DE69718276T2

DE69718276T2 - Fixiergerät

Info

Publication number: DE69718276T2
Application number: DE69718276T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Kagawa; Taisuke Kamimura; Toshihiro Tamura; Syougo Yokota
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 2003-09-11
Anticipated expiration: 2017-10-10
Also published as: EP0840179A1; DE69718276D1; US6088549A; JP3352891B2; EP0840179B1; JPH10133505A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Fixiervorrichtung zur Verwendung in einem elektrofotografischen Gerät unter Ausnutzung eines elektrofotografischen Prozesses, wie in einem Kopiergerät, einem Faksimilegerät oder einem Drucker, und insbesondere betrifft sie ein elektrofotografisches Gerät, mit dem Farbdruck ausgeführt werden kann.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Herkömmlicherweise ist eine Fixiervorrichtung zur Verwendung in einem elektrofotografischen Gerät unter Ausnutzung eines elektrofotografischen Prozesses, wie einem Kopiergerät, einem Faksimilegerät oder einem Drucker, mit z. B. einer Fixierwalze 101 und einer gegen diese gedrückten Andrückwalze 102 versehen, wie es in der Fig. 9 dargestellt ist. Innerhalb der Fixierwalze 101 ist eine Heizlampe 103 als Heizquelle vorhanden, so dass die Oberfläche der Fixierwalze 101 von innen beheizt wird.
Die Fixierwalze 101 besteht aus einem Fixierwalzenkern 101a und einer dieser bedeckenden Kautschukschicht 101b.
Die Andrückwalze 102 besteht aus einem Andrückwalzenkern 102a und einer diesen bedeckenden Kautschukschicht 102b.
Die Fixiervorrichtung mit diesen Komponenten wird so angeordnet, dass ein Blatt Papier P (Aufzeichnungsmaterial), das ein mit vorfixiertem Toner T erzeugtes Bild trägt, in einem Bereich (Fixierbereich) 108 transportiert wird, in dem die auf eine gewünschte Solltemperatur erwärmte Fixierwalze 101 und die Andrückwalze 102 in Kontakt treten, und der Toner T wird durch Wärme aufgeschmolzen und auf dem Blatt Papier P fixiert. Eine derartige Fixiervorrichtung, bei der eine Wärmequelle, wie die Heizlampe 103 oder dergleichen in der Fixierwalze 101 zum Erwärmen der Oberfläche derselben vorhanden ist, wird als Fixiervorrichtung vom intern beheizten Typ bezeichnet.
Wenn der auf dem Blatt Papier P gehaltene Toner keine guten Trenneigenschaften aufweist, d. h. z. B. im Fall von Farbtoner, tritt beim Fixieren desselben eine Anhaftung desselben an der Oberfläche der Fixierwalze 101, d. h. ein Offseteffekt auf. Daher wird die Fixiervorrichtung mit einer Ölauftrageeinheit 105 versehen, um Öl auf die Oberfläche der Fixierwalze 101 aufzutragen. Die Ölauftrageeinheit 105 ist so ausgebildet, dass Öl 104 zum Verhindern eines derartigen Offseteffekts über ein Paar Ölauftragewalzen 107 auf die Oberfläche der Fixierwalze 101 aufgetragen wird.
Übrigens benötigt es im Fall einer Fixiervorrichtung vom intern beheizten Typ lange Zeit zum Erwärmen der Oberfläche der Fixierwalze 101 auf eine Solltemperatur (Tonerfixiertemperatur), da die Fixierwalze 101 mit großer Wärmekapazität durch die Heizlampe 103 von innen beheizt wird. (Die Zeitperiode, die zum Erwärmen der Fixierwalze 101 auf eine Solltemperatur erforderlich ist, wird nachfolgend als Aufwärmperiode bezeichnet.)
Als Fixiervorrichtung, die eine kürzere Aufwärmperiode benötigt, offenbaren die japanischen Veröffentlichungen zu Patentanmeldungsoffenlegungen Nr. 50- 62448/1975 (Tokukaisho 50-62448), Nr. 51-70648/1976 (Tokukaisho 51-70648) und Nr. 52-131731/1977 (Tokukaisho 52-131731) eine Fixiervorrichtung, bei der die Oberfläche einer Fixierwalze durch eine Heizwalze (Wärmequelle) erwärmt wird, die mit der Oberfläche der Fixierwalze in Kontakt steht, d. h. eine Fixiervorrichtung vom extern beheizten Typ. Diese Fixiervorrichtung vom extern beheizten Typ verfügt über hervorragenden Wärmewirkungsgrad, da die Wärmequelle mit der Oberfläche der Fixierwalze in Kontakt steht, und demgemäß ist die Aufwärmperiode, die dazu erforderlich ist, die Fixierwalze auf die zum Fixieren erforderliche Solltemperatur zu erwärmen, beträchtlich verkürzt.
In jüngerer Zeit haben die japanischen Veröffentlichungen zu Patentanmeldungsoffenlegungen Nr. 63-313182/1988 (Tokukaisho 63-313182), Nr. 4- 358186/1992 (Tokukaihei 4-358186) und Nr. 5-2349/1993 (Tokukaihei 5-2349) eine Fixiervorrichtung offenbart, die so ausgebildet ist, dass ein ein vorfixiertes Tonerbild tragendes Blatt Papier mittels eines dünnen Endlosfilms (Endlosband) erwärmt wird, der sich synchron mit dem Blatt Papier bewegt, damit der Toner fixiert wird (eine derartige Fixiervorrichtung wird nachfolgend als Fixiervorrichtung vom Typ mit Filmbeheizung bezeichnet.)
US-A-4.984.027 offenbart eine Fixiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Fixiervorrichtung vom Typ mit Filmbeheizung ist z. B. wie folgt aufgebaut: Wie es in der Fig. 10 dargestellt ist, wird ein Blatt Papier P, das ein durch vorfixiertem Toner T erzeugtes Bild trägt, in einen Bereich transportiert, in dem (1) ein mit Endlosbandform ausgebildetes Fixierband 201, das sich in der Transportrichtung des Aufzeichnungsmaterials erstreckt, und (2) eine Andrückwalze 203 in Kontakt treten, so dass das Bild des vorfixierten Toners T auf dem Blatt Papier P fixiert wird.
Ein Heizkörper 202 ist der Andrückwalze 203 gegenüberstehend so vorhanden, dass das Fixierband 201 dazwischen liegt, wodurch ein Fixierbereich 204 zwischen dem Fixierband 201 und der Andrückwalze 203 erwärmt wird. Daher wird das durch den Fixierbereich 204 transportierte Papier P durch Wärmeenergie vom Heizkörper 202 erwärmt, und der auf dem Papier P gehaltene Toner wird aufgeschmolzen und auf ihm fixiert.
Die oben beschriebene Fixiervorrichtung ist so ausgebildet, dass ein Blatt Papier P, auf dem Toner fixiert wurde, auf natürliche Weise abkühlt, wenn es zur stromabwärtigen Seite des Fixierbands 201 transportiert wird (dieser Abkühleffekt wird nachfolgend als Selbstkühleffekt bezeichnet), so dass sich das Papier P vom Fixierband 201 trennt. Daher wird bei einer Fixiervorrichtung vom Typ mit Filmbeheizung das Papier P mit fixiertem Toner abgekühlt, wenn es zum stromabwärtigen Teil des Fixierbands 201 gelangt, und demgemäß tritt kein Anhaften von Toner am Fixierband 201 auf. Im Ergebnis ist das Auftragen von Öl zum Verhindern eines Offseteffekts überflüssig. Als Fixierband 201 wird im Allgemeinen ein Band verwendet, das aus einem wärmebeständigen Harz wie Polyimid besteht und das mit einem Material mit guten Trenneigenschaften wie einem Fluorkohlenstoffharz, bedeckt ist.
Bei einer Fixiervorrichtung vom Typ mit Filmbeheizung kann das Fixierband 201 eine kleine Wärmekapazität aufweisen, um dadurch dafür zu sorgen, dass ein Blatt Papier mit Toner T durch Wärmestrahlung unmittelbar nach dem Durchlaufen des Fixierbereichs 204 als erwärmtem Bereich abkühlt. Dies sorgt dafür, dass die Kohäsionskraft des Toners T zunimmt, um dadurch dafür zu sorgen, dass die Adhäsionskraft an das Fixierband 201 relativ abnimmt, wenn der Toner T abkühlt. Daher kann der Offset im Prinzip verhindert werden.
Die japanische Veröffentlichung zu einer Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 6- 318001/1994 (Tokukaihei 6-318001) offenbart eine Fixiervorrichtung vom Typ mit Filmbeheizung, bei der das Erwärmen eines Films (Bands) mit kleiner Wärmekapazität auf der stromaufwärtigen Seite zu einem Fixierklemmbereich hin ausgeführt wird. Daher kühlt der Film im Fixierklemmbereich auf natürliche Weise ab (Selbstkühleffekt), da die Wärme des Films durch Toner und Papier aufgenommen wird. Im Ergebnis wird die Temperatur des aufgeschmolzenen Toners nicht übermäßig hoch und Offset ist verhindert.
Jedoch bestehen bei den oben genannten herkömmlichen Fixiervorrichtungen der verschiedenen Typen die folgenden Probleme.

(I) Probleme der Fixiervorrichtung vom intern beheizten Typ

Um ausreichendes Fixieren zu erzielen, ist es erforderlich, die Wärmemenge zur Fixierung zu erhöhen. Insbesondere bei Farbendruck, bei dem eine mehrschichtige Tonerfixierung durchgeführt wird, ist eine große Wärmeenergiemenge erforderlich. Als Verfahren zum Erhöhen der Wärmemenge zur Fixierung bestehen zwei Alternativen: Erhöhen der Temperatur der Fixierwalze sowie Erweitern des Fixierklemmbereichs, der ein Bereich ist, in dem die Fixierwalze und die Andrückwalze in Kontakt treten.
Wenn jedoch die Temperatur der Fixierwalze erhöht wird, tritt der Offseteffekt wahrscheinlicher auf, während die Lebensdauer der Fixierwalze verkürzt wird.
Andererseits existieren als Verfahren zum Erweitern der Klemmbreite des Fixierklemmbereichs die folgenden Alternativen: (a) Verdicken der die Fixierwalze 101 bedeckenden Kautschukschicht 101b; (b) Erhöhen der Andrückkraft der Andrückwalze 102; und (c) Verdicken der den Andrückwalzenkern 102a der Andrückwalze 102 bedeckenden Kautschukschicht 102b.
Im Fall des Verfahrens (a) wird die Kautschukschicht 101b dicker, und dies bewirkt, dass die Wärmeleitfähigkeit abnimmt. Dies führt ferner zu einem Nachteil dahingehend, dass die Zeitperiode, die dazu erforderlich ist, die Fixiertemperatur der Fixiervorrichtung zu erzielen, d. h. die Aufwärmperiode, länger wird. Außerdem tritt ein anderer Nachteil dahingehend auf, dass die Temperatur einer Grenzfläche zwischen dem Fixierwalzenkern 101a und der Kautschukschicht 101b der Fixierwalze 101 zunimmt, wodurch es im Ergebnis zu einer Beeinträchtigung der Kautschukschicht 101b und einer Abtrennung derselben vom Fixierwalzenkern 101a kommt.
Im Fall des Verfahrens (b) ist es erforderlich, den Fixierwalzenkern 101a der Fixierwalze 101 zu verdicken, um eine Verformung der Fixierwalze 101 aufgrund des Drucks der Andrückwalze 102 zu verhindern. Auch in diesem Fall tritt ein Nachteil dahingehend auf, dass die Wärmeleitfähigkeit beeinträchtigt ist, wodurch die Aufwärmperiode länger wird.
Im Fall des Verfahrens (c) wird das Blatt Papier P durch die Andrückwalze 102 so gegen die Fixierwalze 101 gedrückt, dass Anpassung an die Form der Fixierwalze 101 erzielt ist. Im Ergebnis wird das Papier P durch die Fixierwalze 101 festgehalten, so dass es schwierig ist, das Papier P von der Fixierwalze 101 zu trennen.
Im Fall des Verfahrens (c) ist es erforderlich, um zu verhindern, dass das Papier P durch die Fixierwalze 101 festgehalten wird, und um das Papier P ohne Ausfall von der Fixierwalze 101 zu trennen, für eine Trennklaue 106 in Kontakt mit der Fixierwalze 101 zu sorgen, wie es in der Fig. 9 dargestellt ist. Jedoch treten in diesem Fall die folgenden Probleme auf:
(i) Die Vorrichtung zeigt eine komplizierte Anordnung und ihre Herstellkosten sind erhöht;
(ii) die Oberfläche der Fixierwalze 101 wird durch die Trennklaue 106 zerkratzt;
(iii) aufgrund des Kontakts der Trennklaue 106 mit der Oberfläche des Papiers, auf der das Bild getragen wird, wird das Bild gestört. Insbesondere im Fall eines Farbendrucks ist eine Störung des Bilds auffällig; und
(iv) das Blatt Papier P rollt sich aufgrund der Trennklaue 106 auf.
Außerdem ist in der Fixiervorrichtung eine Temperaturerfassungseinrichtung wie ein Thermostat oder eine Temperatur-Schmelzsicherung nahe der Fixierwalze vorhanden, die als Sicherheitsvorrichtung dann dient, wenn bei der Temperaturregelungseinrichtung oder dergleichen eine Störung auftritt, die dazu führt, dass die Temperatur der Fixierwalze außerordentlich ansteigt. Wenn jedoch die Temperaturerfassungseinrichtung in Kontakt mit der Fixierwalze vorhanden ist, um Störungen in einem frühen Stadium zu erfassen, tritt der Nachteil auf, dass die Oberfläche der Fixierwalze zerkratzt wird. Außerdem ist dann, wenn die Temperaturerfassungseinrichtung nicht in Kontakt mit der Fixierwalze vorhanden ist, damit diese nicht zerkratzt wird, die Reaktion der Temperaturerfassungseinrichtung auf einen außerordentlichen Zustand verzögert, so dass es beim Verhindern eines Temperaturanstiegs der Fixierwalze zu einer Verzögerung kommt. Dies führt dazu, dass Beschädigungen der Fixiervorrichtung und des diese enthaltenden Geräts schwerer werden.
Ferner treten die folgenden Nachteile auf, wenn Öl 104 zum Verhindern von Offset auf die Oberfläche der Fixierwalze 101 aufgetragen wird:
(i) Es ist ein kompliziertes System dazu erforderlich, das Öl 104 gleichmäßig auf die Fixierwalze 101 aufzutragen, wodurch die Kosten der Vorrichtung ansteigen;
(ii) aufgrund des Öls 104 wird die Kautschukschicht 101b der Fixierwalze 101 beeinträchtigt, und sie quillt auf, was dazu führt, dass die Lebensdauer der Fixierwalze 101 kürzer wird;
(iii) ein Verspritzen des Öls 104 verschmutzt die Vorrichtung und beeinflusst andere Teile des Geräts in nachteiliger Weise;
(iv) das Öl 104 verschmutzt das Blatt Papier P, wodurch die Hände des Benutzers verschmutzt werden, was er als unangenehm empfindet;
(v) wenn als Blatt Papier P eine OHP-Folie verwendet wird, verschmutzt das Öl 104 die Oberfläche derselben, wodurch ihre Transparenz abnimmt; und
(vi) es ist eine regelmäßige Wartung wie eine Versorgung mit Öl 104 erforderlich, was die Vorrichtung nicht benutzerfreundlich macht.

