stromzuführungselektrode 5 ist
hierbei mit einem Endbereich des ersten Heizwiderstandsmusters 2 über ein
Verlängerungsmuster
elektrisch verbunden, während
die zweite Stromzuführungselektrode 5 mit
einem Endbereich des zweiten Heizwiderstandsmusters 2 über ein
Verlängerungsmuster
elektrisch verbunden ist.
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Die
Bezugszahl 6 bezeichnet ein Leitermuster, das in Form einer
umgelegten Elektrode an der Oberfläche der Keramikplatte ausgebildet
ist und die anderen Endbereiche des ersten und zweiten Heizwiderstandsmusters 2 elektrisch
miteinander verbindet.
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Die
Bezugszahl 3 bezeichnet eine Heizelement-Schutzglasschicht,
mit der im wesentlichen die gesamte Heizelement-Oberfläche mit
Ausnahme des Bereiches der Stromzuführungselektroden 5 überzogen
ist. Diese Schutzglasschicht 3 bedeckt auch die jeweiligen
Verlängerungsmusterbereiche
des ersten und zweiten Heizwiderstandsmusters 2 und der
ersten und zweiten Stromzuführungselektrode 5 sowie die
umgelegte Elektrode 6 zu deren Schutz.
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Die
Bezugszahl 4 bezeichnet ein Temperatur-Sensorelement wie
einen Thermistor oder dergleichen, der an der Heizelement-Rückseite,
d.h., an der rückseitigen
Oberfläche
der Keramikplatte 1, in deren Längsrichtung im mittleren Bereich
angeordnet und angeschlossen ist.
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Die
vorderseitige Oberfläche
mit der Schutzglasschicht 3 des an der Unterseite des Halterungselements 13 in
der Ausnehmung 13a angeordneten keramischen Heizelements 7 liegt
hierbei frei und bildet eine Foliengleitfläche.
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Die
Bezugszahl 8 bezeichnet einen Stromversorgungsstecker,
bei dem durch entsprechende Einpassung in einen Anbringungsbereich
des das Heizelement 7 aufnehmenden Halterungselements 13 erste
und zweite Federkontaktpunkte 8a in einen Druckkontakt
mit der ersten und zweiten Stromzuführungselektrode 5 des
Heizelements 7 gebracht werden, wodurch das Heizelement 7 und
eine nicht dargestellte Stromversorgungsschaltung elektrisch miteinander
verbunden werden.
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Bei
Herstellung der von der Stromversorgungsschaltung über den
Stromversorgungsstecker 8 zu der ersten und zweiten Stromversorgungselektrode 5 erfolgenden
Stromversorgung erzeugen die elektrischen Heizwiderstandsmuster 2 über die
gesamte Länge
des Heizelements 7 hinweg Wärme, sodass dessen Temperatur
schnell ansteigt. Hierbei wird von dem an der Heizelement-Rückseite
angeordneten Temperatur-Sensorelement 7 der
Temperaturanstieg erfasst und als Spannungsinformation in Form eines
entsprechenden Ausgangssignals abgegeben, das von einer Steuerschaltung
wie einer Zentraleinheit (CPU) oder dergleichen verarbeitet wird, wobei
ein dem Heizelement 7 von der Stromversorgungsschaltung
zugeführter
Wechselstrom derart eingestellt wird, dass die Temperatur des Heizelements 7 auf
einen vorgegebenen Temperaturwert eingeregelt wird.
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Da
bei einer Fixiereinrichtung mit einem solchen Folienheizsystem die
nur eine geringe Wärmekapazität aufweisende
Folie 12 in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen
Heizelement 7 Verwendung findet, lässt sich im Vergleich zu einem üblichen
Heizwalzensystem die erforderliche Wartezeit (Startbereitschaftszeit)
verkürzen.
Da somit ein Schnellstart erfolgen kann, erübrigt sich auch ein Vorheizen
im Druck-Leerlauf, was wiederum einen energiesparenden Betrieb ermöglicht.
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Bei
dem in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Beispiel in Betracht
gezogenen keramischen Heizelement besteht allerdings das Problem,
dass bei Verwendung einer Keramikplatte aus z.B. Aluminiumoxid als
Heizelementplatte ein hohe Kosten verursachendes und darüber hinaus
zerbrechliches Keramikmaterial eingesetzt wird, das für eine Biegeverarbeitung
oder dergleichen ungeeignet ist, usw.
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Aus
den
japanischen Patent-Offenlegungsschriften
9-244 442 und
10-275
671 ist daher bereits ein nachstehend als Leiterplatten-Heizelement
bezeichneter Heizkörper
bekannt, bei dem durch Ausbildung einer Isolierschicht auf Metall
eine Platte mit den gleichen Isoliereigenschaften wie die übliche Keramikplatte
erhalten wird, auf der sodann ein Widerstandsmuster, ein Leitermuster
und als Außenschicht eine
Isolationsgleitschicht ausgebildet werden.
