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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Tonerbildfixiervorrichtungen, welche
in elektrofotografischen Kopiergeräten, Faxgeräten, Druckern und anderen Geräten verwendet
werden, welche einen elektrofotografischen Prozess oder Vorgang
verwenden oder auf diesem basieren, sind gewöhnlich vom thermischen Fixiertyp,
bei welchem ein Tonerbild auf einem Aufzeichnungsmedium durch Schmelzen
und Verbinden (fusing) fixiert wird. Ein Fixierbereich wird dabei
gebildet von einer Fixierwalze und von einer Druckwalze, welche
gegen die Fixierwalze drückt.
Es werden entweder eine oder beide Walzen aufgeheizt oder erwärmt. Während das
Aufzeichnungselement einen Einzugsbereich oder Quetschbereich (nip)
zwischen den beiden Walzen passiert, wird ein Tonerbild, welches
auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist, darauf fixiert, und
zwar mittels der Wirkung von Wärme
und Druck.
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Die Fixierwalze ist ein einwandiger
Aluminiumzylinder, welcher mit einem gut ablösbaren oder ablösenden (well-releasable)
und wärmebeständigen synthetischen
Harz beschichtet ist, z. B. mit einem Fluorkohlenstoffharz (PFA,
PTFE). Die Fixierwalze weist eine Heizlampe auf, die in einem zentral
gelegenen Hohlraum eingeführt
ist. Die Fixierwalze wird rotierbar auf einem Walzenlagerelement
gelagert oder gehaltert.
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Die Druckwalze ist eine Metallwalze,
welche mit einem Silikongummi beschichtet ist, die an beiden Enden
rotierbar durch ein Paar Druckwalzenlagerelemente oder Druckwalzenhalteelemente
gelagert oder gehaltert wird. Die Druckwalze wird mittels Druckfedern
mit einer konstanten Kraft gegen die Fixierwalze gedrückt oder
gepresst.
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Die Oberfläche der Fixierwalze wird mittels der
darin vorgesehenen Heizlampe aufgeheizt. Die Oberflächentemperatur
der Fixierwalze wird mittels eines Temperaturanpassungsschaltkreises
gesteuert, und zwar auf der Grundlage oder gemäß eines Signals einer Walzenoberflächentemperatur-Sensoreinrichtung,
welche in der Nähe
der Fixierwalze angebracht ist. Die Walzenoberflächentemperatur-Sensoreinrichtung
weist ein Temperatursensorelement auf (z. B. einen Thermistor).
welcher mit oder bei einer minimalen Störung (disturbance) gegen die Oberfläche der
Fixierwalze gedrückt
wird.
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Während
das mit einem darauf ausgebildeten Tonerbild versehene Aufzeichnungsmedium
einen Einzugsbereich oder Quetschbereich zwischen der Fixierwalze
und der Presswalze passiert, wird das Tonerbild aufgeheizt und durch
Verschmelzen auf dem Aufzeichnungselement fixiert. Folglich weist der
Fixierbereich eine Heizeinrichtung zum Aufheizen der Oberfläche und
zum Halten der Walzenoberfläche
auf einer konstanten Temperatur auf, um den Toner auf dem Aufzeichnungsmedium
zu schmelzen. Entsprechend kann die Temperatur der Walzenoberfläche in abnormer
Art und Weise ansteigen, falls die Walzenoberflächentemperatursteuerung eine
Fehlfunktion aufweist, z. B. aufgrund eines abnormalen Betriebs
des Hauptgeräts.
Das Gerät
wird mit einer Sicherheitsvorrichtung oder Sicherheitseinrichtung versehen,
welche das Auftreten von Rauch oder Feuer im Gerät verhindert.
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Die Sicherheitseinrichtung oder Sicherheitsvorrichtung
kann gebildet werden von einer separaten Temperatursensoreinrichtung
und von einem separaten Steuerschaltkreis oder von einer Temperatursensoreinrichtung,
welche in einer Reihe mit dem Heizlampenschaltkreis angeordnet ist.
