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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Fixiervorrichtung, die
für elektrofotografische
Bilderzeugungsvorrichtungen verwendet wird, um ein Druckfarbenmaterial, z.
B. Toner, auf einem Aufzeichnungsmedium, auf das das Material aufgetragen
wurde, durch Erwärmen
und Pressen zu fixieren.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Bei den meisten Bilderzeugungsvorrichtungen
auf der Grundlage von Elektrofotografie, u. a. Kopiermaschinen,
Laserdruckern usw., wird ein Druckfarbenmaterial, z. B. Toner, auf
ein Aufzeichnungsmedium direkt oder mittels eines Fotoleiters aufgetragen,
und solche Vorrichtungen sind mit einer Fixiervorrichtung zum Verarbeiten
des Druckfarbenmaterials ausgerüstet,
um es auf dem Aufzeichnungsmedium zu fixieren. Eine typische herkömmliche
Fixiervorrichtung ist eine, die Wärme-Druck-Fixierung nutzt,
d. h. Fixierung durch Wärme
und Druck.
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Ausgerüstet ist diese Wärme-Druck-Fixiervorrichtung
ist mit einer Heizwalze, die Wärme
erzeugt, und einer Druck- bzw. Preßwalze, die die Heizwalze mit
einem bestimmten Druck kontaktiert. 1 ist
eine Querschnittansicht einer repräsentativen herkömmlichen
Wärme-Druck-Fixiervorrichtung. In
der Zeichnung ist die Heizwalze 301A aus einer wärmebeständigen,
dünnwandigen,
zylindrischen Trommel hergestellt, und eine bogenartige Stützführung 312 ist
innerhalb der Heizwalze 301A entlang der Kontaktfläche zwischen
der Heizwalze 301A und Preßwalze 302 plaziert.
Ein lineares Heizelement 311 kleidet teilweise die Innenfläche der
bogenartigen Stützführung 312 aus,
während
es darauf abgestützt
ist. Eine Papierführung 6 ist
so angeordnet, daß sie
sich entlang dem Zufuhrweg für
das Blatt 2 als Aufzeichnungsmedium erstreckt, und ein
Paar Ausgabewalzen 305 und 306 ist nach der Heizwalze 301A und
Preßwalze 302 so
plaziert, daß das
Paar Ausgabewalzen aneinandergepreßt wird. Die Heizwalze 301A ist
mit einem Reinigungskissen 308, einem Temperatursensor 310 und
einer Trennklaue 309 ausgestattet. Der Lagerabschnitt 303 der
Preßwalze 302 ist
mit einer Preßfeder 304 versehen,
die als Druckquelle fungiert.
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Beim Drehen der Heizwalze 301A und
Preßwalze 302 in
die durch den gezeigten Pfeil bezeichnete Richtung bewegt sich das
Blatt 2 mit zu fixierendem Druckfarbenmaterial, das auf
seine zur Heizwalze 301A weisende Oberfläche aufgetragen
ist, entlang der Papierführung 6 und
läuft zwischen
den beiden Walzen 301A und 302 durch. Hierbei
wird das Druckfarbenmaterial fixiert, indem es durch das lineare
Heizelement 311 erwärmt
und an die Oberfläche des
Blatts gepreßt
wird. Danach wird das Blatt mit dem fixierten Druckfarbenmaterial
durch die Ausgabewalzen 305 und 306 transportiert
und über
einen Auslaß (nicht
gezeigt) ausgegeben. Außerdem
detektiert der Temperatursensor 310 die Temperatur der
Heizwalze 301A und steuert die Strommenge, die dem linearen
Heizelement 311 als Wärmequelle
zuzuführen
ist, wodurch die Heizwalze 301A auf eine vorgegebene Temperatur
gesteuert wird. Ferner ist das Reinigungskissen 308 vorgesehen,
um die Oberfläche
der Heizwalze 301A zu reinigen, und die Trennklaue 309 ist
so plaziert, daß sie
verhindert, daß sich
das Blatt um die Heizwalze 301A wickelt. Eine Erwärmung lediglich
von Abschnitten der Heizwalze 301A, die mit dem linearen
Heizelement 311 in Kontakt kommen, bietet die Vorteile
eines erhöhten
Wärmewirkungsgrads
und einer verkürzten Aufwärmzeit.
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Da es aber bei dieser Art von Fixiervorrichtung
notwendig ist, die trommelartige Heizwalze 301A von einer
geringen Temperatur auf eine vorgegebene Temperatur innerhalb kurzer
Zeit durch die Wärme
aufzuheizen, die durch das lineare Heizelement 311 erzeugt
wird, muß das
lineare Heizelement 311 eine hohe Heizleistung haben, was
zu einem Hindernis für
die Senkung des Stromverbrauchs wird.
