WÄRMEFIXIEREINRICHTUNG FÜR DRUCK- ODER KOPIERGERÄT MIT EINEM NIEDERTEMPERATURVORWÄRMSATTEL

Beschreibung

[0001] Zum Thermodruckfixieren von Tonerbildern auf einem meist aus Papier bestehenden Aufzeichnungsträger werden in Druck- oder Kopiergeräten Wärmefixiereinrichtungen verwendet, die einen Vorheizsattel mit nachgeschalteter Fixierzone aus beheizter Fixierwalze und Andruckwalze aufweisen.

[0002] Derartige Wärmefixiereinrichtungen sind zum Beispiel aus der US-A-4147922 oder Japan-Abstract Vol. 13 , Nr. 120, March 24, 1989 (JP-A-63-292177) bekannt.

[0003] Es ist weiterhin aus der US-A-4,835,573 bekannt, die Temperatur der Fixierstation automatisch der Dicke oder dem spezifischen Gewicht des Papieres anzupassen.

[0004] Bei den bekannten Fixiereinrichtungen ist man bisher davon ausgegangen, daß es notwendig ist, über den Vorheizsattel das Papier sehr schnell über eine relativ kurze Strecke vorzuwärmen und dann über die Walzen das Tonerbild auf dem Papier zu fixieren. Zu diesem Zweck sind die Heizelemente im Vorheizsattel so angeordnet, daß am Bereich des Papiereinlaufes des Vorheizsattels die größte Wärmemenge an den Aufzeichnungsträger abgegeben wird und daß dann über die Heizelemente in Richtung Papierauslauf die abgegebene Wärmemenge reduziert wird. Damit ist der Papiereinlauf der relativ heißeste Bereich des Sattels.

[0005] Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein schnelles Aufheizen des Papiers über eine kurze Strecke zu einer hohen Belastung des Papieres führt. Diese Belastung äußert sich in einer Verformung, einer Versprödung oder Alterung des Papiers und in einem ungleichmäßigem Wasserverlust des Papieres beim Durchlauf durch die Fixierstation. Damit wird eine Nachverarbeitung des Papiers durch Schneiden oder Sortieren erschwert bzw. es kommt zu einer ungleichmäßigen Fixierung der Tonerbildern und damit zu einer Qualitäts-verschlechterung des Druckes.

[0006] Ein schnelles Aufheizen erfordert außerdem eine hohe spezifische Heizleistung mit leistungsstarken Heizelementen und eine aufwendige Regelung. Wegen der hohen Heizleistung ist es deshalb notwendig, bei Druckerstop den Aufzeichnungsträger sofort von dem Sattel abzuheben, um ein Verbrennen des Papieres zu verhindern. Dies macht umfangreiche Steuerungseinrichtungen notwendig, was das Papierhandling insgesamt verschlechtert.

[0007] Bei modernen elektrofotografischen Druckeinrichtungen werden außerdem im selben Gerät Aufzeichnungsträger unterschiedlichster Breite verarbeitet. Wenn dem Sattel über die gesamte Breite gleichviel Energie zugeführt wird, heizt er sich in dem Bereich, wo kein Papier läuft, stark auf, da in diesem Bereich außer Verluste durch Konvektion keine Energie abgeführt wird.

[0008] Eine derartige Temperaturverteilung hat erhebliche Nachteile. Das Papier wird ungleichmäßig aufgeheizt, was zu Schwankungen in der Fixierqualität führt und auch Papierlaufprobleme verursachen kann. Die maximale Heizsattel-temperatur muß vermindert werden, da die Gefahr der Überhitzung der Heizelemente besteht und die Lebensdauer der Heizelemente sich dadurch verkürzt. Die Energieverluste sind relativ groß und der Innenbereich des Gerätes wird unnötig aufgeheizt.

[0009] Bei Wärmefixiereinrichtungen mit Vorheizsattel wird der Aufzeichnungsträger über eine beheizte Gleitfläche des Sattels geführt. Wesentlich für einen guten Wärmeübergang zwischen Papier und Satteloberfläche ist der unmittelbare Kontakt zwischen Papier und Sattel. Bei hohen Druckgeschwindigkeiten und bei der Verwendung von vorgefalteten bzw. ungleichmäßig dicken Papieren kann es zu Flatterbewegungen des Papiers im Bereich des Sattels kommen. Dadurch hebt das Papier partiell vom Sattel ab, was den Wärmeübergang verschlechtert. Außerdem enthält Papier einen relativ hohen Anteil an Wasser, das beim Erwärmen freigesetzt wird. Der freigesetzte Wasserdampf kann sich im Gerät niederschlagen und dort zu Störungen bzw. zu Korrosion führen.

[0010] Ziel der Erfindung ist es deshalb eine Wärmefixiereinrichtung und ein Verfahren zum Fixieren bereitzustellen, bei dem der Aufzeichnungsträger beim Durchlauf durch die Fixiereinrichtung einer möglichst geringen Wärmebelastung ausgesetzt wird.

[0011] Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Wärmefixiereinrichtung bereitzustellen, die es ohne Schwankungen der Fixierqualität ermöglicht, Aufzeichnungsträger unterschiedlichster Breite zu fixieren und bei der Verwerfungen und Verformungen des fixierten Aufzeichnungsträgers vermieden werden.

[0012] Diese Ziele werden bei einer Wärmefixiereinrichtung der genannten Art gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 17 gelöst.

[0013] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

[0014] Gestaltet man den Sattel als Niedertemperatursattel mit möglichst großer Baulänge, so daß die Temperaturdifferenz zwischen Aufzeichnungsträger und Sattel möglichst gering wird und unterteilt man den Sattel darüber hinaus in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung in einzeln regelbare, gleichmäßig beheizte Heizzonen, dann lassen sich die Heizzonen so regeln, daß sich längs des Sattels ein etwa konstanter Wärmeenergiefluß vom Sattel auf den Aufzeichnungsträger einstellt.

[0015] Durch diese Maßnahme wird die Wärmebelastung für den Aufzeichnungsträger sehr gering. Trotzdem läßt sich die Wärmefixiereinrichtung auch in Druckeinrichtungen verwenden mit hoher und sehr hoher Druckgeschwindigkeit.

[0016] Von Vorteil ist außerdem die Aufteilung des Sattels in Heizzonen quer zur Aufzeichnungsträgerlaufrichtung, die in Abhängigkeit von der Breite des Aufzeichnungsträgers ansteuerbar sind.

[0017] Damit läßt sich das Heizverhalten des Sattels unmittelbar an die Breite des durchlaufenden Aufzeichnungsträgers anpassen, was eine konstante Fixierqualität unabhängig von der Breite des verwendeten Aufzeichnungsträgers garantiert.

[0018] Um einen guten Kontakt zwischen Aufzeichnungsträger und Gleitfläche des Sattels unabhängig von Druckgeschwindigkeit und verwendetem Papier zu ermöglichen, können bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auf der Gleitfläche Öffnungen angeordnet sein, die mit einer Unterdruck erzeugenden Einrichtung in Verbindung stehen. Durch den Unterdruck wird der Aufzeichnungsträger flächig auf die Gleitfläche gesaugt und dabei gleichzeitig über die Öffnungen der freigesetzte Wasserdampf im Papier abgesaugt.

[0019] Verwendet man weiterhin als Heizelemente Heizpatronen, die in Durchgangsöffnungen des Heizsattels angeordnet sind, so lassen sich diese leicht austauschen und der Sattel selbst kann kostengünstig aus Strangpreßprofil hergestellt werden.

[0020] Eine gewölbte Ausformung der Gleitfläche des Sattels sorgt über die gesamte Sattellänge für eine Kraftkomponente, die den Aufzeichnungsträger gegen die Satteloberfläche drückt. Diese Maßnahme unterstützt die Anlage des Aufzeichnungsträgers an der Satteloberfläche, stabilisiert die Aufzeichnungsträgerführung und führt somit zu einem verbesserten Wärmeübergang.

[0021] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wärmefixiereinrichtung sind am Gerät periphere Eingabemittel, z.B. in Form einer Tastatur vorgesehen, über die durch Eingabe vom Betriebsparametern, wie Papiergewicht, Fixiertemperatur etc., die Heizleistung der Fixiereinrichtung diesen Parametern automatisch angepaßt wird.

