Fixiervorrichtung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Fixiervorrichtung mit einer aus mehreren Schichten 1 bis 5 bestehenden Heizplatte 9. Eine Heizschicht 1 wird zu beiden Seiten von je einer Isolierschicht 2, 4 eingeschlossen. An die eine Isolierschicht 2 grenzt eine Kontaktschicht 3 an, über die ein Aufzeichnungsträger 7, der das zu fixierende Tonerbild trägt, geführt wirc. An die andere Isolierschicht 4 liegt eine Speicherschicht 5 an.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Fixiervorrichtung für ein elektrofotografisches Kopiergerät , mit einer Heizplatte, die aus zumindest zwei Schichten besteht und über deren Oberfläche ein das zu fixierende Tonerbild tragender Aufzeichnungsträger transportiert wird.

[0002] In elektrofotografischen Kopiergeräten wird eine Fotoleiterschicht elektrostatisch aufgeladen und bildmäßig belichtet. Das dadurch auf der Fotoleiterschicht erzeugte latente Ladungsbild wird mit Hilfe von Trockentoner oder Flüssigtoner zu einem sichtbaren Bild entwickelt. Flüssigtoner besteht im wesentlichen aus einer Dispergierflüssigkeit aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen, in der der Toner in Form von aufgeladenen Pigmenten dispergiert ist. Das entwickelte feuchte Tonerbild wird von der Fotoleiterschicht auf den Aufzeichnungsträger wie Papier durch Andruck übertragen und die Fotoleiterschicht für den nächsten Kopierzyklus gereinigt. Das feuchte und deshalb nicht wischfeste Tonerbild auf dem Aufzeichnungsträger wird durch Erwärmen fixiert. Eine bewährte und in vielen Kopiergeräten benutzte Technik besteht darin, den feuchten Aufzeichnungsträger mit der Rückseite im Gleitkontakt über eine beheizte Platte zu führen.

[0003] Solche Heizplatten in ebener oder gekrümmter Form bestehen aus einem Metallkörper mit eingelassenen elektrischen Heizelementen. In einer bekannten Ausführungsform besteht die Heizplatte aus Aluminiumguß mit den Abmessungen 2,5 x 85 x 290 mm mit zwei eingelassenen Heizstäben von je 400 Watt Heizleistung. Durch einen Thermofühler wird die Temperatur in Zweipunktregelung durch Ein- und Ausschalten auf etwa 200 ^OC geregelt.

[0004] Beim Einschalten bekannter elektrofotografischer Kopiergeräte nach längerem Stillstand ist es üblich, zuerst in einem Vorlauf von etwa 25Sek:. Dauer den Fotoleiter von angetrockneten Tonerresten durch Spülen mit Tonerflüssigkeit zu reinigen. In dieser Vorlaufzeit wird auch die Heizplatte auf ihre Betriebstemperatur aufgeheizt. Eine Heizplatte der beschriebenen Art erreicht am Ende der Vorlaufzeit von 25 Sek. eine Temperatur von nur etwa 65 °C bei einer Umgebungstemperatur von etwa 22 °C. Die Betriebstemperatur von ca. 200 °C wird erst nach etwa 80 Sek. erreicht. Deshalb sind die ersten, unmittelbar nach der Vorlaufzeit hergestellten Kopien häufig noch nicht wischfest fixiert. Besonders bei Kopiergeräten höherer Kopierleistung ab etwa 30 Kopien/Min., die in Verbindung mit einer nachgeschalteten Sortiereinrichtung für die Kopien arbeiten, treten immer wieder Verwischungen auf.

[0005] Bei Stillstandzeiten bis zu einigen Minuten kühlt sich die Heizplatte entsprechend ihrer großen Wärmekapazität nur langsam ab, so daß nach nur kurzem Gerätestillstand die Vorlaufzeit auf wenige Sekunden verkürzt werden kann, um die Wartezeit für jede Kopie gering zu halten.