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Bei
einem Leiterplatten-Heizelement mit einer metallischen Leiterplatte
findet jedoch eine erhebliche Wärmedehnung
statt, wobei darüber
hinaus zu berücksichtigen
ist, dass bei einem solchen Heizelement Dehnung und Schrumpfung
wiederholt auftreten. Hierdurch ergibt sich der Nachteil, dass sich der
Elektrodenbereich, auf die der Federkontaktpunkt des Stromversorgungssteckers
gedrückt
wird, abnutzt und verschleißt,
sodass Kontaktstörungen auftreten
und es leicht zu einem Bruch des Elektrodenbereichs kommen kann.
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Da
sich auf diese Weise außerdem
die Lage des Widerstandsmusters des Heizelements verändert, kann
eine übermäßige, unzureichende
oder ungleichmäßige Erwärmung an
einem Endbereich auftreten, die wiederum wellige Unebenheiten an
einem Papierende hervorrufen kann.
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Aus
der
JP-A-5 066 688 ist
in diesem Zusammenhang bereits eine Bilderwärmungsvorrichtung mit einem
zur Erwärmung
eines auf einem Aufzeichnungsmaterial befindlichen Bildes vorgesehenen Heizelement,
das ein metallisches Substrat, einen Heizwiderstand und Elektroden
für die
elektrische Stromversorgung des Heizwiderstands aufweist, sowie
einem das Heizelement tragenden Halterungselement bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist unter Berücksichtigung
der vorstehend beschriebenen Probleme konzipiert worden, wobei ihr
die Aufgabe zu Grunde liegt, eine Bilderwärmungsvorrichtung mit einem
Heizelement anzugeben, bei dem gewährleistet ist, dass keine Kontaktdefekte
zwischen einer in dem Heizelement angeordneten Elektrode und einem
Stecker oder Verbindungselement der das Heizelement haltenden Bilderwärmungsvorrichtung
auftreten.
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Weiterhin
liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Bilderwärmungsvorrichtung
mit einem Heizelement anzugeben, bei dem gewährleistet ist, dass keine Heizstörungen durch
Wärmedehnungserscheinungen
des Heizelements hervorgerufen werden.
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Erfindungsgemäß werden
diese Aufgaben durch eine Bilderwärmungsvorrichtung gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Weitere
Zielsetzungen der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten
Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnung erfolgt. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus eines Beispiels für ein Bilderzeugungsgerät,
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2 eine
schematische Darstellung des Aufbaus einer Fixiereinrichtung,
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3A, 3B und 3C schematische Darstellungen
des Aufbaus eines Leiterplatten-Heizelements, wobei 3A eine
Ansicht der Vorderseite des Heizelements, 3B eine
Ansicht der Rückseite
des Heizelements und 3C eine Seitenansicht des Heizelements
zeigen,
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4 eine
auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Heizelements
und einer zugehörigen
Halterung,
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5A, 5B und 5C schematische Darstellungen
eines weiteren Ausführungsbeispiels eines
Leiterplatten-Heizelements,
wobei 5A eine Ansicht der Vorderseite, 5B eine
Ansicht der Rückseite
und 5C eine Seitenansicht des Heizelements zeigen,
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6 eine
auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Heizelements
und einer zugehörigen
Halterung,
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7A, 7B und 7C schematische Darstellungen
eines Leiterplatten-Heizelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
bei denen 7A eine Ansicht der Vorderseite, 7B eine Ansicht
der Rückseite
und 7C eine Seitenansicht des Heizelements zeigen,
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8 eine
auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Heizelements
und einer zugehörigen
Halterung,
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9A und 9B schematische
Darstellungen einer Verformung des Heizelements in einer Ausnehmung
der Halterung, wobei 9A den Fall eines Heizelements
mit einer Positionierungseinrichtung in Form eines Platten-Biegungsabschnitts
und 9B den Fall eines Heizelements mit einer Positionsierungseinrichtung
in Form eines Loches veranschaulichen,
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10A, 10B und 10C schematische Darstellungen eines Leiterplatten-Heizelements gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
wobei 10A eine Ansicht der Vorderseite, 10B eine Ansicht der Rückseite und 10C eine Seitenansicht des Heizelements veranschaulichen,
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11 eine
auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Heizelements
und einer zugehörigen
Halterung, und
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12A, 12B und 12C Ansichten, die eine Heizeinrichtung eines
Folienheizsystems in Verbindung mit einem Beispiel für ein keramisches Heizelement
veranschaulichen, wobei 12A eine vergrößerte Schnittansicht
eines Fixierbereiches, 12B eine Ansicht
der Heizelement-Vorderseite und 12C eine
Ansicht der Heizelement-Rückseite
darstellen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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(Ausführungsbeispiel
1: 1, 2, 3A bis 3C, 4, 5A bis 5C und 6)
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(1) Beispiel für ein Bilderzeugungsgerät
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein Bilderzeugungsgerät, bei dem es
sich in diesem Fall um ein Kopiergerät, einen Drucker oder ein Faksimilegerät handelt,
bei denen ein elektrofotografisches Verfahren des Transfertyps Verwendung
findet.