Die Sicherheitseinrichtung oder Sicherheitsvorrichtung detektiert
mittels des Temperatursensors oder mittels der Temperatursensoreinrichtung,
dass die Temperatur der Walze einen bestimmten Wert überschreitet. Über die
Steuereinrichtung oder über
den Steuerschaltkreis wird bewirkt, dass die Energiezufuhr zur Heizlampe
gestoppt oder dass der Heizlampenschaltkreis direkt abgeschaltet
wird. Ein Temperatursensorelement (z. B. ein Thermostat, eine Temperatursicherung
oder ein Hitzeschutz) wird gewöhnlich als
Einrichtung zum Messen eines abnormalen Temperaturanstiegs verwendet.
Dieses Temperatursensorelement ist gewöhnlich von der Walze getrennt angeordnet,
weil die Walzentemperatur schrittweise oder stufenweise ansteigt.
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Jüngst
wurden Energiespareigenschaften elektrischer Einrichtungen als wesentliche
Probleme aus umwelttechnischer Sicht erkannt. Elektrofotografische
Drucker und andere Geräte,
welche einen elektrofotografischen Vorgang verwenden, sollen ebenfalls
energiesparend ausgebildet sein. Ein Hauptteil der Energie einer
elektrofotografischen Einrichtung oder eines elektrofotografischen
Geräts (Drucker)
wird in der Tonerbildfixiervorrichtung oder Tonerbildfixiereinrichtung
verbraucht, welche einen Großteil
der gesamten elektrischen Leistungsaufnahme des Geräts liefert.
Die Reduktion des Energieverbrauchs der Fixiereinrichtung oder der
Fixiervor richtung ist ein wesentliches Ziel bei elektrofotografischen
Geräten.
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Es ist jedoch relativ schwierig,
die Energie- oder Leistungsaufnahme eines herkömmlichen Fixiergeräts oder
einer herkömmlichen
Fixiervorrichtung zu reduzieren, ohne den jeweiligen Aufbau zu ändern. Die
Gründe
dafür ergeben
sich wie folgt:
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Einmal eingeschaltet, hält die konventionelle Fixiervorrichtung
die Walze selbst dann auf einer konstanten Temperatur, wenn ein
Druckvorgang nicht benötigt
wird. Ein Vorheizen der Walze ist notwendig, wenn ein Druckvorgang
ohne eine Wartezeit ausgeführt
werden soll.
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Es ist daher möglich, die Leistungsaufnahme oder
die Energieaufnahme einer Fixiervorrichtung dadurch zu reduzieren,
dass die Heizeinrichtung ausgeschaltet wird, außer während der Zeit des Druckens.
Jedoch entstehen durch diese Lösung
neue Probleme, z. B. dass jedes Mal vor dem Drucken eine Wartezeit
notwendig ist, bis die Walze die für das Fixieren des Tonerbildes
notwendige Temperatur erreicht hat.
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Verfahren, von denen angenommen wird, dass
sie wirksam diese neuen Probleme im Hinblick auf eine vergrößerte Wartezeit
darstellen, sind: (1) Das Erhöhen
der Leistung der Heizlampe, (2) das Reduzieren des Durchmessers
oder der Wandsärke der
Fixierwalze. Das Verfahren (1) ist einfach, es ist jedoch nicht
praktikabel, weil die Wartezeit zwar verringert, dabei jedoch die
Leistungsaufnahme oder Energieaufnahme gesteigert wird. Das Verfahren
(2) besteht darin, dafür
zu sorgen, dass die Walze dadurch schnell aufgeheizt werden kann,
dass ihre Wärmekapazität verringert
und dadurch die Wartezeit verkürzt
wird. Dieses Verfahren ist ebenfalls einfach, birgt jedoch die folgenden
Probleme in sich: Die Fixierwalze mit einer verminderten Wärmekapazität kann sich
so schnell aufheizen, dass das herkömmliche Temperatursensorelement
nicht so rasch antworten kann, um die Änderung der Oberflächentemperatur
der Walze zu detektieren. Dies bedeutet jedoch, dass ein abnormaler
Temperaturanstieg nicht unmittelbar ermittelt werden kann, wodurch
sich die Gefahr des Entstehens von Rauchbildung oder eines Brandes
im Gerät
ergibt. Daher ergibt sich auf diese Weise keine praktische Verwendung
einer energiesparenden Fixiereinrichtung mit einer geringen Wärmekapazität, weil
die entsprechenden Sicherheitsbedingungen nicht garantiert werden
können.
