DE3314665C2

DE3314665C2 - Induktiv beheizte Fixiervorrichtung

Info

Publication number: DE3314665C2
Application number: DE3314665A
Authority: DE
Inventors: Toshikaki Tenri Nara Kobayashi; Noriaki Nara Sakamoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1982-04-23
Filing date: 1983-04-22
Publication date: 1986-08-14
Also published as: US4570044A; DE3314665A1

Abstract

Eine Fixiervorrichtung für ein Kopiergerät weist eine Fixierwalze (21) und eine Anpreßwalze (31) auf. Durch die Fixierwalze ist ein erster Eisenkern (25) geführt. Ein zweiter Eisenkern (26) und dritte Eisenkerne (27) bilden zusammen mit dem ersten Eisenkern einen geschlossenen Magnetkreis. Alle Kerne sind lamelliert ausgebildet. Die Kerne sind über klotzförmige magnetische Bauteile (28, 29) mechanisch und magnetisch miteinander verbunden. Zumindest einer der beiden dritten Magnetkerne (27) ist abnehmbar ausgebildet, so daß die Fixierwalze (21) abnehmbar ist.

Description

a) der Kern besteht aus vier Teilkernen (25. 26, 27), von denen der erste (25) die Fixierwalze (21) durchsetzt, der zweite (26) parallel dazu verläuft und der dritte und vierte (27) die Enden des ersten und zweiten Teilkerns zumindest magnetisch miteinander verbinden,

b) der Kern ist an den drei freien Seiten in einem Joch gehaltert, das aus drei klotzförmigen magnetischen Bauteilen (28, 29) besteht, die die Stoßkanten zwischen den Teilkernen überdekken und die mit den Teilkernen durch Verschraubungen verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des zweiten Eisenkerns (26) geringer ist als diejenige des ersten Eisenkerns (25), und das die Breite des zweiten Eisenkerns größer ist als diejenige des ersten Eisenkerns.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein weiteres klotzförmiges Bauteil (38'), das in den ersten Eisenkern (25) eingefügt ist und das eine öffnung (35) für das Verschrauben eines dritten Eisenkerns (27) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere klotzförmige Bauteil (38') mindestens teilweise in einen Endbereich des ersten Eisenkerns (25) eingefügt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Öffnung (37) im ersten Eisenkern (25) zum Verschrauben der Mehrzahl von Lamellen (250) des Eisenkerns miteinander.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fixiervorrichtung für ein Kopiergerät gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Kopiergeräte weisen eine Fixierwalze und eine Andruckwalze auf. zwischen denen Papier durchläuft, auf dem ein Tonermuster abgeschieden ist. Die Fixierwalze muß auf eine bestimmte Mindesttempera- §, tür erhitzt werden, damit der Kunststoffanteil des Toners schmilzt und der Toner so auf dem Papier fixiert werden kann.

Es besteht also das Problem, eine Kopierwalze schnell und gleichmäßig aufheizen zu können. Nun ist es bereits von Baumwoll-Spinnmaschinen her bekannt, daß Walzen durch Induktionsheizung erwärmt werden können. Die Induktionsheizung ist dort anderen Heizarten überlegen, da direkt die Oberfläche der Heizwalzen beheizt werden kann, so daß die Erwärmung in kurzer Zeit und mit zufriedenstellender Gleichmäßigkeit erfolgen kann.

Ein Aufheizen innerhalb kurzer Zeit ist auch bei Fixiervorrichtungen für elektrofotografische Kopiergeräte erwünscht. Die Gleichmäßigkeit der Erwärmung muß jedoch noch besser sein als bei Heizwalzen für Baumwoll-Spinnmaschinen und die Wirbelstromverluste sollen verringert sein.

Bei einer bekannten Fixiervorrichtung (DE-5 OS 23 60 389), bei der die Fixierrolle durch eine in der Rolle angeordnete Lampe geheizt wird, ist dies nicht gewährleistet.