[0022] Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Schnittdarstelltung einer Wärmefixiereinrichtung für eine elektrofotografische Druckeinrichtung,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines in der Wärmefixiereinrichtung verwendeten beheizten Sattels mit darin angeordneten Heizpatronen,

Figur 3 ein Blockschaltbild einer Regelungsanordnung zur Regelung einer Heizzone des Sattels,

Figur 4 eine schematische Darstellung der Beschaltung der Heizelemente im Sattel bei einem Betrieb der Druckeinrichtung an einem Drehstromnetz nach US-Norm,

Figur 5 eine schematische Darstellung der Beschaltung der Heizelemente bei einem Betrieb der Druckeinrichtung an einem Drehstromnetz nach Europ. Norm,

Figur 6 eine Darstellung des Temperaturverlaufes entlang des Sattels in Papierlaufrichtung,

Figur 7 eine schematische Darstellung eines Heizsattels mit einer Glättungskante.

[0023] Bei der Wärmefixierung eines Aufzeichnungsträgers mit darauf angeordnetem Tonerbild wird in einem Fixierspalt unter Druck und Wärme das aus polymerem Material, z.B. Polyester, bestehende Tonerbild über eine beheizte Fixierwalze bis in den Anschmelzbereich hinein erhitzt und so mit dem Aufzeichnungsträger verbunden.

[0024] Dabei wird der Aufzeichnungsträger über eine oder mehrere Andruckwalzen gegen die Fixierwalze gedrückt. Entscheidend für die Fixierung ist die Grenzfläche zwischen den Toner-partikeln und der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers. In diesem Bereich muß schonend und ohne übermäßige Erhitzung die Anschmelztemperatur des Toners erreicht werden, damit sich dieser mit dem Aufzeichnungsträger verbindet bzw. an diesem haftet. Hat der Aufzeichnungsträger beim Fixieren in der Fixierzone (Fixierspalt) eine wesentlich niedrigeve Temperatur als der Toner, wird der Grenzfläche über den Aufzeichnungsträger Wärme entzogen, was zu einer fehlerhaften Fixierung führen kann. Aus diesem Grunde wird der Aufzeichnungsträger mit dem darauf angeordneten Tonerbild vor dem Zuführen in den Fixierspalt vorgewärmt. Dabei ist es günstig, wenn der Aufzeichnungsträger auf eine Temperatur vorgewärmt wird, die bereits im Anschmelzbereich des Tonermaterials liegt. In diesem Bereich, der bei polymerem Toner zwischen 90° - 125° liegt, wird der Toner an der Grenzfläche zum Aufzeichnungsträger bereits leicht klebrig, was die eigentliche Fixierung im Fixierspalt erleichtert. Bei Druck- und Kopiergeräten, die mit Endlospapier arbeiten, wird der Aufzeichnungsträger üblicherweise über einen Vorwärmsattel vorgewärmt, über den der Aufzeichnungsträger mit seiner nichtbetonerten Seite gleitet und so Wärme aufnimmt. Dabei besteht das Problem, daß die Wärme auf der Toner abgewandten Seite aufgenommen wird, so daß damit erst nach Erwärmung des eigentlichen Aufzeichnungsträgers eine Erwärmung der Grenzfläche zum Toner stattfindet. In Abhängigkeit von der Dicke des Aufzeichnungsträgermaterials und seiner Struktur und der Druckgeschwindigkeit erfordert dies eine schnelle Zuführung von Heizleistung über den Vorwärmsattel. Die Vorgänge bei der Wärmefixierung werden ausführlich in der US-A-3938992 beschrieben, deren Offenbarung Bestandteil dieser Anmeldung ist.

[0025] Zum Vorwärmen des Aufzeichnungsträgers auf eine Temperatur im Anschmelzbereich des Tonermaterials muß dem Aufzeichnungsträger in der Vorheizzone ein im wesentlichen von der Temperaturdifferenz zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur und der Wärmekapazität des Aufzeichnungsträgers abhängige Heizleistung zugeführt werden.

[0026] Es hat sich nun herausgestellt, daß bei einer zu schnellen und ungleichmäßigen Zuführung der Heizleistung durch einen auftretenden Temperaturschock im Aufzeichnungsträger bleibende Verformungen auftreten, in Form von Wellen oder Wölbungen, die den Fixiervorgang insgesamt und insbesondere die Nachverarbeitung des bedruckten Aufzeichnungsträgers negativ beeinflussen. Deswegen ist es günstig, den Aufzeichnungsträger möglichst langsam und gleichmäßig in der Vorheizzone zu erwärmen. Als wesentliches Kriterium für die Geschwindigkeit mit der der Aufzeichnungsträger ohne bleibende Verformungen aufgeheizt werden kann, wurde der Temperaturanstiegskoeffizient festgestellt. Der Temperaturanstiegskoeffizient gemessen in Grad Kelvin je Sekunde bezeichnet einen Grenzwert für einen zulässigen Temperaturanstieg je Sekunde beim Aufheizen des Aufzeichnungsträgers. Er ist ein materialabhängiger Wert, der durch Versuche ermittelbar ist. Dabei werden Materialproben zeitabhängig dynamisch mit Wärme belastet und auf evtl. bleibende Verformungen und Verwerfungen hin untersucht. Bei Papier als Aufzeichnungsträgermaterial wurde festgestellt, daß der Temperaturanstiegskoeffizient vom Flächengewicht abhängt. Je schwerer das Papier ist, um so geringer ist der Koeffizient. Das bedeutet, um Verwerfungen zu vermeiden, müssen schwere Papiere langsamer erhitzt werden als dünne leichte. Werden aber in einem Druck- oder Kopiergerät unterschiedliche Papiersorten verarbeitet, muß die Geometrie und die Art der Vorheizung der Wärmefixiereinrichtung entsprechend dieser schwersten Papiersorte ausgelegt sein. Der Temperaturanstiegskoeffizient des Papieres beträgt bei 160 gr/m Flächengewicht 120 K/sec.; bei 70 gr/m Flächengewicht 155 K/sec.

[0027] Der Temperaturkoeffizient ist damit ein wesentlicher Parameter bei der Bemessung der Länge der Vorheizzone bzw. des der Erwärmung dienenden Vorwärmsattels. Hat man in Abhängigkeit von der einzustellenden Anschmelztemperatur und des verwendeten schwersten Aufzeichnungsträgermaterials und anderer Parameter, wie Druckgeschwindigkeit, die notwendige zuzuführende Heizleistung ermittelt, läßt sich die erforderliche Heizzonenlänge bzw. Gleitflächenlänge auf dem Vorwärmsattel unter Einhaltung der sonstigen Randbedingungen, wie konstante spezifische Leistungsverteilung (Watt je cm) bzw. gleichmäßiger Wärmeenergiefluß (Watt je Fläche) längs des Sattels bei minimaler Temperaturdifferenz zwischen Satteloberfläche und Aufzeichnungsträger, ermitteln. Hierzu wird beispielsweise ausgehend von einer errechneten Sattellänge in einem konkreten Versuchsaufbau über berührungslos arbeitende Infrarotmeßgeräte die Oberflächentemperatur des Aufzeichnungsträgers beim Eintritt auf der Satteloberfläche und beim Verlassen der Satteloberfläche bei schwerstem Aufzeichnungsträger mit höchster zulässiger Druckgeschwindigkeit gemessen und daraus der Temperaturanstieg je Sek. ermittelt. Durch Vergleich mit dem vorher ermittelten Temperaturanstiegskoeffizienten des Aufzeichnungsträgermaterials ist eine Optimierung möglich, wobei die Baulänge mindestens so bemessen sein muß, daß der Temperaturanstieg unter dem Temperaturanstiegskoeffizienten liegt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß es sich bei dem Temperaturanstiegskoeffizienten um einen statistischen Grenzwert handelt, bei dessen Überschreitung eine bleibende quantitative Materialstrukturveränderung auftritt, die sich störend bemerkbar macht.

[0028] Hat man so für den Worst-Case-Fall die Mindestsattellänge und den Sattelaufbau optimiert, kann für andere leichtere Papiere die Sattellänge beibehalten werden. Es ist jedoch gegebenenfalls notwendig, entsprechend der zur Aufzeichnung des dünneren Aufzeichnungsträgers erforderlichen reduzierten Heizleistung diese entsprechend anzupassen. Damit dieser Vorgang automatisch erfolgt, kann am Gerät eine Eingabetastatur zur Eingabe von Betriebsparametern, wie Flächengewicht des Papieres, Druckgeschwindigkeit usw. vorgesehen sein. Eine im Gerät z.B. im Rahmen der Gerätesteuerung angeordnete rechnergesteuerte Einrichtung ermittelt dann automatisch die erforderliche Heizleistung und stellt sie an den Heizelementen der Heizzone ein.

[0029] Bei einem Vorwärmsattel, wie er in der Figur 1 dargestellt ist, der aus einem Vorheizsattel und einem Heizsattel zusammengesetzt ist, ergab sich folgende Beziehung für die Berechnung der gesamten Heizsattelleistung.