(II) Probleme der Fixiervorrichtung vom extern beheizten Typ

Da im Fixierklemmbereich keine Wärme zugeführt wird, wird die Wärme der Oberfläche der Fixierwalze durch das Papier und den Toner aufgenommen, und die Temperatur der Oberfläche der Fixierwalze fällt im Fixierklemmbereich. Im Ergebnis kommt es zwischen dem stromaufwärtigen Ende (Einlass) und dem stromabwärtigen Ende (Auslass) des Fixierklemmbereichs zu einem Temperaturgradienten. Dieser Effekt wird nachfolgend als Selbstabkühleffekt bezeichnet.
Der Temperaturgradient aufgrund des Selbstabkühleffekts variiert beträchtlich abhängig von den Papiertypen, der Umgebungstemperatur und der Anzahl hindurchtransportierter Papierblätter. Z. B. ist der Temperaturgradient steiler, wenn das Papier dicker ist, während er steiler ist, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist.
Daher ist die herkömmliche Fixiervorrichtung vom extern beheizten Typ notwendigerweise wie folgt aufgebaut: die Temperatur der Fixierwalze unmittelbar nach der Erwärmung durch die äußere Heizwalze, d. h. die Temperatur des Oberflächenabschnitts der Fixierwalze auf der stromaufwärtigen Seite zum Fixierklemmbereich in Bezug auf die Rotationsrichtung der Fixierwalze, wird durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfasst, und die äußere Heizwalze wird so geregelt, dass die erfasste Temperatur auf die Solltemperatur konvergiert. Jedoch variiert bei einer Fixiervorrichtung vom extern beheizten Typ, wie oben beschrieben, aufgrund des Selbstabkühleffekts der Temperaturgradient im Fixierklemmbereich abhängig von den Fixierbedingungen. Daher tritt ein Nachteil dahingehend auf, dass es schwierig ist, dauernd stabile Fixiereigenschaften zu erzielen.
Ferner wird dann, wenn Papierblätter mit kleinerer Breite als der Breite der Fixierwalze, wie Postkarten oder Briefhüllen, kontinuierlich durch den Fixierklemmbereich transportiert werden, Wärme nicht aus solchen Abschnitten der Fixierwalze entnommen, die die Papierblätter nicht berühren, und die Oberflächentemperatur dieser Abschnitte steigt außerordentlich an. Daher treten Probleme eines Temperaturanstiegs innerhalb eines die Fixiervorrichtung enthaltenden Geräts, sowie einer Anhaftung von Toner an der Fixierwalze, d. h. ein Offseteffekt (sogenannter Hochtemperatur-Offseteffekt) auf.
Wenn Toner mit schlechterer Trenneigenschaft in einer Fixiervorrichtung vom extern beheizten Typ verwendet wird, tritt Offset, d. h. Anhaften von Toner über die Oberfläche der Fixierwalze, wie im Fall einer Fixiervorrichtung vom intern beheizten Typ auf. Daher ist ein Ölauftragesystem erforderlich, um Öl auf die Oberfläche der Fixierwalze aufzutragen. Im Ergebnis treten, wie im Fall der Fixiervorrichtung vom intern beheizten Typ, durch das Auftreten des den Offset verhindernden Öls auf die Fixierwalze verschiedene Nachteile auf.

(III) Probleme einer Fixiervorrichtung vom Typ mit Filmheizung

Eine Fixiervorrichtung vom Typ mit Filmheizung zeigt den Vorteil, dass kein Auftragen von Öl zum Verhindern von Offset erforderlich ist. Außerdem kann die Aufwärmperiode verkürzt werden, da ein als Fixiereinrichtung der Fixiervorrichtung verwendeter Film über eine kleine Wärmekapazität im Vergleich zu einer Fixierwalze verfügt.
Jedoch sind, wie es in der Fig. 10 dargestellt ist, da das Fixierband 201 in Endlosbandform geformt ist, Systeme zum Steuern des auf das Fixierband 201 ausgeübten Zugs erforderlich, um eine Mäanderbewegung des Fixierbands 201 zu verhindern und um zu verhindern, dass im Fixierband 201 durch Wärmeexpansion Runzeln auftreten. Daher wird ein Antriebssystem für das Fixierband 201 sehr kompliziert, was die Kosten der Vorrichtung erhöht.
Außerdem ist, da das Fixierband 201 dünn ausgebildet ist, um über kleine Wärmekapazität zu verfügen, seine Lebensdauer kürzer als die einer Fixierwalze von Walzenform. Insbesondere wird das Fixierband 201, da es am Heizkörper 202 reibt, abgenutzt, und die Lebensdauer desselben wird kürzer. Außerdem wird die Lebensdauer des Fixierbands noch kürzer, wenn die Drehung desselben beschleunigt wird, um den Druckvorgang zu beschleunigen. Daher kann keine Anwendung bei einem elektrofotografischen Gerät erfolgen, dessen Druckgeschwindigkeit hoch ist.
Durch Verdicken des Fixierbands 201 können die oben genannten Probleme in gewissem Ausmaß gelöst werden. Jedoch nimmt die Wärmekapazität des Fixierbands 201 bei Verdicken desselben zu. Dies bewirkt, dass die Aufwärmperiode länger wird, und demgemäß geht der Vorteil einer Fixiervorrichtung vom Typ mit Filmheizung, bei der eine kürzere Aufwärmperiode erforderlich ist, verloren.
Ferner kann dann, wenn das Fixierband 201 größere Wärmekapazität aufweist, der Toner auf dem Blatt Papier nach dem Fixiervorgang nicht ausreichend bis zu seiner Verfestigung abgekühlt werden, und im Ergebnis ist es wahrscheinlich, dass Offset auftritt. Um den Offseteffekt zu verhindern, ist daher eine Kühleinrichtung wie eine Gebläseeinrichtung auf der stromabwärtigen Seite in der Transportrichtung des Fixierbands 201 erforderlich, um den Toner auf dem Papier nach der Fixierung bis zu seiner Verfestigung abzukühlen. In diesem Fall nimmt der Wärmewirkungsgrad ab und die Vorrichtung wird kompliziert und sperrig.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fixiervorrichtung mit den folgenden Merkmalen zu schaffen: (i) Kurze Aufwärmperiode, hoher Wärmewirkungsgrad und gleichmäßige Temperaturverteilung; (ii) Fähigkeit, Farbtoner ohne ein Auftragen von Öl fixieren zu können; (iii) Beständigkeit und Sicherheit; (iv) einfache Konstruktion und niedrige Herstellkosten; (v) kein Aufrollen von Papier nach dem Fixieren; und (vi) Fähigkeit für Hochgeschwindigkeitsdruck.
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung mit Folgendem versehen: einer Fixierwalze und einer Andrückeinrichtung für Druckausübung auf eine Umfangsfläche der Fixierwalze, wobei die Fixierwalze und die Andrückeinrichtung mit einem erwärmten Kontaktbereich in Kontakt treten, in den ein Aufzeichnungsmaterial mit einem darauf vorfixierten Tonerbild transportiert wird, damit der Toner durch Wärme geschmolzen und auf dem Aufzeichnungsmaterial fixiert wird; einer Heizeinrichtung zum Erwärmen einer Oberfläche der Fixierwalze, wobei die Heizeinrichtung auf der stromaufwärtigen Seite des Kontaktbereichs außerhalb der Fixierwalze vorhanden ist; und einer Oberflächentemperatur-Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur eines Oberflächenabschnitts der Fixierwalze; dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinrichtung in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs auf der stromabwärtigen Seite desselben vorhanden ist; und eine Heizsteuereinrichtung vorhanden ist, um die Heizeinrichtung auf Grundlage des Ausgangssignals der Oberflächentemperatur-Erfassungseinrichtung so zu regeln, dass der Oberflächenabschnitt der Fixierwalze in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs während des Transports des Aufzeichnungsmaterials durch denselben dauernd eine vorbestimmte Temperatur aufweist.
Da bei der obigen Fixiervorrichtung ein Verfahren zum Erwärmen der Fixierwalzen-Oberfläche von außen (Verfahren mit externer Heizung verwendet wird, wird die Fixierwalzen-Oberfläche wirkungsvoller als bei einer Vorrichtung erwärmt, bei der ein Verfahren zum Erwärmen der Fixierwalzen-Oberfläche von innen (Verfahren mit interner Heizung) angewandt wird. Daher kann die Aufwärmperiode für die Fixierwalze verkürzt werden. Außerdem ist, da ein Verfahren mit externer Heizung verwendet wird, die Oberflächentemperatur der Fixierwalze am Auslass des Kontaktbereichs aufgrund des Selbstabkühleffekts auf eine vorbestimmte Temperatur gefallen, und im Ergebnis kann Offset verhindert werden. Außerdem ist es möglich, da der Heizvorgang so gesteuert wird, dass die Temperatur des Oberflächenabschnitts der Fixierwalze in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, einen außerordentlichen Temperaturanstieg zu beseitigen, für dessen Auftreten, als Nachteil der herkömmlichen Vorrichtung vom Typ mit externer Heizung, die Tendenz für die Fixierwalze dann bestand, wenn der Fixiervorgang für Papierblätter kontinuierlich ausgeführt wurde, die schmaler als die Breite der Fixierwalze waren, wie Postkarten.
Für ein vollständigeres Verständnis der Art und der Vorteile der Erfindung ist auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug zu nehmen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Ansicht zum schematischen Veranschaulichen einer Anordnung einer Fixiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Ansicht zum schematischen Veranschaulichen einer Anordnung eines Laserdruckers mit der in der Fig. 1 dargestellten Fixiervorrichtung.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Heizregelungsschaltung der in der Fig. 1 dargestellten Fixiervorrichtung.
Fig. 4 ist eine erläuternde Ansicht zum Veranschaulichen eines Verfahrens für einen Versuch zum Bestätigen eines Offset-Verhinderungseffekts.
Fig. 5 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen einer Beziehung zwischen einer Brenntemperatur und einem Offsetverhältnis, wie sie sich beim durch die Fig. 4 veranschaulichten Versuch ergibt.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen eines Kerns einer in der in der Fig. 1 dargestellten Fixiervorrichtung installierten Fixierwalze.
Fig. 7 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen, hinsichtlich Fixiervorrichtungen vom Typ mit externer und mit interner Beheizung, jeweiliger Beziehung zwischen Positionen in Fixierklemmbereichen und Oberflächentemperaturen von Fixierwalzen an den Positionen.
Fig. 8 ist eine Ansicht zum schematischen Veranschaulichen einer Anordnung einer Fixiervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 9 ist eine Ansicht zum schematischen Veranschaulichen einer Anordnung einer herkömmlichen Fixiervorrichtung vom intern beheizten Typ.
Fig. 10 ist eine Ansicht zum schematischen Veranschaulichen einer Anordnung einer herkömmlichen Fixiervorrichtung vom Typ mit Filmheizung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