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Ein weiteres mögliches Problem sind geringere
Wirkungsgrade der Erwärmung
infolge der direkten Auswärtsabstrahlung
eines Teils der durch das lineare Heizelement 311 erzeugten
Wärme,
die ohne Erwärmung
der Heizwalze 301A verbraucht wird.
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Zudem ist es erforderlich, das lineare
Heizelement 311 auf eine gleichmäßige Temperatur entlang seiner
Längsrichtung
wegen des direkten Einflusses von Temperaturschwankungen des linearen Heizelements 311 beim
Fixieren zu steuern. Somit entsteht das zusätzliche Problem einer schwierigen Fertigung
und Steuerung des linearen Heizelements 311 wegen der erforderlichen
Gleichmäßigkeit
im Herstellungsverfahren und der hochgenauen Temperatursteuerung
im Betrieb.
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Daher konzentrierte man sich in letzter
Zeit auf Wärme-Druck-Fixiervorrichtungen,
die keine solchen Heizelemente wie lineare Heizelemente verwenden.
Diese Art von Fixiervorrichtung soll ein Druckfarbenmaterial auf
einem Blatt durch elektromagnetische Induktionserwärmung fixieren
und ist in den JP-A-5-9027 und JP-A-4-73155 offenbart. Die in der
JP-A-5-9027 beschriebene
Fixiervorrichtung ist mit einer Heizwalze ausgerüstet, die in einem geschlossenen
Magnetkreis angeordnet ist, der aus einem Erregungskern und einem
Hilfskern aufgebaut ist, und ist so gestaltet, daß die Heizwalze
durch Joulsche Wärme
erwärmt
wird, die durch Wirbelströme erzeugt
wird, welche durch einen magnetischen Fluß durch die Heizwalze in ihrer
Breitenrichtung produziert werden. Andererseits verfügt die in
der JP-A-4-73155 beschriebene Fixiervorrichtung über einen geschlossenen Magnetkreis,
der aus einem magnetischen Schleifenteil aufgebaut ist, das die Heizwalze
umgibt. Das magnetische Teil setzt sich aus einem laminierten Kern
zusammen. Eine Erregerspule ist um das magnetische Teil innerhalb
der Heizwalze gerollt, so daß die
Heizwalze im geschlossenen Magnetkreis eine Induktionserwärmung durch Anlegen
eines Wechselstromsignals an der Erregerspule erfährt.
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Allerdings erfordert die o. g. Fixiervorrichtung vom
Typ mit elektromagnetischer Induktionserwärmung die Plazierung von laminierten
Spulenkernen sowohl innerhalb als auch außerhalb der Heizwalze, was
eine Vergrößerung des
Durchmessers der Heizwalze und schließlich der Fixiervorrichtung
erfor dert, da die Kerne selbst groß sind. Nachteilig ist ferner,
daß die
Kerne schwer sind. Ferner ist es mit der Fixiervorrichtung schwierig,
eine lokale Erwärmung der
Heizwalze zu erreichen; besonders wenn sie die Kontaktfläche zwischen
der Heizwalze und Preßwalze
nicht auf konzentrierte Weise erwärmt.
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Die US-A-4912514 offenbart Spiralheizspulen
auf der Oberfläche
eines gekrümmten
Magnetkerns, die zwei Trommeln einer elektronischen Kopiermaschine
erwärmen.
Das Tonerbild wird auf einem Zwischenübertragungsmedium an der ersten
erwärmten
Trommel zeitweilig fixiert, auf ein Aufzeichnungsmedium übertragen
und dann durch die zweite erwärmte
Trommel dauerhaft fixiert. Die offenbarte Heizspulenkonfiguration
würde die
Trommeln nicht gleichmäßig erwärmen. Ferner
erhöht
der Magnetkern das Gewicht des Systems, und zwischen den Spulen
und dem Kern ist eine elektrische Isolierung notwendig.