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Die
Bezugszahl 21 bezeichnet einen trommelförmigen elektrofotografischen
fotoempfindlichen Körper,
der in der durch einen Pfeil gekennzeichneten Gegenuhrzeigerrichtung
mit einer vorgegebenen Umlaufgeschwindigkeit in Drehung versetzt
wird.
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Die
Bezugszahl 22 bezeichnet eine Ladewalze, die mit einer
vorgegebenen Andruckkraft gegen den fotoempfindlichen Drehkörper 21 gedrückt und von
einer nicht dargestellten Spannungsquelle mit einer vorgegebenen
Ladevorspannung beaufschlagt wird, wodurch eine gleichmäßige Aufladung
der Außenseite
des fotoempfindlichen Drehkörpers 21 auf ein
vorgegebenes Potential mit einer vorgegebenen Polarität erfolgt.
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Durch
eine über
eine nicht dargestellte Bildbelichtungseinrichtung (Schriftbild- Projiziereinrichtung,
Laserstrahlscanner oder dergleichen) erfolgende Bildbelichtung 23 der
aufgeladenen Fläche
des fotoempfindlichen Drehkörpers 21 wird
dann ein dem Belichtungsbildmuster entsprechendes elektrostatisches
Ladungsbild auf der fotoempfindlichen Trommeloberfläche ausgebildet.
Die Bezugszahl 24 bezeichnet hierbei eine Entwicklungseinrichtung,
durch die eine normale Entwicklung oder eine Umkehrentwicklung des
auf der fotoempfindlichen Trommeloberfläche befindlichen elektrostatischen
Ladungsbildes zu einem Tonerbild erfolgt.
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Die
Bezugszahl 25 bezeichnet eine Transferwalze, die zur Bildung
einer Transferkontaktzone mit einer vorgegebenen Andruckkraft gegen
den fotoempfindlichen Drehkörper 21 gedrückt wird.
Durch im Rahmen eines Papiertransports von einem nicht dargestellten
Papier-Zuführbereich
mit einer vorgegebenen zeitlichen Steuerung erfolgende Zuführung eines Transfermaterialblattes
(Papierblattes) 11 in diese Transferkontaktzone und Anlegen
einer vorgegebenen Transfervorspannung an die Transferwalze 25 von
einer nicht dargestellten Spannungsquelle werden die auf der Außenseite
des fotoempfindlichen Drehkörpers 21 befindlichen
Tonerbilder aufeinanderfolgend auf die Oberfläche des im Rahmen des Papiertransports
in die Transferkontaktzone geführten
Transfermaterialblattes 11 übertragen.
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Nach
erfolgtem Hindurchtreten durch die Transferkontaktzone wird das
Transfermaterialblatt 11 dann von der Oberfläche des
fotoempfindlichen Drehkörpers 21 abgelöst und zu
einer Bilderwärmungs-Fixiereinrichtung 27 transportiert,
in der das unfixierte Tonerbild einer Wärmefixierbehandlung unterzogen
wird, woraufhin ein Papiertransportvorgang zur Ausgabe des Blattes 11 erfolgt.
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Nach
der Ablösung
des Transfermaterialblattes werden von einer Reinigungseinrichtung 26 an der
Oberfläche
des fotoempfindlichen Drehkörpers haftendes
Restmaterial wie Resttoner und dergleichen zur Wiederherstellung
einer sauberen Oberfläche
entfernt, sodass der Bilderzeugungsvorgang wiederholt durchgeführt werden
kann.
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(2) Bilderwärmungs-Fixiereinrichtung 27
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Die
Bilderwärmungs-Fixiereinrichtung 27 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
stellt eine Heizeinrichtung eines Folienheizsystems mit Druckwalzenantrieb
dar. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer solchen
Heizeinrichtung.
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Die
Bezugszahl 17 bezeichnet hierbei eine ein erfindungsgemäßes Heizelement
darstellende Leiterplatten-Heizeinrichtung in Form eines dünnen plättchenartigen
Elements mit vertikal zur Zeichenebene verlaufenden Längsabmessungen
und einer insgesamt geringen Wärmekapazität. Der Aufbau dieses
Heizelements 17 wird nachstehend unter Bezugnahme auf den
Abschnitt (3) noch näher
beschrieben.
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Die
Bezugszahl 13 bezeichnet einen Heizelementträger, der
einen im wesentlichen halbkreisförmigen
Querschnitt aufweist und ein festes, wärmebeständiges Bauteil darstellt (das
nachstehend als Halterungselement bezeichnet ist). An der Unterseite dieses
Halterungselements 13 ist in dessen Längsrichtung eine flache, nutenförmige Bodenausnehmung 13a zur
Aufnahme des vorstehend beschriebenen Leiterplatten-Heizelements 17 ausgebildet,
sodass das Leiterplatten-Heizelement 17 in dieser Ausnehmung 13a angeordnet
und von dem Halterungselement 13 gehalten wird.