[Erste Ausführungsform]

Die nachfolgende Beschreibung erörtert unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 eine Ausführungsform der Erfindung. Es ist zu beachten, dass die folgende Beschreibung zur ersten Ausführungsform einen Fall erläutert, bei dem eine erfindungsgemäße Fixiervorrichtung in einem Einfarben-Laserdrucker als elektrofotografischem Gerät angewandt ist.
Der Laserdrucker gemäß der vorliegenden Ausführungsform verfügt über eine Papierzuführeinheit 10, eine Bilderzeugungsvorrichtung 20, eine Laserscaneinheit 30 und eine Fixiervorrichtung 50, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist.
In diesem Laserdrucker wird ein Blatt Papier P von der Papierzuführeinheit 10 zur Bilderzeugungsvorrichtung 20 transportiert. In der Bilderzeugungsvorrichtung 20 wird ein Tonerbild entsprechend Laserlicht 34 erzeugt, das durch die Laserscaneinheit 30 gesteuert wird, und das Tonerbild wird auf das Blatt Papier P als Aufzeichnungsmaterial, das dorthin transportiert wurde, übertragen. Das Blatt Papier P, auf das das Tonerbild übertragen wurde, wird zur Fixiervorrichtung 50 transportiert, wo es auf das Blatt Papier P fixiert wird. Schließlich wird das Blatt Papier P, auf dem das Tonerbild fixiert wurde, durch Papierausgaberollen 41 und 42, die auf der stromabwärtigen Seite der Fixiervorrichtung 50 in der Papiertransportrichtung angeordnet sind, zur Außenseite des Geräts ausgegeben. Anders gesagt, wird das Blatt Papier P entlang einem durch einen Pfeil E in der Fig. 2 gekennzeichneten Weg durch die Papierzuführeinheit 10, die Bilderzeugungsvorrichtung 20 und die Fixiervorrichtung 50 in dieser Reihenfolge transportiert und zur Außenseite des Geräts ausgegeben.
Die Papierzuführeinheit 10 besteht aus einer Papierschale 11, einer Papierzuführrolle 12, einer Papiertrenn-Reibeplatte 13, einer Druckfeder 14, einem Papiererfassungs-Stellglied 15, einem Papiererfassungssensor 16 und einer Steuerschaltung 17.
Die Papierschale 11 kann eine Anzahl von Papierblättern P aufnehmen. Die Papierzuführrolle 12 führt dadurch, dass sie sich in der Pfeilrichtung dreht, in der Papierschale 11 enthaltene Papierblätter P zur Bilderzeugungsvorrichtung 20. Hierbei wird die Papiertrenn-Reibeplatte 13 durch die Druckfeder 14 an die Papierzuführrolle 12 gedrückt, so dass mehrere Papierblätter P in der Papierschale 11 einzeln getrennt werden.
Der Papiererfassungssensor 16 besteht z. B. aus einem optischen Sensor, und das Papiererfassungs-Stellglied 15 besteht aus einem Element, das durch das von der Papierzuführrolle 12 ausgegebene Blatt P in der Papiertransportrichtung geneigt werden kann. Genauer gesagt, wird, wenn das Papiererfassungs-Stellglied 15 nicht geneigt ist, der optische Pfad versperrt und der Papiererfassungssensor 16 zeigt einen AUS-Zustand. Wenn dagegen das Papiererfassungs-Stellglied 15 geneigt ist, ist der optische Pfad nicht versperrt und der Papiererfassungssensor 16 zeigt einen EIN-Zustand.
Daher gelangt der Papiererfassungssensor 16 in den EIN-Zustand, wenn das Papiererfassungs-Stellglied geneigt ist. Demgemäß erkennt der Papiererfassungssensor 16, dass ein Blatt Papier P zur Bilderzeugungsvorrichtung 20 transportiert wurde, und er gibt ein Erfassungssignal an die Steuerschaltung 17 aus.
Auf das Erfassungssignal vom Papiererfassungssensor 16 hin liefert die Steuerschaltung 17 ein Bildsignal an ein Laserdiode-Lichtemissionselement 31 der Laserscaneinheit 30, um das Ein-/Aus-Schalten einer lichtemittierenden Diode 31a zu steuern. Es ist zu beachten, dass die Steuerschaltung 17 auch als Heizregelungseinrichtung für die Fixiervorrichtung 50 dient, wie es später beschrieben wird.
Die Laserscaneinheit 30 verfügt über das Laserdiode-Lichtemissionselement 31, einen Scanspiegel 32, einen Scanspiegelmotor 33 sowie Reflexionsspiegel 35, 36 und 37.
Der Scanspiegelmotor 33 ist unter dem Scanspiegel 32 vorhanden, und er ist so ausgebildet, dass er den Scanspiegel 32 mit konstanter, hoher Geschwindigkeit dreht. Das Laserdiode-Lichtemissionselement 31 ist am Scanspiegel 32 vorhanden, um sich zusammen mit diesem zu drehen. Anders gesagt, emittiert die lichtemittierende Diode 31a der Laserdiode-Lichtemissionseinheit 31 während der Drehung derselben mit konstanter, hoher Geschwindigkeit Laserlicht 34 zum Reflexionsspiegel 36. Das Laserlicht 34 wird durch die Reflexionsspiegel 36, 35 und 37 in dieser Reihenfolge reflektiert und zu einem Belichtungspunkt X der Bilderzeugungsvorrichtung 20 geführt.
Die Laserdiode-Lichtemissionseinheit 31 ist so ausgebildet, dass sie einen lichtempfindlichen Körper 21 der Bilderzeugungsvorrichtung 20 selektiv, entsprechend dem Ein-/Ausschalten von durch die Steuereinheit 17 gelieferter Information belichtet.
Die Bilderzeugungsvorrichtung 20 ist mit dem lichtempfindlichen Körper 21, einer Übertragungswalze 22, einem Ladeelement 23, einer Entwicklungswalze 24, einer Entwicklungseinheit 25 und einer Reinigungseinheit 26 versehen.
Elektrische Ladungen, die vorab durch das Ladeelement 23 auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Körpers 21 gebracht wurden, werden durch das Laserlicht 34 von der Laserscaneinheit 30 selektiv entladen, und im Ergebnis wird darauf ein elektrostatisches, latentes Bild erzeugt.
In der Entwicklungseinheit 25 ist die Entwicklungswalze 24 zum Zuführen von Toner T zum lichtempfindlichen Körper 21 installiert. Durch Rühren des in der Entwicklungseinheit 25 enthaltenen Toners T wird derselbe geladen, und es wird dafür gesorgt, dass er an einer Oberfläche der Entwicklungswalze 24 anhaftet. Durch Effekte eines elektrischen Felds, das durch eine an die Entwicklungswalze 24 angelegte Entwicklungsvorspannung und ein Potenzial an der Oberfläche des lichtempfindlichen Körpers 21 erzeugt wird, wird auf den lichtempfindlichen Körper 21 ein Tonerbild erzeugt, das dem auf seiner Oberfläche erzeugten elektrischen, latenten Bild entspricht.
Dann sorgt die Übertragungswalze 22 in der Bilderzeugungsvorrichtung 20, unter Ausnutzung der Wirkung eines durch eine angelegte Übertragungsspannung erzeugten elektrischen Felds, dafür, dass das auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Körpers 21 erzeugte Tonerbild an das Blatt Papier P, das zwischen dem lichtempfindlichen Körper 21 und der Übertragungswalze 22 transportiert wurde, angezogen und auf dieses übertragen wird. Hierbei wird der Toner T auf dem lichtempfindlichen Körper 21 durch die Übertragungswalze 22 auf das Blatt Papier P übertragen, und nicht übertragener Toner T wird durch die Reinigungseinheit 26 gesammelt.
Das Blatt Papier P, auf das das Tonerbild in der Bilderzeugungsvorrichtung 20 übertragen wurde, wird zur Fixiervorrichtung 50 transportiert, wo es fixiert wird. Genauer gesagt, werden in der Fixiervorrichtung 50 Temperatur und Druck in geeigneter Weise durch die Andrückwalze 52 und die Fixierwalze 51, deren Oberflächentemperatur auf 180ºC gehalten wird, geeignet auf das Blatt Papier angewandt. Dann wird der Toner T auf dem Blatt Papier P aufgeschmolzen und fixiert, um ein fixiertes Bild zu erzeugen.
Das Blatt Papier P, auf dem das Tonerbild so durch die Fixiervorrichtung 50 fixiert wurde, wird durch die Papierausgaberollen 41 und 42 zur Außenseite des Geräts transportiert.
Es ist zu beachten, dass die Fixiervorrichtung 50, die vom Typ mit externer Heizung ist, so ausgebildet ist, dass die Fixierwalze 51 durch die Heizwalze 53 erwärmt wird, die in Kontakt mit ihr vorhanden ist.
Bevor die Fixiervorrichtung 50 im Einzelnen erläutert wird, erläutert die folgende Beschreibung ein Prinzip eines Verfahrens zum Verhindern von Offset unter Verwendung des Selbstabkühleffekts der Fixierwalze 51, die entsprechend dem Verfahren mit externer Heizung ausgebildet ist, wozu auf die Fig. 4 und 5 Bezug genommen wird.
Die Erfinder betreffend die vorliegende Anmeldung haben den Offset-Verhinderungseffekt durch den Selbstabkühleffekt der Fixierwalze durch theoretischen Versuch, wie nachfolgend beschrieben, bestätigt.
Der Versuch wurde im in der Fig. 4 dargestellten Zustand ausgeführt. Genauer gesagt, wurde ein Teststück 51 auf einer Heizplatte als Wärmequelle platziert, und dann wurde die Heizplatte eingeschaltet, um das Teststück 71 solange zu erwärmen, bis seine Oberfläche eine vorbestimmte Solltemperatur von 180ºC hatte. Zur Temperaturmessung wurde ein Thermoelement verwendet. Als Teststück 71 wurden zwei Typen hergestellt: einer alleine aus Silikonkautschuk (Teststück (I)); und einer aus Silikonkautschuk, auf dessen Oberfläche PFA aufgetragen war (Teststück (II)). Es ist zu beachten, dass die Fig. 4 das Teststück (II) zeigt.
Anschließend, wenn die Temperatur der Oberfläche des Teststücks 71 180ºC erreicht hatte, wurde die Heizplatte abgeschaltet und gegen die Oberfläche des Teststücks 71 wurde ein Blatt Papier gedrückt, auf das ein vorfixiertes Tonerbild übertragen worden war. Das Blatt Papier war holzfreies Papier (75 g/m²), und 100% der Oberfläche waren mit vorfixiertem Toner T bedeckt. Der auf das Blatt Papier ausgeübte Druck wurde auf 200 gf/cm² eingestellt.
Unter Verwendung einer Gebläseeinrichtung (nicht dargestellt) wurden das Teststück 71 und das Blatt Papier abgekühlt. Wenn die Oberflächentemperatur des Teststücks 71 auf einen vorbestimmten Wert gefallen war (nachfolgend als Brenntemperatur bezeichnet), wurde das Blatt Papier vom Teststück 71 getrennt.
Dann wurde die Dichte von an der Oberfläche des Teststücks 71 anhaftendem Toner T nach dem Entfernen des Blatt Papiers gemessen (Dichte von Offset- Toner). Ein Offsetverhältnis wurde unter Verwendung der folgenden Formel berechnet, wobei die Tonerdichte eines Teststücks ohne Offset als Bezugsdichte 100 vorgegeben wurde:
Offsetverhältnis (%) = Dichte von am Teststück anhaftendem Toner/Bezugsdichte
Es ist zu beachten, dass der beim Versuch verwendete Toner T Farbtoner mit einem Glasübergangspunkt von 50ºC und einem Schmelzpunkt von 105ºC war. Die Beziehung zwischen der Trenntemperatur und dem Offsetverhältnis als Ergebnis des oben genannten Versuchs ist in der Fig. 5 dargestellt. Aus dem Ergebnis ergibt es sich, dass dann, wenn die Trenntemperatur abnimmt, das Offsetverhältnis schnell fällt, was eine Abnahme der am Teststück anhaftenden Tonermenge anzeigt. Als Grund hierfür kann in Betracht gezogen werden, dass die Kohäsion von Tonerteilchen stärker wird, wenn die Tonertemperatur unter den Schmelzpunkt fällt, und dass die Kohäsionskraft schließlich die Adhäsionskraft zwischen dem Toner und dem Teststück überschreitet. Daher ist ein Verhindern von Offset ohne Öl theoretisch durch Absenken der Temperatur der Fixierwalze unter den Schmelzpunkt vor dem Trennen des auf das Papier fixierten Toners von der Fixierwalze möglich.
Dann haben die Erfinder betreffend die vorliegende Anmeldung in erfolgreicher Weise eine Fixiervorrichtung erfunden, die dazu in der Lage ist, Offset durch Absenken der Trenntemperatur unter Ausnutzung des Temperaturabfalls im Fixierklemmbereich (Selbstabkühleffekt), was beim herkömmlich vorgeschlagenen Verfahren mit externer Heizung als nachteilig angesehen wurde, zu vermeiden. Detaillierter erläutert, wird, da die Wärmezufuhr zum Fixierklemmbereich bei einer Fixiervorrichtung vom Typ mit externer Heizung kleiner ist als bei einer Fixiervorrichtung vom Typ mit interner Heizung, Wärme vom Papier und vom Toner im Fixierklemmbereich aufgenommen, und die Temperatur der Fixierwalzen-Oberfläche ist in der Nähe des Auslasses des Fixierklemmbereichs abgefallen. Daher konnten, durch Erfassen der Temperatur des abgesenkten Abschnitts und durch Einstellen der Temperatur auf den Sollwert, ein Verhindern des Toneroffsets an der Fixierwalze und stabile Fixierung, was beim herkömmlichen Verfahren mit externer Heizung nicht erzielbar war, gleichzeitig erzielt werden.
Darüber hinaus ist es aus dem in der Tabelle 5 veranschaulichten Ergebnis deutlich, dass das Offsetverhältnis im Fall eines Teststücks aus mit PFA bedecktem Silikonkautschuk (Teststück (II)) bei hoher Temperatur im Vergleich zum Fall eines Teststücks aus alleine Silikonkautschuk (Teststück (I)) niedrig war. Im ersteren Fall war das Offsetverhältnis im Bereich von der Trenntemperatur bis zu 120ºc beinahe stationär, und es bleib sogar dann niedrig, wenn die Temperatur den Schmelzpunkt des Toners überschritt. Daher ergab es sich, dass das Teststück (II) bevorzugter als das Teststück (I) war.
Nun erläutert die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 die Fixiervorrichtung 50.
Die Fixiervorrichtung 50 verfügt über eine Fixierwalze 51, eine Andrückwalze 52 als Andrückeinrichtung sowie eine Heizwalze 53 als Heizeinrichtung, wie es in der Fig. 1 veranschaulicht ist. Die Fixierwalze 51 und die Andrückwalze 52 sind vertikal angeordnet.
Die Fixierwalze 51 ist wärmebeständig und elastisch. Ein Teil der Fixierwalze 51, der mit der Andrückwalze 52 in Kontakt steht und durch diese Druck ausgesetzt wird, wird elastisch verformt, während ein anderer Teil derselben, der mit der Heizwalze 53 in Kontakt steht und durch diese Druck ausgesetzt wird, ebenfalls elastisch verformt wird.
Die Andrückwalze 52 ist so ausgebildet, dass sie zwei Zustände einnimmt, nämlich einen, in dem sie durch ein Trennsystem (nicht dargestellt) so von der Fixierwalze 51 eingestellt ist, dass dazwischen ein Zwischenraum (3 mm bei der vorliegenden Ausführungsform) vorhanden ist, und einen anderen Zustand, in dem sie mit einer vorbestimmten Kraft gegen die Fixierwalze 51 gedrückt wird. Die Fig. 1 veranschaulicht den Zustand, in dem die Andrückwalze 52 gegen die Fixierwalze 51 gedrückt wird. Der Bereich, in dem die Fixierwalze 51 und die Andrückwalze 52 durch die elastische Verformung der Fixierwalze 51 in Kontakt stehen, wird nachfolgend als Fixierklemmbereich Y bezeichnet, und seine Breite (Fixierklemmbreite) ist als Wf vorgegeben.