Eine andere bekannte Vorrichtung (US-PS 32 94 947), bei der die Fixierwalze induktiv beheizt ist, weist bczüglieh der Gleichmäßigkeit der Erwärmung der Fixierwalze befriedigende Eigenschaften auf. Es ist dort ein aus zwei U-förmigen Teilkernen bestehender Eisenkern vorgesehen, wobei die Teilkerne innerhalb der Fixierwalze sowie innerhalb des parallel zur Fixierwalze verlaufenden Wicklungskörpers aufeinander stoßen und durch ein Stahlband, das ebenfalls durch die Fixierwalze und den Wicklungskörper verläuft, zusammengehalten sind. Bei dieser Anordnung sind einerseits relativ hohe magnetische Verluste zu erwarten, andererseits dürfte die Stabilität der Anordnung zu wünschen übrig lassen, was nicht zuletzt auf den Umstand zurückzuführen ist, daß dort derjenige Teil des Kerns, der durch die Fixierwalze verläuft, auch deren Lager zu halten hat. Das Zerlegen des Kerns im Falle eines Austauschs der Fixierwalze läßt sich nicht schnell und einfach bewerkstelligen.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung (DE-GM 19 04 046), bei der im Zusammenhang mit der induktiven Heizung einer Fixierwalze ein geschlossener Kern vorgesehen ist, sind zwar magnetische Verluste in diesem Ausmaß nicht zu erwarten, dafür ist aber bei dieser Anordnung ein Austausch der Fixierwalze praktisch nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine induktiv beheizte Fixiervorrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art so auszugestalten, daß die magnetischen Verluste gering sind und die Möglichkeit eines einfachen Austausches der Fixierwalze bei gleichzeitig mechanisch stabilem Aufbau gegeben ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspi uchs angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen nä- · her erläutert.
Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Fixiervorrichtung;

F i g. 2 eine schematische perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß F i g. 2;

F i g. 3 ein schematisches Schaltbild für die Fixiervorrichtung gemäß den F i g. 1 und 2;

F i g. 4 Diagramme des Primärstroms und der Rollentemperatur in Abhängigkeit der Zeit für Anregung mit Windungen unterschiedlicher Windungszahlen;

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform einer Fixiervorrichtung gemäß F i g. 1;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Fixiervorrichtung gemäß F i g. 5;

Fig. 7 und 7b eine perspektivische Ansicht eines ersten Eisenkerns.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der Fig. 1 bis 3 und in weiteren Ausgestaltungen anhand der F i g. 5 bis 7 erläutert.

Die Fixiervorrichtung weist eine Fixierwalze 21, Walzenhalterungen 22 und 23, zwei Eisenkerne 25 und 26,

zwei dritte Eisenkerne 27, ein klotzförmiges magnetisches Bauteil 28, zwei weitere klotzförmige magnetische Bauteile 29, Spulen 30, eine Anpreßwalze 31, eine Reinigungswalze 32, zwei Papierabstreifer 33 und einen Temperatursensor 36 auf.

Die Fixierwalze 21 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material. Sie ist mit einem Kunststoff, wie zum Beispiel Teflon, beschichtet Die Walze 21 ist drehbar in den Lagern für die Halterungen 22 und 23 gelagert Die Eisenkerne 25, 26 und 27 sind mechanisch und magnetisch miteinander verbunden und bilden einen Magnetkreis. Der erste Eisenkern 25 durchdringt die Walze 21 und die Halterungen 22 und 23. Der zweite Eisenkern 26 liegt über der Fixierwalze 21. Die zwei dritten Eisenkerne 27 liegen an den beiden Seiten der Fixierwalze 21. Die Halterungen 22 und 23 sind mit dem ersten Eisenkern 25 verbunden. Der erste Eisenkern 25 ist lamelliert mit einer Vielzahl dünner Siliziumstahlplatten hoher Permeabilität ausgeführt. Der zweite Eisenkern 26 ist wie der erste Eisenkern 25 ausgebildet.

Um den Raum für die Vorrichtung so gering w>e möglich zu halten, ist die Höhe des zweiten Eisenkerns 26 geringer als diejenige des ersten Eisenkerns 25 und die Breite des zweiten Eisenkerns 26 ist größer als diejenige des zweiten Eisenkerns 25. Die dritten Eisenkerne 27 dienen dazu, den ersten Eisenkern 25 mit dem zweiten

26 zu verbinden. Die dritten Eisenkerne 27 sind lamelliert mit einer Vielzahl dünner Siliziumstahlplatten ähnlich denen des ersten Eisenkerns 25 ausgeführt. Die dritten Eisenkerne 27 sind mechanisch mit dem ersten Eisenkern 25 und dem zweiten Eisenkern 26 über klotzfurmige magnetische Bauteile 29 verbunden.

