DE69936618T2

DE69936618T2 - Bilderwärmungsgerät und Heizelement

Info

Publication number: DE69936618T2
Application number: DE69936618T
Authority: DE
Inventors: Kenji Ohta-ku Kanari; Masahiro Ohta-ku Goto; Masami Ohta-ku Takeda; Toshio Ohta-ku Miyamoto; Masahiko Ohta-ku Suzumi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: EP0984339A3; EP0984339A2; KR20000017632A; EP0984339B1; KR100311702B1; DE69936618D1; US6423941B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bildheizgerät, das für eine Verwendung in einem Bilderzeugungsgerät, wie einer Kopiermaschine oder einem Drucker, geeignet ist, und auf ein Heizelement, das für eine Verwendung in solch einem Bildheizgerät geeignet ist.
Stand der Technik
Für Heizfixiergeräte wurden das Wärmerollenfixierverfahren basierend auf Kontaktwärmen mit ausreichender Wärmeeffizienz und Sicherheit und das Filmheizverfahren verwendet, das Energie sparen kann.
Das Heizfixiergerät der Heizrollenfixierart besteht im Wesentlichen aus einer Heizrolle (Fixierrolle), die als ein wärmendes Drehelement dient, und aus einer elastischen Druckrolle, die mit diesem in einem Druckkontakt gehalten wird und als ein druckbeaufschlagendes Drehelement dient. Solche Rollenpaare werden gedreht, und ein Aufzeichnungsmaterial (ein Transfermaterialblatt, ein elektrostatisches Aufzeichnungsblatt, ein Elektrofaxpapier oder ein Druckblatt oder dergleichen), das ein nicht fixiertes Bild (Tonerbild) trägt, wird in den Spalt des Rollenpaares eingeleitet und durch den Spalt zusammengedrückt, angenähert und hindurchgeführt, wodurch das nicht fixierte Bild mit Wärme und Druck als ein permanentes Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial durch die Wärme von der Heizrolle und dem Druck von der elastischen Druckrolle bei dem Walzenspalt fixiert wird.
Des Weiteren ist das Heizfixiergerät des Filmheizverfahrens z.B. in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 63-313182 , 2-157878 , 4-44075 bis 4-44083 , 4-204980 bis 4-204984 und dergleichen offenbart. Ein wärmebeständiger Fixierfilm (Fixierfilm), der ein wärmendes Drehelement bildet, gleitet unter Reibung und wird befördert in Kontakt mit einem Heizelement mittels eines pressenden Drehelements (elastische Rolle), und ein Aufzeichnungsmaterial (nachstehend auch Transfermaterial genannt), das ein nicht fixiertes Bild trägt, wird in den eng berührenden Spalt, der durch das Heizelement und das pressende Drehelement ausgebildet ist, über den wärmebeständigen Fixierfilm eingeführt, und wird zusammen mit dem wärmebeständigen Fixierfilm befördert. Somit wird das nicht fixierte Bild als ein permanentes Bild auf dem Transfermaterial durch die Wärme, die von dem Heizelement durch den wärmebeständigen Film übertragen wird, und den Druck von dem druckbeaufschlagenden Drehelement bei dem eng berührenden Spalt fixiert.
Das Heizfixiergerät des Filmheizverfahrens kann den Verbrauch von elektrischer Energie einsparen und kann eine verkürzte Wartezeit (schnelles Starten) erreichen, da es ein lineares Heizelement mit einer niedrigen Wärmekapazität und einen dünnen Film mit einer niedrigen Wärmekapazität verwenden kann.
Jedoch ist in dem herkömmlichen Heizfixiergerät des Filmheizverfahrens, das vorstehend beschrieben ist, eine Wärmeleitfähigkeit in einer Richtung (nachstehend Längsrichtung genannt) senkrecht zu der Beförderungsrichtung des Aufzeichnungsmaterials schlecht, weil sowohl das Heizbauteil, das das Heizelement bildet, als auch der Fixierfilm, der das wärmende Drehelement bildet, eine geringe Wärmekapazität haben. Falls ein Aufzeichnungsmaterial mit einer Breite hindurchgeht, die geringer als die maximale Größe ist, gibt es demzufolge eine Neigung zu einer signifikanten Temperaturerhöhung in einem Bereich, den das Aufzeichnungsmaterials nicht passiert, was zu einer thermischen Beschädigung eines abstützenden Elements für das Heizbauteil, des Films, der Druckrolle, etc. führt. Um solch eine thermische Beschädigung zu verhindern, ist es deshalb notwendig geworden, den Durchsatz der Blätter mit geringerer Größe zu verringern.
Auch im Fall des Hindurchführens eines breiten Aufzeichnungsblatts unmittelbar nach einem Durchführen eines kleineren Aufzeichnungsblatts, gibt es eine Neigung, dass das Heizversatzphänomen in dem Bereich auftritt, den das kleinere Aufzeichnungsblatt nicht passiert, weil das Heizbauteil und die Druckrolle nur in solch einem Bereich, der nicht passiert wird, bei einer höheren Temperatur sind. Um solch ein Phänomen zu verhindern, ist es notwendig geworden, vor dem Durchführen des breiten Aufzeichnungsblatts eine Pausenzeit nach einem Hindurchführen des Blatts mit geringerer Größe einzulegen.
Um solch ein Phänomen zu verhindern, wurde vorgeschlagen, das Wärmeerzeugungselement des Heizbauteils in mehrere Muster bzw. Strukturen zu unterteilen, und den Wärmeerzeugungsbereich gemäß der Breite des Aufzeichnungsmaterials zu variieren, aber solch ein Verfahren ist aufgrund der folgenden Nachteile nicht praktiziert worden.
Im Fall des Hindurchführens eines schmalen Aufzeichnungsmaterials wird die Temperatur an dem Keramiksubstrat in dem Bereich, der nicht passiert wird, unmittelbar außerhalb des Bereichs, den das Blatt nicht passiert, abrupt höher. Um Aufzeichnungsmaterialien verschiedener Breiten unterzubringen, wird es deshalb notwendig, die Energieversorgung zu den Wärmeerzeugungselementen verschiedener Arten unabhängig zu steuern. Somit ist eine Anzahl von Kontaktelektroden erfordert, die den unabhängigen Heizelementen entspricht, wodurch das Heizbauteil nicht nur extrem sperrig wird, sondern es sind auch die Antriebsschaltkreise für ein Antreiben der Wärmeerzeugungselemente in einer außerordentlich großen Anzahl erfordert und werden inakzeptabel teuer.
Des Weiteren muss in dem Heizfixiergerät des Filmheizverfahrens das Wärmeerzeugungselement breit gemacht werden, um den ausreichend breiten Wärmeübertragungsbereich sicherzustellen, in Übereinstimmung mit erhöhten Prozessgeschwindigkeit des Bilderzeugungsgeräts. Um viele Wärmeerzeugungselemente entsprechend verschiedenen Größen des Aufzeichnungsmaterials unabhängig zu steuern, erhöht sich aus diesem Grund die erforderte Substratgröße mit der Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit, was zu unakzeptabel hohen Kosten führt.
Des Weiteren hat das Heizelement, das einen kürzeren Wärmeerzeugungsabschnitt hat, der einem Blatt mit geringerer Größe entspricht, eine Neigung dazu, dass es aufgrund des verringerten Widerstands einen großen Strom zeigt, was schließlich zu einem Flimmerphänomen führt.
JP-A-07-199 705 und JP-A-06-282 188 offenbaren ein Bildheizgerät mit einem Heizbauteil, wobei das Heizbauteil ein längliches Keramiksubstrat und ein erstes und ein zweites Wärmeerzeugungselement aufweist, die an einer ersten Fläche des Substrats vorgesehen sind und geeignet sind, Wärme durch Energiezufuhr zu erzeugen, wobei das erste und zweite Wärmeerzeugungselement jeweils verschiedene Verteilungen einer Wärmeerzeugung in einer Längsrichtung des Substrats haben; und einen Film aufweist, der sich bewegt, während eine Fläche des Films in Kontakt mit einem Aufzeichnungsmaterial ist, das ein Bild trägt; wobei das Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial mittels des Films durch Wärme von dem Heizbauteil erwärmt wird. In dem Bildheizgerät, das in diesen zwei Dokumenten offenbart ist, sind die Wärmeerzeugungselemente jedoch nicht an der Fläche des Substrats angeordnet, die gegenüber zu der Fläche ist, an der der Fixierfilm gleitet.
EP-A-0 773 485 offenbart ein weiteres Bildheizgerät mit einem Heizbauteil, wobei das Heizbauteil ein längliches Keramiksubstrat und ein erstes und ein zweites Wärmeerzeugungselement, die geeignet sind, Wärme durch Energiezufuhr zu erzeugen, wobei das erste und zweite Wärmeerzeugungselement jeweils verschiedene Verteilungen einer Wärmeerzeugung in einer Längsrichtung des Substrats haben; und einen Film hat, der sich bewegt, während eine Fläche des Films an einer zweiten Fläche des Substrats gleitet, die gegenüber zu einer ersten Fläche ist, und eine weitere Fläche des Films in Kontakt mit einem Aufzeichnungsmaterial ist, das ein Bild trägt; wobei das Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial mittels des Films durch Wärme von dem Heizbauteil erwärmt wird. In diesem Bildheizgerät sind das erste und zweite Wärmeerzeugungselement nicht an der ersten Fläche des Substrats vorgesehen, und somit sind die Wärmeerzeugungselemente nicht an der Fläche des Substrats gegenüber zu der Fläche vorgesehen, an der der Fixierfilm gleitet.
Weitere relevante Bildheizgeräte des Standes der Technik sind aus JP-A-6-337 605 und JP-A-10-133 502 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bildheizgerät vorzusehen, das die Temperaturerhöhung in dem Bereich, den ein Blatt nicht passiert, ohne eine übermäßig Erhöhung der Anzahl der Wärmeerzeugungselemente, der Elektroden oder dergleichen verhindern kann.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein Bildheizgerät und ein Heizbauteil vorzusehen, die das Flimmerphänomen verhindern können, selbst wenn ein Aufzeichnungsmaterial mit geringer Größe verwendet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit einem Bildheizgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung und die Merkmale von dieser werden vollständiger von der folgenden Beschreibung ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform des Bildheizgeräts der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht, die die Anordnung von Wärmeerzeugungselementen an dem Heizbauteil zeigt;
3 ist ein Diagramm, das die Temperatur als eine Funktion der Längsposition von der Bildmitte zeigt;
4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Bildheizgeräts zeigt, das durch diese Erfindung nicht abgedeckt ist;
5 ist eine Ansicht, die die Anordnung von Wärmeerzeugungselementen an dem Heizbauteil zeigt, das durch diese Erfindung nicht abgedeckt ist;
6 und 7 sind Querschnittsansichten des Heizbauteils, das durch diese Erfindung nicht abgedeckt ist;
8 ist eine Ansicht, die die Anordnung von Wärmeerzeugungselementen an dem Heizbauteil zeigt;
9 ist eine Ansicht, die ein Bilderzeugungsgerät zeigt, in dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
10A und 10B sind Ansichten, die die Anordnung von Wärmeerzeugungselementen an dem Heizbauteil zeigen;
11 ist ein Diagramm, das die Fixiereigenschaft als eine Funktion der Breite des Wärmeerzeugungselements zeigt;
12A und 12B sind Ansichten, die die Anordnung von Wärmeerzeugungselementen an dem Heizbauteil zeigen;
13 ist ein Diagramm, das ein Flimmern als eine Funktion des Widerstandswerts zeigt;
14A und 14B sind Ansichten, die die Anordnung von Wärmeerzeugungselementen an dem Heizbauteil zeigen;
15A und 15B sind Ansichten, die ein Bildheizgerät zeigen, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet;
16 ist eine Ansicht, die ein Heizbauteil zeigt, das ein Vergleichsbeispiel zu der vorliegenden Erfindung bildet; und
17 ist eine Ansicht, die ein Bilderzeugungsgerät zeigt, in dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird die vorliegende Erfindung detailliert durch bevorzugte Ausführungsformen von dieser mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erklärt.