[0006] Bei zusätzlicher Heizung während der Vorlaufzeit mit einer vielfach größeren Leistung als sie der Betriebsleistung entspricht, werden die üblichen zulässigen Leistungsgrenzen der elektrischen Installationen oft überschritten, so daß die Gefahr eines Geräteausfalls gegeben ist.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fixiervorrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß die Aufheizzeit der Fixiervorrichtung gegenüber der Vorlaufzeit ohne Erhöhung des Heiz- leistungsbedarfs'der Heizplatte verkürzt wird.

[0008] Diese Aufgabe wird durch eine Fixiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß eine Heizschicht zu beiden Seiten von weiteren Schichten eingeschlossen ist, deren Abmessungen und Materialzusammensetzung so gewählt sind, daß die Wärmekapazität der Heizplatte zu Beginn des Aufheizvorgangs bis zum Erreichen der Betriebstemperatur kleiner ist als ihre Wärmekapazität im Dauerbetrieb.

[0009] Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

[0010] Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß sich die Heizplatte einerseits schnell aufheizt und andererseits langsam abkühlt, so daß von Anfang an wischfest fixierte Kopien und bei kurzen Stillstandzeiten des Kopiergeräts nahezu ohne Wartezeit nach dem Einschalten des Geräts wischfest fixierte Kopien erhalten werden. Dies folgt daraus, daß die effektive Wärmekapazität beim Einschalten zunächst klein ist, beim Er-reichen der Betriebstemperatur im Dauerbetrieb jedoch groß ist.

[0011] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0012] Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Heizplatte nach der Erfindung, die aus mehreren Schichten aufgebaut ist, und

Fig. 2 den Temperaturverlauf auf der Oberfläche von mehreren Heizplatten in Abhängigkeit von der Heizzeit.

[0013] Eine Heizschicht 1 aus einer elektrisch aufheizbaren Schicht aus dünnem Blech, das flächenhaft oder in Streifen angeordnet ist oder aus falten- oder spiralförmig angeordneten Widerstandsdrähten besteht, bildet das Mittelstück einer Heizplatte 9. In einem Ausführungsbeispiel mit sechs Blechstreifen von 280 mm Länge in Längsrichtung der Heizplatte 9, bei einer Breite der Heizplatte 9 von 85 mm,beträgt der Widerstand zwischen Anschlußkontakten 6 etwa 15 Ohm. Bei einer Versorgungsspannung von 110 Volt beträgt die installierte Leistung 807 Watt.

[0014] Die Heizschicht 1 ist zu beiden Seiten von je einer Isolierschicht 2 bzw. 4 eingeschlossen, die unterschiedliche Wärmedurchgangskoeffizienten besitzen. An der einen Isolierschicht 2 liegt eine Kontaktschicht 3 an, über die ein Aufzeichnungsträger 7 geführt ist. Die andere Isolierschicht 4 grenzt an eine Speicherschicht 5 an. Der Wärmedurchgangskoeffizient der Isolierschicht 2 ist größer als der Wärmedurchgangskoeffizient der Isolierschicht 4.

[0015] Die Dicke der Isolierschicht 2 ist bei Verwendung des gleichen Materials auch für die Isolierschicht 4 geringer als deren Dicke.

[0016] Die Wärmekapazität der Kontaktschicht 3 wird kleiner als die oder gleich der Wärmekapazität der Speicherschicht 5 gewählt. Wird gleiches Material für die beiden Schichten verwendet, so ist im allgemeinen die Dicke der Speicherschicht 5 größer als diejenige der Kontaktschicht 3.