[0030] Eine elektrofotografische Druckeinrichtung zum Bedrucken von Endlospapieren enthält eine in der Figur 1 schematisch dargestellte Wärmefixiereinrichtung. Die Wärmefixiereinrichtung ist als Thermodruckfixiereinrichtung ausgebildet. Sie enthält eine über Strahler 10 beheizte Heizwalze 11 und eine elektromotorisch an die Heizwalze 11 an- und abschwenkbare Andruckwalze 12. Die Heizwalze besteht aus einem Aluminiumzylinder mit darauf angeordneter wärmebeständiger Beschichtung, die Andruckwalze besteht ebenfalls aus einem Aluminiumzylinder mit einer Beschichtung aus Silikon. Die Heizwalze 11 wird elektromotorisch angetrieben. Der Heizwalze 11 ist eine Beölungseinrichtung 13 zum Auftragen von Trennöl auf die Heizwalze zugeordnet. In Aufzeichnungsträgertransportrichtung den Walzen vorgelagert ist ein beheizter Vorwärmsattel 15 mit zugehöriger Unterdruckbremse 16, der dazu dient, einen als Endlospapier ausgebildeten Aufzeichnungsträger 17 vorzuwärmen und im vorgewärmten Zustand dem eigentlichen Fixierspalt zwischen den Walzen 11 und 12 zuzuführen. Gebremst von der Unterdruckbremse 16 und angetrieben über die Walzen wird der Aufzeichnungsträger 17 straff über den Vorwärmsattel 15 geführt. Ein auf dem Aufzeichnungsträger befindliches loses Tonerbild wird auf dem Vorwärmsattel 15 vorgewärmt und durch Wärme und Druck zwischen den Walzen 11 und 12 fixiert.

[0031] Eine den Walzen 11 und 12 in Papierlaufrichtung nachgeordnete Kühleinrichtung 18 sorgt für eine Kühlung des erwärmten Papieres. Hierzu enthält die Kühleinrichtung 18 eine mit Öffnungen versehene Kühlfläche 19, die von dem Aufzeichnungsträger 17 überstrichen wird, wobei über einen Luftzuführungskanal 20 zugeführte kalte Luft aus den Öffnungen strömt und ein kühlendes Luftpolster unter dem Aufzeichnungsträger 17 entsteht. Gleichzeitig wird über ein gegenüberliegendes Profil Luft auf die betonerte Seite des Aufzeichnungsträgers geblasen.

[0032] Bei der beschriebenen Wärmefixiereinrichtung erfolgt die Vorwärmung des Endlospapieres 17 über einen Vorwärmsattel 15, der aus zwei hintereinander geschalteten beheizten Sätteln besteht, nämlich einem ortsfesten Vorheizsattel 21 und einen um einen Drehpunkt 22 verschwenkbaren Heizsattel 23. Vorheizsattel 21 und Heizsattel 23 bilden in Papierlaufrichtung gesehen zwei getrennte Heizzonen. Die gesamte Vorheizstrecke hat dabei eine Länge von etwa 500 mm bis 700 mm. Das Papier 17 gleitet bei der Vorwärmung mit seiner tonerfreien Seite auf Gleitflächen 24 des Vorheizsattels 21 bzw. Heizsattels 23.

[0033] Um zwischen den Sätteln und dem Papier einen guten Kontakt herzustellen und damit die Temperaturdifferenz klein zu halten, sind die Gleitflächen bzw. die Sättel gewölbt ausgebildet mit einem Wölbungsradius, der bei dem dargestellten Beispiel 700 mm beträgt. Durch die Wölbung der Gleitflächen in Verbindung mit dem Zug durch die Walzen 11 und 12 und das Abbremsen durch die Unterdruckbremse 16 wirkt über die gesamte Sattellänge eine Kraftkomponente, die das Papier 17 an die Gleitflächen 24 drückt. Außerdem wird die Stabilität des Papierlaufes auf dem Sattel dadurch gefährdet. Wie außerdem aus der Figur 2 ersichtlich, weisen die Sättel 21 bzw. 23 quer zur Papierlaufrichtung längliche Vertiefungen 25 auf, die sich über die gesamte Breite der Sättel erstrecken. Sie sind durch seitliche Bohrungen 26 mit einem Unterdruckkanal 27 verbunden. Der Unterdruckkanal verläuft unterhalb der Sättel und ist mit einer Unterdruck erzeugenden Einrichtung, z.B. einer Pumpe, verbunden. Durch den Unterdruck wird der Aufzeichnungsträger (Papier) an die Gleitflächen 24 der Sättel angesaugt und der durch die Vorwärmung freiwerdende Wasserdampf abgesaugt.

[0034] Die Beheizung der Sättel 21 bzw. 23 erfolgt durch elektrische Widerstandselemente in Form von auswechselbar angeordneten Heizpatronen 28. Zur Aufnahme der Heizpatronen 28 weisen die Sättel 21 bzw. 23 durchgehende Bohrungen 29 auf. Diese Bohrungen ermöglichen bei einem Defekt das Austauschen jeder einzelnen Heizpatrone 28. Außerdem können damit die Sättel 21 bzw. 23 kostengünstig aus Aluminium-strangpreßprofil hergestellt werden.

[0035] Durch die Anordnung der Patronen in den Sätteln wird jeder Sattel 21 bzw. 23 in drei Heizzonen 30/1, 30/2 und 30/3 quer zur Papierlaufrichtung unterteilt (Fig. 2). Diese Querheizzonen 30/1 bis 30/3 dienen zur Anpassung der Sättel an verschiedene Aufzeichnungsträgerbreiten. Die erste Heizzone 30/1 wird an einer Seite begrenzt durch die feststehende Papierlaufkante 31. Diese Heizzone 30/1 ist so breit wie die minimale Aufzeichnungsträgerbreite. Der restliche Bereich der Sättel bis zur maximalen Aufzeichnungsträgerbreite wird in die gleich breiten Heizzonen 30/2 und 30/3 aufgeteilt. Jede der Querheizzonen 30/1 bis 30/3 weist einen Temperatursensor 32/1 bis 32/3 zur Regelung der Heizzonen auf. Er befindet sich jeweils quer zur Papierlaufrichtung etwa in der Mitte der jeweiligen Heizzonen. In Papierlaufrichtung gesehen wird die Sensorposition so gewählt, daß sowohl im Bereitschaftszustand der Druckeinrichtung (Standby) als auch im Druckbetrieb selbst auf die gleiche Temperatur geregelt werden kann. Damit wird die Temperaturregelung vereinfacht. Die Regeltemperatur und die Lage der Sensoren 32/1 bis 32/3 werden so gewählt, daß die Papiertemperatur am Ende des Sattels während der Startphase genauso hoch ist wie während einer längeren Druckphase. Als eine günstige Sensorposition hat sich dabei der Bereich von der Mitte bis zum letzten Drittel der Sättel herausgestellt.

[0036] Erzeugt werden die Heizzonen 30/1 bis 30/3 durch die Anordnung der Heizpatronen 28 in den Bohrungen 29.

Diese ist wie folgt:

[0037] In die in Papierlaufrichtung erste Bohrung eines Sattels werden von beiden Seiten je eine Patrone für die beiden äußeren Heizzonen 30/1 und 30/3 eingeschoben. In die zweite Bohrung wird eine Heizpatrone 29 für die mittlere Zone 30/2 eingeschoben. Die dritte Bohrung wird wie die erste bestückt usw. Somit befinden sich in jeder Heizzone 30/1 bis 30/3 sechs Heizpatronen 28.

[0038] Wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, werden die Heizpatronen 28 der Heizzonen 30/1 bis 30/3 an Phasen R, S, T und N eines Drehstromnetzes betrieben. In Abhängigkeit von der Art des Drehstromnetzes (USA, Europa) werden die Heizpatronen paarweise in Reihe (Fig. 5) (europäisches Drehstromnetz) oder parallel (Fig. 4) (Drehstromnetz USA) angeschlossen.

[0039] Damit befinden sich in jeder Heizzone 30/1 bis 30/3 drei Heizpatronenpaare. Um eine gleichmäßige Belastung aller drei Phasen zu erreichen, erfolgt der Anschluß eines ersten Heizpatronenpaares an die Phasen R, S; eines zweiten Heizpatronenpaares an die Phasen S, T; und der Anschluß eines dritten Heizpatronenpaares an die Phase R, T. Die in den Figuren 4 und 5 angegebene mögliche Beschaltung der einzelnen Heizpatronen 28 läßt sich jedoch in Abhängigkeit des verwendeten Betriebsnetzes beliebig variieren.

[0040] Geregelt wird die Oberflächentemperatur der Sättel und damit die Temperatur des Aufzeichnungsträgers mit Hilfe einer Regelanordnung, wie sie in der Figur 3 dargestellt ist.

[0041] Die Regelanordnung enthält ein Stellglied 33, z.B. in Form von einzelnen Relais zum Koppeln der Heizpatronen 28 an ein Netzteil 34. Dem Stellglied nachgeschaltet ist die Regelstrecke 35 mit den Heizpatronen 28. Die Isttemperatur wird über die Temperatursensoren 32/1 bis 32/3 erfaßt und durch die Sensoren in ein elektrisches Ansteuersignal umgesetzt und in einem nachfolgenden Verstärker 37 verstärkt. Eine Regelanordnung 39 vergleicht die Ist-Temperatur mit einer vorgebbaren Soll-Temperatu< TS und regelt in Abhängigkeit von der Regelabweichung auf die Soll-Temperatur TS.

[0042] Die mikroprozessorgesteuerte Regelanordnung 39 enthält einen Analog-Digital-Wandler 40 mit zugehörigem programmgesteuerten Zweipunktregler 41. Sie weist weiterhin eine Zentraleinheit CPU auf, die mit entsprechenden Speicherbereichen SP1 und SP2 in Verbindung steht. Gekoppelt ist die mikroprozessorgesteuerte Regelanordnung 39 außerdem mit dem Controller 42 der Druckeinrichtung, der in üblicherweise aufgebaut ist mit einem Bedienfeld 43 am Gerät. Die gesamte Regelanordnung kann Bestandteil der Gerätesteuerung des Gerätes sein. Ein zusätzliches Niederspannungsnetzteil 44, das mit dem eigentlichen Netzteil 34 gekoppelt ist, sorgt für die Stromversorgung der Gerätesteuerung und damit der mikroprozessorgesteuerten Regelanordnung 39.

[0043] Wie bereits eingangs erläutert, muß bei der Verwendung von Aufzeichnungsträgern mit unterschiedlicher Materialstruktur, insbesondere unterschiedlichem Flächengewicht, die Heizleistung, die dem Vorwärmsattel zugeführt wird, entsprechend angepaßt werden. Ähnliches gilt für die Anpassung der Sattelaustrittstemperatur an den zu bedruckenden Aufzeichnungsträger. Um diese Heizleistung bzw. sonstige Parameter am Vorwärmsattel, wie z.B. die Austrittstemperatur einstellen zu können, enthält das Gerät ein Bedienfeld 43 zur Eingabe verschiedener Betriebsparametern, wie Flächengewicht des Aufzeichnungsträgers, gewünschte Austrittstemperatur am Vorwärmsattel usw. Das Bedienfeld steht mit einer rechnergesteuerten Anordnung in Verbindung, die Teil der Regelanordnung 39 sein kann und die eine Zentraleinheit CPU enthält, die mit entsprechenoen Speichern SP1 und SP2 in Verbindung steht.

[0044] In den Speichern SP1 bis SP2 sind Zuordnungstabellen oder Kennlinien gespeichert, über die nach Eingabe der entsprechenden Parameter über das Bedienfeld 43 die entsprechenden zu steuernden und regelnden elektrischen Werte des Vorwärmsattels zugeordnet werden. Diese Werte werden dann der Regelanordnung 39 als Sollwert zugeführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird über das Bedienfeld 43 die Solltemperatur TS eingegeben, wobei als Solltemperatur die Temperatur bezeichnet wird, mit der das Papier die Sattelanordnung (Vorwärmsattel 15) verläßt bzw. die Eintrittstemperatur des Papiers in die Fixierzone zwischen den Walzen 11 und 12. Die Angabe der Betriebsparameter war nur beispielhaft. Bei einer Änderung der Druckgeschwindigkeit oder bei einer Änderung der Papierbreite ist ebenfalls eine Anpassung der Heizleistung notwendig. Dies geschieht automatisch durch entsprechende Zuschaltung der einzeln ansteuerbar ausgestalteten, quer zur Aufzeichnungsträgerlaufrichtung auf dem Sattel 15 angeordneten Querheizzonen 30/1, 30/2 und 30/3 bzw. durch Erfassung der eingestellten Druckgeschwindkeit, deren Veränderung sich ja insgesamt auf viele Aggregate des Gerätes auswirkt. Im Normalfall wird bei elektrofotografischen Druckeinrichtungen, die mit Endlospapier arbeiten, mit einer konstanten Aufzeichnungsträgervorschubgeschwindigkeit (Druckgeschwindigkeit) gearbeitet.

[0045] Erläutert wird die Funktion der Regeleinrichtung anhand des Diagrammes der Figur 6. Die Abszisse X des Diagrammes bezeichnet dabei die Position in Millimeter ausgehend vom Papiereintritt auf der Satteloberfläche, die Ordinate Y die Temperatur in Grad Celsius. In der Kurve P1 ist dabei der Temperaturverlauf auf dem Papier bzw. Aufzeichnungsträger dargestellt. Die Kurven VD und VS bezeichnen dabei den Temperaturverlauf auf der Satteloberfläche des Vorheizsattels 21 im Druckbetrieb VD und im Standby-Betrieb VS. Die Kurven HD und HS den Temperaturverlauf im Druckbetrieb HD und Standby-Betrieb HS auf der Heizsatteloberfläche. Die Positionen der Sensoren des Vorheizsattels und des Heizsattels ist mit SV und SH in den Kurven bezeichnet. Dabei ist anzumerken, daß das Diagramm den Temperaturverlauf innerhalb der Heizzone 30/1 sowohl des Vorheizsattels als auch des Heizsattels darstellt und zwar wenn nur diese Heizzone 30/1 aktiv ist, d.h. ein Aufzeichnungsträger mit minimaler Breite den Sattel überstreicht. Werden Aufzeichnungsträger anderer Breite verwendet, gilt bei zusätzlicher Aktivierung der Heizzonen 30/2 bzw. 30/3 ein ähnlicher Temperaturverlauf.

[0046] Geregelt wird durch die Regelanordnung die Satteltemperatur des Vorwärmsattels 15 und zwar durch Regelung der Heizzonen, nämlich dem Heizsattel 23 und dem Vorheizsattel 21. Ziel der Regelung ist dabei eine konstante Soll-Satteltemperatur, wobei als Satteltemperatur über das Bedienfeld 43 die Austrittstemperatur des Papiers nach Verlassen des Sattels eingebbar ist. Die mikroprozessorgesteuerte Regelanordnung 39 setzt dann diese Soll-Satteltemperatur in entsprechende Solltemperaturen am Vorheizsattel 21 und am Heizsattel 23 um und regelt diese gemeinsam. Die Höhe der einzustellenden Solltemperatur hängt von der Art und dem Materialaufbau des verwendeten Aufzeichnungsträgers und der Druckgeschwindigkeit, d.h. dem Papiervorschub des Gerätes ab. Bei Normalpapier und einer Druckgeschwindigkeit entsprechend einer Papiervorschubgeschwindigkeit von etwa 0,89 m/sec hat das Papier am Satteleinlauf eine Temperatur von 20° und soll auf eine Papieraustrittstemperatur von etwa 100° aufgeheizt werden. Die Heizpatronen 28 sind nun so entlang der Heizzonen 21 bzw. 23 des Sattels 15 angeordnet und werden so geregelt, daß der Wärmeenergiefluß pro Fläche vom Sattel auf das Papier entlang des Sattels konstant ist. Weiterhin ist die Länge des Sattels grundsätzlich so bestimmt, daß die Temperaturdifferenz Δ T zwischen Satteloberfläche (Gleitfläche) und Papier konstant und möglichst gering wird. Die Länge der Sättel ist jedoch durch die zur Verfügung stehende maxmiale Baulänge begrenzt und kann von Gerät zu Gerät variieren. Angestrebt wird jedoch eine möglichst große Länge, damit eine möglichst schonende Aufheizung des Papiers erreicht wird.

[0047] Ein Problem ist dabei das dynamische Verhalten des Temperaturverlaufes beim Übergang von der Standby- bzw. Startphase auf den Druckbetrieb. In der Startphase, d.h. ohne Papier oder mit aufgelegtem Papier im Standby-Zustand findet eine Wärmeabfuhr vom Sattel allein durch Konvektion statt. Trotzdem muß sichergestellt sein, daß das Papier in der Start bzw. Standby-Phase nicht übermäßig aufgeheizt wird. Dies wird durch den beschriebenen Sattelaufbau und durch die Regelung sichergestellt.