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Die
Bezugszahl 12 bezeichnet eine zylindrische dünne wärmebeständige Folie
(Fixierfolie oder Fixierfilm), die lose um das Halterungselement 13 mit dem
darin befindlichen Heizelement 17 herum angeordnet ist.
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Die
Bezugszahl 9 bezeichnet eine als Druckrotor wirkende elastische
Druck- oder Andruckwalze, die einen Metallkern 9a und eine
konzentrisch um den Metallkern 9a herum angeordnete elastische Gummischicht 9b mit
guten Gleit- und Trenneigenschaften wie Siliconkautschuk aufweist,
wobei die beiden Endbereiche des Metallkerns 9a zwischen nicht
dargestellten Chassis-Seitenplatten des Gerätes mit Hilfe von Lagern frei
drehbar gelagert sind.
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An
der Oberseite der Druckwalze 9 ist das vorstehend beschriebene
Heizelement 17 angeordnet, wobei das Halterungselement 13,
an dessen Außenseite
sich die zylindrische Folie 12 befindet, mit dem nach unten
gerichteten Heizelement 17 gegenüberliegend angeordnet ist und
hierbei von einer nicht dargestellten Vorspanneinrichtung eine auf
das Halterungselement 13 nach unten wirkende Kraft ausgeübt wird,
sodass die Unterseite des Heizelements 17 bei zwischenliegender
Folie 12 gegen die Oberseite der Druckwalze 9 mit
einer vorgegebenen Andruckkraft in Bezug auf die Elastizität der elastischen
Gummischicht 9b gedrückt
wird. Auf diese Weise wird die Folie 12 zwischen dem Heizelement 17 und
der elastischen Druckwalze 9 eingeklemmt und hierbei eine
Fixierkontaktzone N mit einer vorgegebenen Breite gebildet.
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Die
Druckwalze 9 wird von einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung
angetrieben und hierbei mit einer vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit
in Uhrzeigerrichtung in Drehung versetzt. Durch die bei der Drehbewegung
der Druckwalze 9 und dem hierbei bestehenden Druckkontakt
in der Fixierkontaktzone N zwischen der Walzen-Außenseite
und der Außenseite
der Folie 12 entstehende Reibungskraft wirkt auf die zylindrische
Folie 12 eine Drehkraft, sodass die Folie 12 um
die Außenseite
des Halterungselements 13 herum eine durch einen Pfeil
gekennzeichnete Drehbewegung in Gegenuhrzeigerrichtung mit einer
der Drehzahl bzw. Umlaufgeschwindigkeit der Druckwalze im wesentlichen
entsprechenden Umfangsgeschwindigkeit durchführt, bei der ihre Innenseite
in der Fixierkontaktzone N in engem Gleitkontakt mit der nach unten
gerichteten Oberfläche des
Heizelements 17 steht (Druckwalzen-Antriebssystem).
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Das
Halterungselement 13 dient außerdem auch als Führungselement
bei der Drehbewegung der Folie 12. Die Bezugszahl 13b (4)
bezeichnet in der Foliendrehrichtung verlaufende Rippen, die in Abständen entlang
der Außenseite
des Seitenwandabschnitts des Halterungselements 13 zur
Verringerung des Gleitwiderstands zwischen der Oberfläche dieses
Seitenwandabschnitts und der Innenseite der sich drehenden Folie
angeordnet sind.
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Im übrigen kann
durch Verwendung eines Schmiermittels wie eines wärmebeständigen Schmierfettes
oder dergleichen zwischen der Unterseite des Heizelements 17 und
der Innenseite der Folie 12 eine glattere und damit gleichmäßigere Drehbewegung
der Folie 12 erzielt werden.
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Wenn
die Druckwalze 9 angetrieben und hierbei in Drehung versetzt
wird, wird auch die zylindrische Folie 12 in einen Drehbewegungszustand versetzt,
wobei das Heizelement 17 in einer nachstehend noch näher beschriebenen
Weise mit Strom versorgt wird und durch die Wärmeerzeugung des Heizelements 17 die
Temperatur der Fixierkontaktzone N auf eine durch eine Temperatureinstellung
vorgegebene Temperatur ansteigt. Sodann wird das Transfermaterialblatt 11 mit
dem unfixierten Tonerbild 10 in der Fixierkontaktzone N
zwischen die Folie 12 und die Druckwalze 9 geführt, sodass
in der Fixierkontaktzone N die das Tonerbild tragende Oberfläche des
Transfermaterialblattes 11 in engen Kontakt mit der Außenseite
der Folie 12 gerät
und in einem Einklemmzustand zusammen mit der Folie durch die Fixierkontaktzone
N hindurchgeführt
wird. Bei diesem Hindurchführungsvorgang
wird die von dem Heizelement 17 abgegebene Wärme über die
Folie 12 auf das Transfermaterialblatt 11 übertragen,
wodurch das unfixierte Tonerbild 10 auf dem Transfermaterialblatt 11 erwärmt, geschmolzen
und damit fixiert wird. Nach dem Hindurchtreten durch die Fixierkontaktzone
N löst
sich das Transfermaterialblatt 11 krümmungsbedingt von der Außenseite
der sich drehenden Folie 12 und wird auf diese Weise separiert
und sodann weiter transportiert.