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In Patent Abstracts of Japan, Band
11, Nr. 116 (P-566) und in der JP-A-61-261763 ist eine Fixiervorrichtung
für eine
elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung offenbart, in der
eine Heizwalze durch eine ein Magnetfeld erzeugende Wechselstromspule
erwärmt
wird, die nahe der Stelle angeordnet ist, an der die Heizwalze mit
dem Aufzeichnungspapier in Kontakt gebracht wird. Vorgesehen ist,
daß das
Eintreffen des Aufzeichnungspapiers an der Aufzeichnungsposition
die Stromzufuhr zur Spule auslöst.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung ist im selbständigen Anspruch 1
festgelegt. In den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Merkmale der Erfindung dargestellt.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung näher
beschrieben. Diese bevorzugten Ausführungsformen haben die Form
einer Fixiervorrichtung, die aufweist: eine Heizwalze, die aus einem
Material aufgebaut ist, das Wärme durch
Wirbelströme
erzeugt; ein Induktionsheizelement, das die Heizwalze veranlaßt, die
Wirbelströme durch
elektromagnetische Induktion zu erzeugen; und ein Preßteil zum
Pressen eines Aufzeichnungsmediums mit aufgetragenem Druckfarbenmaterial
an die Heizwalze. Das Induktionsheizelement verfügt über eine Isolierstütze mit
einer gekrümmten
Oberfläche,
die sich entlang der Oberfläche
der Heizwalze krümmt
und benachbart zur Oberfläche
plaziert ist; und einen Leitstreifen, der an der Isolierstütze entlang
der gekrümmten
Oberfläche
befestigt ist. Ein Treiberstrom wird dem Leitstreifen zugeführt, um
Magnetfluß zu
erzeugen, was zum Durchgang der Wirbelströme führt. Die Heizwalze wird durch
den Magnetfluß erregt,
der durch den Durchgang des Treiberstroms durch den Leitstreifen
des Induktionsheizelements erzeugt wird, wodurch Wirbelströme erzeugt werden.
Diese Wirbelströme
bewirken Joulsche Wärme,
die die Heizwalze erwärmt.
Der Treiberstrom ist ein Wechselstromsignal mit einer Frequenz im
Bereich von 10 Hz bis 50 kHz. Die Temperatur der Heizwalze kann
durch eine Steuerschaltung gesteuert sein, die den Fluß des am
Leitstreifen angelegten Treiberstroms steuert. Das Induktionsheizelement kann
benachbart zur Außen-
oder Innenfläche
der Heizwalze liegen. Hierbei gehört zu "benachbart" sowohl "in Kontakt mit" als auch "leicht beabstandet"; wobei der Zustand, der der letztgenannten
Festlegung entspricht, bevorzugt ist. Der Leitstreifen kann in das
Innere der Isolierstütze
eingebettet oder an ihrer Oberfläche
befestigt sein. Vorzugsweise ist der Leistreifen ein Spiralstreifen
zur rationellen Erzeugung von Wirbelströmen.
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Die Isolierstütze kann eine bogenförmige Platte
sein, und die Dicke kann in der Größenordnung von mehreren Millimetern
liegen, wodurch Fixiervorrichtungen verkleinert und im Gewicht reduziert
sein können.
Die Umfangsbreite der Isolierstützenplatte
ist das Maß der
Isolierstütze
in der Messung senkrecht zur Heizwalzenachse, das dem Bogen der
Platte folgt. Die Länge
der Platte ist das Maß parallel
zur Heizwalzenachse.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang
mit den beigefügten Zeichnungen
hervor. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittansicht einer repräsentativen
herkömmlichen
Fixiervorrichtung;
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2 eine
schematische Ansicht eines Laserdruckers, der die Fixiervorrichtung
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung verwendet;
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3 eine
Querschnittansicht der Fixiervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 eine
rechte Seitenansicht der Fixiervorrichtung von 3;
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5 eine
Perspektivansicht eines Induktionsheizelements, das für Fixiervorrichtungen
der in 3 gezeigten Art
verwendet wird;
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6 eine
Querschnittansicht, die das Prinzip elektromagnetischer Induktion
durch das Induktionsheizelement von 5 zeigt;
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7 eine
Perspektivansicht, die ein weiteres Beispiel für das Induktionsheizelement
von 5 zeigt;
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8 ein
Schaltbild, das eine Stromversorgung zur Induktionserwärmung zeigt,
die das Induktionsheizelement von 7 ansteuert;
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9 eine
Querschnittansicht der Fixiervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung; und
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10 eine
rechte Seitenansicht der Fixiervorrichtung von 9.