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Es wurden auch die Antwort und die
Reaktion von Temperatursensorelementen verbessert. Das Dokument
JP-A-58-118681 offenbart ein derartiges Verfahren, bei welchem ein
Temperatursensorelement von einer Walze beabstandet vorgesehen ist und
bei welchem ein Wärmereflektor
hinter dem Temperatursensorelement angeordnet ist, um die Sensoroberflächentemperatur
des Elements zu vergrößern oder
zu steigern. Des Weiteren offenbart das Dokument JP-A-63-169860
ein Temperatursensorelement, welches mit einem wärmeleitfähigen Element abgedeckt ist,
welches sich auf der Walze abstützt oder
mit dieser bündig
abschließt.
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Die oben beschriebenen Verfahren
können auf
wirksame Art und Weise bei einer herkömmlichen Fixiereinheit eingesetzt
werden, bei welcher Temperaturanstiege oder -raten ausgebildet sind,
sie können
jedoch nicht dort eingesetzt werden, wo Fixiereinrichtungen oder
Fixiervorrichtungen mit einer geringen Wärmekapazität angewandt werden, bei welchen
eine merkliche Reduktion der elektrischen Leistungsaufnahme oder
elektrischen Energieaufnahme bewerkstelligt wird. Der in dem Dokument JP-A-58-118681
offenbarte Stand der Technik kann z. B. keine Fixiereinheit mit
einer geringen Wärmekapazität realisieren,
weil der dortige Temperatursensorbereich einer Sicherheitsvorrichtung
oder Sicherheitseinrichtung nicht mit der Fixierwalze in Kontakt steht,
wodurch eine große
Abweichung oder Störung erfolgen
kann. Es resultiert dadurch schließlich das Antwortverhalten
oder ein geeignetes Antwortverhalten aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit.
Die in dem Dokument JP-A-63-169680 gezeigte Vorgehensweise kann
ebenfalls nicht bei einer Fixiereinheit mit geringer Wärmekapazität eingesetzt
werden, weil das Temperatursensorelement, welches mit einem Aluminiumblock
abgedeckt ist, ein sehr schlechtes Antwortverhalten zeigt, und zwar
wegen der großen oder
starken Wärmeübertragung.
Ein Temperatursensorelement, welches mit Teflon abdeckt oder beschichtet
ist, hat ebenfalls ein schlechtes Antwortverhalten, und zwar aufgrund
der geringen Wärmeleitfähigkeit.
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Das Dokument JP-A-56-001324 aus dem Stand
der Technik offenbart einen Temperaturdetektor vom Kontakttyp, bei
welchem ein Temperatursensorelement geschichtet oder sandwichartig
zwischen einer Harzschicht und einem elastischen Körper vorgesehen
ist. Der elastische Körper
drückt
das Temperatursensorelement gegen eine Walze, wobei die Harzschicht
dazwischen angeordnet ist oder wird.
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Schließlich zeigt das Dokument JP-A-2-145931
aus dem Stand der Technik ein Temperatursensorelement, welches mit
einer Polyimidschicht beschichtet ist und welches zum Messen der Temperatur
einer Fixierwalze vorgesehen ist. Ein Zwischenraum oberhalb des
Temperatursensorelements ist mit einer Silikonschmiere oder einem
Silikonstoff aufgefüllt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Sicherheitsvorrichtung für
eine Tonerbildfixiervorrichtung zu schaffen, welche in einem Gerät auf der
Grundlage eines elektrofotografischen Prozesses, z. B. in einem
elektrofotografischen Kopiergerät, einem
elektrofotografischen Faxgerät,
einem elektrofotografischen Drucker oder dergleichen, verwendet wird,
wobei eine Temperatursensoreinheit ein verbessertes Antwortverhalten
beim Messen oder Ermitteln eines abnormalen Temperaturanstiegs eines
Fixierbereichs besitzt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft
die vorliegende Erfindung eine Fixiervorrichtung gemäß Anspruch
1.