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(3) Leiterplatten-Heizelement 17
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3A zeigt
eine teilweise als Schnittansicht ausgeführte schematische Draufsicht
der Vorderseite des Leiterplatten-Heizelements 17 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel,
während 3B eine schematische Draufsicht
der Rückseite
und 3C eine schematische Vertikal-Schnittansicht zeigen.
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Bei
dem Heizelement 17 ist eine Glasisolierschicht 15 als
erste Isolierschicht annähernd über den
gesamten Oberflächenbereich
eines leitenden Substrats (Leitersubstrats) 16 hinweg ausgebildet.
In ähnlicher
Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen keramischen Heizelement 7 gemäß den 12A bis 12C sind
auch auf dieser Glasisolierschicht 15 ein erstes und ein
zweites elektrisches Heizwiderstandsmuster 2 in Form von
zwei parallelen schmalen Streifen bzw. Bändern, ein Leitermuster 5 in
Form einer ersten und einer zweiten Stromzuführungselektrode, ein Leitermuster 6 als
umgelegte Elektrode sowie eine Heizelementoberflächen-Glasschutzschicht 3 in Form
einer zweiten Isolierschicht ausgebildet.
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Ferner
ist in einem Bereich des leitenden Substrats 16 des Leiterplatten-Heizelements 17 ein Loch 18a ausgestanzt,
das als Einrichtung zur Erzielung einer Positionierung in Relation
zu dem Halterungselement 13 Verwendung findet.
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Für das leitende
Substrat 16 wird ein Metall oder dergleichen wie z.B. x8Cr17
verwendet, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient
auf einfache Weise mit demjenigen von Glas in Übereinstimmung gebracht werden
kann. Das Substrat 16 weist vorzugsweise eine Länge von
270 mm, eine Breite von 5 mm bis 15 mm und eine Dicke von 0,5 mm
bis 2 mm auf. Bei einer zu geringen Dicke tritt nach dem Drucken auf
Grund von Unterschieden des Wärmeausdehnungskoeffizienten
eine erhebliche Durchbiegung auf, sodass die Anbringung mit Schwierigkeiten
verbunden ist. Bei einer zu großen
Dicke weist das Heizelement jedoch eine zu große Wärmekapazität auf, sodass bei Anbringung
eines Thermistors oder dergleichen an der Rückseite ein verzögertes Ansprechen
erfolgt und die gewünschte
Steuerung somit erschwert wird. Hierdurch entstehen dann Bildprobleme
wie Fixierdefekte, Verschiebungen und ein ungleichmäßiger Glanz.
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Zur
Erzielung einer Spannungsfestigkeit von 1,5 kV oder mehr wird die
die erste Isolierschicht bildende Glasisolierschicht 15 mit
einer Dicke von 30 bis 100 μm
ausgebildet, wobei zur Verhinderung einer Poren- bzw. Nadellochbildung
vorzugsweise ein Verfahren angewendet wird, bei dem ein mehrfaches Aufdrucken
erfolgt.
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Außerdem kann
zur Verbesserung der Haftung zwischen dem leitenden Substrat 16 und
der Glasisolierschicht 15 eine Aufrauhbehandlung des leitenden
Substrats 16 durch Sandstrahlen, Ätzen oder dergleichen vorgenommen
werden, wobei nach einem Entfetten sodann die Glasisolierschicht 15 aufgedruckt
werden kann. Da die Glasisolierschicht 15 nicht nur zur
Erzielung der erforderlichen Spannungsfestigkeit sondern auch zur
Verhinderung einer Abführung
der in den Widerstandsmustern 2 erzeugten Wärme in Richtung
des Substrats 16 dient, hat der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient vorzugsweise
den Wert 2 W/m·K
oder ist kleiner.
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Auf
diese Glasisolierschicht 15 werden dann die Widerstandsmuster 2 und
die Leitermuster 5 und 6 aufgedruckt.
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Als
oberste Schicht wird sodann die Heizelementoberflächen-Glasschutzschicht 3 in
Form der zweiten Isolierschicht aufgedruckt. Bei dieser Glasschutzschicht 3 muss
die erforderliche Glätte
zur Erzielung eines ausreichenden Gleitvermögens in Bezug auf die Folie 12 in
Verbindung mit einem entsprechenden Isoliervermögen und einer hohen Wärmeleitfähigkeit
(von vorzugsweise 2 W/m·K
oder mehr) vorliegen.
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Wie
bei einem üblichen
keramischen Heizelement werden die vorstehend beschriebenen Glasschichten,
Widerstandsschichten und Leitermuster nach dem in Form eines Siebdrucks
erfolgenden Aufdrucken einem Einbrennvorgang bzw. einer Ofentrocknung
unterzogen.