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NÄHERE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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2 ist
eine schematische Ansicht eines Laserdruckers, der die Fixiervorrichtung
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung verwendet. Der in der Zeichnung dargestellte Laserdrucker
verfügt über eine
Bilderzeugungsvorrichtung 100, die hauptsächlich aus
einer Fotoleitertrommel 1 besteht, und eine Fixiervorrichtung 200,
die Toner, ein Druckfarbenmaterial, das auf die Oberfläche eines
Blatts 2 durch die Bilderzeugungsvorrichtung 100 aufgetragen
ist, thermisch unter Druck fixiert. Die Bilderzeugungsvorrichtung 100 hat
einen Ladeabschnitt 101, einen Belichtungsabschnitt 102,
einen Entwicklungsabschnitt 103, einen Übertragungsabschnitt 104 und einen
Reinigungsabschnitt 105, die um eine Fotoleitertrommel 1 angeordnet
sind. Der Ladeabschnitt lädt die
Oberfläche
der Fotoleitertrommel 1 auf. Der Belichtungsabschnitt 102 tastet die
Oberfläche
der Fotoleitertrommel 1 mit Laserlicht 4 zur Belichtung
mit dem Licht in einem vorgegebenen Muster ab, um ein latentes Bild
zu erzeugen. Der Entwicklungsabschnitt 103 entwickelt das
auf der Oberfläche
der Fotoleitertrommel 1 erzeugte latente Bild durch Auftragen
von Toner 3 darauf. Der Übertragungsabschnitt 104 überträgt das entwickelte
Bild aus dem Toner 3 auf die Oberfläche des Blatts 2,
das aus einer Papierzufuhrkassette 5 durch eine Papierführung 6 eingeführt wird.
Nach dem Übertragen
wird der Resttoner von der Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 durch
den Reinigungsabschnitt 105 entfernt. Das Blatt 2 mit dem
daran befestigten Toner 3 wird zur Fixiervorrichtung 200 transportiert.
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Gemäß 3 und 4 weist
die Fixiervorrichtung 200 eine parallele Anordnung aus
einer Heizwalze 201 als Erwärmungsteil und einer Preßwalze 202 auf,
die in ihrer Radialrichtung in Kontakt miteinander stehen. Die Heizwalze 201 wird
zur Drehung in die durch den Pfeil in 2 gezeigte
Richtung durch einen Drehantriebsmechanismus 215 (4) angetrieben. Andererseits
wird die Preßwalze 202 an
die Oberfläche
der Heizwalze 201 entlang ihrer Radialrichtung durch Preßfedern 204 gepreßt, die
an jedem Abschnitt eines Paars Lagerabschnitte 203 vorgesehen
sind, und wird so angetrieben, daß sie durch die Drehung der
Heizwalze 201 gedreht wird. Dann wird das Blatt 2 mit
zu fixierendem Toner, der auf seine Oberfläche aufgetragen ist, zwischen den
beiden Walzen 201 und 202 ein- und durchgeführt, wobei
während
dieses Durchgangs der Toner fixiert wird, indem er durch die Heizwalze 201 erwärmt wird,
während
er durch die Preßwalze 202 gepreßt wird.
Anschließend
wird dieses Blatt 2 mit dem fixierten Toner zu einem Auslaß 7 (siehe 2) durch ein Paar Ausgabewalzen 205 und 206 zum
Auswerfen gesendet.
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Die Heizwalze 201 kann aus
einem Metall hergestellt sein, z. B. Kohlenstoffstahl, Kupfer, Messing,
Aluminium o. ä.,
und vorzugsweise aus Kohlenstoffstahl mit einem hohen Wirkungsgrad
der Erzeugung Joulscher Wärme,
um den Wirkungsgrad der Induktionserwärmung zu erhöhen, was
später
beschrieben wird. Ein Induktionsheizelement 207 ist entlang
dem Außenumfang
der Heizwalze 201 mit Ausnahme der Fläche ihres Kontakts mit der
Preßwalze 202 vorgesehen.
Das Induktionsheizelement 207 verfügt über eine Isolierstütze 208,
die sich entlang dem Außenumfang
der Heizwalze 201 krümmt, und
eine Induktionsspule 209 zur Induktionserwärmung der
Heizwalze 201, die unter der gekrümmten Innenfläche der
Isolierstütze 208 angeordnet
ist, und das Induktionsheizelement 207 ist in Kontakt mit
der Außenfläche der
Heizwalze 201 oder in sehr geringem Abstand davon plaziert.
Das Induktionsheizelement 207 ist im Laserdrucker mit Hilfe
von Stützteilen 217 und 218 verankert
(4). Um keine Wirbelströme durch
die Isolierstütze 208 selbst
zu erzeugen und um auch keinen Kurzschluß der Induktionsspule 209 zu
bewirken, ist die Stütze 208 aus
einem Metalloidmaterial gebildet, insbesondere einem Keramikmaterial
in dieser Ausführungsform.