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Eine Fixiervorrichtung für eine Tonerbildfixiereinheit
besitzt eine Temperatursensoreinheit mit einem schnellen Antwortverhalten,
welches ein Temperatursensorelement mit einer geringen Wärmekapazität aufweist
(z. B. eine Temperatursicherung, ein Thermostat in geringer Größe, einen
thermischen Schutzschalter oder thermischen Protektor oder dergleichen)
und welche mit einer Fixierwalze über eine gleitende Schicht
oder einen gleitenden Bereich in Kontakt steht. Zwischen der Temperatursensoreinheit
und dem Gleitbereich oder der Gleitschicht kann zur Verminderung
von Wärmeübertragungsverlusten ein
Füllstoff
oder ein elastisches Element mit guter Wärmeleitfähigkeit zwischen der Temperatursensoreinheit
und der Gleitschicht oder dem Gleitbereich vorgesehen sein.
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Das Temperatursensorelement ist auf
seiner nicht-kontaktierenden Oberfläche (gegenüberliegend der die Gleitschicht
kontaktierenden Oberfläche)
mit einem Wärmeisolationselement
zur Verhinderung von Wärmeabgabe
oder Wärmefreisetzung
abgedeckt oder beschichtet. Das Wärmeisolationselement besitzt
eine Vertiefung oder Ausnehmung, um mit einem Vorsprung des Temperatursensorelements einzugreifen,
um das Element zu fixieren und den Kontakt der Temperatursensoreinheit
mit der Fixierwalze zu verbessern.
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Des Weiteren ist die Kontaktierungsoberfläche der
Temperatursensoreinheit so ausgebildet, dass sie dieselbe Krümmung aufweist,
wie die zylindrische Oberfläche
der Fixierwalze, und zwar mittels des Isolationselements und des
Füllmaterials
oder des plastischen Elements.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Fig. 1 ist
eine schematische Konstruktionsansicht einer herkömmlichen
Tonerbildfixiervorrichtung.
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2 ist
eine schematische Konstruktionsansicht einer Tonerbildfixiervorrichtung,
bei welcher eine Sicherheitsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
angewandt werden kann.
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3 ist
ein Graph, welcher einen Anstieg der Oberflächentemperatur einer Fixierwalze
darstellt.
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4 ist
ein Graph, welcher einen abnormalen Anstieg der Oberflächentemperatur
einer Fixierwalze zeigt.
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5 illustriert
in schematischer Art und Weise den Aufbau eines Temperatursensorbereichs einer
Sicherheitsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 6 illustriert
in schematischer Art und Weise einen anderen Aufbau eines Temperatursensorbereichs
einer Sicherheitsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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7 ist
ein Graph, welcher die Arbeitsbedingungen einer Sicherheitsvorrichtung
zeigt, wenn die Oberflächentemperatur
der Fixierwalze in abnormaler Art und Weise steigt.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Vor der Erläuterung bevorzugter Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird zunächst eine herkömmliche
Sicherheitsvorrichtung als Referenz für die vor liegende Erfindung
beschrieben.
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1 ist
eine schematische Konstruktionsansicht einer herkömmlichen
Tonerfixiervorrichtung. Ein Fixierbereich weist eine Fixierwalze 1 und
eine Druckerwalze 2, welche gegen die Fixierwalze drückt, auf.
Entweder werden eine oder alle beide Walzen erwärmt oder aufgeheizt. Während ein
Aufzeichnungselement 6 einen Einzugsbereich oder Quetschbereich
zwischen beiden Walzen passiert, wird ein auf dem Aufzeichnungselement 6 ausgebildetes
Tonerbild durch die Wirkung von Wärme und Druck darauf fixiert.
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Die Fixierwalze 1 ist ein
dünnwandiger
Aluminiumzylinder, welcher mit einem gut ablösenden oder gut ablösbaren und
wärmebeständigen synthetischen
Harz beschichtet ist, z. B. mit einem Fluorkohlenstoffharz (PFA,
FTFE). Die Fixierwalze 1 weist in ihrer zentralen Ausnehmung
eine Heizlampe 5 auf, die dort eingeführt ist. Die Fixierwalze wird
mittels eines Walzenlagerelements 8 oder Walzenträgerelements 8 rotierbar
gehaltert oder gelagert.
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Die Druckwalze 2 ist eine
Metallwalze, welche mit einem Silikongummi beschichtet ist und welche
an ihren beiden Enden durch ein Paar Druckwalzenträgerelemente 7 oder
-lagerelemente 7 rotierbar gelagert oder gehaltert ist. Die Druckwalze 2 wird
mittels Druckfedern mit einer konstanten Kraft gegen die Fixierwalze 1 gedrückt.