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Das
ausgestanzte Loch 18a, das das in einem Bereich des leitenden
Substrats 16 des Heizelements angeordnete Positionierungselement
bildet, ist vorzugsweise innerhalb eines Abstandes von 90 mm von
der Stromzuführungselektrode 5 angeordnet.
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Wenn
nun angenommen wird, dass ein Heizelement für das Format A4 mit einer Länge von
270 mm bei einer Temperatur von 200°C beim Drucken verwendet wird,
lässt sich
der Betrag der Wärmeausdehnung
auf der Basis des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von SUS 430 (10,5 × 10–6/°C) bei dem
leitenden Substrat 16 bestimmen. Die Wärmeausdehnung in der Längsrichtung
des Heizelements lässt
sich in diesem Falle mit Hilfe der nachstehenden Gleichung berechnen: (200 – 20) °C × 270 mm × 10,5 × 10–6/°C = 0,51
mm
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Über die
gesamte Länge
des Heizelements hinweg lässt
sich somit eine Wärmeausdehnung
von ungefähr
0,5 mm ermitteln.
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Für die Widerstandsmuster 2 ist
dagegen eine Länge
erforderlich, die der Breite von 216 mm eines Briefpapierformats
entspricht.
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Die
Positionen an den beiden Enden der Widerstandsmuster 2 ergeben
sich jedoch aus der Positionsbeziehung in einem Zustand, bei dem
eine Wärmeausdehnung
bei Betriebstemperatur vorliegt.
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Die
Halterung eines üblichen
Heizelements in dem Halterungselement erfolgt entweder durch feste
oder vollständig
freie Anbringung der beiden Enden.
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Im
ersteren Fall führt
die Wärmeausdehnung zu
einer Stauchung des Befestigungsbereichs des Heizelements, während sich
der nicht befestigte Bereich aufbaucht, was zu einer ungleichmäßigen Druckverteilung
führt.
Im letzteren Fall lässt
sich dagegen die Position des Widerstandsmusters nur schwer festlegen,
wobei es zu einem erheblichen Elektrodenverschleiß kommt.
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Solange
somit die Position der zur Wechselstromversorgung des Heizelements
dienenden Elektrode 5 nicht festgelegt ist, entsteht bei
jeder Stromzufuhr bzw. bei jedem Einschaltvorgang zwischen dem Federkontaktpunkt 8a des
Steckers bzw. Verbindungselements und der Elektrode 5 eine
gewisse Reibung, was bei der Elektrode 5 zu einem allmählichen
Abrieb führt.
Schließlich
kommt es auf Grund steigenden Kontaktwiderstands zu erhöhter Wärmeerzeugung,
was dazu führt,
dass die Elektrode ausglüht
und bricht.
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Bei
einem Aluminiumoxid-Heizelement von 270 mm, das nicht an dem üblichen
Halterungselement 13 haftet, kann davon ausgegangen werden, dass
die Wärmeausdehnung über die
gesamte Länge
hinweg 0,34 mm beträgt.
Wenn dieser Wert auf die beiden Seiten in Form von bis zu 0,17 mm
verteilt wird, kann in Betracht gezogen werden, dass auch bei einer
Verschiebung des Kontaktpunktes keine Probleme auftreten.
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Zur
Unterdrückung
einer möglichen
Bewegung des Kontaktpunktes auf einen unter diesen 0,17 mm liegenden
Wert beträgt
somit der Abstand von dem Positionierungselement 18a bis
zu der Elektrode 5 vorzugsweise: 270 × 0,17/0,51
= 90 mm
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Als
Abstand von der Elektrodenposition wird hierbei der größte Abstand
von dem Positionierungselement 18a der beiden Elektroden 5 gemessen.
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Wenn
dann der Stecker 8 in der Pfeilrichtung gemäß den 3A bis 3C und 4 eingeführt wird,
wird bei den beiden Kontaktelektroden 8a des Steckers 8 die
Gleitreibung verringert und damit die Zuverlässigkeit der leitenden Verbindung
erhöht.
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4 zeigt
eine Ansicht der Formgebung des das Heizelement 17 aufnehmenden
Halterungselements 13, die veranschaulicht, dass an dem
Halterungselement 13 stiftartige Positionierungselemente 18a' entsprechend
dem als Positionierungselement an der Seite des Heizelements 17 ausgebildeten
Stanzloch 18a vorgesehen sind. Die Formgebungsbeziehung
zwischen dem Positionierungsbereich des Heizelements und dem Positionierungsbereich
des Halterungselements ist hierbei austauschbar. Im übrigen ist
das Heizelement nicht an dem Halterungselement befestigt.