Die Oberfläche dieser
Isolierstütze 208 ist
mit einem Fluorkunststoff beschichtet, um für Lösbarkeit vom Toner als Druckfarbenmaterial
zu sorgen.
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Die Induktionsspule 209 ist
innerhalb der Isolierstütze 208 eingebettet.
Gemäß 4 weist diese Induktionsspule 209 einen
leitenden Draht oder Film mit kleinem Durchmesser auf, der sich
entlang der halbzylindrischen, gekrümmten Oberfläche der
Isolierstütze 208 in
einer allgemeinen Spiralanordnung über die gesamte Umfangsbreite
der Isolierstütze 208 erstreckt.
Hierbei ist die Induktionsspule 209 so angeordnet, daß Abstände zwischen
Leitungen der Induktionsspule 209 zu den beiden Längsenden
der Isolierstütze 208 hin
abnehmen. Aktiviert wird diese Induktionsspule 209 durch
eine Stromversorgung 210 zur Induktionserwärmung über Anschlußdrähte L1 und
L2. Auf den ersten Blick scheint die Induktionsspule 209 in 5 auf der Oberfläche der
Isolierstütze 208 ausgebildet
zu sein, ist aber in Wirklichkeit in der Isolierstütze 208 beschreibungsgemäß eingebettet.
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Im folgenden wird ein Verfahren zur
Herstellung des Induktionsheizelements 207 beschrieben. Zunächst wird
ein zu brennendes Rohkeramikmaterial auf einer halbzylindrischen
Form plaziert und als Isolierstütze
geformt, wonach eine Induktionsspule 209 auf deren Oberfläche angeordnet
oder aufgedruckt wird. Anschließend
wird die Induktionsspule 209 mit Rohkeramikmaterial bedeckt,
um darin eingebettet zu sein. Abschließend wird das Rohkeramikmaterial
gebrannt, um ein Induktionsheizelement 207 fertigzustellen.
Gemäß einem
weiteren Herstellungsverfahren kann eine Induktionsspule 209 zwischen gebrannte
Keramikmaterialien eingefügt
und zwischen ihnen mit einem Isolierkleber befestigt werden.
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Gemäß 3 ist die Heizwalze 201 mit
einem Temperatursensor 211 zum Detektieren der Temperatur
der Heizwalze 201 ausgerüstet. Der Temperatursensor 211 befindet
sich in einem Abschnitt des Umfangs der Heizwalze 201,
insbesondere an einer von der Heizwalze 201 dem Induktionsheizelement 207 in
ihrer Drehrichtung nachgelagerten Position. Detektionsausgaben des
Temperatursensors 211 werden einer Stromversorgungs-Steuerschaltung 212 zugeführt. Die
Stromversorgungs-Steuerschaltung 212 steuert die Stromversorgung 210 so,
daß der
zur Induktionsspule 209 zu führende Strom auf der Grundlage
der Temperatur der Heizwalze 201 variiert wird. Das heißt, der
Stromversorgungs-Steuerabschnitt 212 steuert die Temperatur
in einem gewissen Grad, indem der Strom verringert wird, wenn die
Temperatur der Heizwalze höher ist,
und der Strom erhöht
wird, wenn ihre Temperatur niedriger ist.
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Ferner ist ein Reinigungskissen 213 nach
der Heizwalze 201 in Richtung ihrer Drehung in Kontakt mit
der Oberfläche
der Heizwalze 201 zu ihrer Reinigung angeordnet, und benachbart
zum Kissen 213 ist eine Trennklaue 214 plaziert,
deren Spitze in leichtem Kontakt mit der Oberfläche der Heizwalze 201 steht.
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Wird in 3 und 4 die
Heizwalze 201 in Richtung des Pfeils gemäß 3 durch den Drehantriebsmechanismus 215 gedreht,
so wird die Preßwalze 202,
an die die Preßfeder 204 drückt, so
angetrieben, daß sie
durch die Walze 201 gedreht wird. Der Temperatursensor 211 detektiert
die Oberflächentemperatur
der Heizwalze 201, und eine Ausgabe des Sensors wird zur
Stromversorgungs-Steuerschaltung 212 geführt. Stellt
die Stromversorgungs-Steuerschaltung 212 fest, daß die detektierte Temperatur
niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, wird ein Wechselstrom
von der Stromversorgung 210 zur Induktionsspule 209 zur
Induktionserwärmung
geführt.
Die Frequenz des Wechselstroms liegt im Bereich von 100 Hz bis 50
kHz und beträgt vorzugsweise
1 bis 10 kHz. Dieser Wechselstrom erzeugt einen Wechselfluß F über der
Induktionsspule 209 und Heizwalze 201 gemäß 6. Der Wechselfluß F erregt
die Heizwalze 201 so, daß Wirbelströme I durch die Heizwalze 201 erzeugt
werden. Die Erzeugung der Wirbelströme I durch die Heizwalze 201 bewirkt
die Erzeugung Joulscher Wärme,
die die Heizwalze 201 erwärmt. Dies bedeutet, daß die Temperatur
der Heizwalze 201 durch elektromagnetische Induktionserwärmung erhöht wird.
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Die Temperatur der Heizwalze 201 wird durch
das Induktionsheizelement 207 während der Drehung der Heizwalze 201 erhöht. Stellt
der Temperatursensor 211 fest, daß die Oberflächentemperatur der
Heizwalze 201 auf eine vorgegebene Temperatur erhöht ist,
steuert die Stromversorgungs-Steuerschaltung 212 die Ausgabe
der Stromversorgung 210 zur Induktionserwärmung, um
die Oberfläche
der Heizwalze 201 auf der vorgegebenen Temperatur zu halten.
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Bei weiterem Drehen der Heizwalze 201 wird dann
die Oberfläche
der Heizwalze 201 durch das Reinigungskissen 213 gereinigt
und dann zum Gebrauch bei der nächsten
Fixierung erneut erwärmt.
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Hat das Blatt 2 die Kontaktfläche zwischen der
Heizwalze 201 und Preßwalze 202 durchlaufen und
sich entlang der Heizwalze 201 zum Reinigungskissen 213 bewegt,
wird das Blatt von der Heizwalze 201 durch die Trennklaue 214 getrennt
und bewegt sich zu den Ausgabewalzen 205 und 206.
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Da die Fixiervorrichtung 200,
wie zuvor erwähnt
wurde, so gestaltet ist, daß die
Heizwalze 201 Wärme
durch elektromagnetische Induktionserwärmung erzeugt, wird nur eine
minimale Wärmemenge direkt
außerhalb
des Induktionsheizelements 207 abgestrahlt, weshalb der
Großteil
des zur Induktionsspule 209 geführten Stroms genutzt wird,
um die Temperatur der Heizwalze 201 für einen erhöhten Wärmewirkungsgrad zu erhöhen. Außerdem wird
die Wärme
durch die Induktionserwärmung
nur in der Außenfläche der
Heizwalze 201 erzeugt, und die Außenfläche, die in Kontakt mit dem
Blatt 2 steht, ermöglicht
eine schnelle Temperaturerhöhung,
was die Aufwärmzeit
ver kürzt.
Da ferner die Wärme
in einem Bereich unmittelbar vor der Fläche erzeugt wird, in dem das
Blatt 2 erwärmt
wird, kann die erzeugte Wärme
effektiv verwendet werden, um das Blatt zu erwärmen; auf diese Weise läßt sich
die Wärme
mit erhöhten
Wirkungsgraden nutzen. Da außerdem
das Induktionsheizelement 207 mit einer Dicke in der Größenordnung
von mehreren Millimetern ausgebildet sein kann und keine Kerne verwendet
werden, lassen sich seine Verkleinerung und Gewichtsreduzierung
erzielen.
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Da zusätzlich die Induktionsspule 209 so
angeordnet ist, daß die
Abstände
zwischen den Leitungen der Induktionsspule 209 zu den beiden
Längsenden
der Isolierstütze 208 hin
abnehmen, ist die Temperatur an den beiden Längsenden der Oberfläche der
Heizwalze 201 höher
als im Mittelabschnitt. Durch diese Gestaltung verhindert man eine
stärkere Temperaturabnahme
an den beiden Enden der Oberfläche
der Heizwalze 201 als in ihrem Mittelabschnitt infolge
von Wärmeabstrahlung
durch die beiden Enden, weshalb sich durchweg eine gleichmäßige Temperatur
herstellen läßt, um eine
gleichmäßige und stabile
Fixierung zu realisieren.
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Anders als die herkömmlichen
linearen Heizelemente erfordert das erfindungsgemäße Heizelement
keine Temperatursteuerung für
die jeweiligen Heizelemente, die in Längsrichtung angeordnet sind, und
kann frei vom Problem einer schwierigen Herstellung und Steuerung
sein.
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Da ferner kein Heizelement innerhalb
der Heizwalze 201 liegt, läßt sich nicht nur der Zusammenbau
der Heizwalze 201 vereinfachen, sondern die Heizwalze 201 kann
auch mit einem kleinen Durchmesser aufgebaut sein, wodurch die Fixiervorrichtung 200 und
sie enthaltende Laserdrucker verkleinert sein können.