Der zweite Eisenkern 26 und die dritten Eisenkerne

27 sind über magnetische Bauteile 28 bzw. 29 miteinander verbunden. Die beiden klotzförmigen Bauteile 28 und 29 sind möglichst dick. Die Enden 28-1 des magnetischen klotzförmigen Bauteils 28 sind umgebogen und es sind daran Öffnungen vorhanden, über die die dritten Eisenkerne 27 angeschraubt werden können. Die magnetischen klotzförmigen Bauteile 28 und 29 dienen dazu, die Eisenkerne 25,26 und 27 magnetisch miteinander zu verbinden. Darüber hinaus dienen sie zusätzlich dazu, den geschlossenen Magnetkreis zu bilden. Der Magnetkreis ist über den ersten Eisenkern 25, einen dritten Eisenkern 27, den zweiten Eisenkern 26 und den anderen dritten Eisenkern 27 geschlossen. Wenn zumindest einer der beiden dritten Eisenkerne 27 an einer der beiden Seiten entfernt wird, kann die Fixierwalze 21 von der zusammengesetzten Vorrichtung entnommen werden.

Um den ersten Eisenkern 25 innerhalb der Walze 21 sind Spulen 30 angeordnet, die als Primärspulen dienen. Die Spulen 30 werden durch eine Wechselspannungsquelle betrieben. Sie sind mit dem ersten Eisenkern 25 •entfernbar verbunden.

Die Anpreßwalze 31 sieht der Fixierwalze 21 gegenüber und ergreift mit dieser zusammen Kopierpapier, auf dem ein Tonerbild fixiert werden soll. Die Oberfläche der Anpreßwalze 31 besteht aus Silicon. Eine Reinigungswalze 32 dient zum Reinigen der Oberfläche der Anpreßwalze 31 und ist in Kontakt mit dieser. Abstreifer 33 dienen zum Abstreifen von Kopierpapier 34 von den Walzen 21 und 31. Kopierpapier 34 wird von einer Bilderzeugungsvorrichtung über eine Übertragungsvorrichtung zugeführt. Der Temperatursensor 36 dient dazu, die Fixierwalzentemperatur zu überprüfen, um eine Tonerfixiertemperatur zu messen.

Der geschlossene Magnetkreis besteht also aus dem ersten Eisenkern 25, dem zweiten Eisenkern 26 und dem dritten Eisenkern 27. Die Primärspule 33 ist um den ersten Eisenkern 25 gewickelt. Die dritten Eisenkerne 27 überlappen mit jeweils einem der magnetischen klotzförmigen Bauteile 29 zu einer Doppelschicht Der zweite Eisenkern 26 und das klotzförmige magnetische Bauteil 28 überlappen einander ebenfalls zu einer Doppelschicht An den beiden Seiten des ersten Eisenkerns

25 sind die klotzförmigen magnetischen Bauteile 29 angeordnet, um den zweiten Eisenkern 27 daran zu befestigen. Es ist möglich, daß die magnetischen klotzförmigen Bauteile 29 durch Befestigungswinkel oder Befestigungsklötze aus einem hitzebeständigen Material gebildet sind. Die dritten Eisenkerne 27 können durch Abmontieren der magnetischen klotzförmigen Bauteile 29 entfernt werden.

Das obere magnetische klotzförmige Bauteil 28 ist U-förmig ausgebildet und umgreift so den zweiten Eisenkern 26. Da der zweite Eisenkern 26 im Umbiegebereich 28-1 mit den magnetischen Klötzen 29 verbunden ist, ist es möglich, den zweiten Eisenkern 26 und die dritten Eisenkerne 27 zu entfernen. Die dritten Eisenkerne 27 sind an die magnetischen klotzförmigen Bauteile 29 angeschraubt. Der ganze geschlossene Magnetkreis ist daher durch mit wenigen Schrauben verbundene Bauteile gebildet, so daß die Vorrichtung leicht zerlegt werden kann.

Der Wirbelstromverlust der magnetischen klotzförmigen Bauteile 28 und 29 kann sehr gering ausgestaltet werden. Der Grund ist der folgende: Praktisch der gesamte Magnetfluß verläuft innerhalb dem zweiten Eisenkern 26 und den dritten Eisenkernen 27, welche Kerne alle lamelliert ausgebildet sind. Es verläuft aber praktisch kein Fluß durch die klotzförmigen Bauteile 28 und 29, die verhältnismäßig dick sind. Die klotzförmigen magnetischen Bauteile 28 und 29 dienen dazu, Sättigung des Magnetflusses zu verhindern und den Streufluß zu vermindern. Durch die lamellierte Bauform der Eisenkerne ist ein gleichmäßiger Verlauf des Magnetflusses gewährleistet. Um den magnetischen Obergangswiderstand an den Übergängen zwischen den Eisenkernen 25,

26 und 27 zu verringern, sind diese unter Druck miteinander verschraubt.