Die Fixierwalze 51 wird durch eine Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) in der Richtung eines Pfeils A gedreht. Da die Andrückwalze 52 gegen die Fixierwalze 51 gedrückt wird, sorgt die Drehung der Fixierwalze 51 dafür, dass sich die Andrückwalze 52 in der Richtung eines Pfeils B dreht.
Die Heizwalze 53 verfügt über eine Heizlampe 54 als Heizquelle. Die Heizlampe 54 ist innerhalb der Heizwalze 53 auf der stromaufwärtigen Seite des Fixierklemmbereichs Y in der Rotationsrichtung der Fixierwalze 51 vorhanden. Hierbei ist die Heizwalze 53 so vorhanden, dass ihre Achse im Wesentlichen parallel zur Achse der Fixierwalze 51 verläuft, und sie wird mit einem vorgegebenen Druck gegen diese gedrückt.
Die Fig. 1 veranschaulicht einen Zustand, in dem die Heizwalze 53 gegen die Fixierwalze 51 gedrückt wird, und der Bereich, in dem die Fixierwalze 51 und die Heizwalze 53 durch die elastische Verformung der Fixierwalze 51 in Kontakt stehen, wird nachfolgend als Heizklemmbereich Z bezeichnet, und seine Breite (Heizklemmbreite) ist als Wh vorgegeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Heizklemmbreite Wh 5 mm. Da die Heizwalze 53 auf diese Weise gegen die Fixierwalze 51 gedrückt wird, bewirkt die Drehung der Fixierwalze 51 dafür, dass sich die Heizwalze 53 in der Richtung eines Pfeils C trägt.
An der Umfangsfläche der Heizwalze 53 ist ein Thermistor 55b als Temperaturerfassungseinrichtung vorhanden, um die Temperatur der Oberfläche der Heizwalze 53 zu erfassen. Ein Thermistor 55a ist als Temperaturerfassungseinrichtung auf der stromaufwärtigen Seite des Fixierklemmbereichs Y in der Rotationsrichtung der Fixierwalze 51 vorhanden, so dass er die Temperatur der Oberfläche der Fixierwalze 51 nach einem Fixiervorgang erfasst. Auf der stromabwärtigen Seite des Fixierklemmbereichs Y in der Rotationsrichtung der Andrückwalze 52 ist eine Trennklaue 57 in Kontakt mit dieser vorhanden, die verhindert, dass das Blatt Papier P nach einem Fixiervorgang durch die Andrückwalze 52 52 festgehalten wird.
Später werden Detailkonstruktionen der Fixierwalze 51, der Andrückwalze 52 und der Heizwalze 53 beschrieben.
In der auf die oben beschriebene Weise aufgebauten Fixiervorrichtung 50 wird, wenn ein Druckvorgang ausgeführt wird, die Andrückwalze 52 entfernt von der Fixierwalze 51 eingestellt, und die Fixierwalze 51 dreht sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 55 mm/s in der Richtung des Pfeils A, während die Heizwalze 53 durch die Heizlampe 54 erwärmt wird.
Die Oberflächentemperatur Th der Heizwalze 53 wird durch den Thermistor 55b erfasst, und das Ein-/Ausschalten der Heizlampe 54 wird durch die Steuerschaltung 17 entsprechend Erfassungssignalen eingestellt, die vom Thermistor 55b geliefert werden, so dass die Temperatur Th einen vorbestimmten Wert (220ºC bei der vorliegenden Ausführungsform) erreicht.
Im Heizklemmbereich Z wird die Oberfläche der Fixierwalze 51 durch die so erwärmte Heizwalze 53 erwärmt, und die Oberflächentemperatur der Fixierwalze 51 wird durch den Thermistor 55a erfasst. Auf ein Erfassungssignal hin, wie es erzeugt wird, wenn die Oberfläche der Fixierwalze 51 eine erste Temperatur (180ºC) bei der vorliegenden Ausführungsform) aufweist, wird die Andrückwalze 52 so angetrieben, dass sie mit der Fixierwalze 51 in Kontakt gelangt. Dann wird ein Blatt Papier P, das ein durch vorfixiertem Toner T erzeugtes Bild trägt, in der Richtung eines Pfeils D von der Bilderzeugungsvorrichtung 20 zum Fixierklemmbereich Y zwischen der Fixierwalze 51 und der Andrückwalze 52 transportiert.
Der Toner T, der elektrostatisch an dem zum Fixierklemmbereich Y transportierten Blatt P anhaftet, wird auf diesem durch Wärme von der Fixierwalze 51 und Druck im Fixierklemmbereich Y fixiert. Hierbei steuert die Steuerschaltung 17 die Energieversorgung zur Heizlampe 54 entsprechend den vom Thermistor 55a gelieferten Erfassungssignalen, so dass die Temperatur To eines Oberflächenabschnitts der Fixierwalze 51 in der Nähe des Auslasses des Fixierklemmbereichs Y eine zweite Temperatur (80ºC bei der vorliegenden Ausführungsform) wird, die niedriger als die erste Temperatur ist.
Nach dem Fixieren wird das Blatt Papier entlang der Andrückwalze 52 transportiert, wobei es sich von der Fixierwalze 51 löst, und danach wird es durch die Trennklaue 57 von der Andrückwalze 52 getrennt.
So wird, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, in der Fixiervorrichtung 50 das vom Thermistor 55b erfasste Erfassungssignal zur Fixierwalzen-Oberfläche an die Steuerschaltung 17 geliefert, während ein vom Thermistor 55a erfasstes Erfassungssignal zur Temperatur am Auslass des Fixierklemmbereichs ebenfalls zur Steuerschaltung 17 geliefert wird. Die Steuerschaltung 17 regelt die Temperatur der Heizwalze 53 durch Steuern der Heizlampe 54 entsprechend den ihr auf diese Weise zugeführten Erfassungssignalen, so dass die Temperatur der Fixierwalze 51 und die Temperatur am Auslass des Fixierklemmbereichs auf Sollwerten gehalten werden. Daher dient die Steuerschaltung 17 auch als Heizregelungseinrichtung zum Steuern der Betriebsvorgänge der Heizwalze 53.
Genauer gesagt, steuert die Steuerschaltung 17 den Heizbetrieb der Heizwalze 53 in solcher Weise, dass die Oberflächentemperatur To und ein Tonerschmelzpunkt Tm der Beziehung To ≤ Tm genügen. Durch diese Anordnung können jederzeit stabile Tonertrenneigenschaften erzielt werden, und zwar unabhängig von Umgebungsbedingungen, der Anzahl der durch den Fixierklemmbereich transportierten Papierblätter P und der Typen des Papiers P, um dadurch Offset zu vermeiden.
Die folgende Beschreibung erläutert detailliert die Fixierwalze 51.
Die Fixierwalze 51 verfügt über einen Durchmesser von 30 mm. Wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, weist sie die folgende Struktur auf: auf einem Kern 51a ist eine Isolierschicht 51b aus einem wärmebeständigen, elastischen Material ausgebildet, die mit einer Deckschicht 51c aus einem wärmebeständigen Material mit guten Trenneigenschaften bedeckt ist.
Der Kern 51a soll die Fixierwalze 51 verstärken. Er verfügt über Zylinderform oder Hohlzylinderform, und er besteht aus Aluminium, rostfreiem Stahl oder dergleichen. Es ist zu beachten, dass bei der vorliegenden Ausführungsform als Kern 51a ein Hohlzylinderschaft aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Dicke von 2 mm verwendet ist.
Die Isolierschicht 51b soll verhindern, dass Wärme in der durch die Heizwalze 53 erwärmten Deckschicht 51c in das Innere der Fixierwalze 51 geleitet wird, und um aufgrund ihrer Elastizität verformt zu werden, wenn sie durch die Andrückwalze 52 Druck ausgesetzt wird, so dass der Fixierklemmbereich Y die vorgegebene Fixierklemmbreite Wf aufweist.
Als wärmebeständiges, elastisches Material der Isolierschicht 51b werden Kautschukmaterialien mit hervorragender Wärmebeständigkeit wie Fluorkohlenstoffkautschuk oder Silikonkautschuk, verwendet. Die unten angegebene Tabelle 1 vergleicht Verhältnisse von Temperaturanstiegen von Oberflächen von Fixierwalzen für den Fall, dass massiver Silikonkautschuk als Isolierschicht verwendet wird, und für den Fall, dass aufgeblasener Silikonkautschuk hierfür verwendet wird. Es ist zu beachten, dass die Verhältnisse von Temperaturanstiegen für aufgeblasenen Silikonkautschuk und massiven Kautschuk mit derselben Kautschukhärte gemessen wurde, wobei die Heizklemmbreiten gleich eingestellt waren. Tabelle 1
Aus der Tabelle 1 ergibt es sich, dass das Temperaturanstiegsverhältnis von aufgeblasenem Silikonkautschuk das Vierfache desjenigen des massiven Silikonkautschuks war, obwohl beide so ausgebildet waren, dass sie dieselbe Kautschukhärte aufwiesen, und die Heizklemmbreiten gleich waren. Dies, da der aufgeblasene Silikonkautschuk lufthaltige Luftblasen enthält, deren Wärmeleitfähigkeit klein ist, weswegen der aufgeblasene Silikonkautschuk der Isolierung nach dem massiven Silikonkautschuk ohne Luftblasen im Inneren überlegen ist. So ergab es sich, dass der Temperaturanstieg im aufgeblasenen Silikonkautschuk viel langsamer als im massiven ist, und daher zeigt der erstere viel hervorragendere Isolierung als der letztere. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform für die Isolierschicht 51b aufgelbasener Silikonkautschuk mit einer Dicke von 7,5 mm verwendet.
Übrigens wird aufgeblasener Silikonkautschuk hinsichtlich der Blasenformen in zwei Klassen eingeteilt: die eine verfügt über Blasen, die jeweils diskret sind; und die andere verfügt über Blasen, die miteinander verbunden sind. Daher quillt, wenn der für die Isolierschicht 51b verwendete belüftete Silikonkautschuk vom Typ mit diskreten Blasen ist, die Fixierwalze aufgrund einer Volumenausdehnung der Luft in den Blasen durch Wärme auf, was zu einem Problem führt, dass ein Blatt Papier während des Fixiervorgangs Runzeln erhält. Daher wird bei der Erfindung belüfteter Silikonkautschuk vom Typ mit verbundenen Blasen verwendet, während als Kern 51a ein Hohlzylinder mit einer Vielzahl durchdringender Poren 56 mit einem Durchmesser von 1 mm verwendet wird, wie es in der Fig. 6 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung kann Luft, die sich aufgrund der Erwärmung in den Blasen des Silikonkautschuks ausdehnte, durch die miteinander verbundenen Blasen und die durchdringenden Poren 56 des Kerns 51a nach außen ausgegeben werden. Daher wird selbst bei Erwärmung der Durchmesser der Fixierwalze immer konstant gehalten.
Die Deckschicht 51c ist für Folgendes vorgesehen: (I) sie wird durch die Heizwalze 53 im Heizklemmbereich Z erwärmt, so dass die so aufgenommene Wärme im Fixierklemmbereich Y auf den Toner T auf dem Blatt Papier P übertragen wird, um den Toner T auf diese zu fixieren; und (2) es wird eine Verschmutzung der Oberfläche der Fixierwalze 51 durch Anhaften von Toner T und dergleichen an dieser vermieden.
Wärmebeständige Materialien mit hervorragenden Trenneigenschaften, die als Material für die Deckschicht 51c geeignet sind, sind Fluorkohlenstoffharze wie PFA (Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerharz) und PTFE (Polytetrafluorethylen-Harz). PFA weist insbesondere hervorragende Trenneigenschaften zu Toner im Vergleich zu Silikonkautschuk auf, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist. Darüber hinaus kann PFA leicht in Form eines dünnen Films, im Vergleich zu PTFE, hergestellt werden. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform als Deckschicht 51c ein PFA-Rohr mit einer Dicke von 50 um verwendet.
Außerdem soll die Deckschicht 51c auch eine unregelmäßige Fixierung durch Luftblasen dann verringern, wenn aufgeblasener Silikonkautschuk als Isolierschicht verwendet wird.
Die folgende Beschreibung erläutert detaillierter die Heizwalze 53.
Die Heizwalze 53 verfügt über die folgende Struktur. Wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, verfügt die Heizwalze 53 über einen Kern 53a mit Hohlzylinderform aus Aluminium, rostfreiem Stahl oder dergleichen. Der Kern 53a ist mit einer wärmebeständigen Trennschicht 53b aus einem Kunstharzmaterial mit hervorragender Wärmebeständigkeit und hervorragenden Trenneigenschaften bedeckt, z. B. einem Polymermaterial wie Silikonkautschuk oder Fluorkohlenstoffkautschuk, einem Fluorkohlenstoffharz wie PFA oder PTFE oder einem Gemisch aus einem Fluorkohlenstoffharz und einem Fluorkohlenstoffkautschuk.
Es ist zu beachten, dass bei der vorliegenden Ausführungsform als Kern 53a ein Aluminiumschaft mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Dicke von 0,5 mm verwendet wird. Die wärmebeständige Trennschicht 53b wird dadurch hergestellt, dass PTFE mit einer Dicke von 10 um auf den Kern 53a aufgetragen und getempert wird.
Innerhalb der Heizwalze 53 ist eine Heizlampe 54 als Heizquelle vorhanden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Ausgangsleistung der Heizlampe 54 auf 400 W eingestellt.
An der Heizwalze 53 ist ein Thermostat 58 in Kontakt mit derselben als Sicherheitsvorrichtung (Heizaufhebeeinrichtung) vorhanden, die dann wirkt, wenn die Heizwalze 53 als solche aufgrund z. B. einer Störung der Steuerschaltung 17 eine außerordentlich hohe Temperatur aufweist. Der Thermostat 58 ist zwischen einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) und der Heizlampe 54 in Reihe vorhanden, und er arbeitet dann, wenn die Heizwalze 53 eine außerordentlich Temperatur aufweist, um die Spannungsversorgung der Spannungsquelle zur Heizlampe 54 zu stoppen, um einen weiteren Temperaturanstieg zu verhindern.
Außerdem kann, da die Heizwalze 53 auf der stromaufwärtigen Seite zum Fixierklemmbereich Y vorhanden ist, der Abstand zwischen dem Heizklemmbereich Z und dem Fixierklemmbereich Y minimiert werden. Daher wird Wärmestrahlung zur Luft und zur Isolierschicht von der Oberfläche der Fixierwalze 51, die durch die Heizwalze 53 auf die gewünschte Solltemperatur (180ºC) erwärmt wird, auf den minimalen Wert heruntergedrückt, und der Wärmewirkungsgrad ist verbessert. Ferner ist es möglich, da die Heizwalze 53 nahe am Blatt Papier P positioniert ist, das in den Fixierklemmbereich Y gelangt, einen Effekt einer Voraberwärmung des Blatts Papier P durch Strahlung von der Heizwalze 53 und durch Wärmeleitung von dieser durch die Luft zu erzielen. Dieser Effekt führt zu einer weiteren Verbesserung des Fixiervorgangs.
Wenn die Heizwalze 53 auf ihrer Oberfläche einige Kratzer trägt, beeinflussen diese fixierte Bilder nicht, abweichend vom Fall, in den die Fixierwalze 51 Kratzer auf ihrer Oberfläche aufweist. Daher ist es möglich, wie oben beschrieben, den Thermostat 58 in Kontakt mit der Heizwalze 53 anzubringen. Durch diese Vorgehensweise kann die Temperatur der Oberfläche der Heizwalze 53 vom Thermostat 58 genauer erfasst werden. Im Ergebnis können Störungen der Heizwalze 53, wie ein außerordentlicher Temperaturanstieg, schnell erkannt werden. Dadurch wird verhindert, dass in einem solchen Fall ein Temperaturanstieg an der Fixierwalze 51 auftritt, und es werden Beschädigungen an der Fixiervorrichtung und dem diese enthaltenden Gerät minimiert.
Die Fixiervorrichtung 50 ist so ausgebildet, dass Offset von Toner zur Fixierwalze 51 durch den Selbstabkühleffekt im Fixierklemmbereich Y verhindert werden kann. Wenn jedoch eine Störung wie ein Papierstau auftritt, kann immer noch Toner an der Fixierwalze 51 anhaften. Außerdem kann auch Papierstaub an ihr anhaften. Derartiges Anhaften von Toner und Papierstaub an der Fixierwalze 51 kann fixierte Bilder nachteilig beeinflussen.
Daher ist es, um ein derartiges Problem zu vermeiden, erforderlich, an der Fixierwalze 51 eine Reinigungseinrichtung zum Entfernen von Toner, Papierstaub und dergleichen von der Oberfläche der Fixierwalze 51 anzubringen.
Übrigens ist bei der oben genannten Fixiervorrichtung 50 die Heizwalze 53 in Kontakt mit der Oberfläche der Fixierwalze 51 vorhanden. Es kann dafür gesorgt werden, dass diese Heizwalze 53 auch als Reinigungseinrichtung wirkt. Genauer gesagt, wird dafür gesorgt, dass die Oberfläche der Heizwalze 53 stärkere Hafteigenschaften für Toner und Papierstaub aufweist, als es den Hafteigenschaften der Oberfläche der Fixierwalze 51 entspricht, wozu die wärmebeständige Trennschicht 53b der Heizwalze 53 weggelassen wird oder die Oberfläche derselben mit einem Silikonkautschuk mit Hafteigenschaften statt mit der wärmbeständigen Trennschicht 53b beschichtet wird. Durch diese Vorgehensweise kann ein Reinigen der Oberfläche der Fixierwalze 51 unter Verwendung der Heizwalze 53 ausgeführt werden.
Wenn die Heizwalze 53 auf die oben beschriebene Weise als Reinigungseinrichtung verwendet wird, ist unter ihr ein Reinigungskissen 59 vorhanden, das mit ihr in Kontakt steht. Toner und Papierstaub, die an der Oberfläche der Heizwalze 53 anhaften, werden durch dieses Reinigungskissen 59 gesammelt.
Wie oben beschrieben, ist es nun überflüssig, für eine gesonderte Reinigungseinrichtung zu sorgen, wenn die Heizwalze 53 die Funktion einer Reinigungseinrichtung erhält, und es können eine Größenverringerung der Vorrichtung und eine Kostenabsenkung erzielt werden.
Die folgende Beschreibung erläutert detailliert die Andrückwalze 52.
Die Andrückwalze 52 verfügt über einen Kern 52a, auf dem eine wärmebeständige Trennschicht 52b vorhanden ist, um ein Anhaften von Toner an ihr zu verhindern, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist.
Der Kern 52a ist ein Zylinder oder ein Hohlzylinder aus Aluminium, rostfreiem Stahl oder dergleichen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist als Kern 52a ein Aluminiumschaft von Zylinderform mit einem Durchmesser von 30 mm verwendet.
Die wärmebeständige Trennschicht 52b besteht aus einem Polymermaterial wie Silikonkautschuk, einem Fluorkohlenstoffharz wie PFA oder PTFE, oder einem Gemisch eines Fluorkohlenstoffharzes und eines Fluorkohlenstoffkautschuks. In diesem Fall ist der Kern 52a mit einem derartigen Material beschichtet, das die wärmebeständige Trennschicht 52b bildet. Es ist zu beachten, dass die wärmebeständige Trennschicht 52b bei der vorliegenden Ausführungsform dadurch hergestellt wird, dass PTFE mit einer Dicke von 10 um auf den Kern 52b aufgetragen und getempert wird.
Übrigens kann die Fixierwalze 51 bei geringem Druck elastisch verformt werden, da sie über die elastische Isolierschicht 51b mit einer Härte vom niedrigen Wert von ASKER C 40º verfügt. Daher kann eine ausreichende Fixierklemmbreite Wf nur durch elastische Verformung der Fixierwalze 51 erzielt werden. Demgemäß muss die Andrückwalze 52 nicht verformt werden, und daher ist es nicht erforderlich, ein teures Kautschukmaterial wie Silikonkautschuk zu verwenden, das herkömmlicherweise als Material mit Elastizität erforderlich war. Im Ergebnis können eine Vereinfachung der Struktur der Andrückwalze und eine Kostenabsenkung erzielt werden.
Außerdem wird, da die Oberfläche der Andrückwalze 52 nicht mit einem Kautschukmaterial mit niedriger Wärmeleitfähigkeit bedeckt ist, Wärme leichter von der Fixierwalze 51 zur Andrückwalze 52 geleitet. Daher ist die Andrückwalze 52 wie folgt angeordnet, wobei Wärme berücksichtigt wird, die von der Fixierwalze 51 hergeleitet wird.
Wenn ein schmales Blatt Papier wie eine Postkarte oder eine Briefhülle (nachfolgend als kleines Blatt bezeichnet) durch den Fixierklemmbereich Y transportiert wird, ist die Wärmemenge (pro Einheitslänge), die von der Fixierwalze 51 zum kleinen Blatt in einem Teil des Fixierklemmbereichs Y, durch den dieses kleine Blatt läuft (nachfolgend als Papierdurchlaufteil bezeichnet) als Q2 gegeben, wohingegen die Wärmemenge (pro Einheitslänge), die von der Fixierwalze 51 zur Andrückwalze 52 im anderen Teil des Fixierklemmbereichs Y, durch den das kleine Blatt nicht läuft (nachfolgend als Nicht-Papierdurchlaufteil bezeichnet) geleitet wird, als Q1 gegeben. Dann werden Q1 und Q2 beim Anbringen der Andrückwalze 52 so vorgegeben, dass sie die folgende Formel (1) erfüllen:
Q1 ≥ Q2 (1)
Durch derartiges Anordnen der Andrückwalze 52 verliert die Fixierwalze 51 leicht Wärme über die Andrückwalze 52. Daher steigt selbst dann, wenn kleine Blätter kontinuierlich durch den Fixierklemmbereich Y geführt werden, die Temperatur des Nicht-Papierdurchlaufteils nicht außerordentlich an, und sie wird eher im Wesentlichen auf demselben Niveau wie im Papierdurchlaufteil gehalten. Im Ergebnis ist es möglich, Probleme wie einen außerordentlichen Anstieg der Temperatur innerhalb der Vorrichtung, einen Hochtemperatur-Offseteffekt und eine Beeinträchtigung des Selbstabkühleffekts zu verhindern, um mit einem Temperaturanstieg innerhalb der Fixierwalze 51 fertig zu werden.
Übrigens besteht die Wahrscheinlichkeit, dass dann, wenn die Andrückwalze 52 auf solche Weise ausgebildet wird, dass sie hervorragende Leitfähigkeit aufweist, Wärme in der Fixierwalze 51 auch während des Aufwärmens derselben über die Andrückwalze 52 verloren geht, wodurch die Aufwärmperiode verlängert werden kann. Jedoch ist, wie es bei der Beschreibung des Aufbaus der Fixiervorrichtung 50 erläutert wurde, die Andrückwalze 52 so vorhanden, dass sie zwei Zustände einnimmt, in denen sie von der Fixierwalze 51 beabstandet ist bzw. gegen diese gedrückt wird, und die Andrückwalze 52 kann während der Aufwärmperiode entfernt von der Fixierwalze 51 eingestellt werden. Dadurch, dass die Andrückwalze 52 nur dann mit der Fixierwalze 51 in Kontakt gebracht wird, wenn es erforderlich ist, wird auch eine dauerhafte Verformung der Fixierwalze 51, die durch eine dauernd an sie drückende Andrückwalze 52 hervorgerufen wird, verhindert.
Die Andrückwalze 52 weist höhere Härte als die Fixierwalze 51 auf, um sich dadurch im Fixierklemmbereich Y in die Fixierwalze 51 einzugraben, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist. Anders gesagt, wird die Fixierwalze 51 im Fixierklemmbereich Y eingedrückt (die Grenzfläche des Fixierklemmbereichs Y ist zur Seite der Fixierwalze 51 hin gekrümmt, d. h. zur Bildseite des Papiers), und am Auslass des Fixierklemmbereichs Y wird das Blatt Papier P in der Rotationsrichtung der Andrückwalze 52 aus dem Fixierklemmbereich ausgegeben. Daher trennt sich das Blatt Papier P sicher von der Fixierwalze 51, ohne dass eine Trenneinrichtung wie eine Trennklaue seitens der Fixierwalze 51 vorhanden wäre, um das Blatt Papier P nach dem Fixiervorgang von der Fixierwalze 51 zu trennen.
Daher kann, da nämlich ein Verkratzen der Fixierwalze 51 durch eine Trennklaue, die das Blatt Papier von der Fixierwalze 51 trennen soll, in keiner Weise auftritt, eine Störung der Bildoberfläche von durch eine Trennklaue hervorgerufenen Kratzern an der Oberfläche der Fixierwalze, was herkömmlicherweise ein Problem war, vermieden werden. Außerdem ist es einfach, da sich das Blatt Papier P von der Fixierwalze 51 trennt und entlang der Andrückwalze 52 läuft, den Thermistor 55a am Auslass des Fixierklemmbereichs Y anzubringen.
Wenn sich jedoch das Blatt Papier P nach dem Fixiervorgang von der Fixierwalze 51 trennt und entlang der Andrückwalze 52 transportiert wird, wie oben beschrieben, besteht die Tendenz, dass das Blatt Papier P von der Andrückwalze 52 festgehalten wird oder das Blatt Papier P zeigt die Tendenz, sich rückwärts aufzurollen (aufrollen nach oben in der Fig. 1). Jedoch ist, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, bei der vorliegenden Ausführungsform die Trennklaue 57 am Auslass des Fixierklemmbereichs Y in Kontakt mit der Andrückwalze 52 vorhanden. Daher wird ein Blatt Papier P nach einem Fixiervorgang weder durch die Andrückwalze 52 festgehalten noch rollt es sich rückwärts auf.
Außerdem wird, da die Andrückwalze 52 über hohe Härte verfügt und sie an ihrer Oberfläche kein Kautschukmaterial oder dergleichen trägt, die Oberfläche derselben in keiner Weise durch die Trennklaue 57 zerkratzt. Selbst wenn die Oberfläche der Andrückwalze 52 zerkratzt wäre, würde ein fixiertes Bild durch den Kratzer in keiner Weise beeinflusst werden, da die Andrückwalze 52 mit der Nicht-Bilderzeugungsfläche des Blatts Papier P in Kontakt steht.
Darüber hinaus weist die Trennklaue 57 eine Trennfläche 57a auf, die nach unten konvex ist, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist. Daher wird ein Blatt Papier P, das einmal im Fixierklemmbereich Y rückwärts gerollt wurde, entlang der Trennfläche 57a der Trennklaue 57 in der richtigen Weise gerollt (so gerollt, dass es in der Fig. 1 nach unten konvex ist). Daher ist das Blatt Papier P schließlich flach, ohne Aufrollung.
Hinsichtlich der Fixiervorrichtung vom Typ mit externer Heizung gemäß der vorliegenden Ausführungsform sowie hinsichtlich der herkömmlichen Fixiervorrichtung vom Typ mit interner Heizung wurden Oberflächentemperaturen der Fixierwalzen in den Fixierklemmbereichen unter Verwendung von Simulationsmodellen berechnet, und die Fig. 7 veranschaulicht die Rechenergebnisse.
Hierbei weist die Fixierwalze in der Fixiervorrichtung vom Typ mit interner Heizung einen Durchmesser von 30 mm auf und sie besteht aus einem Aluminiumkern von Hohlzylinderform mit einer Dicke von 2 mm, einer Schicht aus massivem Silikonkautschuk (1,5 mm dick) als Isolierschicht sowie einem PFA- Rohr als Deckschicht (50 um dick).
Wie es aus der Fig. 7 deutlich ist, fällt die Temperatur der Fixierwalzen- Oberfläche in einer Fixiervorrichtung vom Typ mit externer Heizung vom Einlass in den Fixierklemmbereich schnell ab, und danach wird kein Temperaturanstieg beobachtet. Andererseits fällt die Temperatur der Fixierwalzen- Oberfläche in einer Fixiervorrichtung vom Typ mit interner Heizung einmal am Einlass in den Fixierklemmbereich ab, und danach steigt sie allmählich an. Die Gründe sind die folgenden. Im Fall des Typs mit externer Heizung nimmt die Temperatur der Fixierwalzen-Oberfläche allmählich ab, wobei die Wärme in ihr durch das Blatt Papier und den Toner aufgenommen wird. Andererseits fällt im Fall des Typs mit interner Heizung die Temperatur der Fixierwalzen-Oberfläche einmal am Eingang in den Fixierklemmbereich ab, da der Toner Wärme aufnimmt, aber danach steigt sie, abweichend vom Fall des Typs mit externer Heizung allmählich aufgrund der Wärme an, die aus dem Inneren der Fixierwalze geliefert wird.
Um die Fixiervorrichtungen der zwei Typen zu vergleichen, wurde zu Fixiereigenschaften ein Versuch zu Fixiereigenschaften, ob Offset auftritt oder nicht sowie zu Aufwärmperioden ausgeführt, und die Tabelle 2 zeigt Versuchsergebnisse. Es ist zu beachten, dass die beim vorliegenden Versuch verwendeten Fixiervorrichtungen dieselben waren, wie sie als obige Simulationsmodelle verwendet wurden. Hierbei war die Fixierklemmbereich der Fixiervorrichtung vom Typ mit interner Heizung auf 4,5 mm eingestellt, wohingegen die Fixierklemmbereich bei der Fixiervorrichtung vom Typ mit externer Heizung auf 8,0 mm eingestellt war. Die Temperatur der Fixierwalzen-Oberfläche am Eingang in den Fixierklemmbereich war bei beiden Fixiervorrichtungen auf 180ºC eingestellt. Der beim vorliegenden Versuch verwendete Toner war derselbe wie der Farbtoner, der beim oben genannten theoretischen Versuch zum Verhindern des Offseteffekts verwendet wurde. Tabelle 2
(1) Hinsichtlich der Fixiereigenschaften wurde ein Reibeversuch ausgeführt, und o zeigt an, dass das Resttonerverhältnis nicht kleiner als 90 Prozent war, wohingegen x anzeigt, dass das Resttonerverhältnis kleiner als 90 Prozent war.
(2) Hinsichtlich des Offsets zeigt o an, dass kein Offset auftrat, wohingegen x anzeigt, dass Offset auftrat.
Aus der Tabelle 2 ist es deutlich, dass im Fall des Typs mit interner Heizung die Oberfläche der Fixierwalze am Auslass des Fixierklemmbereichs eine Temperatur von 133ºC aufwies, was höher als der Schmelzpunkt des Toners (105ºC) ist. Andererseits wies im Fall des Typs mit externer Heizung die Oberfläche der Fixierwalze aufgrund des Selbstabkühleffekts am Auslass des Fixierklemmbereichs eine Temperatur von 80ºC auf, was niedriger als der Schmelzpunkt des Toners (105ºC) ist, und es trat kein Offset auf. Außerdem war im Fall des Typs mit externer Heizung die Aufwärmperiode beträchtlich kürzlich als im Fall des Typs mit interner Heizung.

[Zweite Ausführungsform]

Die folgende Beschreibung erörtert unter Bezugnahme auf die Fig. 8 eine andere Ausführungsform der Erfindung. Elemente mit derselben Struktur (- Funktion) wie solchen bei der oben genannten Ausführungsform werden mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Eine Fixiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verfügt über ein Andrücksystem 60 als Andrückeinrichtung, anstelle der Andrückwalze 52 der Fixiervorrichtung 50 der ersten Ausführungsform, wie es in der Fig. 8 dargestellt ist. Die anderen Elemente, die die Fixiervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform bilden, sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform.
Das Andrücksystem 60 ist wie folgt aufgebaut. Ein Endlosband 63 erstreckt sich mit einer Zugspannung von 5 kgf um zwei Walzen 61 und 62 aus rostfreiem Stahl. Die Walze 61 wird durch eine nicht dargestellte Druckausübungseinrichtung zur Mitte der Fixierwalze 51 hin gedrückt, wohingegen die Position der Walze 62 fixiert ist. Bei dieser Anordnung wird das Endlosband 63 gegen die Fixierwalze 51 gedrückt, um einen Fixierklemmbereich Y zu bilden. Hierbei wird das Endlosband 63 über einen Umfangswinkel von 60º mit der Fixierwalze 51 in Kontakt gebracht, um dadurch dafür zu sorgen, dass der Fixierklemmbereich Y eine Breite (Fixierklemmbreite) Wf von 15 mm aufweist.
Das Endlosband 63 besteht aus einem 100 um dicken Polyimidfilm, dessen Oberfläche (die Oberfläche, die mit der Fixierwalze 51 in Kontakt tritt) mit einer Dicke von 10 mm mit einem Fluorkohlenstoffharz bedeckt ist. Es wird dafür gesorgt, dass sich das Endlosband 63 und die Walzen 61 und 62 in der Richtung eines Pfeils B drehen, wobei der Drehung der Fixierwalze 51 gefolgt wird.
Da die Oberfläche des Endlosbands 63, das mit der Fixierwalze 51 in Kontakt gelangt, wie oben beschrieben mit Fluorkohlenstoffharz bedeckt ist, ist gewährleistet, dass es Wärmebeständigkeit und Trenneigenschaften aufweist.
Die folgende Beschreibung erörtert Betriebsabläufe der so aufgebauten Fixiervorrichtung.
Zunächst wird, während eines Druckvorgangs, die Heizwalze 53 durch die Heizlampe 54 erwärmt, und ihre Oberflächentemperatur wird durch den Thermistor 55b erfasst. Entsprechend einem Erfassungssignal zur Oberflächentemperatur der Heizwalze 53 wird die Energiezufuhr zur Heizlampe 54 durch die Steuerschaltung 17 so gesteuert, dass eine gewünschte Solltemperatur (220 ºC bei der vorliegenden Ausführungsform) aufrecht erhalten wird.
Dann dreht sich die Fixierwalze 51 in der Richtung eines Pfeils A, und sie wird im Heizklemmbereich Z durch die Heizwalze 53, die durch die Fixierwalze 51 dazu veranlasst wird, sich in der Richtung eines Pfeils C zu drehen, auf eine gewünschte Solltemperatur (180ºC bei der vorliegenden Ausführungsform) erwärmt. Danach wird ein Blatt Papier P, das ein mit vorfixiertem Toner T erzeugtes Bild trägt, in der Richtung eines Pfeils D zum Fixierklemmbereich Y hin transportiert, wo der elektrostatisch auf dem Blatt Papier P anhaftende Toner T durch Wärme der Fixierwalze 51 und im Fixierklemmbereich Y ausgeübten Druck auf ihm fixiert wird.
Wie oben beschrieben, verfügt die Andrückeinrichtung als Ergebnis der Verwendung des Andrücksystems 60, bei dem das Endlosband 63 die Andrückeinrichtung zum Erzeugen des Fixierklemmbereichs Y in Kombination mit der Fixierwalze 51 bildet, elastisch ausgebildet. Bei dieser Anordnung kann die Fixierklemmbereich bei niedrigem Druck verbreitert werden. Daher ist der oben genannte Selbstabkühleffekt der Fixierwalze 51 im Fixierklemmbereich weiter verstärkt, wodurch der Offset-Verhinderungseffekt und die Fixiereigenschaften verbessert sind.
Außerdem wird dafür gesorgt, dass, da der durch das Endlosband 63 und die Fixierwalze 51 gebildete Fixierklemmbereich Y breit ist und in ihm niedriger Druck besteht, sich das dort durchtransportierte Blatt Papier P nicht verformt, z. B. entlang der Fixierwalze 51 aufrollt oder umgekehrt rollt. So wird, hinsichtlich eines durch den Fixierklemmbereich transportierten Blatts Papier P, der Fixiervorgang in einem Zustand ausgeführt, in dem das Blatt Papier P im Wesentlichen flach ist. Daher tritt es nicht auf, dass das Blatt Papier P durch die Fixierwalze 51 festgehalten wird. Im Ergebnis ist das Erfordernis beseitigt, eine Trenneinrichtung zum Trennen des Blatt Papiers P nach dem Fixiervorgang von dar Fixierwalze 51, wie eine Trennklaue, anzubringen, und es ist eine Vereinfachung des Aufbaus der Vorrichtung erzielt, während ihre Größe verkleinert ist.
So ist bei den oben genannten Ausführungsformen als Heizeinrichtung zum Beheizen der Fixierwalze 51 eine Heizwalze 53 verwendet, die durch die Drehung der Fixierwalze 51 gedreht wird. Daher tritt kein Abrieb durch Reibung zwischen der Fixierwalze 51 und der Heizwalze 53 auf, und es ist für stabilen Heizbetrieb gesorgt. Im Ergebnis kann die Fixiervorrichtung bei Hochgeschwindigkeitsdruck angewandt werden.
Darüber hinaus ist bei den obigen vorliegenden Ausführungsformen zwar der Fall erläutert, dass die Fixiervorrichtung bei einem monochromatischen Laserdrucker unter Verwendung von Toner nur eines Farbtyps angewandt ist, jedoch kann die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung selbstverständlich bei einem elektrofotografischen Gerät unter Verwendung mehrerer Tonertypen angewandt werden, wie bei einem Farblaserdrucker oder einem Farbkopiergerät.
Wie es insoweit beschrieben wurde, verfügt die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung über eine Fixierwalze und eine Andrückeinrichtung für Druckausübung auf eine Umfangsfläche der Fixierwalze, wobei diese und die Andrückeinrichtung in einem beheizten Kontaktbereich in Kontakt treten, zu dem ein Aufzeichnungsmaterial mit einem vorfixiertem Tonerbild darauf transportiert wird, so dass der Toner durch Wärme aufgeschmolzen und auf dem Aufzeichnungsmaterial fixiert wird, wobei die Fixierwalze von außen steuerbar erwärmt wird, so dass ein Oberflächenabschnitt der Fixierwalze in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs während des Transports des Aufzeichnungsmaterials durch diesen konstant eine vorbestimmte Temperatur aufweist.
Da bei der obigen Fixiervorrichtung ein Verfahren zum Beheizen der Fixierwalzen-Oberfläche von außen (Verfahren mit externer Heizung) angewandt wird, wird die Fixierwalzen-Oberfläche wirkungsvoller als bei einer Vorrichtung erwärmt, bei der ein Verfahren zum Beheizen der Fixierwalzen-Oberfläche von innen (Verfahren mit interner Heizung) angewandt wird. Daher kann die Aufwärmperiode der Fixierwalze verkürzt werden. Außerdem ist, da das Verfahren mit externer Heizung angewandt wird, die Temperatur der Fixierwalzen-Oberfläche bereits am Auslass des Kontaktbereichs durch den Selbstabkühleffekt abgefallen, und im Ergebnis kann Offset verhindert werden. Darüber hinaus ist es möglich, da der Heizvorgang so gesteuert wird, dass die Temperatur der Fixierwalzen-Oberfläche in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, einen außerordentlichen Temperaturanstieg zu beseitigen, der, als Nachteil einer herkömmlichen Vorrichtung mit externer Heizung, dann im Allgemeinen an der Fixierwalze auftritt, wenn der Fixiervorgang für Papierblätter, die schmaler als die Fixierwalze sind, wie Postkarten, kontinuierlich ausgeführt wird.
Darüber hinaus verfügt die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, über eine Fixierwalze und eine Andrückeinrichtung zum Ausüben von Druck auf eine Umfangsfläche der Fixierwalze, wobei die Fixierwalze und die Andrückeinrichtung in einem erwärmten Kontaktbereich, zu dem ein Aufzeichnungsmaterial mit einem vorfixierten Tonerbild darauf transportiert wird, in Kontakt treten, so dass der Toner durch Wärme geschmolzen und auf dem Aufzeichnungsmaterial fixiert wird, wobei die Fixiervorrichtung ferner folgendes aufweist: (1) eine Heizeinrichtung zum Beheizen einer Oberfläche der Fixierwalze, wobei die Heizeinrichtung auf der stromaufwärtigen Seite des Kontaktbereichs, außerhalb der Fixierwalze, vorhanden ist; (2) eine Einrichtung zum Erfassen der Oberflächentemperatur, um die Temperatur eines Oberflächenabschnitts der Fixierwalze in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs zu erfassen, und die auf der stromabwärtigen Seite des Kontaktbereichs vorhanden ist; und (3) eine Heizsteuereinrichtung zum Steuern der Heizeinrichtung auf Grundlage eines Ausgangssignals der Einrichtung zum Erfassen der Oberflächentemperatur, so dass der Oberflächenabschnitt der Fixierwalze in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs während des Transports des Aufzeichnungsmaterials durch denselben dauernd eine vorbestimmte Temperatur aufweist.
Daher wird die Oberfläche der Fixierwalze auf der stromaufwärtigen Seite des Kontaktbereichs der Fixierwalze und der Andrückeinrichtung von außen erwärmt, und der Kontaktbereich wird hier nicht direkt mit Wärme versorgt. Demgemäß wird, wenn das Aufzeichnungsmaterial mit einem vorfixiertem Tonerbild so erwärmt wird, dass der Toner auf ihm im Kontakbereich fixiert wird, Wärme durch das Aufzeichnungsmaterial und den Toner von der Oberfläche der Fixierwalze entnommen (Selbstabkühleffekt), und die Temperatur fällt. Daher wird nun der Toner, der einmal im Kontaktbereich aufgeschmolzen und auf dem Aufzeichnungsmaterial fixiert wurde, nun durch den Selbstabkühleffekt der Fixierwalzen-Oberfläche abgekühlt, und es kommt dazu, dass er eine stärke Kohäsionskraft und eine schwächere Adhäsionskraft hinsichtlich des Anhaftens an der Fixierwalze aufweist, und daher trennt sich das Aufzeichnungsmaterial von dieser. Im Ergebnis tritt kein Anhaften von Toner an der Fixierwalze, d. h. kein Offset, auf.
Dies macht das Auftragen von Öl auf die Fixierwalze zum Verhindern von Offsets überflüssig, was ein kompliziertes Ölauftragesystem überflüssig macht, und im Ergebnis können eine Senkung der Herstellkosten der Fixiervorrichtung und eine längere Lebensdauer der Fixierwalze erzielt werden.
Die Oberflächentemperatur der Fixierwalze wird in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs durch die Einrichtung zum Erfassen der Oberflächentemperatur erfasst, und die Oberfläche der Fixierwalze in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs wird so auf Grundlage der erfassten Temperatur geregelt, dass sie eine vorbestimmte Temperatur aufweist. Daher ist der Temperaturgradient der Fixierwalze vom Einlass zum Auslass des Kontakbereichs stabilisiert. Der Temperaturgradient ist im Allgemeinen instabil, wobei er abhängig von den Fixierbedingungen, wie den Umgebungsbedingungen, der Anzahl der Papierblätter, die einen Fixiervorgang durchlaufen haben, und Typen von Aufzeichnungsmaterialien variiert, und diese Instabilität des Temperaturgradienten war bei herkömmlichen Fixiervorrichtungen vom Typ mit externer Heizung ein Problem. Die Instabilität des Gradienten ist durch die oben genannte Anordnung überwunden, und im Ergebnis kann der folgende Effekt erzielt werden: es kann für stabile Fixiereigenschaften und stabile Tonertrenneigenschaften gesorgt werden.
Ferner ist die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizsteuereinrichtung die Heizeinrichtung so steuert, dass die folgende Bedingung erfüllt ist:
To ≤ Tm
wobei To die Temperatur des Oberflächenabschnitts der Fixierwalze in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs repräsentiert und Tm den Schmelzpunkt des Toners repräsentiert.
Da die Oberflächentemperatur To der Fixierwalze in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs so geregelt wird, dass sie dauernd nicht höher als der Tonerschmelzpunkt Tm ist, kann der folgende Effekt erzielt werden. D. h., dass unabhängig von Umgebungsbedingungen, der Anzahl von Papierblättern, die einen Fixiervorgang durchlaufen haben, oder Typen von Aufzeichnungsmaterialien stabile Tonertrenneigenschaften erzielt werden können, wodurch Offset verhindert werden kann.
Ferner besteht bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, die Fixierwalze vorzugsweise aus Folgendem: (1) einem auf einer Rotationsachse vorhandenen Kern; (2) einer auf einer Oberfläche des Kerns vorhandenen Isolierschicht, die elastisch ist; und (3) einer auf einer Umfangsfläche der Isolierschicht vorhandenen Deckschicht, die über Tonertrenneigenschaften verfügt.
Da die Fixierwalze auf ihrer Oberfläche die Deckschicht mit Tonertrenneigenschaften trägt, kann der Temperaturgradient aufgrund des Selbstabkühleffekts an der Fixierwalzen-Oberfläche dadurch stärker gemacht werden, dass die Wärmekapazität der Deckschicht verringert wird. Im Ergebnis werden auf einfache Weise sowohl die Tonerfixiereigenschaften als auch die Tonertrenneigenschaften gemeinsam verbessert.
Außerdem wird, da die Isolierschicht elastisch ist, eine ausreichende Breite des Kontaktbereichs, d. h. eine ausreichende Fixierklemmbreite, bei niedrigem Druck erzielt. Darüber hinaus kann die Aufwärmperiode der Fixierwalze verkürzt werden, da durch die Isolierschicht kaum Wärme der Deckschicht verloren geht.
Ferner besteht bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, die Isolierschicht vorzugsweise aus aufgeblasenem Silikonkautschuk.
Da der aufgeblasene Silikonkautschuk in seinem Inneren Luftblasen enthält, verfügt die Isolierschicht über Isoliereigenschaften, über denen von massivem Silikonkautschuk, der keine Luftblasen enthält. Daher, nämlich durch Ausbilden der Isolierschicht mit belüftetem Silikonkautschuk, sind die Isoliereigenschaften verbessert und die Aufwärmperiode ist verkürzt. Außerdem kann, da der aufgeblasene Silikonkautschuk geringere Härte aufweist, eine breite Klemmbreite bei niedrigerem Druck erzielt werden.
Ferner gilt für die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, dass (1) der aufgeblasene Silikonkautschuk vorzugsweise miteinander verbundene Blasen aufweist und (2) der Kern vorzugsweise in Hohlzylinderform mit einer Vielzahl von Durchdringungsporen vorliegt.
Daher entweicht, wenn die Fixierwalze durch die Heizeinrichtung erwärmt wird und sich die Luftblasen im aufgeblasenen Silikonkautschuk als Isolierschicht ausdehnen, die ausgedehnte Luft durch die Durchdringungsporen des Kerns aus den verbundenen Blasen. Dies erlaubt es, dien folgenden Effekt zu erzielen. Es kann nämlich eine Zunahme des Außendurchmessers der Fixierwalze durch Ausdehnung von Luftblasen, wie sie tendenziell dann auftritt, wenn aufgeblasener Silikonkautschuk für die Isolierschicht der Fixierwalze verwendet wird, vermieden werden, und der Außendurchmesser der Fixierwalze wird dauernd konstant gehalten.
Ferner besteht bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, die Deckschicht vorzugsweise aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerharz.
Da die Deckschicht aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerharz besteht, ist dafür gesorgt, dass sie über hervorragende Tonertrenneigenschaften verfügt, woraus es sich ergibt, dass der Offsetverhinderungseffekt weiter verbessert ist.
Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, die Heizeinrichtung vorzugsweise eine Heizwalze, die drehbar in Kontakt mit der Fixierwalze vorhanden ist.
Da die Heizwalze als Heizeinrichtung in Kontakt mit der Fixierwalze vorhanden ist und dafür gesorgt ist, dass sie sich durch die Drehung der Fixierwalze dreht, ist Abrieb der Fixierwalze durch Reibung mit der Heizeinrichtung verringert. Im Ergebnis kann die Lebensdauer der Fixierwalze verlängert werden.
Ferner weist bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, die Oberfläche der Heizwalze vorzugsweise Adhäsionseigenschaften auf.
Da die Fixierwalzen-Oberfläche adhäsiv ist, können an der Fixierwalze anhaftender Toner und Papierstau durch sie gesammelt werden. Durch diese Anordnung dient die Heizeinrichtung als Heizeinrichtung zum Beheizen der Fixierwalze sowie als Reinigungseinrichtung zum gleichzeitigen Reinigen derselben. Im Ergebnis ist es nicht erforderlich, eine gesonderte Reinigungseinrichtung anzubringen, und demgemäß können eine Verringerung der Vorrichtungsgröße und eine Absenkung der Herstellkosten erzielt werden.
Ferner verfügt die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, vorzugsweise über eine Heizbeendigungseinrichtung, die in Kontakt mit einer Oberfläche der Heizwalze vorhanden ist, um die Oberflächentemperatur derselben zu erfassen und den Heizvorgang für die Heizwalze dann aufzugeben, wenn die erfasste Temperatur eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Da der Heizvorgang betreffend die Heizwalze durch die Heizaufgabeeinrichtung aufgegeben wird, wenn die Heizwalze eine Temperatur über der vorbestimmten Temperatur aufweist, ist es möglich, einen außerordentlichen Temperaturanstieg der Heizwalze zu verhindern und Beschädigungen des Geräts zu minimieren, in dem die Fixiervorrichtung eingebaut ist. Darüber hinaus ist, da nämlich die Heizeinrichtung in Kontakt mit der Oberfläche der Heizwalze vorhanden ist, die Genauigkeit bei der Erfassung eines außerordentlichen Temperaturanstiegs der Heizwalze verbessert, wodurch der folgende Effekt erzielt wird. Es ist nämlich für ein Verhindern eines außerordentlichen Temperaturanstiegs der Fixierwalze gesorgt.
Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, die Andrückeinrichtung vorzugsweise so ausgebildet, dass die folgende Beziehung erfüllt ist:
Q1 ≥ Q2
wobei Q1 die Wärmemenge pro Einheitslänge repräsentiert, die von der Fixierwalze zur Andrückeinrichtung transportiert wird, wenn kein Aufzeichnungsmaterial durch den Kontaktbereich läuft, und Q2 diejenige Wärmemenge pro Einheitslänge repräsentiert, die von der Fixierwalze zum Aufzeichnungsmaterial geleitet wird, wenn Aufzeichnungsmaterial durch den Kontaktbereich läuft.
Daher läuft selbst dann, wenn Aufzeichnungsmaterial, das schmaler als die Fixierwalze ist, wie Postkarten oder Briefhüllen, kontinuierlich durch den Kontaktbereich transportiert werden, Wärme im Nicht-Papierdurchlaufteil der Fixierwalze, die nicht durch die Aufzeichnungsmaterialien, den Toner und dergleichen aufgenommen wird, zur Seite der Andrückeinrichtung. Bei dieser Anordnung ist ein Temperaturanstieg im Nicht-Papierdurchlaufteil der Fixierwalze verhindert, und es kann der folgende Effekt erzielt werden. Es ist nämlich möglich (1) einen Temperaturanstieg in einem Gerät mit der Fixiervorrichtung, (2) einen Hochtemperatur-Offseteffekt und (3) eine Beeinträchtigung des Selbstabkühleffekts durch einen Temperaturanstieg innerhalb der Fixierwalze zu vermeiden.
Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, die Andrückeinrichtung vorzugsweise trennbar in Bezug auf die Fixierwalze vorhanden, so dass sie von dieser während einer Aufwärmperiode zum Erwärmen der Oberfläche der Fixierwalze durch die Heizeinrichtung entfernt eingestellt wird.
Da die Andrückeinrichtung während der Aufwärmperiode entfernt von der Fixierwalze eingestellt wird, geht während der Aufwärmperiode keine Wärme in der Fixierwalze über die Andrückeinrichtung selbst dann verloren, wenn die Andrückeinrichtung so ausgebildet ist, dass die oben angegebene Bedingung Q1 ≥ Q2 erfüllt ist. Daher ist eine Verlängerung der Aufwärmperiode zum Kompensieren eines Wärmeverlusts über die Andrückeinrichtung beseitigt.
Außerdem wird die Heizeinrichtung nur bei Bedarf gegen die Fixierwalze gedrückt, da sie trennbar in Bezug auf diese vorhanden ist. Daher kann eine dauerhafte Verformung der Fixierwalze durch Druck vermieden werden.
Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, die Andrückeinrichtung vorzugsweise eine Andrückwalze mit (1) einem auf einer Rotationsachse vorhandenen Metallkern und (2) einer wärmebeständigen Trennschicht, die eine Oberfläche des Metallkerns beschichtet und die aus einem Fluorkohlenstoffharz besteht.
Da die Heizeinrichtung aus einer Walze aus einem Metallkern besteht, der mit einer wärmebeständigen Trennschicht aus einem Fluorkohlenstoffharz beschichtet ist, reicht die von der Fixierwalze zur Andrückeinrichtung geleitete Wärmemenge dazu aus, dass die oben genannte Bedingung Q1 ≥ Q2 erfüllt ist, wobei die Anordnung einfach ist und dadurch die Herstellkosten gesenkt sind.
Darüber hinaus wird das Aufzeichnungsmaterial nach dem Fixiervorgang entlang der Andrückwalze von der Fixierwalze getrennt, und zwischen der Oberfläche der Fixierwalze und dem Aufzeichnungsmaterial ist am Auslass des Fixierklemmbereichs für einen geeigneten Abstand gesorgt, und die Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur der Fixierwalzen-Oberfläche kann in diesem Raum positioniert werden. Daher ist der Effekt einer Vereinfachung der Anbringung der Temperaturerfassungseinrichtung erzielt.
Ferner verfügt die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, vorzugsweise über eine Trenneinrichtung zum Trennen des Aufzeichnungsmaterials von der Andrückwalze, nachdem es aus dem Kontaktbereich ausgegeben wurde, in dem die Andrückwalze und die Fixierwalze in Kontakt treten, wobei die Trenneinrichtung in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs vorhanden ist.
Da die Trenneinrichtung zum Verhindern des Festhaltens des Aufzeichnungsmaterials durch die Andrückwalze nach einem Fixiervorgang vorhanden ist, kann der Effekt erzielt werden, dass das Festhalten des Aufzeichnungsmaterials sicher verhindert wird.
Ferner verfügt die Trenneinrichtung bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, vorzugsweise über eine Trennfläche, die zur Seite der Andrückwalze konvex ist.
Da die Trenneinrichtung eine Trennfläche aufweist, die zur Seite der Andrückwalze konvex ist, wird das Aufzeichnungsmaterial, das nach einem Fixiervorgang zur Seite der Fixierwalze hin gerollt ist, zur Seite der Andrückwalze hin gerollt, wenn es von dieser getrennt wird. Durch diese Vorgehensweise wird das Rollen des Aufzeichnungsmaterials, wenn es den Fixierklemmbereich verlässt, korrigiert.
Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, wie oben beschrieben, die Andrückeinrichtung vorzugsweise ein Endlosband, das sich synchron mit der Fixierwalze dreht.
Bei der obigen Anordnung, bei der die Andrückeinrichtung ein Endlosband ist, das sich synchron mit der Fixierwalze dreht, kann der folgende Effekt erzielt werden. Es kann nämlich eine größere Fixierklemmbereich bei niedrigerem Druck als dann erzielt werden, wenn die Andrückeinrichtung in Walzenform vorliegt, und die Fixiereigenschaften sind verbessert. Außerdem kann durch Verbreitern der Fixierklemmbereich ein größerer Kontaktbereich zwischen der Fixierwalze und der Andrückeinrichtung erzielt werden, und der Offsetverhinderungseffekt durch den Selbstabkühleffekt der Fixierwalze kann weiter verbessert werden.

Claims

1. Fixiervorrichtung mit:

- einer Fixierwalze (51) und einer Andrückeinrichtung (52) für Druckausübung auf eine Umfangsfläche der Fixierwalze, wobei die Fixierwalze und die Andrückeinrichtung mit einem erwärmten Kontaktbereich (Y) in Kontakt treten, in den ein Aufzeichnungsmaterial (P) mit einem darauf vorfixierten Tonerbild transportiert wird, damit der Toner durch Wärme geschmolzen und auf dem Aufzeichnungsmaterial fixiert wird;

- einer Heizeinrichtung (53) zum Erwärmen einer Oberfläche der Fixierwalze, wobei die Heizeinrichtung auf der stromaufwärtigen Seite des Kontaktbereichs außerhalb der Fixierwalze vorhanden ist;

- und einer Oberflächentemperatur-Erfassungseinrichtung (55a) zum Erfassen der Temperatur eines Oberflächenabschnitts der Fixierwalze (51);

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Temperaturerfassungseinrichtung in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs (Y) auf der stromabwärtigen Seite desselben vorhanden ist; und

- eine Heizsteuereinrichtung (17) vorhanden ist, um die Heizeinrichtung auf Grundlage des Ausgangssignals der Oberflächentemperatur-Erfassungseinrichtung (55a) so zu regeln, dass der Oberflächenabschnitt der Fixierwalze in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs während des Transports des Aufzeichnungsmaterials durch denselben dauernd eine vorbestimmte Temperatur aufweist.

2. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Heizsteuereinrichtung die Heizeinrichtung so regelt, dass die Bedingung

To ≤ Tm

erfüllt ist, wobei To die Temperatur des Oberflächenabschnitts der Fixierwalze in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs repräsentiert und Tm den Schmelzpunkt des Toners repräsentiert.

3. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Fixierwalze aus Folgendem besteht:

- einem auf einer Rotationsachse vorhandenen Kern (51a);

- einer auf einer Oberfläche des Kerns vorhandenen Isolierschicht (51b), die elastisch ist; und

- einer auf der Umfangsfläche der Isolierschicht vorhandenen Deckschicht (51c), die über Tonertrenneigenschaften verfügt.

4. Fixiervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Isolierschicht (51b) aus aufgeblasenem Siliconkautschuk besteht.

5. Fixiervorrichtung nach Anspruch 4, bei der:

- der aufgeblasene Siliconkautschuk miteinander verbundene Blasen aufweist; und

- der Kern in Hohlzylinderform mit einer Vielzahl von Durchdringungslöchern vorliegt.

6. Fixiervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Deckschicht (51c) aus einem Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerharz besteht.

7. Fixiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Heizeinrichtung eine Heizwalze (53) ist, die drehbar in Kontakt mit der Fixierwalze vorhanden ist.

8. Fixiervorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Heizwalze über Adhäsionseigenschaften verfügt.

9. Fixiervorrichtung nach Anspruch 7, ferner mit einer Heizaufhebeeinrichtung (58), die in Kontakt mit einer Oberfläche der Heizwalze (53) vorhanden ist, um die Oberflächentemperatur derselben zu erfassen und den Heizvorgang für die Heizwalze aufzuheben, wenn die erfasste Temperatur eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.

10. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Andrückeinrichtung (52) so ausgebildet ist, dass die folgende Beziehung erfüllt ist:

Q1 ≥ Q2,

wobei Q1 die Wärmemenge pro Einheitslänge repräsentiert, die von der Fixierwalze (51) zur Andrückeinrichtung (52) geleitet wird, wenn kein Aufzeichnungsmaterial durch den Kontaktbereich läuft, und Q2 die Wärmemenge pro Einheitslänge repräsentiert, wie sie von der Fixierwalze zum Aufzeichnungsmaterial (p) geleitet wird, wenn Aufzeichnungsmaterial durch den Kontaktbereich (Y) läuft.

11. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Andrückeinrichtung (52) trennbar in Bezug auf die Fixierwalze vorhanden ist, so dass sie während einer Aufwärmperiode zum Aufwärmen der Oberfläche der Fixierwalze durch die Heizeinrichtung entfernt von der Fixierwalze eingestellt wird.

12. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Andrückeinrichtung eine Andrückwalze (52) ist, die Folgendes aufweist:

- einen auf einer Rotationsachse vorhandenen Kern (52a) und

- eine wärmebeständige Trennschicht (52b), die die Oberfläche des Metallkerns beschichtet und aus Fluorkohlenstoffharz besteht.

13. Fixiervorrichtung nach Anspruch 12, ferner mit einer Trenneinrichtung (57) zum Trennen des Aufzeichnungsmaterials (P) von der Andrückwalze (52), nachdem es aus dem Kontaktbereich (Y), in dem die Andrückwalze und die Fixierwalze in Kontakt treten, ausgegeben wurde, wobei die Trenneinrichtung in der Nähe des Auslasses des Kontaktbereichs vorhanden ist.

14. Fixiervorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Trenneinrichtung eine Trennfläche aufweist, die zur Seite der Andrückwalze konvex ist.

15. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Andrückeinrichtung ein Endlosband (63) ist, das sich synchron mit der Fixierwalze dreht.