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Die Induktionsspule 209 des
Induktionsheizelements 207 muß nicht im Keramikisolator 208 eingebettet
sein; sie kann auf der Oberfläche
der Isolierstütze 208 ausgebildet
sein, die entgegengesetzt zur Heizwalze 201 liegt. In diesem
Fall kann die Induktionsspule 209 mit einem Kleber, Harz
o. ä. abgedeckt sein,
um die Induktionsspule 209 zu befestigen. Die Induktionsspule 209 kann
mit Spulengruppen für mehrere
Berei che der Isolierstütze 208 getrennt
versehen sein. Zum Beispiel sind im Fall des Induktionsheizelements 207B von 7 Induktionsspulen 209a bis 209c auf
dem Mittelabschnitt und den beiden Endabschnitten der Oberfläche der
Isolierstütze 208 getrennt
ausgebildet, und Strom wird den jeweiligen Spulen 209a bis 209c selektiv
zugeführt.
Mit diesem Aufbau wird in Fällen,
in denen z. B. ein Blatt mit kleiner Breite als das Blatt 2 (3) verwendet wird, die Fixierung
nur durch Erwärmen
des Mittelabschnitts der Heizwalze 201 durch den die zugehörige mittlere
Heizspule 209a durchlaufenden Strom erfolgreich realisiert,
ohne durch Erwärmen
der beiden Endabschnitte der Heizwalze 201 Strom zu verschwenden.
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8 ist
ein Schaltbild der Stromversorgung 210 zur Induktionserwärmung und
der Induktionsspulen in Fällen,
in denen das Induktionsheizelement 207B von 7 verwendet wird. In 8 ist die Stromversorgung 210 zur
Induktionserwärmung
versehen mit einer Stromversorgungsschaltung 210A zur Wechselstromzufuhr
nur zur Induktionsspule 209a oder zu allen Induktionsspulen,
Schaltern 210B und 210C und einer Umschaltsteuerschaltung 210D, die
das Umschalten zwischen den Schaltern 210B und 210C steuert.
Die Schalter 210B und 210C verbinden die Induktionsspule 209a mit
den Ausgangsleitungen L1 und L2 der Stromversorgungsschaltung 210A oder
mit den Induktionsspulen 210b und 210c. Dieses
Verbinden stellt eine selektive Verbindung der Ausgangsleitungen
L1 und L2 entweder mit der Induktionsspule 209a oder einer
Reihenschaltung her, die aus den Induktionsspulen 209a bis 209c besteht. Die
Umschaltsteuerschaltung 210D erzeugt Steuersignale C1 und
C2 zum Umschalten zwischen den Schaltern 210B und 210C als
Reaktion auf ein Blattgrößensignal
P als Anzeige des Blattformats.
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Konkreter steuert in Fällen, in
denen die Blattgröße als klein
angezeigt wird, die Umschaltsteuerschaltung 210D die Schalter 210B und 210C so,
daß die
Induktionsspule 209a direkt mit den Ausgangsleitungen L1
und L2 verbunden sein sollte, wodurch nur die Induktionsspule 209a Strom über die Stromversorgungsschaltung 210A empfängt. Dieser Strom
ist natürlich
geringer als der Strom, der zum Ansteuern aller In duktionsspulen
zuzuführen
ist. Auf diese Weise läßt sich
Strom sparen. In Fällen,
in denen andererseits die Blattgröße anzeigegemäß groß ist, steuert
die Umschaltsteuerschaltung 210D die Schalter 210B und 210C so,
daß die
aus den Induktionsspulen 209a bis 209c bestehende
Reihenschaltung mit den Ausgangsleitungen L1 und L2 verbunden sein
sollte, weshalb alle Induktionsspulen Strom über die Stromversorgungsschaltung 210A empfangen.
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Auf diese Weise wird der von der
Stromversorgungsschaltung 210A zuzuführende Stromwert auf der Grundlage
des Blattgrößensignals
P variiert, d. h. die Stromversorgungsschaltung 210A reduziert den
Strom des Treibersignals in Übereinstimmung mit
einer Reduzierung der Größe.
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Der von der Stromversorgungsschaltung 210A zugeführte Strom
wird durch die Ausgabe der Stromversorgungs-Steuerschaltung 212 gesteuert, und
der Strom variiert in Abhängigkeit
von Ausgaben vom Temperatursensor 211 gemäß 3.