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Die Oberfläche der Fixierwalze 1 wird
mittels der darin vorgesehenen Heizlampe 5 aufgeheizt oder erwärmt. Die
Oberflächentemperatur
der Fixierwalze wird mittels eines Temperaturanpassungsschaltkreises 9 gesteuert,
und zwar gemäß eines
Signals einer Walzenoberflächentemperatur-Sensoreinrichtung 4, welche
in der Nähe
der Fixierwalze 1 angeordnet ist. Die Walzenoberflächentemperatur-Sensoreinrichtung 4 weist
ein Temperatursensorelement (z. B. einen Thermistor) auf, welcher
gegen die Oberfläche der
Fixierwalze gedrückt
wird, um Störungen
zu minimieren.
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Während
das Aufzeichnungsmedium 6, welches darauf das Tonerbild
trägt,
den Einzugsbereich oder Quetschbereich zwischen der Fixierwalze
und der Druckwalze passiert, wird das Tonerbild aufgewärmt oder
aufgeheizt und mittels Schmelzen und Verbinden auf dem Aufzeichnungselement 6 fixiert. Folglich
weist der Fixierbereich eine Heizeinrichtung zum Aufheizen und zum
Halten der Walzenoberfläche auf
einer konstanten Temperatur auf, um den Toner auf dem Aufzeichnungsmedium
zu schmelzen und anzuhaften. Entsprechend kann die Temperatur der
Walzenoberfläche
in abnormaler Art und Weise aufgrund eines abnormalen Betriebs des
Hauptgeräts
ansteigen, falls die Walzenoberflächentemperatursteuerung eine
Fehlfunktion aufweist. Das Gerät ist
mit einer Sicherheitsvorrichtung 10 ausgebildet, um das
Auftreten von Rauchbildung oder eines Brandes im Gerät im schlimmsten
Fall zu verhindern.
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Die Sicherheitsvorrichtung 10 kann
gebildet werden von einem separaten Temperatursensor oder einer
separaten Temperatursensoreinrichtung 3 und einer separaten
Steuerschaltung 11, wie das in 1 dargestellt ist. Es kann auch eine
Temperatursensoreinrichtung 3 vorgesehen sein, die in Reihe
mit der Heizlampenschaltung angeordnet und eingefügt ist. Die
Sicherheitsvorrichtung 10 detektiert mittels der Temperatursensoreinrichtung 3,
dass die Temperatur der Walze einen vorgegebenen und bestimmten
Wert überschreitet.
Mittels der Steuerschaltung 11 wird bewirkt, dass die Energiezufuhr
oder Stromzufuhr zur Heizlampe beendet wird oder dass die Heizlampenschaltung
direkt abgeschaltet wird. Ein Temperatursensorelement (z. B. ein
Thermostat, eine Temperatursicherung oder ein thermischer Schutzschalter) wird
gewöhnlich
als Einrichtung zum Detektieren des abnormalen Temperaturanstiegs
verwendet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Verbesserungen des Antwortverhaltens der Temperatursensoreinheit
der Sicherheitsvorrichtung zum Ermitteln und Messen eines abnormalen
Temperaturanstiegs eines Fixierbereichs oder Fixierabschnitts.
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
wird nun eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung erläutert,
bei welcher eine Temperatursicherung (temperature fuse) verwendet
wird.
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2 zeigt
einen Aufbau eines Fixierbereichs oder Fixierabschnitts einer Tonerbildfixiervorrichtung,
bei welcher eine Sicherheitsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird. Die Sicherheitsvorrichtung wird später im Detail
erläutert. Der
Aufbau der Fixiervorrichtung mit geringer Wärmekapazität und Temperaturanstiegscharakteristika wird
nachfolgend beschrieben: Eine Fixierwalze 12 wird gebildet
von einer Walze mit geringer Wärmekapazität, deren
Innendurchmesser 13 mm beträgt
und deren Wandstärke 0,5
mm beträgt (eine
herkömmliche
Fixierwalze besitzt einen Innendurchmesser von nicht mehr als 20
mm und eine Wandstärke
von nicht weniger als 1,5 mm). Die zylindrische Oberfläche der Fixierwalze 12 ist
wie bei einer herkömmlichen
Walze mit einer Beschichtung eines synthetischen Harzes beschichtet,
welches lösbar
oder gut ablösend
ist und welches wärmebeständig oder
hitzebeständig
ist. Die Walze 12 beinhaltet in ihrem Innern eine Heizlampe 5,
deren Leistung 400 W beträgt
(800 W bei einer herkömmlichen
Vorrichtung, weil dort eine Walze mit einer hohen Wärmekapazität erwärmt oder
aufgeheizt werden muss). Als Druckwalze 13 wird eine Silikongummiwalze
verwendet, welche eine Welle oder eine Kern aus Metall besitzt,
an welchen ein Silikongummi angebracht ist. Die Druckwalze 13 besitzt
einen geringen Durchmesser von 12 mm, um eine reduzierte Wärmekapazität zu erreichen
(bei konventionellen herkömmlichen
Walzen beträgt
dieser Durchmesser nicht weniger als 20 mm).
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Es besteht auch die Möglichkeit,
die Wärmekapazität der Fixiervorrichtung
dadurch weiter zu vermindern, dass anstelle der Druckwalze 13 ein
Druckelement 18 verwendet wird, wie es in 6 dargestellt ist. Das Druckelement 18 wird
gebildet von einem elastischen Material mit einer außergewöhnlichen
Wärmewiderstandsfähigkeit
oder Hitzebeständigkeit.
Das elastische Element zum Andrücken
des Aufzeichnungsmediums gegen die Fixierwalze 12 ist nicht
rotierbar, sondern fest oder fixiert, um die Masse des Druckelements
zu vermindern und somit die Wärmeübertragung
oder den Wärmeübergang
von der Fixierwalze zu minimieren. Das Druckelement 18 ist
jedoch im Hinblick auf das Papierzufuhren zur Druckwalze weniger
geeignet, und seine Oberfläche ist
daher mit einer Druckschicht 19 (pressure sheet) bedeckt,
welche Reibungskräfte
auf das Aufzeichnungsmaterial 6 reduzieren kann, und zwar
unterhalb einer Reibungskraft zwischen dem Aufzeichnungsmaterial
und der Fixierwalze 1. Das Aufzeichnungsmaterial 6 wird
durch den Unterschied oder die Differenz in der Reibungskraft vorwärts befördert.
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Der Oberflächentemperaturanstieg und dessen
Charakteristik in Bezug auf die Fixierwalze bei der oben beschriebenen
Fixiervorrichtung, welche anstelle der Druckwalze 13 das
Druckelement (6) verwendet
wird, wurde, wie nachfolgend beschrieben wird, untersucht: Die Oberflächentemperatur
der Fixierwalze wird gemessen und die Messergebnisse sind in 3 dargestellt. Die charakteristische
Temperaturkurve zeigt, dass sich die Fixierwalzenoberflächentemperatur
mit der Zeit ändert,
und zwar gemäß der Bedingung,
bei welcher die Walzenoberflächentemperatursteuerung
in normaler Art und Weise ausgeführt
wird. In 3 zeigt die durchgezogene
Kurve die Änderung
der Walzenoberflächentemperatur
der Fixiervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, während
die unterbrochene Kurve die Änderung
der Walzenoberflächentemperatur
bei einer herkömmlichen
Fixiereinheit darstellt.
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In 3 wird
dasjenige Zeitintervall, währenddessen
die Walzenoberflächentemperatur
von der Raumtemperatur auf die für
die Fixierung des Tonerbildes benötigte Temperatur (gewöhnlich 150°) ansteigt,
als Anstiegszeit bezeichnet. Es ist offensichtlich, dass die Anstiegszeit
dieser Ausführungsform
im Vergleich mit der Anstiegszeit (40–50 Sekunden) zu der herkömmlichen
Einheit merklich verkürzt ist,
und zwar auf 10 bis 12 Sekunden. Entsprechend kann ein Druckvorgang
mit einer verkürzten
Wartezeit durchgeführt
werden, und zwar ohne die Notwendigkeit einer Aufheizung, während welcher
kein Druckvorgang ausgeführt
werden kann. Jedoch weist eine Fixiervorrichtung mit einer derart
stark reduzierten Wärmekapazität die zuvor
genannte Gefahr auf, dass die Fixierwalze sich so schnell aufheizt,
und zwar über
einen gegebenen Grenzwert hinaus, dass Rauchbildung oder Feuerfang
in der Fixiervorrichtung entstehen können.
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4 zeigt
die Walzenoberflächentemperatur
der Fixiervorrichtung unter abnormalen Bedingungen. Wie in 4 dargestellt ist, übersteigt
die Walzenoberflächentemperatur
den Wert 400°C
für 20
bis 30 Sekunden, und zwar nachdem die Heizlampe eingeschaltet wurde.
Die gezeigte Temperaturkurve wurde in der Fixiervorrichtung mit
einer Temperatursicherung (temperature fuse, Temperatursensorelement),
welche um 5 mm beabstandet zur Walzenoberfläche angeordnet war, ermittelt.
In diesem Fall reagierte die Temperatursicherung nicht, wenn die
Walzenoberflächentemperatur über 450°C anstieg.
Dies ist jedoch sehr gefährlich,
weil der Flammenpunkt von Papier im Bereich von 430°C bis 450°C liegt (dort nämlich kann
das Papier Feuer fangen, wenn es den Einzugsbereich oder Quetschbereich
der Walzen passiert). Entsprechend kann eine herkömmliche
Sicherheitsvorrichtung nicht dazu beitragen, eine energiesparende
Fixiervorrichtung mit einer geringen Wärmekapazität zu realisieren.
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Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 wird der Aufbau des Temperatursensorbereichs
der Sicherheitsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben: Eine Temperatursicherung 14 (temperature
fuse) ist auf einem wärmeisolierenden Element 15 vorgesehen,
welches aus einem wärmebeständigen Silikonschwamm
oder Silikonschaumstoff besteht, welcher z. B. durch die Firma INOAC
(in dem gezeigten Fall) hergestellt und vertrieben wird. Das wärmeisolierende
Element 16 ist vorzugsweise isolierend ausgebildet, weil
dessen Kontaktoberfläche
auf einer Walze dadurch erhöht
werden kann. Grundsätzlich
kann jegliches Material mit wärmeisolierenden
Eigenschaften verwendet werden. Technische Harze (engineering resin,
z. B. Polycarbonatharze) und wärmebeständige Harze
können
ebenfalls verwendet werden. Das wärmeisolierende Element 15 besitzt
eine Vertiefung oder Ausnehmung oder einen Schlitz, welcher zur
Form eines hervorstehenden oder hervorspringenden Bereichs der Temperatursicherung
passt, so dass der Temperatursensorbereich der Temperatursicherung 14 sich
in zuverlässiger
Art und Weise auf der Fixierwalze 12 abstützt und
die Temperatursicherung selbst in korrekter Art und Weise positioniert
oder lokalisiert ist. Das wärmeisolierende
Element 15 wird auf der gegenüberliegenden Seite gehaltert
oder getragen (gegenüberliegend
der Oberfläche,
welche der Fixierwalze gegenübersteht
oder an die Fixierwalzenoberfläche angrenzt),
dies geschieht mittels Federn oder Rippen (ribs, nicht dargestellt).
Das Temperatursensorelement oder die Temperatursensoreinrichtung 3 (2) stützt sich nämlich gegen die Fixierwalze 12 mittels
Federkräfte
und/ oder mittels der Wirkung der Elastizität des wärmeisolierenden Elements.
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Die Temperatursicherung wird eng
umgeben von einem elektrisch isolierenden und die Wärme gut leitenden
Füllmaterial 16,
wodurch das Vorliegen von Luftschichten verhindert wird, die einen
Wärmeübergang
oder eine Wärmeübertragung
verhindern könnten.
Im gezeigten Fall wird der wärmebeständige Siliongummi
K3493 der Firma Shin-etsu Chemical Industry verwendet. Es ist auch
möglich,
ein elastisches Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, Isolation und hoher
Wärmebeständigkeit
zu verwenden.
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Eine Schicht oder ein Bereich 17,
welcher ein Gleiten erlaubt, ist zwischen dem Füllmaterial 16 und der
Fixierwalze vorgesehen, um zu verhindern, dass die Walzenoberfläche aufträgt oder
verschleißt
(wearing). Bei der gezeigten Ausführungsform ist eine Capton-Schicht
mit einer Stärke
von 25 μm
der Firma Toray-Doupon
vorgesehen. Eine Teflonschicht kann ebenfalls verwendet werden.