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In
Bezug auf das Halterungselement 13 findet ein Element Verwendung,
das durch Einfügung von
Glas in ein wärmebeständiges Kunstharz
wie Polyphenylensulfid, Flüssigkristall-Polymer
oder Phenolharz verstärkt
ist. Diese Kunstharze werden im Rahmen eines Spritzgussverfahrens
verwendet, wobei auf diese Weise auch die Positionierungselemente 18a' hergestellt
werden können.
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Im übrigen kann
das Positionierungselement 18a bei dem Heizelement 17 nicht
nur aus einem Loch, sondern auch aus einem Buckel oder einer Vertiefung
bestehen.
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Weiterhin
kann in der in den 5A bis 5C veranschaulichten
Weise eine Kerbe 18b bei dem Heizelement als Positionierungselement
Verwendung finden, während
das entsprechende Passteil bei dem Halterungselement 13 in
der in 6 veranschaulichten Weise aus einem Vorsprung 18b' bestehen kann.
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Die
vorstehend beschriebenen Positionierungselemente 18a und 18a', 18b und 18b' können auch
zur genauen Festlegung der Positionen der elektrischen Heizwiderstandsmuster 2 des
Heizelements 17 in der Fixierkontaktzone N in Relation
zu der Durchtrittsposition des das zu erwärmende Material darstellenden
Transfermaterialblattes 11 Verwendung finden. Bei üblichen
keramischen Heizelementen zeigen in Bezug auf Spannungsverringerung
die nicht befestigten Elemente die besseren Eigenschaften. Da hierdurch
jedoch im Innenraum des Halterungselements die Position in der Längsrichtung nicht
mehr genau festgelegt werden kann, müssen die Dimensionen in der
Längsrichtung
des Heizelements eine gewisse Toleranz aufweisen, da das Widerstandsmuster
den Außenbereich
der Druckwalze erreichen muss. Da diese Toleranz an einer Seite Werte
von ungefähr
2 mm erreichen kann, ist dies unter Kostengesichtspunkten und in
Bezug auf kleine Abmessungen der Konfiguration unzweckmäßig.
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Da
jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel die
Referenzelemente 18a und 18a', 18b und 18b' an einer Seite
angeordnet sind und auf Grund der Summe der Einpasstoleranz von ± 0,1 mm
dieser Elemente und einer Toleranz von 0,3 mm des Siebdrucks die
Positionen der Widerstandsmuster 2 innerhalb einer Toleranz
von ± 0,4
mm festgelegt werden können,
wird eine hohe Genauigkeit erhalten, sodass auch im Endbereich des
Transfermaterialblattes die Wärmeübertragung
im vorgegebenen Ausmaß erfolgt
und im Endbereich keine Fixierdefekte oder Kräuselerscheinungen auftreten.
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(Ausführungsbeispiel
2: 7A bis 7C, 8, 9A und 9B)
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Bei
dem Heizelement 17 gemäß diesem zweiten
Ausführungsbeispiel
ist in der in den 7A bis 7C und 8 veranschaulichten
Weise ein abgebogener Plattenabschnitt 18c als Positionierungselement
in Längsrichtung
des leitenden Substrats 16 an einem Ende vorgesehen. Dementsprechend
ist an der Seite des Halterungselements 13 eine Passnut 18c' als Positionierungselement
ausgebildet, in die der abgebogene Plattenabschnitt 18c eingreifen
kann.
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Mit
Hilfe dieses abgebogenen Plattenabschnitts 18c des Heizelements 17 kann
nicht nur eine Ausdehnung in der Längsrichtung des Heizelements 17,
sondern auch eine Drehbewegung bewältigt werden.
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Wenn
nämlich
bei dem Heizelement das Aufzeichnungsmaterial 11 bei Raumtemperatur
in die Fixierkontaktzone N eintritt, fällt die Temperatur an der stromauf
gelegenen Seite des Transferbereichs ab, was eine Welligkeitsbildung
auf Grund der Wärmeausdehnungsdifferenz
zwischen den in 8 veranschaulichten stromauf
und stromab gelegenen Seiten verursacht. Da jedoch der Drehbewegungsbereich
durch den Eingriffsbereich der Passnut 18c' als Positionierungselement an
einer Seite des Halterungselements 13 einseitig festgelegt
wird, kann eine Bewegung an den Elektroden 5 auf 0,1 mm
oder weniger unterdrückt
werden, wobei in diesem Falle Verschleißerscheinungen auf Grund einer
Gleitreibung keine Probleme darstellen.
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Da
zwischen den stromauf und stromab gelegenen Seiten eines üblichen
Heizelements eine Temperaturdifferenz von annähernd 80°C besteht, ergibt sich hierbei
eine Ausdehnungsdifferenz von 0,23 mm. Dies entspricht einer Welligkeit
von ungefähr
0,5 mm. Da bei einem üblichen
keramischen Heizelement eine Verteilung auf die stromauf und stromab
gelegenen Seiten sowie nach links und rechts erfolgt, ergibt sich
hierbei der relativ geringe Wert von 0,125 mm, der ebenfalls kein
Problem darstellt. Wenn jedoch die Wärmeausdehnung auf einer Seite
vollständig
unterbunden wird, entsteht in dem freien Endbereich eine erhebliche
Dehnung, sodass der freie Endbereich zur Anbringung einer Elektrode ungeeignet
ist.