Bei dem Ersatzschaltbild für die Fixiervorrichtung gemaß Fi g. 3 weist die Primärspule 30 mehrere Windungen, zum Beispiel zwei Windungen bei einer käuflichen Spannungsquelle auf, so daß die Temperatur der Fixierwalze 21 schnell ansteigt. Es sind zwei unterschiedliche Windungszahlen einschaltbar und zwar Mr>Ms· Bevor die Walzentemperatur die Tonerfixiertemperatur erreicht, bei der der Toner auf dem Papier fixiert werden kann, ist ein Schalter 35 mit einem Anschluß S für die kleinere Windungszahl /Vu verbunden. Danach wird der Schalter 35 auf den Anschluß /"umgeschaltet.

Wenn die Walzentemperatur also geringer ist als die Tonerfixiertemperatur, ist eine Spannungsquelle V\ mit einer Spule der Windungszahl Mj verbunden, um der Walze 21, die die Sekundärseite eines Transformators bildet, viel Leistung zuzuführen. Nachdem die Rollentemperatur die Tonerfixiertemperatur erreicht hat, wird die Spannungsquelle Vi mit den Windungen Mr verbunden, um die von der Fixiervorrichtung aufgenommene Leistung zu verringern. Der Temperatursensor 36 dient dazu, die Walzentemperatur festzustellen. Auf ein Signal vom Temperatursensor 36 hin findet das Umschalten zwischen den Windungen Msund M rstatt.

Die Fig.4 (a-\) bis 4 (a-3) und (b-\) bis (b-3) zeigen Beziehungen des Primärstroms und der Rollentempera-

tür über der Zeit. Die gestrichelten Linien in der F i g. 4 (a-\) bis 4 (a-3) geben den Primärstrom an, der maximal möglich angelegt werden kann. Die Zeit twist diejenige, die erforderlich ist, um die Tonerfixierternperatur der Walze 21 nach dem Einschalten der Heizvorrichtung zu erzielen.

In den F i g. 4 (a-1) und 4 (b-1) sind die Verhältnisse für eine erfindungsgemäße Beheizungsart dargestellt, bei der zuerst primärseitig die Windungszahl N\s und danach die Zahl Ni τ vorliegt. In F i g. 4 (a-2) und (b-2) sind die Verhältnisse angegeben, wenn nur mit der Windungszahl Nu beheizt wird und in den restlichen beiden Figuren sind die Verhältnisse angegeben, wie sie vorliegen, wenn nur mit der Windungszahl N\ τ beheizt wird.

Die ersten beiden Figuren zeigen, daß die Aufheizzeit iw recht kurz ist und die Rollentemperatur ohne Oberschwingen schnei! erreicht wird. Aus den nächsten beiden Figuren ist ersichtlich, daß beim Beheizen nur mit der Windungszahl N\s zwar auch das Aufheizen sehr schnell erfolgt, daß dann jedoch die Walzentemperatur überschwingt und erst allmählich auf den richtigen Wert einschwingt. Die letzten beiden Figuren zeigen, daß beim Beheizen nur mit der Windungszahl Ni τ die Aufheizzeit tw erheblich vergrößert wird. Erfolgt die Beheizung nur über die Windungen Nis, so muß die Fixierwalze sehr dünn ausgeführt sein, was nachteilig ist. Wie in F i g. 4 (a-\) durch den schraffierten Bereich dargestellt, wird nach dem Ablauf der Aufheizzeit rnrnehr Leistung verbraucht, als wenn auf die Windungen Ni rumgeschaltet werden würde. Wie F i g. 4 (a-3) durch den schraffiert dargestellten Bereich zeigt, wird beim Beheizen nur mit den Windungen Nir zu Beginn um den Inhalt dieses schraffierten Bereichs zu wenig Leistung aufgenommen. Eine erfindungsgemäß weiterentwickeite Fixiervorrichtung weist also folgende Vorteile auf:

Durch den angegebenen geschlossenen Magnetkreis ist es möglich, daß die Fixierwalze 21 den maximal möglichen Strom aufnimmt, der von einer käuflichen Spannungsquelle abgegeben werden kann. Die Fixierwalze 21 kann daher schnell aufgeheizt werden.