9 zeigt ein Bilderzeugungsgerät, in dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Eine lichtempfindliche Trommel 1 besteht aus einem lichtempfindlichen Material, wie einem organischen Fotoleiter (OPC), amorphem Se oder amorphem Si, das an einem zylindrischen Substrat ausgebildet ist, wie einem Substrat aus Aluminium oder Nickel. Die lichtempfindliche Trommel 1 wird in eine Richtung gedreht, die durch einen Pfeil gekennzeichnet ist, und ihre Oberfläche wird gleichförmig durch eine Laderolle 2 aufgeladen, die eine Ladevorrichtung bildet. Dann wird ein Laserstrahl 3, der die Belichtungseinrichtung bildet, gemäß der Bildinformation AN/AUS-gesteuert, und scannt die Oberfläche, um ein elektrostatisches latentes Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 1 auszubilden. Das elektrostatische latente Bild wird durch Entwicklung in einer Entwicklungsvorrichtung 4 visualisiert. Die Entwicklung kann durch z.B. Sprungentwicklung oder Zwei-Komponenten-Entwicklung ausgeführt werden, und eine Kombination aus Bildbelichtung und umgekehrter Entwicklung wird oft verwendet. Das auf diese Weise erhaltene visualisierte Tonerbild wird mittels einer Transferrolle 5, die die Transfervorrichtung bildet, von der lichtempfindlichen Trommel 1 auf ein Aufzeichnungsmaterial P übertragen, das bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung geliefert und befördert wird, und der vorstehend beschriebene Aufbau bildet eine Bilderzeugungseinrichtung. Das Aufzeichnungsmaterial P, das das Tonerbild trägt, wird zu einem Heizfixiergerät 6 befördert, und das Tonerbild wird als ein permanentes Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial durch die Wärme und den Druck fixiert, der in dem Spalt des Wärmefixiergeräts 6 vorliegt. Andererseits wird der Toner, der an der lichtempfindlichen Trommel 1 verbleibt, durch eine Reinigungsvorrichtung 7 von dieser entfernt.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Heizfixiergeräts als ein Bildheizgerät des Filmheizverfahrens, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet, wobei ein Film (Fixierfilm) 10 einer Endlosbandform lose an einem halbkreisförmigen Filmführungselement (Strebe) 13 eingepasst ist. Um die Wärmekapazität zu verringern und die Schnellstarteigenschaft zu verbessern, verwendet der Film 10 einen Film, der aus einem wärmebeständigen Harz gemacht ist, wie Polyamid oder PEEK, mit einer Gesamtdicke, die 100 μm nicht übersteigt, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 60 bis 20 μm.
Eine Druckrolle 11, die ein druckbeaufschlagendes Drehelement bildet, ist an einem Metallkern 11a, wie einem Kern aus Eisen oder Aluminium, mit einer Siliconkautschukschicht 11b und einer darauf vorgesehenen freisetzenden PFA-Rohrschicht 11c vorgesehen.
Der Film 10 wird durch die Drehung der Druckrolle 11 im Uhrzeigersinn, wie durch einen Pfeil gekennzeichnet ist, und ohne Falten, wobei er in Kontakt mit der Heizbauteilfläche eines Heizbauteils 12 ist und über diese gleitet, wenigstens in dem Verlauf der Bildfixierung bei einer Umfangsgeschwindigkeit gedreht wird, die im Wesentlichen dieselbe ist, wie die Beförderungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials P, das von der Bilderzeugungseinheit (nicht gezeigt) befördert wird und das nicht-fixierte Tonerbild T auf sich trägt.
Das Heizbauteil 12 hat Wärmeerzeugungselemente (Wärmeerzeugungswiderstände) 12a, 12b als die Quellen einer Wärmeerzeugung durch Zufuhr von elektrischer Energie, und zeigt einen Temperaturanstieg durch die Wärmeerzeugung durch die Wärmeerzeugungselemente 12a, 12b. In dem Verlauf des Hindurchführens des Aufzeichnungsmaterials P durch den Fixierspalt, wird thermische Energie von dem Heizbauteil 12 durch den Film 10 hindurch zu dem Aufzeichnungsmaterial P abgegeben, wodurch das nicht-fixierte Tonerbild T auf diesem erwärmt, geschmolzen und fixiert wird. Nach Passieren des Fixierspalts wird das Aufzeichnungsmaterial P von dem Fixierfilm 10 getrennt und ausgegeben. Der Fixierfilm 10, der in dem Heizfixiergerät der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird durch Beschichten einer zylindrischen Fläche mit einem Polyimidlack mit einer vorbestimmten Dicke, anschließendes thermisches Festlegen bzw. Einstellen des Lacks und anschließendes Beschichten und Sintern von PFA, PTFE oder eines Gemisches aus diesen auf dem Lack erhalten. In der vorliegenden Ausführungsform wurde Polyimid mit einer Dicke von 50 μm als das Filmsubstrat mit einer darauf vorgesehenen PFA-Schicht von einer Dicke von 10 μm verwendet, wobei ein Innendurchmesser von 25 mm ist.
Die Druckrolle 11 ist durch Anrauen der Oberfläche des Metallkerns 11a, wie einem Kern aus Eisen oder Aluminium, beispielsweise durch Sprengen, anschließendes Spülen der Oberfläche, Einsetzen des Metallkerns 11a in eine zylindrische Form, Einspritzen von flüssigem Siliconkautschuk in die Form und thermisches Härten von diesem ausgebildet. In diesem Betrieb, um die freisetzende Harzrohrschicht 11c, wie ein PFA-Rohr, an der Oberfläche der Druckrolle auszubilden, wird ein Rohr, das mit einer Grundierung in sich beschichtet ist, im voraus in die Form eingesetzt, wodurch das Rohr und die Kautschukschicht 11b gleichzeitig mit dem thermischen Härten des Kautschuks anhaften bzw. angeklebt werden. Die Druckrolle 11, die auf diese Weise ausgebildet wird, wird von der Form getrennt, und wird einer zweiten Vulkanisierung unterzogen. In der vorliegenden Ausführungsform war die Druckrolle 11 aus einem Aluminiumkern mit einem Durchmesser von 14 mm, einer Kautschukschicht mit einer Dicke von 4 mm und einer Rohrschicht mit einer Dicke von 50 μm gebildet, wobei ein Außendurchmesser ungefähr 22 mm war.
Das Heizbauteil 12 ist an der oberen Fläche eines länglichen Substrats 12d mit den Wärmeerzeugungselementen 12a, 12b, einer Glasdeckschicht 12c und einem Temperaturerfassungselement 14, und einem Rückflächenheizbauteil versehen, in dem die Rückfläche bzw. hintere Fläche des Substrats (und zwar eine Fläche des Substrats, die gegenüberliegend zu der Fläche von diesem ist, die mit den Wärmeerzeugungselementen versehen ist) gegen den Fixierspalt stößt. Solch ein Aufbau sieht eine thermische Leitung vor, die vergleichbar zu der in dem herkömmlichen Wärmeerzeugungselement mit der darauf vorgesehenen Glasschicht ist (thermische Leitfähigkeit von Al₂O₃ ist ungefähr 10-mal höher als die von Glas; Al₂O₃ mit einer Dicke von 0,65 mm und eine Glasschicht mit einer Dicke von ungefähr 50 bis 70 μm sehen eine vergleichbare thermische Leitung vor).
Des Weiteren erhöht die größere Distanz von den Wärmeerzeugungselementen zu der Spaltfläche im Vergleich zu dem herkömmlichen Aufbau eine Wärmediffusion in dem Heizbauteilsubstrat, was es gestattet, dass das Ausweiten der Breite des Wärmeerzeugungselements verringert werden kann, das entsprechend der Prozessgeschwindigkeit des Bilderzeugungsgeräts erfordert ist. Aus dem gleichen Grund ist die Temperaturverteilung in der Längsrichtung gleichförmiger gemacht, wodurch der übermäßige Temperaturanstieg in dem Bereich, den das Papier nicht passiert, der im Fall des kontinuierlichen Passieren von Blättern mit kleiner Größe auftritt, abgeschwächt werden kann.
2 zeigt die Anordnung der Wärmeerzeugungselemente an dem Heizbauteilsubstrat. In der vorliegenden Ausführungsform werden zwei Wärmeerzeugungselemente, und zwar ein Wärmeerzeugungselement 12a für das breite Aufzeichnungsmaterial und ein Wärmeerzeugungselement 12b für das schmale Aufzeichnungsmaterial, unabhängig gemäß der Breite des Aufzeichnungsmaterials gesteuert. Die Wärmeerzeugungselemente 12a, 12b, die an einem Al₂O₃ (Aluminiumoxid)-Substrat mit dem Muster, das in 2 gezeigt ist, ausgebildet sind, wird durch Dickfilmdrucken und Ausbrennen einer Ag/Pd-Paste erhalten, und eine Glasdeckschicht 12c wird darauf mit einer Dicke von 30 bis 50 μm ausgebildet. Das Wärmeerzeugungselement 12a erzeugt Wärme durch Aufbringen einer Spannung zwischen Elektroden 12e, während das Wärmeerzeugungselement 12b Wärme durch Aufbringen einer Spannung zwischen Elektroden 12f erzeugt.
Andererseits ist die Substratfläche gegenüber den Wärmeerzeugungselementen durch Oberflächenlappen oder durch Ausbilden einer dünnen Glasschicht mit einer Dicke, die 15 μm nicht überschreitet, geglättet, um die Gleitbarkeit des Films 10 zu verbessern. Ein Thermistor 14 (Temperaturerfassungselement) wird quer über das wärmewiderstandsfähige isolierende Harz oder ein Keramiksubstrat in Kontakt mit der Glasschicht an dem Wärmeerzeugungselement durch nicht dargestellte druckbeaufschlagende Federeinrichtungen in einem Bereich gehalten, wo die Wärmeerzeugungselemente 12a, 12b beide vorhanden sind (Bereich, der von dem Aufzeichnungsblatt mit kleinster Größe passiert wird), und steuert die Energiezufuhr zu jedem Wärmeerzeugungselement gemäß der Information der Größe des Aufzeichnungsblatts.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Sensor in einer Position leicht außerhalb der Breite des Wärmeerzeugungselements 12b in dem Beförderungsweg gelegen, und das Wärmeerzeugungselement, das mit Energie versorgt werden soll, wird gemäß dem Signal von dem Sensor ausgewählt. Genauer gesagt ist die maximale Breite des Aufzeichnungsmaterials als die Briefgröße (216 mm) gewählt, und die geringfügig schmäleren Aufzeichnungsblätter mit A4-Größe (210 mm) und B5-Größe (182 mm) werden mit der Energiesteuerung des Wärmeerzeugungselements 12a fixiert. Andererseits werden das Blatt mit A5-Größe (148 mm) und die noch kleineren Blätter mit der Energiesteuerung des Wärmeerzeugungselements 12b fixiert.
Das Heizfixiergerät, das vorstehend beschrieben ist, wurde auf einen Laserstrahldrucker mit einer Prozessgeschwindigkeit von 16 Blättern pro Minute (gerechnet mit A4-Größe bei Längsliefern) mit den Wärmeerzeugungselementen 12a, 12b mit einer Breite von 4 mm, dem Heizbauteilsubstrat mit einer Breite von 12 mm, dem Wärmeerzeugungselement 12a mit einer Länge von 222 mm und dem Wärmeerzeugungselement 12b mit einer Länge von 154 mm angewendet, wobei der Durchsatz von 16 Blättern pro Minute mit ausreichender Fixierleistung für die Aufzeichnungsblätter mit der Breite der B5-Größe oder größer durch Steuern der Energiezufuhr zu dem Wärmeerzeugungselement 12a mit einem Steuerkreis 21 in solch einer Weise, dass die Temperatur des Heizbauteils bei der Position des Thermistors 14 bei 190°C gehalten wird, erhalten werden konnte.