[0048] Dabei wird sowohl im Standby-Betrieb als auch im Druckbetrieb die Temperatur des Sattels konstant gehalten, wobei der Vorheizsattel eine Temperatur von etwa 80° und der Heizsattel eine Temperatur von etwa 130° hat. Damit ergibt sich der aus der Figur 6 ersichtliche Temperaturverlauf. Im Standby-Betrieb hat der Vorheizsattel über seine gesamte Fläche die Temperatur von 80° entsprechend der Kurve VS und der Heizsattel über seine gesamte Fläche die Temperatur von 130° entsprechend der Kurve HS. Nach Aufnahme des Druckbetriebes kippt der Temperaturverlauf um die Sensorpositionen SV und SH, so daß sich der durch die Kurven VD und HD dargestellte eingeschwungene Temperaturverlauf im Druckerbetrieb einstellen. In diesem eingeschwungenen Zustand ist die Temperaturdifferenz Δ T zwischen Satteloberfläche und Papier entlang der Satteloberfläche etwa konstant.

[0049] Eine noch exaktere Einstellung der konstanten Temperaturdifferenz ist möglich, wenn die Anzahl der geregelten Heizzonen erhöht wird. Dies führt jedoch zu einem zusätzlichen Aufwand. Wie dargestellt, ist die Bedingung näherungsweise auch mit einem Sattel erreichbar, der zwei Heizzonen, nämlich Vorheizsattel und Heizsattel aufweist. Im einzelnen ist der Regelungsablauf wie folgt:
Nach Einlegen des Papiers in die Druckereinrichtung und Durchfädeln durch die Fixierstation wird entsprechend dem verwendeten Papier über das Bedienfeld 43 die Solltemperatur TS eingegeben. Die mikroprozessorgesteuerte Regelanordnung 39 schaltet über das Stellglied 33 die Heizpatronen 28 an die Phasen des Drehstromnetzes des Netzteiles 34. Nach Erreichen der Solltemperatur wird dem Controller 42 des Gerätes die Betriebsbereitschaft der Fixierstation mitgeteilt. Nach Aufnahme des Druckbetriebes wird in Abhängigkeit von der Papiertemperatur, dem Papiergewicht, der Druckgeschwindigkeit, der Papierdicke, der Oberflächenbeschaffenheit des Papieres und der Breite des Papieres dem Sattel über das Papier Wärme entzogen. Dieser Störgrößeneinfluß ist im Regelkreis der Figur 3 als Störgröße SG symbolisch dargestellt. Die nach Abzug der Störgröße resultierende Isttemperatur wird über die Temperatursensoren 32/1 bis 32/3 erfaßt und in Form von elektrischen Signalen der mikroprozessorgesteuerten Regelanordnung 39 zugeführt. Diese aktiviert in entsprechender Weise das Stellglied 33, bis die vorgegebene Solltemperatur erreicht ist und sich das aus der Figur 6 ersichtliche Temperaturprofil einstellt.

[0050] Wie eingangs im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrieben, ist der Heizsattel 23 des Vorwärmsattels 15 verschwenkbar im Gerät angeordnet. Zu diesem Zwecke ist - wie aus der Figur 7 ersichtlich - der Heizsattel an seinem eingangsseitigen Ende über ein Lager 22 in dem Gerätegestell lösbar verschwenkbar gelagert. Er weist etwa mittig eine am Heizsattel drehbar gelagerte Nockenrolle 45 auf, die mit einer im Gerätegestell beweglich gelagerten Exzenterschnecke 46 zusammenwirkt. Angetrieben wird die Exzenterschnecke 46 über eine Nockenwelle 47, die mit einem hier nicht dargestellten Schrittmotor in Verbindung steht. Durch Drehen der Exzenterschnecke 46 verschwenkt der Heizsattel 23 um den Drehpunkt 22. Damit kann er in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Gerätes in unterschiedliche Positionen positioniert werden, nämlich in eine dem Fixierbetrieb zugeordnete Betriebsposition (Position A; in der Figur 2 mit ausgezogenen Linien dargestellt) mit angeschwenkter Andruckwalze 12 und in eine dem Standby-Betrieb zugeordnete Bereitschaftsposition (Position B; in der Figur 2 mit unterbrochenen Linien dargestellt) mit abgeschwenkter Andruckwalze 12. In der Bereitschaftsposition ist der Aufzeichnungsträger 17 von der heißen Fixierwalze 11 abgeschwenkt. Er liegt jedoch weiterhin auf dem beheizten Vorwärmsattel 15 auf.

[0051] Bei der Vorwärmung des Aufzeichnungsträgers 17, sei er nun aus Papier oder papierähnlichem Material oder z.B. aus Kunststoff, besteht das Problem, daß durch die Ausgasung des Aufzeichnungsträgermateriales oder durch andere Effekte wie Wasserverlust etc. der Aufzeichnungsträger schrumpft, was zu einer gewissen Breitenreduzierung führt. Damit treten beim Übergang in den nicht beheizten Papierlaufbereich kleine Wellen oder Verwerfungen auf.

[0052] Dieser Effekt ist insbesondere im Standby-Betrieb zu beobachten, bei dem bei kontinuierlich beheiztem Heizsattel der unbewegte Aufzeichnungsträger sehr lange der Wärme des Heizsattels ausgesetzt ist. Wird dann bei einer erneuten Aufnahme des Druckbetriebes der Sattel durch Anschwenken in Betriebslage gebracht und der vorgeheizte Aufzeichnungsträger im Fixierspalt zwischen Fixierwalze und Andruckwalze zugeführt, werden die entstandenen Verwerfungen beim Durchlauf durch den Fixierspalt durch Druck und Wärme in den Aufzeichnungsträger eingebügelt, was das Druckbild empfindlich stört.

[0053] Um dies zu verhindern, weist der Heizsattel 23 an seinem dem Fixierspalt zugeordneten Ende eine Glättungskante 48 auf, die als relativ scharfkantige Verrundung der Gleitfläche 24 ausgebildet ist. Umschlingt die Aufzeichnungs-trägerbahn diese am Vorwärmsattelauslaufbereich angeordnete Heizsattelkante (Glättungskante 48) beim Verlassen des Heizsattels 23 in einem möglichst großen Winkel 49, so werden diese Verwerfungen des Aufzeichnungsträgers vor dem Einlaufen in den Fixierspalt über die umschlungene Sattelkante 48 geglättet.

[0054] Die Heizsattelkante bzw. Glättungskante 48 sollte dabei möglichst nahe am Fixierspalt positioniert sein. Als vorteilhaft hat sich ein Umlenkwinkel von mindestens sieben Winkelgraden oder größer herausgestellt, wobei der Glättungseffekt im beschränkten Umfange auch schon bei 5° oder 6° Umlenkwinkel auftritt. Als Umlenkwinkel 49 wird der Winkel bezeichnet, um die sich die Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers 17 beim Verlassen der Gleitfläche 24 des Heizsattels 23 ändert. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 7 mit einer gewölbten Gleitfläche 24 des Heizsattels 23 ist dies der Winkel zwischen der Gleitflächenrichtung (tangential) im Bereich der Glättungskante 48 und der Zulaufrichtung des Aufzeichnungsträgers zum Fixierspalt zwischen Glättungskante 48 und Fixierspalt.

[0055] Damit sich die Glättungskante 48 in Bereitschaftsstellung (Standby-Betrieb) nicht in den Aufzeichnungsträger 17 einprägt, wird der Heizsattel 23 im Standby-Betrieb soweit abgeschwenkt, daß der Aufzeichnungsträger 17 nicht auf der Glättungskante 48 aufliegt bzw. von dieser umschlungen wird.

[0056] Dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Wärmefixiereinrichtung besteht der Vorwärmsattel 15 aus einem ortsfesten Vorheizsattel 21 und einem verschwenkbar angeordneten Heizsattel 23. Eine derartige Unterteilung ist auch deshalb sinnvoll, weil so über den Heizsattel 23 nur eine geringe Sattelmasse verschwenkt werden muß. Die Unterteilung eröffnet außerdem die Möglichkeit, den Vorwärmsattel 15 aus Heizzonenmodulen zusammenzusetzen, z.B. aus einem ortsfesten Heizzonenmodul "Vorheizsattel" und einem verschwenkbaren Modul "Heizsattel" oder aber beispielsweise aus einem den Heizsattel bildenden Modul und mehreren den Vorwärmsattel bildenden Modulen, die zusammengesetzt dann den Vorwärmsattel 15 bilden. Auf diese Weise können Vorwärmsättel für verschiedene Gerätevarianten mit z.B. unterschiedlicher Druckgeschwindigkeit in einfacher Weise aufgebaut werden. Ist z.B. die Druckgeschwindigkeit und damit die Aufzeichnungsträgerlaufgeschwindigkeit einer Gerätevariante reduziert, reduziert sich auch die benötigte Vorwärmsattellänge. Gegebenenfalls kann damit das Modul "Vorheizsattel" vollständig entfallen und es ist nur ein verschwenkbares Heizsattelmodul als Vorwärmsattel notwendig. Andererseits läßt sich so bei einer Erhöhung der Druckgeschwindigkeit die Vorwärmsattellänge durch Hinzufügen von weiteren Heizzonenmodulen verlängern.

[0057] Als Tonermaterial, das sich besonders gut zum Fixieren auf Papier über die beschriebene Wärmefixiereinrichtung eignet, hat sich ein quervernetzter Toner herausgestellt. Durch die schonende Aufwärmung bei der Fixierung werden die an sich schon vorhandenen vorteilhaften Fixiereigen-schaften von quervernetzten Toner noch verbessert. Als quervernetzter Toner kann z.B. ein Toner verwendet werden, der mindestens 25 Gewichtsprozente Tonerteilchen aus einem Polymer, bestehend aus einem Polyester oder einem Styrolgruppen aufweisenden oder einem aus Styrolgruppen bestehenden Polymer aufweist, das bis zu einem solchen Grade kovalent oder ionisch quervernetzt ist, daß der Anschmelzbereich der Tonerteilchen um mindestens 10 % im Vergleich zu entsprechenden Tonerteilchen mit nichtquervernetztem Polymer erhöht ist.

Bezugszeichenliste

[0058] 

10

Strahler

11

Heizwalze, Fixierwalze

12

Anruckwalze

13

Beölungseinrichtung

15

Vorwärmsattel

16

Unterdruckbremse

17

Aufzeichnungsträger

18

Kühleinrichtung

19

Kühlfläche

20

Luftzuführungskanal

21

Vorheizsattel

22

Drehpunkt, Lagerpunkt

23

Heizsattel

24

Gleitfläche

25

längliche Vertiefung, Schlitz, Öffnung

26

Bohrung

27

Unterdruckkanal

28

Heizpatrone, Heizelement

29

Bohrungen für Heizpatronen

30/1

erste Querheizzone

30/2

zweite Querheizzone

30/3

dritte Querheizzone

31

feststehende Papierlaufkante

32/1

Temperatursensor

32/2

Temperatursensor

32/3

Temperatursensor

R, S, T, N

Phasen eines Drehstromnetzes

33

Stellglied

34

Netzteil

35

Regelstrecke

36

Summationsglied

37

Verstärker

39

mikroprozessorgesteuerte Regeleinrichtung

40

Analog-Digital-Wandler

41

Zweipunkt-Regler

42

Controller

43

Bedienfeld

TS

Solltemperatur

44

Niederspannungsnetzteil

X

Position in Millimetern

Y

Temperatur in Grad Celsius

P1

Temperaturverlauf auf dem Aufzeichnungsträger

VD

Temperaturverlauf im Druckerbetrieb auf der Oberfläche des Vorheizsattels

VS

Temperaturverlauf im Stand-By-Betrieb auf der Oberfläche des Vorheizsattels

HD

Temperaturverlauf auf der Oberfläche des Heizsattels im Druckbetrieb

HS

Temperaturverlauf auf der Oberfläche des Heizsattels im Stand-By-Betrieb

T

Temperaturdifferenz zwischen Aufzeichnungsträger und Satteloberfläche

SG

Störgröße

GS

Gerätesteuerung

CPU

Zentraleinheit

SP1, SP2

Speicher

45

Nockenrolle

46

Exzenterschnecke

47

Nockenwelle

48

Glättungskante

49

Umlenkwinkel

Ansprüche

1. Wärmefixiereinrichtung zum Fixieren von Tonerbildern auf einem bandförmigen Aufzeichnungsträger (17) in einem Druck- oder Kopiergerät mit

- einer Thermodruckfixiereinrichtung (11, 12) zum Thermodruckfixieren der Tonerbilder auf dem Aufzeichnungsträger (17),

- einem in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung der Thermodruckfixiereinrichtung (11, 12) vorgelagerten, beheizten Vorwärmsattel (15) zum Vorwärmen und Führen des Aufzeichnungsträgers (17) mit folgenden Merkmalen:

- der Vorwärmsattel (15) ist in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung in mehrere Heizzonen (21, 23) unterteilt, wobei die Heizzonen Heizelemente (28), die mindestens innerhalb der Heizzonen (21, 23) eine den Aufzeichnungsträger (17) aufnehmende Gleitfläche (24) gleichmäßig beheizen sowie Temperatursensoren (32/1, 32/2, 32/3) zur Ermittelung der Oberflächentemperatur aufweisen;

- es ist eine den Heizzonen (21, 23) zugeordnete, mit den Temperatursensoren (32/1, 32/2, 32/3) gekoppelte Regelanordnung vorgesehen, die unter Berücksichtigung

a) der über periphere Eingabemittel (43) eingegebene Solltemperatur (TS)

b) weiterer Betriebsparameter, wie Materialart des Aufzeichnungsträgers, Flächengewicht, Druckgeschwindigkeit und

c) empirisch ermittelter und in Speicherelementen (SP1, SP2) in Form von Zuordnungstabellen abgelegter Beziehungen zwischen den unter a) und b) genannten Parametern einerseits und dem Wärmeenergiefluß bzw. Temperaturanstiegskoeffizient andererseits die Oberflächentemperatur der Heizzonen (21, 23) regelt, so daß sich längs des Vorwärmsattels (15) ein etwa konstanter Wärmeenergiefluß von den Gleitflächen (24) auf den Aufzeichnungsträger (17) einstellt und

- der Vorwärmsattel (15) ist als Niedertemperatursattel ausgebildet mit einer Mindest-Gesamtlänge der beheizten Gleitflächen (24) bei der ein vom Aufzeichnungsträgermaterial abhängiger Temperaturanstiegskoeffizient im Aufzeichnungsträger (17) nicht überschritten wird.

2. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 1 mit einem Aufzeichnungsträger (17) aus Papier- oder papierähnlichem Material und einem Temperaturanstiegskoeffizient im Aufzeichnungsträger (17) von höchstens 180° Kelvin pro Sekunde.

3. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 1 mit einem in den Heizzonen (21, 23) in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung in einem Bereich etwa mittig bis zum letzten Drittel des Vorwärmsattels (15) angeordneten Sensor (32/1, 32/2, 32/3).

4. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Vorwärmsattel (15) mit eine als Vorheizsattel (21) ausgebildeten ersten Heizzone niedriger Temperatur und einer in Papierlaufrichtung nachgeordneten, als Heizsattel (23) ausgebildeten zweiten Heizzone höherer Temperatur.

5. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit im Sattel angeordneten Bohrungen (26) zur austauschbaren Aufnahme von Heizelementen (28).

6. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit mehreren in Abhängigkeit von der Breite des Aufzeichnungsträgers (17) einzeln ansteuerbar ausgestalteten, quer zur Aufzeichnungsträgerlaufrichtung auf dem Sattel (15) angeordneten Querheizzonen (30/1, 30/2, 30/3).

7. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 6 mit einem jeder Querheizzone (30/1 bis 30/3) zugeordneten Sensor (32/1 bis 32/3) der quer zur Aufzeichnungsträgerlaufrichtung etwa mittig zu jeder Querheizzone (30/1 bis 30/3) angeordnet ist.

8. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7 mit einer, einer minimalen Aufzeichnungsträgerbreite zugeordneten ersten Querheizzone (30/1) sowie sich an die erste Querheizzone (30/1) anschließenden weiteren etwa gleich breiten zweiten und dritten Querheizzonen (30/2, 30/3).

9. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit auf den Gleitflächen (24) der Heizzonen (21, 23) angeordneten Öffnungen (25) die mit einer Unterdruck erzeugenden Absaugeinrichtung (27) in Verbindung stehen.

10. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 9, wobei die Öffnungen (25) als sich über die Breite der Heizzonen (21, 23) erstreckende schlitzförmigen Vertiefungen mit seitlichen Absaugöffnungen (26) ausgebildet sind.

11. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit

- einem Vorwärmsattel (15) mit gewölbter Gleitfläche (24), wobei die Gleitfläche einen Wölbungsradius aufweist, der derart bemessen ist, daß der Aufzeichnungsträger (17) im Fixierbetrieb über die gesamte Sattellänge auf der Gleitfläche (24) aufliegt.

12. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit

- einem Vorwärmsattel (15), der an einem der Thermodruckfixiereinrichtung (11, 12) zugewandten Ende eine Glättungskante (48) aufweist, über die der Aufzeichnungsträger (17) aus einer durch die Gleitfläche (24) im Bereich der Glättungskante (48) bestimmten Laufrichtung in eine Zulaufrichtung zur Thermodruckfixiereinrichtung (11, 12) umgelenkt wird, wobei der Umlenkwinkel (49) derart bemessen ist, daß ein Glättungseffekt auf den Aufzeichnungsträger (17) ausgeübt wird.

13. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 12 mit einem Umlenkwinkel von mindestens sieben Winkelgraden.

14. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12 mit

- einer der Thermodruckfixiereinrichtung (11, 12) zugeordneten beheizten Fixierwalze (11) und

- einem Vorwärmsattel (15) der in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung vor der Fixierwalze (11) derart verschwenkbar angeordnet ist, daß in einem Fixierbetrieb zugeordnetem Betriebszustand der Aufzeichnungsträger der Fixierwalze (11) über die Glättungskante (48) zugeführt und in einem, einem Bereitschaftsbetrieb zugeordneten Zustand von der Fixierwalze (11) abgehoben wird, wobei keine Umlenkung über die Glättungskante (48) erfolgt.

15. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit

- einem Vorwärmsattel (15) der aus selbständig einbaubaren Heizzonenmodulen zusammengesetzt ist, die als ortsfest einbaubare Vorheizmodule oder als verschwenkbar einbaubare Heizmodule ausgebildet sind, wobei jedem Heizzonenmodul mindestens eine Heizzone (21, 23) zugeordnet ist.

16. Druck- oder Kopiergerät mit einer Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18.

17. Verfahren zum Fixieren von Tonerbildern auf einem Aufzeichnungsträger (17) mit folgenden Verfahrensschritten:

- Vorwärmen des Aufzeichnungsträgers (17) entlang einer beheizten Vorheizzone (15) auf eine einem Anschmelzbereich des Tonerbildermaterials zugeordnete Anschmelztemperatur, wobei die zum Erwärmen des Aufzeichnungsträgers (17) erforderliche Heizleistung dem Aufzeichnungsträger (17) längs der Vorheizzone (15) derart zugeführt wird, daß sich längs der Vorheizzone (15) ein etwa konstanter Wärmeenergiefluß auf den Aufzeichnungsträger (17) einstellt und daß ein vom Aufzeichnungsträgermaterial abhängiger Temperaturanstiegskoeffizient nicht überschritten wird

- Fixieren der Tonerbilder auf dem vorgewärmten Aufzeichnungsträger (17) durch Druck und durch Erwärmen der Tonerbilder auf eine dem Anschmelzbereich des Tonerbildermaterials zugeordnete Anschmelztemperatur.

18. Verfahren nach Anspruch 17 mit einem Anschmelzbereich des Tonermaterials von 100 bis 140° C.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18 mit Tonerbildern, die Wärmefixierbare Tonerteilchen aus einer polymeren Verbindung enthalten, wobei mindestens 25 % Gewichtsanteile der Tonerteilchen aus einem Polyester- oder einem Styrolgruppen aufweiserden kovalenten oder ionisch quervernetzten Polymer bestehen.

Claims

1. Thermofixing device for fixing toner images on a strip-shaped recording substrate (17) in a printing or copying machine, having

- a thermoprinting fixing device (11, 12) for thermoprinting fixing of the toner images on the recording substrate (17),

- a heated preheating saddle (15), which is located upstream of the thermoprinting fixing device (11, 12) in the recording substrate running direction, for preheating and guiding the recording substrate (17), with the following features:

- the preheating saddle (15) is subdivided in the recording substrate running direction into a plurality of heating zones (21, 23), the heating zones having heating elements (28), which, at least within the heating zones (21, 23), uniformly heat a gliding surface (24) receiving the recording substrate (17), and having temperature sensors (32/1, 32/2, 32/3) for determining the surface temperature;

- a control arrangement is provided which is assigned to the heating zones (21, 23), is coupled to the temperature sensors (32/1, 32/2, 32/3) and, taking into account

a) the desired temperature (TS) entered via peripheral entry means (43),

b) further operating parameters, such as type of material of the recording substrate, basis weight, printing speed, and

c) relationships, which are determined empirically and stored in memory elements (SP1, SP2) in the form of allocation tables, between the parameters mentioned under a) and b), on the one hand, and the thermal energy flow or coefficient of temperature rise, on the other hand, controls the surface temperature of the heating zones (21, 23) so that, along the preheating saddle (15), an approximately constant thermal energy flow occurs from the gliding surfaces (24) to the recording substrate (17) and

- the preheating saddle (15) is designed as a low temperature saddle with a minimum total length of the heated gliding surfaces (24) at which a coefficient of temperature rise in the recording substrate (17) and dependent on the recording substrate material is not exceeded.

2. Thermofixing device according to Claim 1, having a recording substrate (17) of paper or paper-like material and a coefficient of temperature rise in the recording substrate (17) of a maximum of 180° Kelvin per second.

3. Thermofixing device according to Claim 1, having a sensor (32/1, 32/2, 32/3) arranged in the heating zones (21, 23) in a region approximately centrally up to the last third of the preheating saddle (15) in the recording substrate running direction.

4. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 3, having a preheating saddle (15) having a first heating zone of low temperature designed as a preheating saddle (21) and a second heating zone of higher temperature designed as a heating saddle (23) and arranged downstream in the paper running direction.

5. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 4, having holes (26) arranged in the saddle for the exchangeable accommodation of heating elements.

6. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 5, having a plurality of transverse heating zones (30/1, 30/2, 30/3), designed to be drivable individually as a function of the width of the recording substrate (17) and arranged on the saddle (15) transversely to the recording substrate running direction.

7. Thermofixing device according to Claim 6, having a sensor (32/1 to 32/3) assigned to each transverse heating zone (30/1 to 30/3) and arranged transversely to the recording substrate running direction, approximately centrally to each transverse heating zone (30/1 to 30/3).

8. Thermofixing device according to Claim 6 or 7, having a first transverse heating zone (30/1) assigned to a minimum recording substrate width and further second and third transverse heating zones (30/2, 30/3) of approximately equal width adjoining the first transverse heating zone (30/1).

9. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 8, having openings (25) arranged on the gliding surfaces (24) of the heating zones (21, 23) and connected to a suction device (27) producing a vacuum.

10. Thermofixing device according to Claim 9, the openings (25) being designed as slot-shaped depressions having lateral suction openings (26) and extending over the width of the heating zones (21, 23).

11. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 10, having

- a preheating saddle (15) with a domed gliding surface (24), the gliding surface having a doming radius which is dimensioned in such a way that, in fixing operation, the recording substrate (17) rests on the gliding surface (24) over the entire saddle length.

12. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 11, having

- a preheating saddle (15) which has, at one end facing the thermoprinting fixing device (11, 12), a smoothing edge (48), over which the recording substrate (17) is deflected out of a running direction determined in the region of the smoothing edge (48) by the gliding surface (24) into an approach direction towards the thermoprinting fixing device (11, 12), the deflection angle (49) being dimensioned in such a way that a smoothing effect is exerted on the recording substrate (17).

13. Thermofixing device according to Claim 12, having a deflection angle of at least seven degrees of angle.

14. Thermofixing device according to either of Claims 11 and 12, having

- a heated fixing roller (11) assigned to the thermoprinting fixing device (11, 12) and

- a preheating saddle (15) which is pivotably arranged in front of the fixing roller (11) in the recording substrate running direction in such a way that, in an operating condition assigned to fixing operation, the recording substrate is fed to the fixing roller (11) over the smoothing edge (48) and, in a condition assigned to a standby operation, is lifted off from the fixing roller (11), no deflection over the smoothing edge (48) taking place.

15. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 14, having

- a preheating saddle (15) which is composed of heating zone modules which can be built in independently and are designed as preheating modules which can be built in in a fixed position or as heating modules which can be pivotably built in, at least one heating zone (21, 23) being assigned to each heating zone module.

16. Printing or copying machine having a thermofixing device according to one of Claims 1 to 15.

17. Process for fixing toner images on a recording substrate (17), having the following process steps:

- preheating of the recording substrate (17) along a heated preheating zone (15) to a melting temperature assigned to a melting range of the toner image material, the heating power required for heating the recording substrate (17) being supplied to the recording substrate (17) along the preheating zone (15) in such a way that, along the preheating zone (15), an approximately constant thermal energy flow to the recording substrate (17) occurs and that a coefficient of temperature rise, which is dependent on the recording substrate material, is not exceeded

- fixing of the toner images on the preheated recording substrate (17) by means of pressure and by heating the toner images to a melting temperature assigned to the melting range of the toner image material.

18. Process according to Claim 17, having a melting range of the toner material of 100 to 140°C.

19. Process according to Claim 17 or 18; having toner images which contain thermally fixable toner particles of a polymeric compound, at least 25 % by weight of the toner particles comprising a covalent or ionically crosslinked polymer having polyester or styrene groups.

Revendications

1. Dispositif de thermofixage pour fixer des images de toner sur un substrat d'enregistrement (17) en forme de bande dans une imprimante ou photocopieuse, avec

- un dispositif de fixage par thermoimpression (11, 12) pour le fixage par thermoimpression d'images de toner sur le substrat d'enregistrement (17),

- une semelle de préchauffage (15) chauffée, placée dans le sens de marche du substrat d'enregistement avant le dispositif de fixage par thermoimpression (11, 12), pour le préchauffage et le guidage du substrat d'enregistrement 17, présentant les caractéristiques suivantes:

- la semelle de préchauffage (15) est divisée dans le sens de marche du substrat d'enregistrement en plusieurs zones de chauffage (21, 23), les zones de chauffage comportant des éléments chauffants (28) qui, au moins à l'intérieur des zones de chauffage (21, 23), chauffent uniformément une surface de glissement (24) recevant le substrat d'enregistrement (17), ainsi que des palpeurs de température (32/1, 32/2, 32/3) pour détecter la température de surface ;

- il est prévu un dispositif de réglage affecté aux zones de chauffage (21, 23) et connecté aux palpeurs de température (32/1, 32/2, 32/3), qui, en tenant compte

a) de la température de consigne (TS) entrée par des moyens d'entrée périphériques (43)

b) d'autres paramètres d'utilisation, tels que le type de matériau du substrat d'enregistrement, le grammage, la vitesse d'impression et

c) de relations déterminées empiriquement et stockées dans des éléments de mémoire (SP1, SP2) sous forme de tables de correspondance entre les paramètres indiqués sous a) et b) d'une part et le flux d'énergie thermique ou coefficient de hausse de température d'autre part,
règle la température de surface des zones de chauffage (21, 23) de manière à obtenir le long de la semelle de préchauffage (15) un flux d'énergie thermique sensiblement constant passant des surfaces de glissement (24) sur le substrat d'enregistrement (17) et

- la semelle de préchauffage (15) est réalisée sous forme de semelle à basse température avec une longueur hors tout minimale des surfaces de glissement (24) chauffées, à laquelle un coefficient de hausse de température dans le substrat d'enregistrement 17, dépendant du matériau du substrat d'enregistrement, n'est pas dépassé.

2. Dispositif de thermofixage selon la revendication 1, avec un substrat d'enregistrement (17) en papier ou en un matériau similaire au papier et un coefficient de hausse de température dans le substrat d'enregistrement (17) d'au maximum 180° Kelvin par seconde.

3. Dispositif de thermofixage selon la revendication 1, avec un palpeur (32/1, 32/2, 32/3) disposé dans les zones de chauffage (21, 23) dans le sens de marche du substrat d'enregistrement, dans une partie sensiblement au milieu jusqu'au dernier tiers de la semelle de préchauffage (15).

4. Dispositif de thermofixage selon l'une des revendications 1 à 3, avec une semelle de préchauffage (15) comportant une première zone de chauffage à basse température, réalisée sous forme de semelle de préchauffage (21) et une deuxième zone de chauffage à plus haute température disposée en aval dans le sens de marche du papier, réalisée sous forme de semelle de chauffage (23).

5. Dispositif de thermofixage selon l'une des revendications 1 à 4, avec des perçages (26) disposés dans la semelle pour recevoir et remplacer des éléments chauffants (28).

6. Dispositif de thermofixage selon l'une des revendications 1 à 5, avec plusieurs zones de chauffage transversales (30/1, 30/2, 30/3) conçues de manière à pouvoir être commandées individuellement en fonction de la largeur du substrat d'enregistrement (17) et disposées perpendiculairement au sens de marche du substrat d'enregistrement sur la semelle (15).

7. Dispositif de thermofixage selon la revendication 6, avec un palpeur (32/1 à 32/3) affecté à chaque zone de chauffage transversale (30/1 à 30/3), qui est disposé perpendiculairement au sens de marche du substrat d'enregistrement, sensiblement centré par rapport à chaque zone de chauffage (30/1 à 30/3).

8. Dispositif de thermofixage selon l'une des revendications 6 ou 7, avec une première zone de chauffage transversale (30/1) affectée à une largeur de substrat d'enregistrement minimale et une deuxième et troisième zone de chauffage transversale (30/2, 30/3) de largeur sensiblement égale venant à la suite de la première zone de chauffage transversale (30/1).

9. Dispositif de thermofixage selon l'une des revendications 1 à 8, avec des ouvertures (25) disposées sur les surfaces de glissement (24) des zones de chauffage (21, 23), qui communiquent avec un dispositif d'aspiration (27) produisant un vide.

10. Dispositif de thermofixage selon la revendication 9, les ouvertures (25) étant réalisées sous forme de creux oblongs s'étendant sur la largeur des zones de chauffage (21, 23), avec des ouvertures d'aspiration (26) latérales.

11. Dispositif de thermofixage selon l'une des revendications 1 à 10, avec une semelle de préchauffage (15) munie d'une surface de glissement (24) bombée, la surface de glissement présentant un rayon du bombé qui est calculé de telle sorte que le substrat d'enregistrement (17) repose en mode de fixage sur la surface de glissement (24) en recouvrant toute la longueur de semelle.

12. Dispositif de thermofixage selon l'une des revendications 1 à 11, avec une semelle de préchauffage (15) comportant à une extrémité tournée vers le dispositif de fixage par thermoimpression (11, 12) une arête de lissage (48), par l'intermédiaire de laquelle le substrat d'enregistrement (17) est dévié d'un sens de marche déterminé par la surface de glissement (24) au niveau de l'arête de lissage (48) dans un sens de marche menant au dispositif de fixage par thermoimpression (11, 12), l'angle de déviation (49) étant calculé de manière à exercer un effet de lissage sur le substrat d'enregistrement (17).

13. Dispositif de thermofixage selon la revendication 12, avec un angle de déviation d'au moins sept degrés.

14. Dispositif de thermofixage selon l'une des revendications 11 ou 12, avec

- un cylindre de fixage (11) chauffé affecté au dispositif de fixage par thermoimpression (11, 12) et

- une semelle de préchauffage (15) disposée avant le cylindre de fixage (11), dans le sens de marche du substrat d'enregistrement, de façon pivotante de manière à amener le substrat d'enregistrement, dans un état de fonctionnement affecté au mode de fixage, en passant par l'arête de lissage (48), au cylindre de fixage (11) et à le détacher du cylindre de fixage (11) dans un état de fonctionnement affecté au mode d'attente, une déviation par l'arête de lissage (48) n'ayant pas lieu.

15. Dispositif de thermofixage selon l'une des revendications 1 à 14, avec une semelle de préchauffage (15) se composant de modules de zone de chauffage pouvant être montées indépendamment, qui sont réalisés sous forme de modules de réchauffage à montage fixe ou sous forme de module de chauffage à montage pivotant, à chaque module de zone de chauffage étant affectée au moins une zone de chauffage (21, 23).

16. Imprimante ou photocopieuse, avec un dispositif de thermofixage selon l'une des revendications 1 à 18.

17. Procédé de fixage d'images de toner sur un substrat d'enregistrement (17), comportant les phases suivantes :

- préchauffage du substrat d'enregistrement (17), le long d'une zone de préchauffage chauffée (15), à une température correspondant à un régime de fusion du matériau d'images de toner, la puissance calorifique nécessaire au réchauffement du substrat d'enregistrement (17) étant amenée au substrat d'enregistrement (17) le long de la zone de préchauffage (15) de manière à obtenir le long de la zone de préchauffage (15) un flux d'énergie thermique sensiblement constant passant sur le substrat d'enregistrement (17) et à ne pas dépasser un coefficient de hausse de température dépendant du matériau de substrat d'enregistrement ;

- fixage des images de toner sur le substrat d'enregistrement (17) préchauffé, par pression ou par réchauffement des images de toner à une température de fusion correspondant au régime de fusion du matériau d'images de toner.

18. Procédé selon la revendication 17, avec un régime de fusion du matériau de toner compris entre 100 à 140°C.

19. Procédé selon l'une des revendications 17 ou 18, avec des images de toner contenant des particules de toner thermofixables à partir d'une combinaison polymère, au moins 25 % en poids des particules de toner étant composés d'un polymère covalent ou à réticulation transversale ionique au polyester ou comportant des groupes de styrène.

Zeichnung