Die Fixierwalze 12 und die Gleitschicht 17 bilden
einen Flächenkontakt
(kein Linienkontakt) miteinander aufgrund der Wirkung des Füllmaterials
und des wärmeisolierenden
Elements aus.
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7 zeigt
die Wirkung des Vorsehens der Sicherheitsvorrichtung bei einer Fixiervorrichtung
mit geringer Kapazität.
Die in 7 dargestellte
Kurve beschreibt die Walzenoberflächentemperatur, die sich mit
der Zeit unter abnormalen Betriebsbedingungen ändert. Wie sich aus 7 ergibt, kann die Sicherheitsvorrichtung
ihre Wirkung entfalten und die Heizlampe bei einer Temperatur von
325°C aktiv
ausschalten (ein Wert, der deutlich unter dem Flammenpunkt von Papier
liegt), falls aus irgendeinem Grund die Heizlampe weiterhin im Betrieb
verbleibt. Es besteht daher keine Gefahr von Rauchbildung oder Flammenbildung,
auch nicht unter abnormalen Betriebsbedingungen. Entsprechend kann
eine derartige Fixiervorrichtung mit geringer Wärmekapazität mit dieser Art Sicherheitsvorrichtung
in sicherer Art und Weise verwendet werden.
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Obwohl die gezeigte Ausführungsform
als Füllmaterial
einen wärmebeständigen Silikongummi verwendet,
kann anstelle von Silikongummi auch eine wärmeleitfähige und wärmeleitbeständige Gelsubstanz verwendet
werden.
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Aus den voranstehenden Bemerkungen
ergibt sich, dass die Sicherheitsvorrichtung der Tonerfixiervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung die folgenden Vorteile schafft:
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Da die Temperatursensoreinheit von
einem Sensorelement mit geringer Wärmekapazität gebildet wird und weil die
Gleitschicht mit einem wärmeleitfähigen Füllmaterial
oder einem wärmeleitfähigen elastischen
Körper
dazwischen ausgebildet und angeordnet ist und weil das Temperatursensorelement sich über die
Gleitschicht auf der Fixierwalze abstützt, kann ein Wärmeübertragungsverlust
zwischen der Walze und der Temperatursensoreinrichtung oder dem
Temperatursensorbereich vermindert werden und der Wärmefluss
zum Temperatursensorbereich des Temperatursensorelements kann verbessert
werden, wodurch eine verbesserte Antwort oder ein verbessertes Antwortverhalten
der Sicherheitsvorrichtung erreichbar ist.
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Das Temperatursensorelement ist mit
einem wärmeisolierenden
Element beschichtet oder abgedeckt, welches einen Wärmeübergang
oder eine Wärmeübertragung
von derjenigen Oberfläche
des Elements, welche der Kontaktoberfläche zur Walzenoberfläche abgewandt
ist, verhindert, so das der Wärmeübergang
oder die Wärmeübertragung
zum Temperatursensorbereich des Temperatursensorelements ver bessert
und die Antwort oder das Antwortverhalten der Sicherheitsvorrichtung
verstärkt
sind.
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Die Kontaktoberfläche des Temperatursensorbereichs
oder der Temperatursensoreinheit ist so ausgebildet, dass sie dieselbe
Krümmung
besitzt, wie die Fixierwalze, und zwar unter Verwendung des Wärmeisolationselements,
des wärmeleitfähigen Filmmaterials
oder des elastischen Körpers:
Die Kontaktbereiche oder der Kontaktbereich des Temperatursensorbereichs
oder der Temperatureinheit kann erhöht werden, und das Wärmeübertragungsverhältnis wird
dadurch verbessert, wodurch die Sicherheitsvorrichtung ein schnelles
Antwortverhalten realisieren kann.
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Des Weiteren besitzt das wärmeisolierende Element
der Temperatursensoreinheit eine Ausnehmung, Nut oder einen Schlitz,
wobei ein hervorspringender oder hervorstehender Bereich des Temperatursensorelements
dort hineinpasst. Das bedeutet nämlich,
dass das Temperatursensorelement auf korrekte Art und Weise relativ
zur Fixierwalze positioniert und angeordnet werden kann und dass
sein Temperatursensorbereich einen innigen Kontakt mit der Walzenoberfläche ausbilden
kann.