Andererseits konnte für die Aufzeichnungsmaterialien mit der Breite einer A5-Größe oder geringer ein Durchsatz von 10 Blättern pro Minute mit ausreichender Fixierleistung durch Steuern der Energiezufuhr zu dem Wärmeerzeugungselement 12b mit einem Steuerschaltkreis 22 in solch einer Weise, dass die Temperatur des Heizbauteils bei der Position des Thermistors 14 bei 190°C aufrechterhalten wird, erhalten werden.
Der Durchlass für das Aufzeichnungsmaterial einer A5-Größe oder geringer ist niedriger gemacht, um eine thermische Beschädigung des Heizbauteil-Abstützelements, des Fixierfilms, der Druckrolle, etc., selbst im Fall des Hindurchführens noch schmälerer Blätter, wie Umschläge, zu verhindern.
In dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird die Wärme von dem Wärmeerzeugungselement durch das Keramiksubstrat hindurch mit thermischer Diffusion zu der Spaltfläche übertragen. Deshalb, falls das Wärmeerzeugungselement in mehrere Abschnitte in der Breite unterteilt ist und ein Aufzeichnungsmaterial geringfügig schmäler als die Breite eines solchen Wärmeerzeugungselements ist, kann der übermäßige Temperaturanstieg unmittelbar außerhalb des Blattpassierbereichs durch solch eine Wärmediffusion (thermische Diffusion) verhindert werden, wodurch es unnötig ist, viele Wärmeerzeugungselemente entsprechend den verschiedenen Größen des Aufzeichnungsmaterials vorzusehen. Genauer gesagt ist es möglich gemacht, einen gleichen Durchsatz für das Aufzeichnungsmaterial mit der Breite einer B5-Größe und dem einer A4-Größe durch Steuern des gleichen Wärmeerzeugungselements zu erhalten.
Des Weiteren weitet die zuvor erwähnte Wärmediffusion den Wärme übertragenden Bereich in der Spaltfläche aus (in der Lieferrichtung des Aufzeichnungsmaterials), wodurch die Menge von Wärme erhöht wird, die zu dem Aufzeichnungsmaterial pro Zeiteinheit hinzugeführt wird. Aus diesem Grund kann die erforderte Bereite des Wärmeerzeugungselements für eine höhere Prozessgeschwindigkeit des Bilderzeugungsgeräts verringert werden, und die Größe des Heizbauteils kann in dem Heizverfahren der vorliegenden Erfindung minimiert werden, in dem die mehreren Wärmeerzeugungselemente unabhängig gemäß der Breite des Aufzeichnungsmaterials gesteuert werden.
In dem Folgenden wird zu Vergleichszwecken das herkömmliche Heizbauteil mit den Wärmeerzeugungselementen erklärt, die über eine Glasdeckschicht dem Spalt gegenüber liegen. Nur das Heizbauteil wurde in dem zuvor erwähnten Laserstrahldrucker mit einem Durchsatz von 16 Blättern pro Minute (Längsliefern von A4-großen Blättern) ersetzt, und die Fixierleistung, die gleich zu der vorstehenden Ausführungsform ist, konnte mit den Wärmeerzeugungselementen 12a, 12b mit einer Breite von 5 mm und dem Heizsubstrat mit einer Breite von 14 mm erhalten werden.
Ein Durchsatz von 16 Blättern pro Minute konnte mit einer ausreichenden Fixierleistung für die Aufzeichnungsmaterialien einer A4-Größe oder einer Briefgröße durch Verwenden des Wärmeerzeugungselements 12a mit einer Länge von 222 mm und des Wärmeerzeugungselements 12b mit einer Länge von 154 mm durch Steuern der Energiezufuhr zu dem Wärmeerzeugungselement 12a mit dem Steuerschaltkreis 21 in solch einer Weise erhalten werden, dass die Heizbauteiltemperatur bei der Position des Thermistors, der an dem Heizsubstrat vorgesehen ist, 190° wird.
Für das Aufzeichnungsmaterial mit der Breite einer B5-Größe musste der Durchsatz jedoch auf 12 Blätter pro Minute aufgrund des übermäßig großen Temperaturanstiegs in dem Bereich verringert werden, den das Blatt nicht passiert. In der vorstehenden Ausführungsform nimmt im Fall einer Temperatursteuerung mit dem Wärmeerzeugungselement 12a mit einem kontinuierlichen Hindurchführen der B5-großen Aufzeichnungsmaterialien die Temperaturverteilung eine Form an, die durch eine durchgehende Linie A in 3 dargestellt ist, aber in einer ähnlichen Situation nimmt die Temperaturverteilung in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel eine Form an, die durch eine gepunktete Linie B in 3 gekennzeichnet ist, und der Durchsatz muss aufgrund des übermäßig großen Temperaturanstiegs in dem Bereich verringert werden, den das Blatt nicht passiert. Eine gepunktete Linie B' zeigt einen Fall mit einem Durchsatz von 12 Blättern pro Minute, wo der Temperaturanstieg in dem Bereich, den das Blatt nicht passiert, vergleichbar zu dem in der vorstehenden Ausführungsform ist.
Andererseits musste für die Aufzeichnungsmaterialien mit der Breite einer A5-Größe oder geringer der Durchlass von 10 Blättern der vorstehenden Ausführungsform auf 8 Blätter verringert werden, um die ausreichende Fixierleistung sicherzustellen, und um den Temperaturanstieg in dem Bereich, den das Blatt nicht passiert, zu erhalten, der vergleichbar zu dem in der vorstehenden Ausführungsform ist. Der Durchsatz für die A5-Größe und die kleineren Größen ist aus dem vorstehend Grund niedriger gemacht. Wie in dem Vorstehenden erklärt ist, gestattet der Aufbau, der die Wärmeerzeugungselemente an der Heizbauteilfläche gegenüber zu der Spaltfläche hat, den Temperaturanstieg in dem Bereich, den das Blatt nicht passiert, zu unterdrücken, der von einem geringen Unterschied der Breite des Aufzeichnungsmaterials (beispielsweise Unterschied zwischen A4- und B5-Größen) herrührt, falls das Heizbauteil mit den Wärmeerzeugungselementen in mehrere Einheiten unterteilt ist, wodurch gestattet ist, die Anzahl der Wärmeerzeugungselemente, die der Breite der Aufzeichnungsmaterialien entsprechen, zu verringern.
Solch ein Aufbau gestattet auch, den Temperaturanstieg in dem Bereich, den das Blatt nicht passiert, für das Aufzeichnungsmaterial zu verringern, das geringfügig schmäler als das Wärmeerzeugungselement ist, wodurch gestattet ist, dass die Verringerung des Durchsatzes für solch schmale Aufzeichnungsmaterialien vermieden wird. Es ist des Weiteren möglich, die Breite der Wärmeerzeugungselemente im Vergleich zu der in dem herkömmlichen Aufbau zu verringern, wodurch die gesamte Breite des Substrats kleiner gemacht werden kann, und solch ein Aufbau kann der höheren Prozessgeschwindigkeit des Bilderzeugungsgeräts besser Rechnung tragen.
In dem Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt.
Diese Ausführungsform ist gleich zu der vorstehenden Ausführungsform, aber das Heizbauteil 12 verwendet ein Aluminiumnitridsubstrat (AlN)-Substrat) 12d, das die folgenden Vorteile im Vergleich zu dem herkömmlichen Aluminiumoxidsubstrat zeigt.
Das AlN-Substrat hat eine thermische Leitfähigkeit von 220 W/mk, die ungefähr 11-mal die thermische Leitfähigkeit (20 W/mk) des Aluminiumoxidsubstrats ist, und eine Wärmekapazität von ungefähr 2/3 für ein selbes Volumen. Deshalb kann ein schnellerer Temperaturanstieg oder eine gleichförmigere Temperaturverteilung mit einer selben Eingabeenergie erreicht werden. Des Weiteren ist die Thermoschockwiderstandsfähigkeit ungefähr zweimal höher, so dass die Beschädigung des Substrats durch schnelles Erwärmen kaum auftritt, selbst bei einer höheren Temperatur mit einem feineren Wärmeerzeugungselement nicht.
Da das AlN-Substrat eine thermische Leitfähigkeit hat, die um ca. zwei Stellen bzw. Ziffern höher ist, als die der Glasdeckschicht, kann die Dicke des Substrats ungefähr 10-mal größer (0,5 bis 0,8 mm, 0,65 mm in der vorliegenden Ausführungsform) ausgewählt werden, als die der Glasschicht. Trotz der begrenzten Dicke (30 bis 60 μm) der Glasdeckschicht, ist es in ausreichender Weise möglich gemacht, wie in der vorliegenden Ausführungsform, das Wärmeerzeugungselement 12a, die Glasdeckschicht 12c und den Temperatursensor 14 an der oberen Fläche des AlN-Substrats zu positionieren, dessen hintere Fläche die Spaltfläche bildet, wobei das AlN-Substrat eine schnellere Temperaturerhöhung im Vergleich zu dem Aluminiumoxidsubstrat sicherstellt und ein gleichförmiges Erwärmen über das gesamte Substrat aufgrund der höheren thermischen Leitfähigkeit gestattet, wodurch eine hohe Fixierfähigkeit selbst bei einer hohen Prozessgeschwindigkeit vorgesehen ist.
Des Weiteren neigt die Temperaturverteilung in der Längsrichtung dazu, gleichförmiger zu sein, wodurch der übermäßige Temperaturanstieg in dem Bereich, den das Blatt nicht passiert, der im Fall eines kontinuierlichen Hindurchführens der Blätter mit kleiner Größe auftritt, auch abgeschwächt werden kann. Der Aufbau des Heizbauteils in der vorliegenden Ausführungsform wird nicht weiter erklärt, da er sich lediglich in dem Material des Keramiksubstrats von dem der vorstehenden Ausführungsform unterscheidet.
Das Heizfixiergerät, das vorstehend beschrieben ist, wurde auf einen Laserstrahldrucker mit einer Prozessgeschwindigkeit von 16 Blättern pro Minute (gerechnet mit A4-Größe bei Längsliefern) mit den Wärmeerzeugungselementen 12a, 12b mit einer Breite von 3 mm, dem Heizbauteilsubstrat mit einer Breite von 10 mm, dem Wärmeerzeugungselement 12a mit einer Länge von 222 mm und dem Wärmeerzeugungselement 12b mit einer Länge von 154 mm angewendet, wodurch der Durchsatz von 16 Blättern pro Minute mit einer ausreichenden Fixierleistung für die Aufzeichnungsblätter mit der Breite einer B5-Größe oder größer durch Steuern der Energiezufuhr zu dem Wärmeerzeugungselement 12a mit dem Steuerschaltkreis in solch einer Weise, dass die Temperatur des Heizbauteils bei der Position des Thermistors 14 bei 190°C gehalten wird, erhalten werden konnte.
Andererseits konnte für die Aufzeichnungsmaterialien mit der Breite von A5 oder kleiner ein Durchsatz von 14 Blättern pro Minute mit ausreichender Fixierleistung durch Steuern der Energiezufuhr zu dem Wärmeerzeugungselement 12b mit dem Steuerschaltkreis 22 in solch einer Weise, dass die Temperatur des Heizbauteils bei der Position des Thermistors 14 bei 190°C gehalten wird, erhalten werden. Der Durchsatz für das Aufzeichnungsmaterial einer A5-Größe oder geringer ist niedriger gemacht, um eine thermische Beschädigung des Heizbauteil-Abstützelements, des Fixierfilms, der Druckrolle etc. selbst im Fall des Hindurchführens der Blätter, wie Umschläge, die schmäler als eine A5-Größe sind, zu verhindern.