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Wenn
zur Realisierung dieses Ausführungsbeispiels
als Positionierungselement das Loch 18a gemäß den 3A bis 3C und 4 in
Betracht gezogen wird und die Toleranz zwischen dem Loch und der
Halterungsseite den geringen Wert von ungefähr 0,1 mm aufweist, kann die Drehbewegung zwar
gleichermaßen
kontrolliert werden, jedoch muss zur symmetrischen Links- und Rechtsausrichtung
die Position des Positionierungselements 18a festgelegt
werden. Dies ist jedoch bei Verwendung der Kerbe 18b in
der in den 5A bis 5C und 6 veranschaulichten
Weise unzweckmäßig, da in
diesem Falle in der Welligkeitsrichtung keine Begrenzungskraft erhalten
wird.
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Die 9A und 9B zeigen
schematische Darstellungen, die Verformungen bei der Ausdehnung
des Heizelements 17 in der Ausdehnung 13a des
Halterungselements 13 veranschaulichen, wobei 9A den
Fall des Heizelements 17 mit dem Positionierungselement
in Form des abgebogenen Plattenabschnitts 18c und 9B den
Fall des Heizelements 17 mit dem Positionierungselement
in Form des Loches 18a zeigen.
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(Ausführungsbeispiel
3: 10A bis 10C und 11)
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Obwohl
bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
die Stromzuführungselektroden 5 und die
Positionierungselemente 18a, 18b und 18c in Endbereichen
in der Längsrichtung
des Heizelements 17 ausgebildet sind, müssen zu diesem Zweck nicht
zwangsläufig
die Endbereiche herangezogen werden, sondern Kontaktpunktdefekte
lassen sich auch verhindern, wenn in der in den 10A bis 10C und 11 veranschaulichten
Weise die Elektroden 5 und ein Positionierungselement 18d im mittleren
Bereich angeordnet sind. Da in diesem Falle die Wärmeausdehnung
des Heizelements 17 gleichmäßig in Längsrichtung verteilt wird,
lässt sich die
Wärmeverteilung
in der Vertikalrichtung zu der Papier-Hindurchführungsrichtung festlegen und
hierbei in Bezug auf den linken und rechten Bereich symmetrisch
realisieren.
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Da
sich hierbei jedoch der bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
verwendete Stecker und die Folie gegenseitig behindern, kann die
Stromzuführung
in einem solchen Falle durch Anlöten
einer Zuleitung an die Elektrode oder durch Verbindung der Zuleitung
in Form von Punktschweißung
mit der Elektrode erfolgen. Die Leitungsführung der Zuleitung zu der
Folienführung
kann hierbei beliebig gewählt
werden, solange die Gleitbewegung der Folie hierdurch nicht beeinträchtigt wird.
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(Weitere Ausführungsbeispiele)
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- (1) Bei einer Heizeinrichtung eines Folien-Heizsystems
kann auch eine Konfiguration Verwendung finden, bei der eine aufgewickelte
und unter Spannung gehaltene Folie in Form eines Endlosbandes angetrieben
und in Drehung versetzt wird. Außerdem kann die Verwendung
einer langen aufgewickelten Folie in Verbindung mit einer Konfiguration
in Betracht gezogen werden, bei der die Folie mit einer vorgegebenen
Geschwindigkeit von einer Abspulwelle abgewickelt und nach Vorbeiführung an
dem Heizelement einer Aufspulwelle zugeführt wird.
- (2) Darüber
hinaus kann das erfindungsgemäße Heizelement
natürlich
nicht nur in Verbindung mit einer Erwärmungsvorrichtung des vorstehend
beschriebenen Folien-Heizsystems sondern auch in Verbindung mit
einer Heizeinrichtung oder dergleichen Verwendung finden, bei der
ein von einem Trägerkörper bzw.
Halterungselement gehaltenes Heizelement in direkten Kontakt mit
einem zu erwärmenden
Körper
bzw. Material gebracht und hierbei aufgeheizt wird oder dergleichen.
- (3) Weiterhin kann die erfindungsgemäße Bilderwärmungsvorrichtung natürlich nicht
nur als Bilderwärmungs-Fixiereinrichtung
sondern in weitem Umfang auch für
andere Zwecke eingesetzt werden, wie z.B. als Bilderwärmungsvorrichtung, bei
der ein ein Bild tragendes Aufzeichnungsmaterial erwärmt und
hierbei Oberflächeneigenschaften
wie z.B. der Bildglanz modifiziert werden, als Bilderwärmungsvorrichtung,
bei der eine temporäre
Fixierbehandlung stattfindet, als Heizeinrichtung, bei der ein blattartiges
Material zugeführt
und einer Trockenbehandlung und/oder einer Laminierungsbehandlung
unterzogen wird, oder dergleichen.