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Der Gebrauch der Stromversorgung 210 zur Induktionserwärmung ist
nicht auf die Schaltung von 8 beschränkt. Zum
Beispiel können
mehrere Stromversorgungsschaltungen zur Stromzufuhr zu den jeweiligen
Induktionsspulen 209a bis 209c getrennt vorgesehen
sein, und die zu aktivierende Stromversorgungsschaltung kann als
Reaktion auf das Blattformatsignal P ausgewählt werden.
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9 ist
eine Querschnittansicht, die die Fixiervorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt, und 10 ihre
Vorderansicht. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 3 und 4 in der jeweiligen Position
des Induktionsheizelements 270 und des Temperatursensors 221.
Andere Komponenten als die Induktionsspulen sind auf nahezu gleiche
Weise wie die entsprechenden Komponenten in der vorherigen Ausführungsform
aufgebaut.
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Das Induktionsheizelement 270 ist
in der Heizwalze 201 plaziert und liegt nahe der Kontaktfläche zwischen
der Heizwalze 201 und Preßwalze 202. Die gekrümmte Oberfläche der
Isolierstütze 272 des Induktionsheizelements 270 weist
zur Innenfläche der
Heizwalze 201 mit einem kleinen Zwischenraum oder berührt diese.
Gemäß 10 sind die beiden Enden
des Induktionsheizelements 270 in Richtung der Achse der
Heizwalze 201 am Laserdrucker von 2 über
Stützteile 218 und 219 befestigt.
Der Temperatursensor 230 erstreckt sich durch das Induktionsheizelement 270 in
die Umgebung der Heizwalze 201, um ihre Temperatur zu detektieren. Anschlußdrähte, die
mit der Induktionsspule 271 bzw. dem Temperatursensor 230 verbunden
sind, sind durch die Endflächen
der Heizwalze 201 herausgezogen und mit der Stromversorgung 210 zur
Induktionserwärmung
sowie der Stromversorgungs-Steuerschaltung 212 verbunden.
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In 10 ist
ein Schraubabschnitt 220 an einem Ende des Umfangs der
Heizwalze 201 ausgebildet. Dieser Schraubabschnitt ist
mit einer Drehantriebsquelle 222 über ein Zahnrad 221 verbunden. Auch
wenn die Heizwalze 201 dreht, dreht das Induktionsheizelement 270 nicht.
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Da in der zweiten Ausführungsform
das Induktionsheizelement 270 benachbart zum Fixierabschnitt
liegt, werden Wirbelströme
nahe dem Fixierabschnitt der Heizwalze 201 erzeugt. Somit
wird durch die Wirbelströme
erzeugte Joulsche Wärme
direkt zum Fixierabschnitt geführt,
um eine hochgenaue Steuerung der Fixiertemperatur herzustellen.
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Die Frequenz des an der Induktionsspule 271 anzulegenden
Wechselstroms kann im Bereich von 100 Hz bis 50 kHz liegen und ist
auf den niedrigsten möglichen
Wert innerhalb dieses Bereichs eingestellt. Der Grund dafür ist folgender:
Ist die Frequenz höher,
wird nur die Innenfläche
der Heizwalze 201 erwärmt,
wodurch die Wärme
nicht zur Kontaktfläche zwischen
der Heizwalze 201 und Preßwalze 202 geleitet
wird.
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An den beschriebenen Strukturen können zahlreiche
Abwandlungen vorgenommen werden. Zum Beispiel können die Induktionsspulen des
Induktionsheizelements Drähte
oder leitende Filme sein. Obwohl weiterhin der Querschnitt des Induktionsheizelements
als Bogen gemäß der zweiten
Ausführungsform
geformt ist, kann auch ein zylindrisches Induktionsheizelement mit
einem kreisförmigen Schnitt
verwendet werden. Ferner kann der Temperatursensor innerhalb der
Preßwalze
liegen, um die Temperatur nahe dem Fixierabschnitt zu detektieren. Die
Heiz walze kann aus jedem Material hergestellt sein, das durch die
Wirbelströme
erwärmt
wird.
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In der ersten und zweiten Ausführungsform wird
eine Stromversorgung zur Induktionserwärmung als Treiberschaltung
zur Erzeugung eines Signals verwendet, das elektromagnetische Induktion
auslöst.
Allerdings braucht die Treiberschaltung keine separate Stromversorgungsschaltung
zu sein und kann auch eine Treiberschaltung sein, die Wechselstromsignale
mit Hilfe von Strom erzeugt, der von einer weiteren Stromversorgungsschaltung
zugeführt wird.
Hierbei kann der von einer weiteren Stromschaltung zugeführte Strom
Gleich- oder Wechselstrom sein.