Der vorstehend beschriebene Aufbau, der das AlN-Substrat mit hoher thermischer Leitfähigkeit für das Heizbauteilsubstrat verwendet, und der die Wärmeerzeugungselemente an der Fläche gegenüber zu dem Spalt hat, gestattet es, die Effekte der vorstehenden Ausführungsform in wirksamerer Weise zu erreichen und die Breite des Keramiksubstrats zu verringern, wodurch er für eine höhere Prozessgeschwindigkeit des Bilderzeugungsgeräts besonders wirkungsvoll ist.
4 ist eine schematische Querschnittansicht eines Heizfixiergeräts, das ein Beispiel bildet, das durch diese Erfindung nicht abgedeckt ist. In dem vorliegenden Beispiel sind Wärmeerzeugungselemente 41a, 41b an der Spaltseitigen Fläche des Heizbauteilsubstrats vorgesehen, wie in dem herkömmlichen Aufbau, und eine Glasdeckschicht 41c ist an diesen vorgesehen. Ein Kontakt mit dem Film 10 wird quer über das hoch wärmeleitende Element 42 bewirkt, das z.B. aus Aluminiumoxid, Kupfer oder Eisen besteht, und der Film 10 ist an diesem vorgesehen, und solch eine Ausführungsform wird im Folgenden erklärt.
Der Fixierfilm 10, die Druckrolle 11 und die Filmführung 13, die ein Heizbauteil 40 abstützt, werden nicht weiter erklärt, da sie gleich zu denjenigen in der vorstehenden Ausführungsform sind. Das Heizbauteil 40 wird durch Ausbilden der Wärmeerzeugungselemente 40a, 40b durch Drucken und Sintern einer Ag/Pd-Paste mit einem Muster, das in 5 gezeigt ist, auf ein Al₂O₃- oder ein AlN-Substrat und Ausbilden der Glasdeckschicht mit einer Dicke von 50 bis 60 μm erhalten.
Andererseits ist ein chipförmiger Thermistor 14 an einer Fläche 41d des Substrats gegenüber zu der Fläche, die die Wärmeerzeugungselemente 41a, 41b trägt, an ein Elektrodenmuster angeklebt, das im voraus durch Dickfilmdrucken in einem Bereich ausgebildet worden ist, wo die Wärmeerzeugungselemente 41a, 41b beide vorhanden sind (innerhalb eines Passierbereichs des Aufzeichnungsmaterials mit der geringsten Größe), und zwar für ein Überwachen der Temperatur des Heizbauteilsubstrats, wodurch die Energiezufuhr zu jedem Wärmeerzeugungselement gemäß der Größeninformation des Aufzeichnungsmaterials gesteuert wird.
In dem vorliegenden Beispiel ist ein Sensor (nicht gezeigt) leicht außerhalb der Breite des Wärmeerzeugungselements 41b in dem Beförderungsweg vorgesehen, und das Wärmeerzeugungselement, das aktiviert werden soll, wird gemäß dem Signal von solch einem Sensor ausgewählt. Zwischen der Spaltfläche und dem Heizbauteil 40 ist, wie in 6 gezeigt ist, eine Metallplatte 42 mit hoher thermischer Leitfähigkeit vorgesehen, die breiter ist und so vorgesehen ist, um den gesamten Blattpassierbereich in der Längsrichtung abzudecken.
In dem vorliegenden Beispiel besteht die Metallplatte 42 aus einer Aluminiumplatte mit einer Dicke von 1 mm, die an der Fläche vorgesehen ist, die mit dem Fixierfilm 10 in Kontakt kommt, mit einem harten Überzug, wie einem KN-Überzug oder einem Chromüberzug oder einer dünnen Glasdeckschicht mit einer Dicke, die 15 μm nicht übersteigt, um eine Abnützung zu verhindern, die von dem Gleitkontakt mit dem Fixierfilm 10 resultiert.
Des Weiteren wird in dem vorstehend beschriebenen Aufbau, wie in der vorstehenden Ausführungsform, die Wärme von den Wärmeerzeugungselementen 41a, 41b zu der Spaltfläche durch das hoch wärmeleitende Element (Metallplatte 42 in dem vorliegenden Beispiel) hindurch mit einer Diffusion von Wärme übertragen. Im Fall des Aufeilens des Wärmeerzeugungselements in mehrere Abschnitte in der Breite und des Hindurchführens des Aufzeichnungsmaterials, das geringfügig schmäler als die Breite eines solchen Wärmeerzeugungselements ist, unterdrückt demzufolge solch eine thermische Diffusion den übermäßigen Temperaturanstieg unmittelbar außerhalb des Blattpassierbereichs, wodurch die Anzahl der Wärmeerzeugungselemente verringert werden kann, die entsprechend der Aufzeichnungsmaterialien verschiedener Größen erfordert sind. Genauer gesagt kann, wie in den vorstehenden Ausführungsformen, derselbe Durchsatz für das Aufzeichnungsmaterial mit der Breite einer B5-Größe und dem mit der Breite einer A4-Größe durch Steuern der Energiezufuhr zu einem gleichen Wärmeerzeugungselement erhalten werden.
Des Weiteren breitet die zuvor erwähnte Wärmediffusion den wärmeübertragenden Bereich in der Spaltfläche aus (in der Lieferrichtung des Aufzeichnungsmaterials), wodurch die Wärmemenge erhöht wird, die zu dem Aufzeichnungsmaterial pro Zeiteinheit zugeführt wird. Aus diesem Grund kann die erforderte Breite des Wärmeerzeugungselements für eine höhere Prozessgeschwindigkeit des Bilderzeugungsgeräts verringert werden, und die Größe des Heizbauteils kann in dem Heizverfahren minimiert werden, in dem mehrere Wärmeerzeugungselemente unabhängig gemäß der Breite des Aufzeichnungsmaterials gesteuert werden.
Im Folgenden werden der Betrieb und die Effekte des vorliegenden Beispiels erklärt.
Die maximale Breite des Aufzeichnungsmaterials ist als die Briefgröße (216 mm) gewählt, und die geringfügig schmäleren Aufzeichnungsblätter mit A4-Größe (210 mm) und B5-Größe (182 mm) werden mit der Energiesteuerung des Wärmeerzeugungselements 41a fixiert. Andererseits werden die Blätter mit A5-Größe (148 mm) und die noch kleineren Blätter mit der Energiesteuerung des Wärmeerzeugungselements 41b fixiert.
Das vorstehend beschriebene Heizfixiergerät wurde auf einen Laserstrahldrucker mit einer Prozessgeschwindigkeit von 16 Blättern pro Minute (berechnet mit A4-Größe bei Längsliefern) mit den Wärmeerzeugungselementen 41a, 41b mit einer Breite von 4 mm, dem Heizbauteilsubstrat mit einer Breite von 12 mm, dem Wärmeerzeugungselement 41a mit einer Länge von 222 mm und dem Wärmeerzeugungselement 41b mit einer Länge von 154 mm angewendet, wodurch der Durchsatz von 16 Blättern pro Minute mit einer ausreichenden Fixierleistung für die Aufzeichnungsblätter mit der Breite einer B5-Größe oder größer durch Steuern der Energiezufuhr zu dem Wärmeerzeugungselement 41a mit dem Steuerschaltkreis 21 in solch einer Weise, dass die Temperatur des Heizbauteils bei der Position des Thermistors 14 bei 190°C gehalten wird, erhalten werden konnte.
Andererseits konnte für die Aufzeichnungsmaterialien mit der Breite einer A5-Größe oder kleiner ein Durchsatz von 11 Blättern pro Minute mit ausreichender Fixierleistung durch Steuern der Energiezufuhr zu dem Wärmeerzeugungselement 41b mit dem Steuerschaltkreis 22 in solch einer Weise, dass die Temperatur des Heizbauteils bei der Position des Thermistors 14 bei 190°C gehalten wird, erhalten werden.
Der vorstehend beschriebene Aufbau, der das Element 42 mit hoher thermischer Leitfähigkeit zwischen dem Heizbauteil 40 und dem Fixierfilm 10 hat, sieht nicht nur die Effekte vor, die gleich zu denjenigen in den vorstehenden Ausführungsformen sind, sondern gestattet auch, dass der Thermistor 14, der den Temperatursensor bildet, an einer Fläche des Heizbauteilsubstrats gegenüber zu der Fläche positioniert werden kann, die die Wärmeerzeugungselemente 41a, 41b trägt, wodurch ermöglicht wird, dass der Thermistor direkt an dem Substrat anhaften bzw. angeklebt werden kann, und dass die Elektroden dafür direkt an dem Substrat ausgebildet werden können, wodurch eine bessere Massenherstellbarkeit des Heizbauteils 40 erreicht wird.
Das Vorhandensein der Metallplatte 42 an der Seite der Spaltfläche des Heizbauteils 40 kann das Erwärmen des Heizbauteils verzögern, aber gemäß der Untersuchung der vorliegenden Erfinder wird die Wärme von dem Heizbauteil 40 in dem Heizfixiergerät der Filmheizart hauptsächlich durch die Druckrolle 11 und das Aufzeichnungsmaterial P absorbiert, während die Wärmekapazität (Menge) des Heizbauteils 40 fast vernachlässigbar ist. Deshalb ist selbst bei Vorhandensein der Metallplatte 42 an der Heizfläche, wie in der vorliegenden Ausführungsform, experimentell bestätigt worden, dass solch eine Metallplatte den Temperaturanstieg des Heizfixiergeräts kaum behindert, falls die Dicke der Metallplatte 2,5 mm nicht übersteigt. Für ein Erreichen einer gleichförmigen Temperaturverteilung an dem Heizbauteilsubstrat übersteigt die Dicke der Metallplatte 42 deshalb vorzugsweise nicht 0,5 mm.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Heizbauteils, das ein weiteres Beispiel bildet. Dieses Beispiel ist durch Vorsehen von Wärmeerzeugungselementen 61a, 61b an der Spaltfläche eines Heizbauteilsubstrats 61d und direktes Ausbilden eines Keramikelements 62 mit hoher thermischer Leitfähigkeit, wie AlN oder SiC (mit einer Dicke, bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 0,3 bis 1,2 mm), an diesen für einen Kontakt mit dem Fixierfilm gekennzeichnet. Dieses Beispiel wird im Folgenden erklärt.
Der Fixierfilm 10, die Druckrolle 11, die Filmführung 13 für ein Abstützen des Heizbauteils 60 werden nicht weiter erklärt, da sie gleich zu denjenigen in der vorstehenden Ausführungsform sind. Das Heizbauteil 60 wird durch Ausbilden der Wärmeerzeugungselemente 61a, 61b durch Dickfilmdrucken und Sintern einer Ag/Pd-Paste mit dem Muster, das in 5 gezeigt ist, auf ein Al₂O₃- oder AlN-Substrat erhalten.
Andererseits sit ein chipförmiger Thermistor 14 an einer Fläche des Substrats gegenüber zu der Fläche an, die die Wärmeerzeugungselemente 61a, 61b trägt, auf ein Elektrodenmuster gelebt, das im voraus durch Dickfilmdrucken in einem Bereich ausgebildet worden ist, wo die Wärmeerzeugungselemente 61a, 61b beide vorhanden sind (innerhalb eines Passierbereichs des Aufzeichnungsmaterials mit der geringsten Größe), für ein Überwachen der Temperatur des Heizbauteilsubstrats, wodurch die Energiezufuhr zu jedem Wärmeerzeugungselement gemäß der Größeninformation des Aufzeichnungsmaterials gesteuert wird.
In dem vorliegenden Beispiel ist ein Sensor leicht außerhalb der Breite des Wärmeerzeugungselements 61b in dem Beförderungsweg vorgesehen, und das Wärmeerzeugungselement, das aktiviert werden soll, wird gemäß dem Signal von einem derartigen Sensor ausgewählt. Zwischen der Spaltfläche und dem Heizbauteil 60 ist, wie in 7 gezeigt ist, eine Keramikplatte 62 mit hoher thermischer Leitfähigkeit vorgesehen, die breiter ist und so vorgesehen ist, um den gesamten Blattpassierbereich in der Längsrichtung abzudecken.
In dem vorliegenden Beispiel besteht die Keramikplatte 62 aus einer AlN-Platte mit einer Dicke von 0,5 mm, die an der Oberfläche, die mit dem Fixierfilm 10 in Kontakt kommt, einem Läppen unterzogen worden ist, oder die mit einer dünnen Glasdeckschicht (nicht gezeigt) mit einer Dicke versehen ist, die 15 μm überschreitet, um eine Abnützung zu verhindern, die von dem Gleitkontakt mit dem Fixierfilm 10 herrührt.
Des Weiteren wird in dem vorstehend beschriebenen Aufbau, wie in dem vorangegangenen Beispiel, die Wärme von den Wärmeerzeugungselementen 61a, 61b zu der Spaltfläche durch das Element mit hoher thermischer Leitfähigkeit (Keramikplatte 62 in dem vorliegenden Beispiel) hindurch mit thermischer Diffusion übertragen. Im Fall des Aufteilens des Wärmeerzeugungselements in mehrere Abschnitte in der Breite und des Hindurchführens des Aufzeichnungsmaterials, das geringfügig schmäler als die Breite eines derartigen Wärmeerzeugungselements ist, unterdrückt demzufolge solch eine Wärmediffusion den übermäßigen Temperaturanstieg unmittelbar außerhalb des Blattpassierbereichs, wodurch die Anzahl der Wärmeerzeugungselemente verringert werden kann, die entsprechend den Aufzeichnungsmaterialien der verschiedenen Größen erfordert sind. Des Weiteren kann ein sehr hoher thermischer Wirkungsgrad erreicht werden, weil die Wärme direkt von dem Wärmeerzeugungselement zu der Spaltfläche ohne die Glasdeckschicht übertragen werden kann.
Genauer gesagt kann, wie in der vorstehenden Ausführungsform, ein gleicher Durchsatz für das Aufzeichnungsmaterial mit der Breite einer B5-Größe und das mit der Breite einer B4-Größe durch Steuern der Energiezufuhr zu einem gleichen Wärmeerzeugungselement erhalten werden. Des Weiteren weitet die zuvor erwähnte Wärmediffusion den wärmeübertragenden Bereich in der Spaltfläche aus (in der Lieferrichtung des Aufzeichnungsmaterials), wodurch die Wärmemenge erhöht wird, die zu dem Aufzeichnungsmaterial pro Zeiteinheit zugeführt wird. Aus diesem Grund kann die erforderte Breite des Wärmeerzeugungselements für eine höhere Prozessgeschwindigkeit des Bilderzeugungsgeräts verringert werden, und das Heizverfahren, in dem die mehreren Wärmeerzeugungselemente unabhängig gemäß der Breite des Aufzeichnungsmaterials gesteuert werden, ist optimal für ein Minimieren der Größe des Heizbauteils und ist besonders effektiv für eine Prozessgeschwindigkeit in dem Bilderzeugungsgerät von 20 Blättern pro Minute oder höher.
Im Folgenden werden der Betrieb und die Effekte des vorliegenden Beispiels erklärt.
Die maximale Breite des Aufzeichnungsmaterials ist als die Briefgröße (216 mm) ausgewählt, und die geringfügig schmäleren Aufzeichnungsblätter mit A4-Größe (210 mm) und B5-Größe (182 mm) werden mit der Energiesteuerung des Wärmeerzeugungselements 61a fixiert. Andererseits werden das Blatt mit A5-Größe (148 mm) und die noch kleineren Blätter mit der Energiesteuerung des Wärmeerzeugungselements 61b fixiert.
Das vorstehend beschriebene Heizfixiergerät wurde auf einen Laserstrahldrucker mit einer Prozessgeschwindigkeit von 16 Blättern pro Minute (A4-Größe bei Längsliefern) mit den Wärmeerzeugungselementen 61a, 61b mit einer Breite von 4 mm, dem Heizbauteilsubstrat mit einer Breite von 12 mm, dem Wärmeerzeugungselement 61a mit einer Länge von 222 mm und dem Wärmeerzeugungselement 61b mit einer Länge von 154 mm angewendet, wodurch der Durchsatz von 16 Blättern pro Minute mit ausreichender Fixierleistung für die Aufzeichnungsblätter mit der Breite einer B5-Größe oder größer durch Steuern der Energiezufuhr zu dem Wärmeerzeugungselement 61a mit dem Steuerschaltkreis 21 in solch einer Weise, dass die Temperatur des Heizbauteils bei der Position des Thermistors 14 bei 180°C gehalten wird, erhalten werden konnte.
Andererseits konnte für die Aufzeichnungsmaterialien mit der Breite einer A5-Größe oder geringer ein Durchsatz von 14 Blättern pro Minute mit ausreichender Fixierleistung durch Steuern der Energiezufuhr zu dem Wärmeerzeugungselement 61b mit dem Steuerschaltkreis 22 in solch einer Weise, dass die Temperatur des Heizbauteils bei der Position des Thermistors 14 bei 180°C gehalten wird, erhalten werden. Der Durchsatz für das Aufzeichnungsmaterial einer A5-Größe oder geringer ist aus demselben Grund niedriger gemacht, wie der in der vorstehenden Ausführungsform.
Der vorstehend beschriebene Aufbau, der das Element 62 mit hoher thermischer Leitfähigkeit zwischen dem Heizbauteil 40 und dem Fixierfilm 10 hat, sieht die Effekte vor, die gleich zu denjenigen der vorstehenden Ausführungsform sind. Des Weiteren realisiert das Vorhandensein der isolierenden Keramikplatte 62 mit hoher thermischer Leitfähigkeit an der Seite der Spaltfläche des Heizbauteils ein direktes Erwärmen des Fixierfilms 10 durch die Wärmeerzeugungselemente 61a, 61b des Heizbauteils 60, wodurch die Wärme wirksam zu der Spaltefläche übertragen wird, um einen sehr hohen thermischen Wirkungsgrad zu erhalten, der für eine hohe Prozessgeschwindigkeit des Bilderzeugungsgeräts geeignet ist.
Des Weiteren können die Effekte der vorliegenden Erfindung natürlich effektiv durch Anwenden der Beispiele, die in den 6 und 7 gezeigt sind, auf den Aufbau erhalten werden, der in 1 gezeigt ist, wo die Wärmeerzeugungselemente an einer Fläche gegenüber der Spaltfläche vorgesehen sind.
8 ist eine schematische Ansicht eines Heizbauteils, das eine weitere Ausführungsform bildet, und das durch Vorsehen von Wärmeerzeugungselementen 71a, 71b eines Heizbauteils 70 an einer Fläche gegenüber der Spaltfläche des Heizbauteilsubstrats und Ausbilden der Wärmeerzeugungselemente in solch einem Muster gekennzeichnet ist, um eine im Wesentlichen gleichförmige Temperaturverteilung in eine Richtung senkrecht zu der Lieferrichtung des Aufzeichnungsmaterials durch gleichzeitiges Aktivieren mehrerer Wärmeerzeugungselemente zu erreichen. Diese Ausführungsform wird im Folgenden erklärt.
Der Fixierfilm 10, die Druckrolle 11 und die Filmführung 13 für ein Abstützen des Heizbauteils 70 werden nicht weiter erklärt, da sie gleich zu denjenigen der vorstehenden Ausführungsform sind. Das Heizbauteil 70 wird durch Ausbilden der Wärmeerzeugungselemente 71a, 71b durch Dickfilmdrucken und Sintern einer Ag/Pd-Paste mit dem Muster, das in 8 gezeigt ist, auf ein Al₂O₃- oder ein AlN-Substrat, anschließendes Ausbilden einer Glasdeckschicht 71c auf diesen und Positionieren eines Thermistors 14, der die Heizbauteiltemperatur überwacht, auf diesen erhalten, wodurch die Energiezufuhr zu einem oder beiden Wärmeerzeugungselementen gemäß der Größeninformation des Aufzeichnungsmaterials gesteuert wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Sensor (nicht gezeigt) geringfügig außerhalb der Breite des Wärmeerzeugungselements 71b in dem Beförderungsweg vorgesehen, und das Wärmeerzeugungselement, das aktiviert werden soll, wird gemäß dem Signal von einem derartigen Sensor ausgewählt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird aus Basis des dargestellten Musters der Wärmeerzeugungselemente das Aufzeichnungsmaterial P, das breiter als das Wärmeerzeugungselement 71b ist, unter einer Temperatursteuerung durch gleichzeitige Aktivierung von beiden Wärmeerzeugungselementen 71a, 71b fixiert. Selbst falls die Breite von jedem Wärmeerzeugungselement sich für eine höhere Prozessgeschwindigkeit des Bilderzeugungsgeräts zunimmt, ist es deshalb nicht erfordert, zwei Wärmeerzeugungselemente mit einer großen Breite in einer parallelen Weise anzuordnen, so dass die Breite des Heizbauteilsubstrats ungefähr gleich zu dem herkömmlichen Aufbau für eine Energiezufuhrsteuerung mit einem einzelnen Wärmeerzeugungselement gemacht werden kann.
Andererseits, falls derartige Wärmeerzeugungselemente auf das herkömmliche Heizbauteil (das die Wärmeerzeugungselemente bei der Seite der Spaltfläche hat) angewendet werden, ist ein Spalt für ein Aufrechterhalten einer Isolierung (0,3 bis 0,8 mm) zwischen den Wärmeerzeugungselementen 71a und 71b erfordert, und die Heizbauteiltemperatur wird aufgrund der Abwesenheit des Wärmeerzeugungselements in solch einem Spalt lokal niedriger, was zu einer schlechten Bildfixierung führt.
Falls jedoch die Wärmeerzeugungselemente an der Fläche des Heizbauteilsubstrats gegenüber zu der Spaltfläche vorgesehen sind, wie in der vorliegenden Ausführungsform, bewirkt die Wärme, die zu der Spaltfläche übertragen wird, eine Diffusion im Inneren des Heizbauteilsubstrats, wodurch die lokale Temperatur kaum bemerkbar abfällt. Solch ein Effekt wird besonders deutlich, falls das Heizbauteilsubstrat aus AlN mit hoher thermischer Leitfähigkeit besteht, und ein ähnlicher Effekt kann erhalten werden, falls ein Element 42, 62 mit hoher thermischer Leitfähigkeit in Kontakt mit dem Wärmeerzeugungselement vorgesehen ist, wie in den Beispielen, die in 6 und 7 gezeigt sind.
Des Weiteren wird in dem vorstehend beschriebenen Aufbau, wie in der vorstehenden Ausführungsform, die Wärme von den Wärmeerzeugungselementen 71a, 71b zu der Spaltfläche durch das Heizbauteilsubstrat (Keramikplatte in der vorliegenden Ausführungsform) hindurch mit thermischer Diffusion übertragen. Demzufolge, im Fall des Unterteilens des Wärmeerzeugungselements in mehrere Abschnitte in der Breite und des Hindurchführens des Aufzeichnungsmaterials, das geringfügig schmäler als die Breite eines derartigen Wärmeerzeugungselements ist, unterdrückt solch eine Wärmediffusion den übermäßigen Temperaturanstieg unmittelbar außerhalb des Blattpassierbereichs, wodurch die Anzahl der Wärmeerzeugungselemente verringert werden kann, die entsprechend den Aufzeichnungsmaterialien verschiedener Größen erfordert sind. Somit ist das Heizverfahren, in dem die mehreren Wärmeerzeugungselemente unabhängig gemäß der Breite des Aufzeichnungsmaterials gesteuert werden, optimal für ein Minimieren der Größe des Heizbauteils, und ist besonders wirksam für das Bilderzeugungsgerät mit einer Prozessgeschwindigkeit von 25 Blättern pro Minute oder höher.
Im Folgenden werden der Betrieb und die Effekte der vorliegenden Ausführungsform erklärt.
Die maximale Breite des Aufzeichnungsmaterials ist als die Briefgröße (216 mm) ausgewählt, und die geringfügig schmäleren Aufzeichnungsblätter mit A4-Größe (210 mm) und B5-Größe (182 mm) werden mit der Energiesteuerung der Wärmeerzeugungselemente 71a und 71b fixiert. Andererseits werden die Blätter mit A5-Größe (148 mm) und die noch kleineren Blätter mit der Energiesteuerung des Wärmeerzeugungselements 71b fixiert.
Das Heizfixiergerät, das vorstehend beschrieben ist, wurde auf einen Laserstrahldrucker mit einer Prozessgeschwindigkeit von 24 Blättern pro Minute (berechnet bei A4-Größe bei Längsliefern) mit den Wärmeerzeugungselementen 71a, 71b mit einer Breite von 6 mm, dem Heizbauteilsubstrat mit einer Breite von 9 mm, dem Wärmeerzeugungselement 71a mit einer Länge von 222 mm und dem Wärmeerzeugungselement 71b mit einer Länge von 154 mm angewendet, wodurch der Durchsatz von 24 Blättern pro Minute mit ausreichender Fixierleistung für die Aufzeichnungsblätter mit der Breite einer B5-Größe oder größer durch Steuern der Energiezufuhr zu den Wärmeerzeugungselementen 71a, 71b mit den Steuerschaltkreisen 21, 22 in solch einer Weise, dass die Temperatur des Heizbauteils bei der Position des Thermistors 14 bei 190°C gehalten wird, erhalten werden konnte.
Andererseits konnte für die Aufzeichnungsmaterialien mit der Breite einer A5-Größe oder kleiner ein Durchsatz von 16 Blättern pro Minute mit ausreichender Fixierleistung durch Steuern der Energiezufuhr zu dem Wärmeerzeugungselement 71b mit dem Steuerschaltkreis 22 in solch einer Weise, dass die Temperatur des Heizbauteils bei der Position des Thermistors 14 bei 190°C gehalten wird, erhalten werden. Der Durchsatz für das Aufzeichnungsmaterial einer A5-Größe oder geringer ist aus demselben Grund niedriger gemacht, wie in der vorstehenden Ausführungsform.
In dem vorstehend beschriebenen Aufbau, der mehrere Wärmeerzeugungselemente, die gleichzeitig aktiviert werden, an der Fläche des Heizbauteilsubstrats gegenüber zu der Spaltfläche von diesen hat, wie in der vorstehenden Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, und bei dem mehrere Wärmeerzeugungselemente in solch einer Weise angeordnet sind, um eine im Wesentlichen gleichförmige Temperaturverteilung in der Richtung senkrecht zu der Lieferrichtung des Aufzeichnungsmaterials durch gleichzeitige Aktivierung der mehreren Wärmeerzeugungselemente bei der gleichen Zeit zu erhalten, ist es möglich, die Erhöhung der Breite des Heizbauteilsubstrats zu minimieren, wodurch ein Heizfixiergerät vorgesehen wird, das für ein Erreichen der höheren Prozessgeschwindigkeit in dem Bilderzeugungsgerät geeignet ist.
Wie in dem Vorstehenden erklärt ist, ist das Wärmeerzeugungselement für ein Erwärmen des Aufzeichnungsmaterials mit geringer Größe im Allgemeinen kürzer als das für ein Erwärmen des Aufzeichnungsmaterials mit großer Größe, wodurch es einen geringeren elektrischen Widerstand hat und einen höheren Strom unter einer Spannungsaufbringung zeigt, die gleich wie die für das Wärmeerzeugungselement für das Aufzeichnungsmaterial mit großer Größe ist, wodurch ein Flimmerphänomen in den umgebenden Einrichtungen bewirkt wird.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist ein Verfahren des Verringerns der Spannung konzipiert, die auf das Wärmeerzeugungselement für das Aufzeichnungsmaterial mit geringer Größe aufgebracht wird, aber solch ein Verfahren ist aufgrund der Verkomplizierung des Energiezufuhrschaltkreises nicht bevorzugt.
Im Folgenden ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt, die solch ein Flimmerphänomen vermeiden kann, ohne die Energiezufuhr zu verkomplizieren. 16 zeigt schematisch das Bilderzeugungsgerät, in dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
Das Bilderzeugungsgerät der vorliegenden Ausführungsform ist ein Laserstrahldrucker, der einen elektrofotografischen Prozess einer Transferart verwendet.
Ein elektrofotografisches lichtempfindliches Element D einer Drehtrommelform (nachstehend als lichtempfindliche Trommel bezeichnet), die als ein Bildträgerelement dient, wird im Uhrzeigersinn gedreht, wie durch einen Pfeil angezeigt ist, und zwar bei einer vorbestimmten Umfangsgeschwindigkeit (Prozessgeschwindigkeit).
In dem Verlauf einer Drehung wird die lichtempfindliche Trommel D einem gleichförmigen Aufladen bei einer vorbestimmten Polarität und einem vorbestimmten Potenzial (Dunkelabschnittspotenzial) V_D durch einen primären Auflader 32 und einer Scanbelichtung L durch einen Laserstrahl unterzogen, der von einem Laserscanner 33 kommt und der gewünschten Bildinformation entspricht, wodurch ein elektrostatisch latentes Bild, das dieser entspricht, an der lichtempfindlichen Trommel D ausgebildet wird.
In Erwiderung auf ein Bildinformationssignal (zeitsequenzielles, digitales Pixelsignal), das von einer externen Vorrichtung, wie einem nicht dargestellten Hostcomputer, übertragen wird, gibt der Laserscanner 33 einen intensitätsmodulierten Laserstrahl für eine Scanbelichtung L (Rasterscannen) der gleichförmig aufgeladenen Fläche der lichtempfindlichen Trommel D aus. Die Intensität und ein Spotdurchmesser des Laserstrahls werden in geeigneter Weise gemäß der Auflösung und der gewünschten Bilddichte des Druckers ausgewählt.
An der gleichförmig aufgeladenen Fläche der lichtempfindlichen Trommel D nimmt ein Abschnitt, der dem Laserstrahl ausgesetzt ist, ein Lichtabschnittspotenzial V_L durch Potenzialabschwächung an, während ein nicht ausgesetzter Abschnitt bei dem Dunkelabschnittpotenzial V_D bleibt, das durch den primären Lader 32 aufgeladen worden ist, um ein elektrostatisches latentes Bild zu erhalten.
Das elektrostatische latente Bild, das an der lichtempfindlichen Trommel D ausgebildet wird, wird in einer kontinuierlichen Weise durch eine Entwicklereinheit 34 entwickelt. Ein Toner T in der Entwicklereinheit 34 wird der Steuerung der Tonerschichtdicke und der Triboelektrizität durch eine Entwicklerbuchse 34a, die als ein Tonerzuführdrehelement dient, und eine Entwicklerklinge 34b unterzogen, wodurch eine gleichförmige Tonerschicht an der Entwicklerbuchse 34a ausgebildet wird. Die Entwicklerklinge 34b besteht im Allgemeinen aus einem Metall- oder einem Harzmaterial, und eine Harzklinge ist mit der Entwicklerbuchse 34a mit einem geeigneten Kontaktdruck in Kontakt gehalten. Die Tonerschicht, die an der Entwicklerbuchse 34a ausgebildet ist, wird durch die Drehung der Entwicklerbuchse 34a zu einer Position gegenüber der lichtempfindlichen Trommel D gebracht, wo der Abschnitt bzw. Teil des Lichtabschnittspotenzials V_L selektiv durch ein elektrisches Feld visualisiert wird (umgekehrte Entwicklung), das durch eine Spannung V_dc, die auf die Entwicklerbuchse 34a angewendet wird, und durch das Oberflächenpotenzial der lichtempfindlichen Trommel D ausgebildet wird.
Das Tonerbild, das an der lichtempfindlichen Trommel D ausgebildet worden ist, wird in einer Transferposition, wo die lichtempfindliche Trommel D gegenüber einer Transfereinheit 35 ist, in einer kontinuierlichen Weise auf ein Aufzeichnungsblatt (Transfer- oder Aufzeichnungsmaterial) P übertragen, das zu solch einer Transferposition bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung einer Steuerung zugeführt wird. Die Transfereinheit 35 kann aus einem Coronalader, wie dargestellt, oder einer Transferrolle bestehen, die aus einem leitenden elastischen Drehelement besteht, das einen Strom von einer Energiequelle empfängt und das Aufzeichnungsmaterial befördert, während es ihm eine Transferladung gibt.
Eine Blattkassette 37 ist in dem unteren Teil des Druckers montiert und speichert die Aufzeichnungsmaterialien P in einem gestapelten Zustand. Ein Aufzeichnungsmaterial P in der Blattkassette 37 wird durch eine Lieferrolle 38 und einen Trennfinger 39 getrennt, und wird zu der Transferposition bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung durch einen Blattweg 50, Registrierrollen 51 und einen Blattweg 52 hindurch befördert. Das Aufzeichnungsmaterial P, das die Übertragung des Tonerbildes bei der Transferposition empfängt, wird in fortlaufender Weise von der lichtempfindlichen Trommel D getrennt, dann in eine Fixiereinheit R eingeführt, die ein Bildheizgerät bildet, und dem Fixieren des Tonerbildes unterzogen (Ausbilden eines permanenten Bilds durch Wärme und Druck). Das Aufzeichnungsmaterial wird dann zu einer Ablage 55 durch einen Blattweg 53 und Ausgaberollen 54 abgegeben.
Die lichtempfindliche Trommel D wird nach der Trennung des Aufzeichnungsmaterials durch eine Reinigungsvorrichtung 36 für Entfernen der verbleibenden Substanz, wie verbleibender Toner, gereinigt, und wird wieder dem Bilderzeugungsprozess unterzogen.
Im Folgenden wird ein bestimmtes Beispiel der Fixiereinheit R erklärt, die einen Film verwendet, der durch eine Druckrolle angetrieben wird, die mit einem Heizbauteil H ausgestattet ist.
15A und 15B sind eine schematische Querschnittsansicht bzw. eine schematische Draufsicht aus Sicht von der Vorderseite (Blattlieferseite) der Fixiereinheit R. Das Tonerbild T, das auf dem Aufzeichnungsmaterial P ausgebildet ist, wird entlang einer Fixiereingangsführung 85a zu einem Spaltabschnitt n zwischen einer Druckrolle 80, die eine formlösende Schicht 80a und eine wärmebeständige Kautschukschicht 80b hat und bei einem Metallkern 80c durch einen unteren Rahmen 81b der Fixiereinheit abgestützt ist, und einem zylindrischen Fixierfilm 84, der rotatorisch entlang eines Heizbauteilhalters 83 befördert wird, der als ein Filmführungselement dient, durch die Rotation der Druckrolle 80 unter einer Reibungskraft befördert, die durch einen Gesamtdruck von ca. 4 bis 15 kfg bewirkt wird, der durch eine nicht dargestellte Druckbeaufschlagungseinrichtung eines oberen Rahmens 81a der Fixiereinheit auf eine Metallstrebe 82 ausgeübt wird, und wird unter Wärme und Druck fixiert, der durch das Heizbauteil H über den Fixierfilm 84 aufgebracht wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Heizbauteil H so aufgebaut, dass die Heizfläche (für ein Abgeben von thermischer Energie zu dem Aufzeichnungsmaterial P) an einem isolierenden Substrat 91 gegenüber einer Fläche von diesem ausgebildet ist, die mit Wärmeerzeugungswiderständen h1, h2 ausgestattet ist, und ist so abgestützt, dass eine Heizfläche dem Aufzeichnungsmaterial P gegenüber liegt (Seite des Spalts n).
Das Heizbauteil wird bei einer vorbestimmten Temperatur durch die Steuerung der Phase und Frequenz der Spannung gesteuert, die zu den Wärmeerzeugungswiderständen zugeführt wird.
Um die Wärmekapazität für ein Verbessern der Schnellstarteigenschaft zu verringern, besteht der Fixierfilm 84 aus einem wärmebeständigen, formlösenden und haltbaren Film mit einer Dicke, die 100 μm nicht übersteigt, bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 40 bis 20 μm, wie aus einem einlagigen Film, der aus PTFE, PFA oder PPS besteht, oder einem Film aus einer Kompositstruktur, wie dargestellt, die einen Basisfilm 84c, wie Polyimid, Polyamidimid, PEEK oder PES, eine leitende Primärschicht 84b und eine bedeckende oder rohrförmige Freisetzschicht 84a aus einem fluorierten Harz, wie PTFE, PFA oder FEP, hat. Falls der Fixierfilm solch eine dreilagige Struktur hat, liegt die leitende Primärschicht bei einem Ende des Fixierfilms frei, wie in 15B gezeigt ist, während ein leitender Kautschukring 80d bei einem Ende der Druckrolle, das zu dem freiliegenden Ende der Primärschicht korrespondiert, an dem Metallkern 80c der Druckrolle eingepasst ist und mit der freiliegenden Primärschicht für ein Erden desselben durch einen Widerstand 80e in Kontakt ist, wodurch das Potenzial des Fixierfilms 84 stabilisiert wird und der nachteilige elektrostatische Einfluss auf das Tonerbild unterdrückt wird, das auf dem Aufzeichnungsmaterial getragen wird.
10A und 10B stellen das Heizbauteil des Fixiergeräts dar, das die vorliegende Erfindung verkörpert.
10A ist eine Ansicht, die das Muster der Wärmeerzeugungselemente in der Längsrichtung des Heizbauteils zeigt, und 10B ist eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht von diesen.
In dieser Ausführungsform sind die Wärmeerzeugungselemente (Widerstandswärmeerzeugungselement) an einem Aluminiumnitridsubstrat 91 ausgebildet, und zwar durch Auftragen einer Ag/Pd-Paste in zwei Mustern h1 (für große Größe) und h2 (für kleine Größe). Glas 92 wird auf die Wärmeelemente h1, h2 für ein Isolieren desselben von elektrischen Komponenten, wie einem Thermistor, und von der Filmoberfläche aufgetragen.
Die Wärmeerzeugungselemente h1, h2 erzeugen Wärme durch Energiezufuhr durch Elektroden a, b, c, und sind gemäß der Größe des Aufzeichnungsmaterials ausgewählt, dass durchgeführt werden soll. Wenn das Aufzeichnungsmaterial einer ersten (großen) Größe hindurchgeführt wird, wird das längere (erste) Wärmeerzeugungselement h1 aktiviert, das eine Länge L1 entlang der Längsrichtung des Substrats hat, aber wenn das Aufzeichnungsmaterial einer zweiten (kleinen) Größe, das eine Länge hat, die L2 nicht übersteigt, hindurchgeführt wird, wird das kürzere (zweite) Wärmeerzeugungselement h2 aktiviert.
Eine Breite (Breite entlang einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Substrats) w1 des Wärmeerzeugungselements h1 und eine Breite w2 des Wärmeerzeugungselements h2 erfüllen eine folgende Beziehung:
w2 < w1.
(w2: Breite eines Wärmeerzeugungselementes für eine geringe Größe, w1: Breite eines Wärmeerzeugungselements für eine große Größe)
Somit kann in der vorliegenden Ausführungsform der Widerstand des Wärmeerzeugungselements für eine geringe Größe durch Verringern von dessen Breite erhöht werden, wodurch es möglich gemacht ist, einen großen Strom oder einen großen Energieverbrauch in dem Wärmeerzeugungselement für die kleine Größe selbst unter einer Spannungsaufbringung zu verhindern, die die gleiche wie für das Wärmeerzeugungselement für die große Größe ist, wodurch das Flimmerphänomen verhindert wird.
Im Fall des Fixierens der Aufzeichnungsmaterialien verschiedener Größen ist es wünschenswert, die Wärmeerzeugungsbreite gemäß der Größe zu variieren, da die erforderte Wärmemenge von der Blattgröße abhängig ist. Für ein Fixieren eines Blatts einer größeren Größe ist eine größere Menge von Wärme im Vergleich zu dem Fall des Fixierens eines Blatts einer kleineren Größe erfordert.
Da die Breite w1 des Wärmeerzeugungselements für die große Größe größer ausgewählt ist als die Breite w2 des Wärmeerzeugungselements für die kleine Größe, kann in der vorliegenden Ausführungsform die Heizbauteiltemperatur in der Spaltbreite schneller wieder hergestellt werden, selbst wenn eine große Menge von Wärme durch das Aufzeichnungsmaterial absorbiert wird. Solch eine erhöhte Breite w1 des Wärmeerzeugungselements für die große Größe ist für eine Fixierleistung vorteilhaft, da die Wärme in einem breiteren Bereich innerhalb des Spalts erzeugt werden kann, der durch das Heizbauteil und die Druckrolle ausgebildet ist.
11 zeigt das Ergebnis einer Bewertung der Fixierleistung mit verschiedenen Breiten w1 des Wärmeerzeugungselements h1.
Die Fixierleistung wurde mit Heizbauteilen bewertet, die verschiedene Breiten w1 innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 3,0 mm haben, aber eine gleiche Länge L1 von 222 mm, eine gleiche Mittenposition der Breite an dem Substrat und einen gleichen Gesamtwiderstand haben. Ein Aufzeichnungsmaterial mit Briefgröße (Längsabmessung von 216 mm), das aus Plover Bond 90 g/m² besteht, das für ein Fixieren aufgrund von Oberflächenunregelmäßigkeiten nachteilig ist, wurde für eine Bildfixierung mit dem Wärmeerzeugungselement für die große Größe bei einer Heizbauteiltemperatur von 200°C hindurchgeführt. Ein Bewertungsmuster wurde mit einem Drucker mit einer Druckgeschwindigkeit von 16 Blatt/min mit einer Blattbeförderungsgeschwindigkeit von 94,2 mm/s gedruckt, und die Fixierleistung wurde durch ein Gleitenlassen des Bildmusters unter Reibung und Messen des Verlusts an Bilddichte vor und nach dem Gleiten unter Reibung bewertet.
In dieser Bewertung hatten die Proben mit unterschiedlichen Breiten w1 des Wärmeerzeugungselements einen selben Gesamtwiderstand, um eine konstante Wärmemenge zu erhalten. Die Ergebnisse zeigen, dass eine größere Breite w1 des Wärmeerzeugungselements für die Fixierleistung günstig ist. Für ein zufriedenstellendes Fixieren ist eine Dichteabnahmerate erfordert, die ca. 4 nicht übersteigt, und das Ergebnis, das in 11 gezeigt ist, zeigt, dass die Breite w1 des Wärmeerzeugungselements vorzugsweise gleich 1,0 mm oder mehr ist. Dies ist wahrscheinlich so, weil das Wärmeerzeugungselement mit einer übermäßig kleinen Breite das Substrat 91 nicht in dessen gesamte Breite erwärmen kann, sondern einen Temperaturanstieg ausschließlich in der Umgebung des Wärmeerzeugungselements innerhalb der Breite des wärmenden Spalts bewirkt, der mit der Druckrolle ausgebildet ist, es somit ein Hitzefixieren des Tonerbilds in dem gesamten Spalt nicht ausführen kann.
In dem Wärmeerzeugungselement h2 für die kleine Größe kann die Fixierleistung, die vergleichbar zu der mit dem Wärmeerzeugungselement h1 für die große Größe ist, mit einer kleineren Breite w2 erhalten werden, weil eine kleinere Wärmemenge erfordert ist. Für ein zufriedenstellendes Fixieren ist eine Breite w2 von 1 mm oder mehr bevorzugt.
Somit kann eine zufriedenstellende Fixierleistung mit einer selben Energie für das Wärmeerzeugungselement h1 für die große Größe und das Wärmeerzeugungselement h2 für die kleine Größe erhalten werden, z.B. mit:
einem Wärmeelement für eine große Größe:
Länge L1 = 200 mm,
Breite = 3 mm, imd
einem Wärmeerzeugungselement für eine kleine Größe:
Länge L1 = 100 mm,
Breite = 1,5 mm.
Im Speziellen konnte das Wärmeerzeugungselement h1 für die große Größe Wärme innerhalb eines breiten Bereichs innerhalb des Spalts erzeugen, der durch das Heizbauteil und die Druckrolle ausgebildet ist, und auf diese Weise eine zufrieden stellende Fixierleistung zeigen. Des Weiteren zeigt das Wärmeerzeugungselement h2 für die geringe Größe eine zufriedenstellende Fixierleistung für die Umschläge, trotz der kleineren Breite.
Wie in dem Voranstehenden erklärt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Breite w1 des Wärmeerzeugungselements h1 größer gemacht, um eine zufriedenstellendere Fixierleistung zu erhalten, und in dem Wärmeerzeugungselement h2 für die kleine Größe, das dazu neigt, einen niedrigeren Widerstand zwischen den Elektroden b und c zu haben, ist die Breite w2 kleiner gemacht, um einen Energieverbrauch zu erhalten, der derselbe ist wie in dem Wärmeerzeugungselement h1, wodurch das Flimmerphänomen verhindert wird. Solch ein gut ausgeglichener Aufbau des Wärmeerzeugungselements h1 für die große Größe und des Wärmeerzeugungselements h2 für die kleine Größe gestattet es, den Leistungssteuerungsschaltkreis zu vereinfachen und das Flimmerphänomen zu verhindern. Des Weiteren erleichtert die kleinere Breite w2 des Wärmeerzeugungselements h2 für die kleine Größe eine Anordnung der Wärmeerzeugungselemente innerhalb des wärmenden Spalts.
Des Weiteren gestattet solch eine verbesserte Fixierleistung ein Übernehmen einer höheren Prozessgeschwindigkeit des Bilderzeugungsgeräts.
Des Weiteren sind auch in der vorliegenden Ausführungsform die Wärmeerzeugungselemente an einer Fläche des Substrats gegenüber zu der Spaltfläche positioniert, und hier kann der Effekt erhalten werden, der ähnlich bzw. gleich zu dem der Ausführungsform ist, die in 1 gezeigt ist.
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 12A und 12B erklärt.
In dieser Ausführungsform sind das Wärmeerzeugungselement h1 für die große Größe und das Wärmeerzeugungselement h2 für die kleine Größe mit einer selben Breite (w1 = w2) ausgebildet, aber mit Materialien verschiedener Widerstandsfähigkeiten, um einen ungefähr gleichn Widerstand zwischen den Elektroden zu erhalten. Genauer gesagt hat das Widerstandsmaterial, das für das Wärmeerzeugungselement h1 für die große Größe verwendet wird, eine Widerstandsfähigkeit, die niedriger als die des Wärmeerzeugungselements h2 für die kleine Größe ist.
In dem Aufbau des Vergleichsbeispiels, das in 9 gezeigt ist, falls die Breite w1 des Wärmeerzeugungselements für die große Größe gleich zu der w2 des Wärmeerzeugungselements für die kleine Größe gewählt wird (w2 = w1), und falls die Länge L2 des Wärmeerzeugungselements für die kleine Größe als 1/2 von des L1 des Wärmeerzeugungselements für die große Größe gewählt wird, wird der Widerstand des ersteren für einen gleichen spezifischen Widerstand 1/2 von dem des letzteren, so dass das Wärmeerzeugungselement h2 die doppelte Energie bzw. Leistung erzeugt. Die Energiezufuhrvorrichtung wird sperrig, um solch erhöhte Energie bzw. Leistung zu kompensieren, was auch zu dem Nachteil des Flimmerphänomens führt.
13 zeigt die Beziehung zwischen dem Widerstand des Wärmeerzeugungselements und dem Flimmern (Pst), die durch Drucken eines Bewertungsmusters auf ein Aufzeichnungsmaterials mit Briefgröße (Längsabmessung von 260 mm) an einem Drucker mit einer Druckgeschwindigkeit von 16 Blatt/min mit einer Aufzeichnungsmaterialbeförderungsgeschwindigkeit von 94,2 mm/s und Fixieren des Bildes mit dem Wärmeerzeugungselement h1 für die große Größe, das auf 200°C gesteuert wurde, bewertet wurde. In dem Fixiergerät war die Eingabespannung zu dem Heizbauteil AC 230V/50 Hz mit einer Frequenzsteuerung. Das Flimmern Pst muss unter dem europäischen Standard IEC 1000-3-3 1,0 oder geringer sein, aber es ist in der vorliegenden Ausführungsform in dem akzeptablen Bereich, wie in 13 gezeigt ist, da die Widerstände der Wärmeerzeugungselemente h1, h2 für die große und kleine Größe ca. 67 Ω sind. Andererseits wird in einem Vergleichbeispiel, das in 17 gezeigt ist, das ein Wärmeerzeugungselement h1 für die große Größe mit einer Länge B (222 mm) und einem Widerstand von 67 Ω und ein Wärmeerzeugungselement h2 für die kleine Größe mit einer selben Breite und einem selben spezifischen Widerstand hat, wobei es eine Länge A von 111 mm hat, der Widerstand ungefähr 34 Ω wird, so dass das Flimmern in der Fixierung des Aufzeichnungsblatts von kleiner Größe unakzeptabel wird.
Wie in dem Vorstehenden erklärt ist, gestattet die vorliegende Ausführungsform, den Energieverbrauch in dem Wärmeerzeugungselement für die geringe Größe in der Fixierung eines Aufzeichnungsblatts mit kleiner Größe zu unterdrücken bzw. zu verringern, wodurch die Flimmerbeeinträchtigung verhindert wird. Des Weiteren wird beim Hindurchführen des Blatts mit geringer Größe das kürzere Wärmeerzeugungselement h2 aktiviert, so dass der Temperaturanstieg in dem Bereich, den das Blatt nicht passiert, beim Hindurchführen der Blätter mit geringer Größe ohne eine Erhöhung des Inneren von diesem verhindert werden kann, und es können Beschädigungen der zugehörigen Komponenten, wie des Fixierfilms oder der Druckrolle, verhindert werden. Des Weiteren, selbst im Fall des Hindurchführens eines Aufzeichnungsblatts mit einer großen Größe nach einem Hindurchführen der Aufzeichnungsblätter mit geringer Größe, kann eine zufriedenstellende Fixierleistung ohne Heißversatzphänomen bei den Enden des Aufzeichnungsblatts erhalten werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Widerstände der Wärmeerzeugungselemente für die große und kleine Größen durch Verwenden verschiedener spezifischer Widerstände in diesem im Wesentlichen gleich gemacht, aber die im Wesentlichen gleichen spezifischen Widerstände können auch durch Variieren der Schichtmenge (Dicke) des Widerstandsmaterials erhalten werden. Des Weiteren müssen die Widerstände nicht notwendigerweise exakt dieselben sein, sondern können beliebig innerhalb eines Bereichs ausgewählt werden, der die Flimmerbeeinträchtigung nicht verursacht.
14A und 14B zeigen eine noch weitere Ausführungsform des Heizbauteils der vorliegenden Erfindung.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Länge und die Breite in dem Wärmeerzeugungselement h1 für die große Größe und dem Element h2 für die kleine Größe passend ausgewählt.
Genauer gesagt sind eine Länge L1 und eine Breite w1 des Wärmeerzeugungselements h1 und eine Länge L2 und eine Breite w2 des Wärmeerzeugungselements h2 so ausgewählt, um eine folgende Beziehung zu erfüllen: (w2/w1)/(L2/L1) ≤ 1.
Unter der vorstehend erwähnten Beziehung ist der Widerstand des Wärmeerzeugungselements für die kleine Größe wenigstens gleich zu dem des Wärmeerzeugungselements für die große Größe, so dass Energie, die in dem Wärmeerzeugungselement für die kleine Größe verbraucht wird, niemals die übersteigt, die in dem Wärmeerzeugungselement für die große Größe verbraucht wird. Demzufolge ist es nicht notwendig, eine sperrige Energiezufuhrvorrichtung zu verwenden, und das Flimmerphänomen ist nicht länger ein Problem.
Das Wärmeerzeugungselement ist im Allgemeinen durch Aufbringen einer Paste mit einer Maske und Brennen der Paste ausgebildet. Da der Widerstand des Wärmeerzeugungselements in solch einem Prozess variiert, wird es schwierig, den Widerstand des Wärmeerzeugungselements zu handhaben bzw. einzustellen, falls solch ein Aufbringen und Brennen wiederholt werden.
Die vorliegende Ausführungsform erleichtert das Handhaben bzw. Einstellen des Widerstands und gestattet es, das Wärmeerzeugungselement h1 für die große Größe und das Wärmeerzeugungselement h2 für die kleine Größe mit in geeigneter Weise ausgewählten Widerständen auszubilden, da die mehreren Wärmeerzeugungselemente gleichzeitig aufgebracht und gebrannt werden können. Des Weiteren gestatten die Wärmeerzeugungselemente mit einem derartigem Aufbau mit einer unabhängigen Steuerung der Wärmeerzeugungselemente gemäß der Größe des Aufzeichnungsmaterials, dass eine zufriedenstellenden Fixierleistung ohne einen übermäßigen Temperaturanstieg in dem Bereich erhalten werden kann, den das Blatt nicht passiert.
Insbesondere ist die Fixierung des Blatts mit großer Größe effizient, weil die Breite w1 des Wärmeerzeugungselements für die große Größe größer gemacht ist als das w2 des Wärmeerzeugungselements für die geringe Größe. Des Weiteren, falls das Wärmeerzeugungselement h2 für die kleine Größe mit Energie versorgt wird, ist dessen Gesamtwiderstand gleich oder höher als der des Wärmeerzeugungselements für die große Größe, wodurch die Leistung bzw. Energie unterdrückt bzw. verringert wird, die durch das Wärmeerzeugungselement für die geringe Größe erzeugt wird, und die elektrischen Störungen, wie Flimmern, vermieden werden.
Des Weiteren, falls verschiedene Breiten geändert werden, können die Wärmeerzeugungselemente h1, h2 für die große und kleine Größe mit einem selben Material ausgebildet werden und können gleichzeitig aufgebracht und gebrannt werden, wodurch das Heizbauteil hinsichtlich des Verbesserns der Produktivität und des Reduzierens der Herstellkosten vorteilhaft ist.
Des Weiteren muss das Heizbauteil nicht mit zwei Wärmeerzeugungswiderständen versehen werden, sondern kann mit drei oder mehr Widerständen versehen werden.
Des Weiteren muss das isolierende Substrat 91 nicht aus Aluminimnitrid bestehen, sondern kann aus anderen Keramikmaterialien bestehen, wie Aluminiumoxid (Tonerde) oder Siliciumcarbid.
Des Weiteren muss das Druck beaufschlagende Element 80 nicht aus einer Rolle bestehen, sondern kann andere Formen annehmen, wie beispielsweise ein Band.
Des Weiteren umfasst das wärmende Gerät der vorliegenden Erfindung nicht nur das Heizfixiergerät, sondern meint auch eine Einrichtung und ein Gerät für ein thermisches Behandeln eines Materials, wie ein Bildheizgerät für ein Verbessern der Oberflächeneigenschaft, wie Glanz, durch Erwärmen eines Aufzeichnungsblatts, das auf sich ein Bild trägt, ein Bildheizgerät für ein temporäres Fixieren eines Bildes, ein Wärmetrocknungsgerät für ein Material oder ein Wärmelaminiergerät.
Es ist des Weiteren möglich, verschiedene Verbesserungen für ein Realisieren einer höheren Prozessgeschwindigkeit in dem Bilderzeugungsgerät einzubeziehen, wie eine Erhöhung der Drehzahl der Druckrolle und des Fixierfilms durch Erhöhen der Leistung des Antriebsmotors, zusammen mit einer höheren Fixiertemperatur oder einem erweiterten Wärm- bzw. Heizbereich, die durch einen erhöhten Druck der Druckrolle oder einem Heizbauteilsubstrat oder einen Fixierfilm mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit erreicht wird, um das Blatt mit ausreichender thermischer Energie innerhalb der verkürzten Passierzeit zu versorgen.
Die vorliegende Erfindung ist anhand bevorzugter Ausführungsformen von dieser erklärt worden, aber die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise durch solche Ausführungsformen beschränkt, und ist Gegenstand beliebiger und aller Modifikationen innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche.

Claims

Bildheizgerät mit: einem Heizelement (12; 70), wobei das Heizelement ein längliches Keramiksubstrat (12d) und ein erstes und ein zweites Wärmeerzeugungselement (12a, 12b; 71a, 71b) aufweist, die an einer ersten Fläche des Substrats vorgesehen sind und angepasst sind, um Wärme durch eine Energiezufuhr zu erzeugen; und einem Film (10), der sich bewegt, während eine Fläche des Films an einer zweiten Fläche des Substrats gleitet, die gegenüberliegend zu seiner ersten Fläche ist, und eine andere Fläche des Films in Kontakt mit einem Aufzeichnungsmaterial (P) ist, das ein Bild (T) trägt; wobei das Bild auf dem Aufzeichnungsmaterial durch Wärme von dem Heizelement mittels des Films erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Wärmeerzeugungselement für eine Energieerzeugung unabhängig gemäß einer Größe des Aufzeichnungsmaterials gesteuert werden, wobei jedes von dem ersten und zweiten Wärmeerzeugungselement eine im Wesentlichen gleichmäßige Widerstandsverteilung entlang einer Längsrichtung des Substrats hat, und eine Länge des zweiten Wärmeerzeugungselements entlang der Längsrichtung des Substrats geringer ist als die des ersten Wärmeerzeugungselements, und ein Widerstandswert pro Einheitslänge des zweiten Wärmeerzeugungselements in der Längsrichtung des Substrats größer ist als der des ersten Wärmeerzeugungselements.
Bildheizgerät gemäß Anspruch 1, wobei das Keramiksubstrat aus Aluminiumnitrit besteht.
Bildheizgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Wärmeerzeugungselement mit Energie für ein Aufzeichnungsmaterial einer ersten Größe versorgt wird, während das zweite Wärmeerzeugungselement mit Energie für ein Aufzeichnungsmaterial einer zweiten Größe versorgt wird, die kleiner als die erste Größe ist, und das erste und zweite Wärmeeerzeugungselement das Aufzeichnungsmaterial einer dritten Größe zwischen der ersten und zweiten Größe bilderwärmen kann.
Bildheizgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Breite des zweiten Wärmeerzeugungselements in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Substrats geringer als die des ersten Wärmeerzeugungselements ist.