[0017] Als temperaturfeste Isolationsmaterialien für die Schichten 2 und 4 sind Glimmer oder temperaturbeständige Folien aus beispielsweise ?olyimid geeignet. Gut bewährt hat sich als Isolationsmaterial auch Keramikpapier, ein aus mineralischen-keramischen Fasern aufgebauter Filz. Für einen schnellen Wärmeübergang von der Heizschicht 1 zur Kontaktschicht 3 wird die Isolierschicht 2 dünn ausgebildet und besteht beispielsweise aus 0,4 mm dickem Keramikpapier. Zur Überprüfung des Einflusses der Dicke der Isolierschicht 2 auf den Wärmeübergang wird auch 0,8 mm dickes Keramikpapier benutzt. Die Kontaktschicht 3 muß gegenüber den im Gleitkontakt hinweggeführten Aufzeichnungsträgern bzw. Kopien 7 mechanisch stabil sein und durch gute Wärmeleitfähigkeit einen wirkungsvollen Wärmeübergang von der Heizplatte 9 zu den Kopien gewährleisten. Ein gut geeignetes Material für die Kontaktschicht 3 ist unter anderem Kupferblech, auf das die darüberlaufenden Kopien 7 beispielsweise durch angetriebene oder lose mitlaufende, nicht gezeigte Rollen angedrückt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Kontaktschicht 3 aus 1 mm dickem Kupferblech. Wesentlich dünneres Kupferblech mit einer Dicke unter 0,5 mm ist weniger gut geeignet, weil dann die Abkühlung durch die darübergleitenden Kopien zu großen Temperaturschwankungen von 20 °C und höher führt.

[0018] In die Kontaktschicht 3 ist zweckmäßigerweise ein Temperaturfühler 8 zur Steuerung der Heizspannung eingebettet. Die Isolierschicht 4 wird aus denselben temperaturfesten Isolationsmaterialien ausgewählt, wie sie für die Schicht 2 verwendet werden.

[0019] In einem Ausführungsbeispiel besteht die Isolierschicht 4 aus 4 mm dickem Keramikpapier, so daß der Wärmeübergang von der Heizschicht 1 zur Speicherschicht 5 merklich langsamer erfolgt als zur Kontaktschicht 3 durch die vergleichsweise dünne Isolierschicht 2 von 0,4 mm oder 0,8 mm Dicke. Die Speicherschicht 5 dient als Wärmespeicher. Sie besteht grundsätzlich aus temperaturfesten Materialien wie Keramik. Wegen der größeren Bruchfestigkeit wird auch bevorzugt Metall_.eingesetzt. Je dicker die Speicherschicht 5 gewählt wird, desto größer ist die Wärmekapazität der gesamten Heizplatte 9, desto langsamer kühlt sie nach Abschluß des Kopiervorganges ab.

[0020] Um die Wirkung einer erfindungsgemäßen Heizplatte 9 mit einer-nach dem Stand der Technik vergleichen zu können, wurde unter anderem die Dicke der Speicherschicht 5 so gewählt, daß die Wärmekapazitäten der zu vergleichenden Heizplatten ähnlich groß waren. Die Speicherschicht 5 bildete ein 1 mm dickes Kupferblech. Zusätzlich wurde die Speicherschicht 5 auf ihrer offenen Seite mit einer Wärmeisolierschicht abgedeckt.

[0021] In Fig. 2 sind'die an drei unterschiedlich aufgebauten Heizplatten auf der Kontaktschicht 3 gemessenen Temperaturen in Grad Celsius in Abhängigkeit von der Heizzeit in Sekunden dargestellt. Die Kurven A und B zeigen den Temperaturverlauf der Heizplatte 9 nach der Erfindung mit einer 0,4 mm dünnen Isolierschicht 2 aus Keramikpapier und mit einer 0,8 mm dicken Isolierschicht 2. Die Kurve C gibt den Temperaturverlauf einer Heizplatte nach dem Stand der Technik wieder. Eine Verkleinerung der effektiven Wärmekapazität beim Anheizen bewirkt einen schnelleren Temperaturanstieg der Kontaktschicht 3 (Kurven A und B im Vergleich zu Kurve C). Die vorübergehende Verkleinerung der effektiven Wärmekapazität wird durch eine Aufteilung der Wärmeflüsse von der Heizschicht 1 nach der Kontaktschicht 3 bzw. der Speicherschicht 5 erreicht. Bei dieser Aufteilung ist der Wärmefluß in die Kontaktschicht 3 zumindest gleich, vorzugsweise größer als der Wärmefluß in die Speicherschicht 5. Bei·einem gleichartigen Aufbau von Kontaktschicht 3 und Speicherschicht 5 und bei gleichartigen Isolationsmaterialien wird dies einfach durch die Dicken der Isolierschichten 2 bzw. 4 bestimmt. Je dünner die Schichten sind, desto größer sind die Wärmedurchgangskoeffizienten. Je größer das Verhältnis der Wärmedurchgangskoeffizienten der Isolierschicht 2 und der Isolierschicht 4 ist, desto schneller steigt die Temperatur beim Anheizen an, wie ein Vergleich der Kurven A und B zeigt. Das Verhältnis der Wärmedurchgangskoeffizienten liegt bei Kurve A in der Größenordnung 10:1 und bei Kurve 'B bei 5:1. Die Anstiege der Kurven A:B:C verhalten sich wie 2,6:1,6:1. Bei einer dünneren Kontaktschicht 3 aus beispielsweise 0,5 mm dünnem Kupferblech beträgt der Temperaturanstieg im Verhältnis zu dem der Kurve C beinahe 4.

[0022] Die zuletzt beschriebenen Vorgänge beziehen sich auf den Einschaltvorgang, der beim Erreichen der vorgegebenen Temperatur von beispielsweise 200 °C beendet ist. Beim Erreichen der vorgegebenen Temperatur wird die Heizspannung solange unterbrochen, bis der Temperaturabfall die zugelassene Temperaturschwankungsbreite übersteigt. Diese Ein- und Ausschaltvorgänge wiederholen sich während des Kopiervorganges. Däbei steigt langsam und stetig die Temperatur der Speicherschicht 5 durch den Wärmefluß durch die Isolierschicht 4 hindurch an.

[0023] Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine Fixiervorrichtung in einem elektrofotografischen Kopiergerät beschrieben, jedoch ist es selbstverständlich auch möglich, die Heizplatte in Aufzeichnungsgeräten zu verwenden, bei denen beispielsweise die Erzeugung von Ladungsbildern mit Schreibelektroden erfolgt.

Ansprüche

1. Fixiervorrichtung für ein elektrofotografisches Kopiergerät, mit einer Heizplatte, die aus zumindest zwei Schichten besteht und über deren Oberfläche ein das zu fixierende Tonerbild tragender Aufzeichnungsträger transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizschicht (1) zu beiden Seiten von weiteren Schichten (2,3 und 4,5) eingeschlossen ist, deren Abmessungen und Materialzusammensetzung so gewählt sind, daß die Wärmekapazität der Heizplatte (9) zu Beginn des Aufheizvorgangs bis zum Erreichen der Betriebstemperatur kleiner ist als ihre Wärmekapazität im Dauerbetrieb.

2. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte (9) zwei, unmittelbar die Heizschicht (1) zu beiden Seiten einschließende Isolierschichten (2,4), eine an die eine Isolierschicht (2) angrenzende Kontaktschicht (3), über welche Aufzeichnungsträger (7) geführt ist und eine an die andere Isolierschicht (4) anliegende Speicherschicht (5) umfaßt.

3. Fixiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedurchgangskoeffizient der an die Kontaktschicht (3) angrenzenden Isolierschicht (2) größer als der Wärmedurchgangskoeffizient der an der Speicherschicht (5) anliegenden Isolierschicht (4) ist.

4. Fixiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten (2,4) aus dem gleichen Material bestehen und daß die an die Kontaktschicht (3) grenzende Isolierschicht (2) eine geringere Dicke als die andere Isolierschicht (4) besitzt.

5. Fixiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Isolierschichten (2,4) Glimmer, temperaturbeständige Folien, wie Polyimidfolien oder Keramikpapier, ein aus mineralischen - keramischen Fasern aufgebauter Filz ist.

6. Fixiervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekapazität der Kontaktschicht (3) kleiner als die oder gleich der Wärmekapazität der Speicherschicht (5) ist.

7. Fixiervorrichtung nach:Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (3) und die Speicherschicht (5) aus dem gleichen Material sind und daß die Dicke der Speicherschicht (5) größer als die Dicke der Kontaktschicht (3) ist.

8. Fixiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (5) aus Keramik besteht.

9. Fixiervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Kontaktschicht (3) und der Speicherschicht (5) ein Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit ist,.

10. Fixiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Wärmedurchgangskoeffizienten der einen Isolierschicht (2) zu der anderen Isolierschicht (4) in der Größenordnung 10:1 bis 5:1 liegt.

Zeichnung