Der geschlossene Magnetkreis kann einfach dadurch erzielt werden, daß die verwendeten Eisenkerne mit wenigen Schrauben miteinander verbunden werden können. Die Kerne sind lamelliert mit Siliziumstahlplatten ausgeführt
Die Fixierwalze 21 ist mit einem Kunststoff beschichtet, um einen guten Temperaturausgleich zu erzielen. Da die Lebensdauer der Beschichtung begrenzt ist, muß die Fixierwalze von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Zu diesem Zweck können die Seiten der geschlossenen Magnetkreisvorrichtung abgebaut werden.

Dicke klotzförmige magnetische Bauteile sind abbaubar ausgebildet

Bei der Ausgestaltung gemäß F i g. 5 liegen gegenüber derjenigen von F i g. 1 zwei weitere klotzförmige Bauteile 38 vor.

Die Anordnung gemäß F i g. 5 ist in F i g. 6 perspektivisch dargestellt. Der umgebogene Bereich 28-1 des klotzförmigen magnetischen Bauteils 28 ist mit dem Klotz 29 über einige Schrauben verbunden. Dadurch sind der untere Bereich des zweiten Eisenkerns 26 und der obere Bereich der dritten Eisenkerne 27 magnetisch und mechanisch miteinander verbunden.

In den F i g. 7 (a) und (b) sind erste Eisenkerne 25 für eine Vorrichtung gemäß Fig.8 dargestellt. Der erste Eisenkern 25 besteht aus einer Mehrzahl magnetischer Platten 250, die an ihren Enden keilförmig hinterschnittene Nuten 251 aufweisen. Die Nuten sind in aneinander gesetzten Platten 250 so angeordnet, daß ein hinterschnittener keilförmiger Hohlraum entsteht. In diese Hohlräume sind die klotzförmigen Bauteile 38 eingepreßt. Die Verbindungsklötze 38 bestehen aus einem magnetischen Material oder einem hitzebeständigen Kunststoff. Die Verbindungsklötze 38 weisen Öffnungen 35 für Schrauben zum Befestigen der dritten Eisenkerne 27 auf.

Da die durch die Nuten 251 gebildeten Hohlräume auf den beiden Seiten der Platten 250 ausgebildet sind, sind diese exakt gegeneinander ausgerichtet und miteinander verbunden.

Durch Schrauben sind die dritten Eisenkerne 27 und die magnetischen klotzförmigen Bauteile 29 mit den Verbindungsklötzen 38 verbunden, so daß dadurch der erste Eisenkern 25 mit den dritten Eisenkernen 27 verbunden ist. Die ersten Eisenkerne 25 und die dritten Eisenkerne 27 stehen magnetisch und mechanisch miteinander über die magnetischen Klötze 28 in Verbindung.

Da der Magnetfluß im geschlossenen Magnetfluß im geschlossenen Magnetkreis sich über die Breite und Länge der magnetischen Platten 250 verteilt, stören die Übergänge zwischen den Magnetkernen 25, 26 und 27 den Magnetfluß nicht.

Der erste Eisenkern gemäß Fig. 7(b) weist dünne Platten 250 auf, in die Verbindungsklötze 38' an ihren Enden eingesetzt sind. Jeder der Verbindungsklötze 38' weist mindestens eine Öffnung auf, über die ein Verschrauben mit einem Klotz 29 erfolgen kann, in den dünnen Schichten 250 sind öffnungen 37 ausgespart, durch die Schrauben geführt werden können, um die dünnen Schichten 250 genau aufeinander auszurichten und miteinander zu verbinden. Entsprechend dem ersten Eisenkern kann auch der zweite Eisenkern 26 mehrere in ihn eingesetzte Verbindungsblöcke aufweisen, um die Verbindung zu den dritten Eisenkernen 27 herzustellen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Es liegen dicke magnetische klotzförmige Bauteile vor, was den Vorteil hat, daß diese leicht abgebaut werden können. Dicke Klötze weisen jedoch mehr Wirbelstromverluste auf als dünne Klötze.

Der zweite Eisenkern 26 ist so kompakt und dünn wie möglich ausgebildet, was zur kompakten Ausbildung der gesamten Vorrichtung führt Der geschlossene Magnetkreis weist geringen magnetischen Widerstand auf, was für den Magnetfluß vorteilhaft ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Induktiv beheizte Fixiervorrichtung für ein Kopiergerät mit einer Fixierwalze aus Metall, die von einem Teil eines aus Teilkernen lösbar zusammengesetzten und mit einer an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Primärwicklung versehenen Eisenkerns durchsetzt ist, gekennzeichnet durch die Merkmale: