DE3854801T2

DE3854801T2 - Bildfixiergerät

Info

Publication number: DE3854801T2
Application number: DE3854801T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Arai; Hiromitsu Hirabayashi; Kensaku Kusaka; Yoshiaki Takayanagai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-06-16
Filing date: 1988-06-16
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2008-06-17
Also published as: EP0295901A3; EP0295901B1; US5149941A; US5767484A; EP0295901A2; DE3854801D1

Description

Gebiet der Erfindung und verwandte Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildfixiervorrichtung, um eine Abbildung an einem Aufzeichnungsmedium zu fixieren, indem wenigstens Wärme an einer an einem Bildaufzeichnungs- oder bildtragenden Material mit einem unter Wärme schmelzbaren Toner erzeugten Abbildung angewendet wird, und vor allem auf eine Bildfixiervorrichtung derjenigen Art, wobei Wärme an der unfixierten Tonerabbildung durch eine zusammen mit dem Aufzeichnungsmaterial sich bewegende Folie hindurch aufgebracht wird.
Für Bildfixiervorrichtungen derjenigen Art, wobei eine Tonerabbildung durch Wärme fixiert wird, wird in weitem Umfang ein Fixiersystem vom Heizwalzentyp verwendet, in welchem ein eine unfixierte Tonerabbildung tragendes Bildaufzeichnungsmaterial durch einen Spalt geführt wird, der zwischen einer Heizwalze mit einer auf einer vorbestimmten Höhe gehaltenen Temperatur und einer Andruckwalze mit einer elastischen Schicht, um das Aufzeichnungsmaterial an die Heizwalze zu pressen, gebildet wird. Dieses System bringt jedoch ein Problem mit sich, daß die Wärmekapazität der Heizwalze oder eines Heizelements groß sein muß, weil die Temperatur der Heizwalze auf einer optimalen Höhe gehalten werden muß, um eine Tonerversetzung zu verhindern, die eine ungewollte Übertragung des Toners zur Heizwalze ist. Wenn die Wärmekapazität der Heizwalze gering ist, wird die Heizwalzentemperatur leicht zu einer höheren oder niedrigeren Temperatur in Reaktion auf den Empfang des Aufzeichnungsmaterials oder auf eine andere externe Störung hinsichtlich einer Wärmezufuhr von einem Wärmeerzeugungselement verschoben. Wenn sie zu einer niedrigeren Temperatur verschoben wird, wird der Toner erweicht oder unzureichend geschmolzen mit dem Ergebnis einer ungenügenden Bildfixierung und/oder einer Niedertemperaturversetzung. Wenn sie andererseits zu einer hohen Temperatur verschoben wird, wird der Toner völlig mit dem Ergebnis einer geringeren Toner-Koagulationskraft und deshalb des Auftretens einer Hochtemperaturversetzung geschmolzen.
Wenn die Wärmekapazität groß ist, wie aus den oben beschriebenen Gründen gefordert wird, ist die Vorwärmzeit, d. h. die Zeitspanne, die für die Heizwalze zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur erforderlich ist, lang. Üblicherweise wird die Versetzung nicht völlig verhindert, selbst wenn die Wärmekapazität groß gemacht wird, und deshalb wird an der Heizwalze ein Trennmittel, z. B. ein Silikonöl, angebracht.
Als einen Vorschlag, um die Versetzung zu verhindern, offenbaren das US-Patent Nr. 3 578 797 und die offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. 94438/1973 (JP-A-48094438), daß eine Bahn oder ein Band zwischen eine unfixierte Tonerabbildung und eine Heizwalze, um die Wärme aufzubringen, eingefügt und der Bildfixiervorgang mittels der folgenden Schritte durchgeführt wird:
(1) Die Tonerabbildung wird durch ein Heizelement auf eine Schmelztemperatur erwärmt, um den Toner zu schmelzen;
(2) nach dem Schmelzen wird der Toner gekühlt, um für eine relativ hohe Viskosität des Toners zu sorgen; und
(3) wird die Bahn weggenommen, nachdem die Tonerablagerungstendenz durch das Kühlen erniedrigt ist.
Da bei diesem Verfahren die Bahn vom Toner entfernt wird, nachdem der Toner abgekühlt ist, wird die Hochtemperaturversetzung eliminiert, wodurch der Bereich für die Fixiertemperatur vergrößert wird.
Da jedoch der Toner durch eine Heizwalze mit einem Heizgerät in dieser und deshalb mit einer großen Wärmekapazität erwärmt wird, wird das Problem einer langen Vorwärmzeit noch immer nicht gelöst. Zusätzlich ist die Wärmestrahlung innerhalb eines Bilderzeugungsgeräts, mit dem die Fixiervorrichtung zur Verwendung kommt, groß, was eine hohe Temperatur innerhalb des Geräts zum Ergebnis hat.
Als ein anderes Problem bei der im US-Patent Nr. 3 578 797 beschriebenen Fixiervorrichtung wird das Material, ohne mit der Heizwalze in Druckberührung gebracht zu werden, erwärmt, und deshalb ist die Wärmeübergangsleistung von der Heizwalze auf den Toner niedrig, wobei darüber hinaus der Wärmeübergang dazu neigt, ungleichförmig zu werden.
Bei der vorerwähnten offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 94438/1973 wird die Tonerabbildung sowohl von der Oberals auch Unterseite erwärmt. Um Wärme an der Tonerabbildung von der Seite aufzubringen, die derjenigen Seite, welche die Tonerabbildung trägt, entgegengesetzt ist, ist es erforderlich, daß das bildtragende Material zuerst auf ein ausreichendes Ausmaß erwärmt wird, was erhebliche Energie erfordert. Zusätzlich muß in der Kühlstufe das bildtragende Material, das zum Zweck einer Erwärmung der Tonerabbildung auf eine hohe Temperatur erhitzt worden ist, ausreichend abgekühlt werden, um das Ablösen des Bandes zu ermöglichen, so daß eine Zwang-Kühlvorrichtung unvermeidbar ist, was zum Ergebnis hat, daß die Energie unwirtschaftlich verbraucht wird.
Auch wenn, wie beschrieben wurde, Vorschläge gemacht worden sind, wonach der Toner erwärmt und dann vor dem Trennen gekühlt wird, so daß die Hochtemperaturversetzung verhindert wird, so schließen diese noch immer die oben beschriebenen Probleme ein und sind sie deshalb nicht in die Praxis umgesetzt worden.
US-A-3 811 828 beschreibt eine Bildfixiervorrichtung mit einem endlosen Folienelement, wobei eine Infrarot-Strahlungsquelle als die Primärquelle zur Lieferung von Wärme, um die Tonerabbildung- zu schmelzen, verwendet wird. Ein ohmsches Heizelement, das mit der Innenfläche des endlosen Folienelements in Berührung kommt, wird für ein Vorwärmen und auch zur Ergänzung der durch die Primärquelle gelieferten Wärme während eines Fixierens verwendet.
US-A-4 566 779 offenbart eine Bildfixiervorrichtung mit einem endlosen Folienelement und einem ohmschen Heizelement, das mit der Innenfläche des endlosen Folienelements in Berührung ist. Das ohmsche Heizelement umfaßt einen Schuh aus Metall oder anderem wärmeleitfähigen Material, eine Stützschicht aus elektrisch isolierendem Material und an dieser Schicht angebrachte elektrische Widerstände.
Die vorliegende Erfindung ist als eine Abhilfe für die oben angesprochenen Probleme vorgesehen.
Eine Bildfixiervorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung ist im Anspruch 1 der beigefügten Patentansprüche definiert.
Anwendungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Bildfixiervorrichtung zur Verfügung, in welcher eine Hochtemperaturversetzung verhindert wird und der Energieverbrauch niedrig ist.
Auch führen Anwendungsformen der vorliegenden Erfindung zu einer Bildfixiervorrichtung, in welcher, nachdem der Toner erwärmt ist, dieser unmittelbar gekühlt wird.
Bei den Anwendungsformen wird ein Temperaturanstieg eines bildtragenden Materials oder eines Bildaufzeichnungsmaterials erniedrigt, und der Toner kann noch immer wirkungsvoll geschmolzen werden.
Bei den bevorzugten Anwendungsformen kann das bildtragende Material gekühlt werden, so daß es durch eine Bedienungsperson ohne Schwierigkeiten sogar unmittelbar nach einem Austragen aus dem Gerät gehandhabt werden kann.
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Würdigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Anwendungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung eines elektrophotographischen Kopiergeräts, dem eine Bildfixiervorrichtung eingegliedert ist;
Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung der in der vorausgehenden Figur gezeigten Bildfixiervorrichtung;
Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung der Bildfixiervorrichtung von Fig. 2, wobei ein Teil dieser geöffnet ist;
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung einer Bildfixiervorrichtung gemäß einer-Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung einer Bildfixiervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung eines wärmeerzeugenden Elements, das bei Ausführungsformen dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 7, 8 und 9 sind Diagramme, die eine Temperaturregelung bei den Ausführungsformen dieser Erfindung veranschaulichen;
Fig. 10 ist ein Schaltplan, der einen Regelkreis zur Regelung einer Energiezufuhr zu einem Wärmeerzeugungselement zeigt;
Fig. 11, 12 und 13 sind Diagramme, die Temperaturänderungen veranschaulichen;
Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht eines Wärmeerzeugungselements, das bei einer Bildfixiervorrichtung gemäß den Ausführungsformen dieser Erfindung anwendbar ist;
Fig. 15, 17, 28 u. 29 sind Diagramme, die eine Temperaturänderung veranschaulichen;
Fig. 18 u. 27 sind Schnittdarstellungen einer Bildfixiervorrichtung in noch weiteren Ausführungsformen-dieser Erfindung; und
Fig. 21, 22, 23, 24 und 25 sind Schnittdarstellungen eines bei einer Bildfixiervorrichtung gemäß den Ausführungsformen dieser Erfindung verwendbaren Folienmaterials.

Beschreibung der bevorzugten Anwendungsformen

Bevorzugte Anwendungsformen dieser Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszahlen durchweg verwendet worden sind, um Elemente mit entsprechenden Funktionen zu bezeichnen. Der Beschreibung der Ausführungsformen soll eine Erörterung von anderen Arten einer Bildfixiervorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 der Zeichnungen vorausgehen.
Es wird auf die Fig. 1 Bezug genommen, in der eine bei einem elektrophotographischen Kopiergerät verwendete Bildfixiervorrichtung gezeigt ist.
Das elektrophotographische Kopiergerät umfaßt einen Vorlagenschlitten 1 mit einem transparenten Bauteil, z. B. aus Glas od. dgl., der hin- und herbewegbar ist, um eine Vorlage abzutasten, wenn sie in einer durch einen Pfeil a angegeben Richtung bewegt wird. Unmittelbar unter dem Vorlagenschlitten 1 befindet sich eine Reihe 2 von Abbildungselementen mit kleinem Durchmesser und kurzer Brennweite. Eine auf den Vorlagenschlitten aufgelegte, zu kopierende Vorlage G wird durch eine Beleuchtungslampe 7 ausgeleuchtet, und das reflektierte optische Bild der Vorlage wird mittels der Reihe 2 durch einen Spalt auf eine lichtempfindliche Trommel 3 projiziert. Die lichtempfindliche Trommel 3 ist in einer Richtung b drehbar und ist mit einer lichtempfindlichen Schicht aus Zinkoxid oder einer organischen, lichtempfindlichen Halbleiterschicht od. dgl. bedeckt. Die lichtempfindliche Schicht wird durch ein Ladegerät 4 gleichförmig geladen. Die durch das Ladegerät 4 gleichförmig geladene lichtempfindliche Trommel wird durch das Beleuchtungslicht von der Objektivreihe 2 belichtet, so daß eine elektrostatische latente Abbildung erzeugt wird. Durch eine Entwicklungsvorrichtung 5 wird die elektrostatische latente Abbildung mit einem ein Harzmaterial od. dgl., das eine Fähigkeit zum Erweichen oder Schmelzen hat, wenn es erwärmt wird, enthaltenden Toner entwickelt.
Andererseits werden in einer Kassette S aufgenommene Aufzeichnungsblätter P einzeln durch eine Abziehwalze 6 und ein Paar von Ausrichtwalzen 9, die miteinander in Druckberührung sind und in zeitlicher Abhängigkeit mit einer an der lichtempfindlichen Trommel 3 erzeugten Abbildung gedreht werden, einer Bildtransferstation zugeführt. In der Bildtransferstation wird die an der lichtempfindlichen Trommel 3 erzeugte Tonerabbildung durch ein Transfer-Entladegerät 8 auf das Blatt P übertragen. Anschließend wird das Blatt P durch eine bekannte Trenneinrichtung von der lichtempfindlichen Trommel 3 abgelöst und längs einer Transportführung 10 zu einer Bildfixiervorrichtung 20 gefördert, in welcher die Tonerabbildung unter Anwendung von Wärme am Blatt P fixiert wird. Anschließend wird das Blatt P auf eine Schale 11 ausgetragen.
Nachdem die Tonerabbildung übertragen ist, wird der an der lichtempfindlichen Trommel 3 verbleibende Resttoner durch eine Reinigungseinrichtung 12 entfernt. Nach dem Reinigen wird die lichtempfindliche Trommel 3 durch eine Lampe 7 beleuchtet, so daß die an dieser verbliebene Restladung beseitigt wird, wodurch die lichtempfindliche Trommel 3 für die nächste Bilderzeugung präpariert ist.
Anhand der Fig. 2 ist die Bildfixiervorrichtung 20 in einem vergrößertem Maßstab und einem Querschnitt dargestellt. Die Bildfixiervorrichtung 20 umfaßt ein Wärmeerzeugungselement (Heizgerät) 21, das ein elektrisch isolierendes und hitzebeständiges Basisteil, das aus Aluminiumoxid od. dgl. oder einem dieses enthaltenden Verbundmaterial gefertigt ist, einschließt, und das eine Wärmeerzeugungsschicht 28 besitzt, die an der Bodenfläche des Basisteils angebracht ist, eine Breite von 160 µm (Mikron) sowie eine Länge (gemessen in einer zum Zeichnungsblatt rechtwinkligen Richtung) von 216 mm hat und welche aus beispielsweise TaN od. dgl. hergestellt ist. Das Wärmeerzeugungselement 21 ist in einer festen Position zwischen einer Vorratsspule 24 und einer Aufwickelspule 27, insbesondere zwischen der Vorratsspule 24 und der Ablösewalze 26 angeordnet. Die Wärmeerzeugungsschicht 28 hat die Gestalt einer Linie oder eines Streifens. Die Oberfläche der Wärmeerzeugungsschicht 28 ist mit einer Schutzschicht aus beispielsweise TaO&sub5; bedeckt, die als ein Schutz gegen eine Gleitbewegung wirkt. Eine Bodenfläche des Wärmeerzeugungselements 21 ist glatt, und das stromaufwärtige sowie stromabwärtige Ende sind gerundet, um eine ruhgie Gleitberührung mit einer wärmebeständigen Folie 23 zu erzielen
Die wärmebeständige Folie 23 enthält Polyester als ein Basismaterial. Die Folie 23 ist bearbeitet worden, um eine hitzebeständige Eigenschaft zu erzielen. Sie hat eine Dicke von beispielsweise annähernd 9 µm (Mikron).
Die Folie 23 ist um eine Vorratsspule 24 zu einer Abgabe in einer Richtung C herumgewickelt. Die wärmebeständige Folie 23 wird mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 23 in Berührung gebracht und auf die Aufwickelspule 27 mittels einer Ablösewalze 26, die eine große Krümmung (einen kleinen Durchmesser) hat, aufgewickelt.
Die Fixiervorrichtung umfaßt eine Andruckwalze 22, um eine Druckberührung zwischen dem Wärmeerzeugungselement 28 sowie der wärmebeständigen Folie 23 und zwischen der wärmebeständigen Folie 23 sowie der Tonerabbildung zu erzeugen. Die Andruckwalze 22 schließt ein Kernstück, das aus Metall od. dgl. gefertigt ist, und eine elastische Schicht, die aus Silikongummi od. dgl. hergestellt ist, ein. Sie wird durch eine (nicht dargestellte) Antriebsquelle betrieben, um das eine unfixierte Tonerabbildung T tragende sowie längs einer Transportführung 10 geförderte Transfermaterial P mit dem Wärmeerzeugungselement 21 über eine wärmebeständige Folie 23, die sich in derselben Richtung und mit derselben Geschwindigkeit wie das Transfermaterial P bewegt, in Preßkontakt zu bringen. Die durch die Andruckwalze 22 erzeugte Fördergeschwindigkeit ist vorzugsweise im wesentlichen der Fördergeschwindigkeit im Bilderzeugungsgerät gleich, und die Geschwindigkeit der wärmebeständigen Folie 23 wird in Übereinstimmung damit bestimmt.
In der Vorrichtung mit der oben beschriebenen Konstruktion wird die durch einen unter Wärme schmelzfähigen Toner am Transferblatt P erzeugte Tonerabbildung durch das Wärmeerzeugungselement 21 durch die wärmebeständige Folie 23 hindurch erwärmt, wodurch mindestens der Oberflächenbereich gänzlich erweicht und geschmolzen wird. Nachdem die Tonerabbildung vom Wärmeerzeugungselement wegbewegt ist und bevor sie die Ablösewalze 26 erreicht, wird die Wärme der Tonerabbildung spontan abgestrahlt, um gekühlt sowie verfestigt zu werden, und durch Hindurchführen zwischen den Ablösewalzen 26 mit einer großen Krümmung wird die wärmebeständige Folie 23 vom Transferblatt P getrennt. Weil der Toner T einmal erweicht sowie geschmolzen und dann verfestigt wird, ist somit die Koagulationskraft des Toners sehr groß, wodurch die Tonerpartikel sich als eine Masse verhalten. Weil der Toner durch die Andruckwalze 22 einem Druck ausgesetzt wird, während er durch Wärme erweicht und geschmolzen ist, dringt die Tonerabbildung T auch in den Oberflächenbereich des Transferblatts P ein und wird darin gekühlt sowie verfestigt. Deshalb wird der Toner nicht auf die wärmebeständige Folie 23 versetzt und am Transfermaterial P fixiert.
Die Wärmeerzeugungsschicht 28 und das Wärmeerzeugungselement 21 können in der Abmessung klein sein, und deshalb kann deren Wärmekapazität gering sein. Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, die Wärme im voraus zu erzeugen, so daß der Energieverbrauch während der Zeitspanne ohne Bilderzeugung und auch der Temperaturanstieg im Gerät verhindert werden können.
Bei dieser Vorrichtung ist-es möglich, als die wärmebeständige Folie 23 eine Polyesterfolie zu verwenden, die dünn sowie billig und für ihre hitzebeständige Eigenschaft behandelt worden ist, so daß die wärmebeständige Folie 23 in Form eines Wickels, wie in Fig. 2 gezeigt ist, vorrätig sein kann, der nach seinem Aufbrauchen durch einen neuen Wickel ersetzt wird. Bei dieser Konstruktion wird ein Wickel einer Folie mit einer vorbestimmten Länge auf eine Vorratsspulenwelle 24 aufgebracht und zwischen das Wärmeerzeugungselement 21 sowie eine Andruckwalze 22 und zwischen Trennwalzen 26 ausgezogen, und dann wird die vorlaufende Kante der Folie an der Aufwickelspulenwelle 27 befestigt. Wenn dieses System angewendet wird, ist es vorzuziehen, daß die verbleibende Menge der wärmebeständigen Folie auf der Vorratsspule 24 durch einen Fühlhebel 30 für die wärmebeständige Folie und einen (nicht dargestellten) Fühler ermittelt wird und daß, wenn die verbleibende Menge klein wird, eine Warnung durch eine Anzeige oder einen Ton für den Benutzer erzeugt wird, um einen Ersatz der wärmebeständigen Folie zu organisieren.
Gemäß der Fig. 3 ist es vorzuziehen, die Fixiervorrichtung durch Drehung des oberen Teils von dieser um eine Welle 31 aufklappbar zu machen, wodurch eine Trennung zwischen dem Wärmeerzeugungselement 21 und der Andruckwalze 22 sowie zwischen den Ablösewalzen hervorgerufen wird, um den Ersetzungsvorgang der wärmebeständigen Folie zu erleichtern.
Bei dieser Anordnung kann, wenn die wärmebeständige Folie gänzlich aufgebraucht ist und ein neuer Wickel der Folie verwendet wird, die Dicke der Folie ohne besondere Berücksichtigung einer Einbuße an Haltbarkeit der wärmebeständigen Folie vermindert werden, und aus diesem Grund kann die Wärmekapazität der Folie selbst verringert sowie deshalb der Energieverbrauch herabgesetzt werden.
Wie zuvor beschrieben wurde, tritt die Hochtemperaturversetzung auf die wärmebeständige Folie bei dieser Anordnung nicht auf, und die aufgewickelte wärmebeständige Folie kann wiederverwendet werden, wenn die thermische Verformung oder Verschlechterung der Folie nicht erheblich ist. In diesem Fall kann die Folie zur Wiederverwendung zurückgewickelt oder andererseits die Aufwickelspule gegen die Vorratsspule ausgetauscht werden, wodurch der Wickel der Folie viele Male verwendet werden kann.
Bei dieser Anordnung wird ein Paar von Ablösewalzen 26 verwendet, wodurch die Kühlzeit der Tonerabbildung an den Ablösewalzen 26, während die Tonerabbildung T einem Pressen ausgesetzt wird, ausreichend lang gemacht werden kann. Ferner ist die Krümmung der Ablösewalzen 26, insbesondere der mit der wärmebeständigen Folie 23 in Berührung befindlichen Ablösewalze, groß genug, um das Trennen zwischen der wärmebeständigen Folie 23 und dem Transferblatt P einfach zu machen. Durch diese Effekte kann die Tonerversetzung in der Trennposition weiter verhindert werden. In dem Fall, da die Wärmekapazitäten der Wärmeerzeugungsschicht 28 und der wärmebeständigen Folie 23 ausreichend niedrig sind und da die Bildfixiergeschwindigkeit klein genug ist, können jedoch die Ablösewalzen 26 weggelassen werden, weil die Tonerabbildung T auf einer kurzen Entfernung, nachdem das Transferblatt P an der Wärmeerzeugungsschicht 28 durchläuft, gekühlt wird, so daß die Versetzung effektiv auch ohne diese verhindert werden kann. Was erforderlich ist, das ist lediglich, die wärmebeständige Folie und das Transferblatt zu trennen, nachdem die Tonerabbildung einmal erweicht sowie geschmolzen und dann gekühlt sowie verfestigt ist.
Die Andruckwalze 22 hat bei dieser Anordnung eine Gummischicht, so daß die Wärmekapazität groß ist, und deshalb ist es schwierig, deren Temperatur anzuheben. Auch hat sie einen ausreichend großen Durchmesser. Demzufolge wird die Oberfläche der Andruckwalze 22 nicht höher als die Tonerschmelztemperatur erwärmt. Das erzeugt einen Kühlungseffekt auf der Rückseite des Transferblatts, und folglich wird die Kühlung des Toners nach dessen Schmelzen gefördert. Auch ist das von der Bildfixiervorrichtung ausgetragene Transferblatt nicht so heiß, um eine günstige praktische Behandlung des Blatts sogar unmittelbar nach seinem Austragen aus dieser zu ermöglichen.
Es wird eine Beschreibung bezüglich der Energiezufuhr zum Wärmeerzeugungselement gegeben. Die Wärmekapazität der Wärmeerzeugungsschicht 28 des Wärmeerzeugungselements 21 wird intermittierend, insbesondere impulsartig zugeschaltet. Die Wärmekapazität der Wärmeerzeugungsschicht 28 ist recht klein, sie wird augenblicklich auf etwa 260ºC erhitzt. Das Einschalten und Ausschalten der Wärmeerzeugungsfläche 28 werden auf der Grundlage eines Ausgangs von einem Transferblatt-Ermittlungsfühler, der von einem Transferblatt-Ermittlungshebel 25 abhängig ist, welcher die vorlaufende sowie nachlaufende Kante des Transferblatts P ermittelt, zeitlich abgestimmt. Alternativ kann der Zeitpunkt eines Ein- und Ausschaltens auf der Grundlage einer Transferblattermittlung durch einen Blattfühler, der am Bilderzeugungsgerät vorgesehen ist, geregelt werden.
Versuche unter Verwendung der Bildfixiervorrichtung gemäß dieser Anordnung werden beschrieben. Eine Tonerabbildung T wurde mit einem Wachstoner für ein elektrophotographisches Kopiergerät PPC PC-30, lieferbar von Canon Kabushiki Kaisha, Japan, ausgebildet. Die Fixiergeschwindigkeit betrug annähernd 15 mm/sec. Die Heizschicht 28 wurde mit Energie für 2 ms pro jeweils 10 ms gespeist, um Wärme von annähernd 2000 Ws für ein A4-Formatblatt zu erzeugen. Es wurde bestätigt, daß die fixierte Abbildung praktisch ohne Problem war. Durch die Energiezufuhr wird die Wärmeerzeugungsschicht 28 auf annähernd 260ºC erwärmt. Da die Wärmekapazität klein ist, geht die Temperatur während einer Zeitspanne von 8 ms (= 10 ms - 2 ms) ohne Energiezufuhr ausreichend herunter. Deshalb wird die Wartezeit zum Aufwärmen des Heizelements eliminiert. Da die für die Bildfixierung erforderliche Wärmeenergie intermittierend, vor allem impulsartig zugeführt wird, kann die Wärmeerzeugungsschicht, die eine geringe Wärmekapazität hat und deshalb einen raschen Anstieg zeigt, periodisch auf im wesentlichen dasselbe Temperaturniveau erwärmt werden. Wenn die Bildfixierung kontinuierlich durchgeführt wird, kann die Impulsdauer einer Energiezufuhr allmählich vermindert werden, wodurch verhindert werden kann, daß die Temperatur der Wärmeerzeugungsschicht sich zu einer extrem hohen Temperatur hin verschiebt. Die Temperatur der Tonerabbildung T übersteigt die Temperatur, von der es gewöhnlich heißt, daß sie eine Grenze ist, um die Hochtemperaturversetzung zu verhindern, wenn es auch nur für eine sehr kurze Zeitspanne ist. Weil jedoch die wärmebeständige Folie 23 und das Transferblatt P getrennt werden, nachdem der Toner ausreichend heruntergekühlt und verfestigt ist, resultiert die Versetzung nicht. Das Wachs des Toners, das dessen Hauptbestandteil ist, hat einen Schmelzpunkt von annähernd 80ºC und dessen Viskosität, wenn es geschmolzen wird, ist niedrig genug.
Deshalb war, wenn der Toner durch ein Heizelement mit einer Temperatur von annähernd 260ºC erwärmt wird, eine herkömmliche Wärmefixiervorrichtung so ausgebildet, daß der geschmolzene Toner in das Transfermaterial zu sehr eingebracht wird, so daß die Abbildung verschmiert wird oder die Abbildung sogar zur Rückseite des Blatts hindurchgetreten ist. Das ist ein Hindernis hinsichtlich einer Verminderung des Schmelzpunkts des Toners gewesen. Gemäß der obigen Anordnung dringt der Toner nicht zu sehr hindurch, weil die Wärmekapazität der Wärmeerzeugungsschicht 28 sehr klein und weil die Heizperiode sehr kurz ist, wodurch lediglich der Oberflächenbereich des Transferblatts für nur eine kurze Zeitspanne erwärmt wird. Das wird weiter durch die Temperatur der Oberfläche der Andruckwalze, die niedriger als die Tonerschmelztemperatur ist, begünstigt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dieser Figur sind dieselben Bezugszahlen den Elementen mit gleichartigen Funktionen zugeordnet, weshalb aus Gründen der Vereinfachung deren Beschreibung unterbleibt.
Bei dieser Anwendungsform wird eine wärmebeständige Folie in Gestalt einer endlosen Bahn anstelle der endlichen wärmebeständigen Folie 23 der vorhergehenden Anordnung verwendet. Die wärmebeständige Folie 40 wird wiederholt erwärmt und wiederholt mit der Tonerabbildung T in Berührung gebracht. Unter Berücksichtigung des wiederholten Gebrauchs wird die endlose Folie aus PFA-Harz (Perfluoralkoxyharz) mit einer Dicke von 30 µm (Mikron), die ein gutes Trennvermögen und gute Hitzebeständigkeit besitzt, gefertigt. Die wärmebeständige Folie wird durch eine Folien-Antriebswalze 41 so angetrieben, um eine Umfangsgeschwindigkeit zu erzeugen, die der Fördergeschwindigkeit des Transfermaterials P gleich ist. Die wärmebeständige Folie 40 ist zwischen der Antriebswalze 41 und einer Spannwalze 42 gespannt, welche belastet wird, um der Folie eine Spannung zu vermitteln, während ein Umlauf der endlosen Folie 40 zugelassen wird.
Das Wärmeerzeugungselement 21 ist mit einem Temperatur-Meßfühler 43 versehen, um die Temperatur des Basisbauteils zu ermitteln. Ferner ist es mit einer thermischen Sicherung oder einem Thermostaten als eine Sicherheitseinrichtung 44 ausgestattet, um eine Überhitzung zu unterbinden.
Im einzelnen wird, wenn das Basisbauteil überhitzt wird, die Sicherheitseinrichtung 44 betätigt, um die Energiezufuhr zur Wärmeerzeugungsschicht 28 abzusperren.
Die Energiezufuhr-Zeitsteuerung zur Wärmeerzeugungsschicht wird bei dieser Ausführungsform in Übereinstimmung mit einem in einem Bilderzeugungsgerät erzeugten Signal gesteuert. Die Bildfixiergeschwindigkeit und die Bilderzeugungsgeschwindigkeit beträgt 50 mm/sec, was höher als diejenige der vorausgehenden Anordnung ist. Im Hinblick hierauf beträgt die Breite der Wärmeerzeugungsschicht 28 (Beheizungsbreite) 300 µm (Mikron), was mehr als diejenige bei der vorhergehenden Anordnung ist. Die Energiezufuhrdauer betrug 1,25 ms pro 5 ms, um annähernd 2400 Ws pro einem A4-Formatblatt zu erzeugen.
Die Maximaltemperatur der Wärmeerzeugungsschicht ist etwa 300ºC. Der Temperaturanstieg (die Wärmespeicherung) des Wärmeerzeugungselements 21 selbst ist größer als diejenige bei der vorhergehenden Anordnung, weil die elektrische Leistungsdichte, die an die Wärmeerzeugungsschicht 28 gelegt wird, größer ist und weil auch die Wärme für eine kürzere Zeitspanne aufgebracht wird. Unter Berücksichtung dessen wird die Impulsbreite der Erregung in Übereinstimmung mit einem Ausgang eines an der Wärmeerzeugungsschicht 28 angebrachten Temperatur-Meßfühlers geregelt. Im einzelnen wird, wenn die Temperatur des Basisbauteils des Wärmeerzeugungselements 21 hoch ist, die Energiezufuhr-Impulsdauer vermindert, um einen extremen Temperaturanstieg des Wärmeerzeugungselements zu verhindern. Die Regelung des Erregungsimpulses wird später beschrieben werden.
Weil die Temperatur der Wärmeerzeugungsschicht und die gesamte, an einem einzelnen Aufzeichnungsblatt aufgebrachte Wärmeenergie erhöht werden, um der gesteigerten Bildfixiergeschwindigkeit gewachsen zu sein, wird die für ein Abkühlen des Toners in einem ausreichenden Ausmaß erforderliche Zeitspanne verlängert, und deshalb ist ein längerer Abstand zu einer Position, an welcher die Folie und das Transferblatt getrennt werden, erforderlich.
Um dieses Problem einer Lösung zuzuführen, wird eine Strahlungsplatte 45 aus Aluminium in Berührung mit der wärmebeständigen Folie 40 zwischen dem Wärmeerzeugungselement 21 sowie der Ablösewalze 26 angeordnet. Durch das Vorsehen der Kühleinrichtung, bevor die Trennung zwischen der wärmebeständigen Folie 40 und dem Transferblatt P erfolgt, kann die Notwendigkeit für den langen Abstand zwischen dem Wärmeerzeugungselement 21 und der Ablöseposition beseitigt werden, ohne die ausreichende Kühlung des Toners vor dem Ablösen aufzugeben.
Eine Trennklinke oder -klinken 46 sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist, angeordnet, um das Ablösen des Transfermaterials P zu gewährleisten. Um Fremdmaterialien, z. B. Papierstaub od. dgl., die sich an der wärmebeständigen Folie 40 abgelagert haben, zu beseitigen, ist ferner ein Reinigungskissen 47 aus Filz mit der wärmebeständigen Folie 40 in Berührung. Das Filzkissen 47 kann mit einer geringen Menge eines Trennmittels, wie Silikonöl, getränkt sein, um das Ablösevermögen der wärmebeständigen Folie 40 zu verbessern. Da diese Ausführungsform die aus PFA-Harz gebildete wärmebeständige Folie 40, die isolierend ist, verwendet, neigt die wärmebeständige Folie dazu, elektrostatisch aufgeladen zu werden, wodurch die Tonerabbildung gestört werden kann. Um diesem Problem zu begegnen, wird eine Entladungsbürste 48, die geerdet ist, verwendet, um die wärmebeständige Folie 40 zu entladen. Es ist hierbei möglich, daß die Bürste eher mit einer Vorspannung gespeist als geerdet wird, um definitiv den wärmebeständigen Gurt innerhalb der Grenze einer Nichtstörung der Tonerabbildung zu laden. Es wird bevorzugt, daß leitfähige Partikel oder Fasern, wie z. B.
Ruß od. dgl., dem PFA-Harz zugegeben werden, um die elektrostatische Störung gegenüber der Abbildung zu verhindern. Dieselben Mittel zum Entladen oder zum Erzeugen einer Leitfähigkeit können für die Andruckwalze zur Anwendung kommen. Als eine weitere Alternative kann ein Anti-Elektrifizierungsmittel hier aufgebracht oder zugegeben werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, verwendet diese Ausführungsform eine endlose wärmbeständige Folie. Das Wärmeerzeugungselement 21 ist innenseitig der endlosen Folie 40 sowie zwischen der Antriebswalze 41 und der Spannwalze 42 angeordnet. Es wird vorgezogen, daß das Wärmeerzeugungselement 21 stromauf der mittigen Position zwischen der Spannwalze 42 und der Antriebswalze 41 angeordnet wird, um den Abstand für eine Kühlung des geschmolzenen Toners zu gewährleisten.
Hinsichtlich der Position der Entladungsbürste 48 ist vorzuziehen, diese unmittelbar stromauf des Wärmeerzeugungselements 21, d. h. zwischen dem Wärmeerzeugungselement 21 und der Spannwalze 42, anzuordnen. Wird so vorgegangen, wird die durch Lösen der Folie 40 von der Walze 42 erzeugte Ladung ebenfalls beseitigt. Die Bürste wird ferner bevorzugterweise stromauf der Position angeordnet, wo das Transfermaterial und die wärmebeständige Folie in Berührung kommen, weil dann die Störung gegenüber der Tonerabbildung durch die elektrostatische Ladung mit Sicherheit verhindert werden kann.
Bei dieser Ausführungsform resultiert die hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit im maximalen Energieverbrauch so hoch wie annähernd 1600 W. Im Hinblick hierauf kann die Wärmeerzeugungsschicht in der Längsrichtung in vier Elemente geteilt werden, die aufeinanderfolgend mit Energie gespeist werden, wodurch der maximale Energieverbrauch auf 400 W herabgesetzt wird.
Es ist vorstehend beschrieben worden, daß die Tonerkühlwirkung von der Rückseite des Transferblatts unter Anwendung einer ausreichend großen Wärmekapazität und eines großen Durchmessers der Andruckwalze erzeugt werden kann, um zu verhindern, daß die Oberflächentemperatur der Andruckwalze im Spalt über die Tonerschmelztemperatur während des Fixiervorgangs hinausgeht.
Anhand der Fig. 5 wird eine weitere Ausführungsform beschrieben, bei der die Kühlwirkung durch die Andruckwalze erzeugt werden kann, selbst wenn die Wärmekapazität und der Durchmesser der Andruckwalze klein sind.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Kühlgebläse 49 vorgesehen, um an der Andruckwalze einen Luftstrom aufzubringen, so daß die Oberflächentemperatur der Andruckwalze auf einer Temperatur gehalten wird, die niedriger als die Tonerschmelztemperatur ist. Durch Vorsehen eines solchen Gebläses wird, selbst wenn die Oberflächentemperatur der Andruckwalze vorübergehend im Spalt ansteigt, diese während einer Umdrehung abgesenkt. Es ist vorzuziehen, daß der Luftstrom durch das Kühlgebläse 49 auf die wärmebeständige Folie 40 gerichtet wird, um die Kühlung des Toners hinter dem Wärmeerzeugungselement 21 zu begünstigen.
Die Tatsache, daß die Oberflächentemperatur der Andruckwalze niedriger als die Tonerschmelztemperatur ist, kann durch Aufbringen eines Anstrichmittels, dessen Farbe sich bei der Tonerschmelztemperatur verändert, an der Andruckwalzenfläche oder durch Bedecken der Andruckwalze mit dem Toner und anschließendem Überprüfen des Toners, nachdem der Fixiervorgang durchgeführt ist, bestätigt werden.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird die Wärmeerzeugungsschicht 28 intermittierend und impulsartig mit Energie gespeist. Die Beschreibung hinsichtlich der Energieversorgung der Wärmeerzeugungsschicht wird nachstehend gegeben.
Anhand der Fig. 6 ist ein bevorzugtes Wärmeerzeugungselement 21, das mit einem Temperatur-Meßfühler versehen ist, gezeigt. Das Wärmeerzeugungselement 21 enthält eine Basisschicht 54, eine hitzebeständige Schicht 53 aus einem hitzebeständigen Material von niedriger Wärmeleitfähigkeit an der Basisschicht 54, einen Thermistor 55, der als ein Temperaturfühler eines niedrigen Wärmeaufnahmevermögens funktioniert, an der hitzebeständigen Schicht 53, eine dünne Isolierschicht 52 daran und Elektroden 50 sowie 50 an dieser. Zwischen den Elektroden 50 sowie 50 ist eine Wärmeerzeugungsschicht 28 mit einer Breite l ausgebildet. Die Oberfläche der Elektroden 50 sowie 50 und der Wärmeerzeugungsschicht 28 sind mit einer Schutzschicht 51 abgedeckt.
Mit den Elektroden 50 sowie 50 ist eine Stromquelle 61, um Energieimpulse zuzuführen, verbunden. Die Stromquelle 61 ist an einen Regelkreis 60 angeschlossen, der einen Mikrocomputer enthält, um die an die Elektroden gelegten Impulse in Abhängigkeit von einem Signal vom Thermistor 55 zu regeln. Der Regelkreis 60 ist wirksam, um die Energiemenge pro einem Impuls der Stromquelle zu regeln, indem die Impulsbreite verändert wird, so daß die vom Thermistor 55 ermittelte maximale Temperatur innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Der Thermistor 55 besitzt ein eine ansteigende sowie eine abfallende Verzögerung einschließendes Ansprechvermögen aufgrund des Vorhandenseins der Isolierschicht 52 zwischen der Wärmeerzeugungsschicht 28 und dem Thermistor 55 (die Isolierschicht 52 erzeugt denselben Wärmegradienten wie die Schutzschicht 51). Jedoch ist die Situation dieselbe mit dem Beheizungsteil H, d. h. der Fläche der Schutzschicht an der Wärmeerzeugungsposition 28. Deshalb umfaßt die Einhüllende der minimalen Werte der Ausgänge dieses Thermistors 55 im wesentlichen dieselben wie die Einhüllende, die die maximalen Werte der Temperaturen an der Beheizungsposition H umfaßt, und deshalb ermittelt der Thermistor 55 im wesentlichen die Ist-Temperatur.
Wenn konstante Energieimpulse an die Elektroden ohne Regelung der Zuführenergie gelegt werden, so geht die erzeugte Wärmemenge erheblich über die Strahlungsmenge mit dem Ergebnis hinaus, daß die Wärmerzeugungsschicht 28 und das Beheizungsteil H extrem auf eine Temperatur erhitzt werden, durch die die Tonerabbildung nicht gleichförmig fixiert werden kann, oder daß die Wärmeerzeugungsschicht 28 oder die wärmebeständige Folie 40 durch Hitze beschädigt werden können.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 4 und 5 ist zu bemerken, daß die Temperatur der Wärmeerzeugungsschicht durch eine ein gewisses wärmeisolierendes Vermögen besitzende Isolierschicht zwischen der Wärmeerzeugungsschicht sowie dem Thermistor ermittelt und die Temperatur der Wärmeerzeugungsschicht nicht direkt ermittelt wird. Wenn die Wärmeerzeugungsschicht impulsartig mit Energie gespeist wird, ist die Temperaturänderung sehr schroff, weil die Wärmekapazität der Wärmeerzeugungsschicht sehr klein ist. Es ist möglich, daß der Thermistor nicht in der Lage ist, der schroffen Temperaturänderung zu folgen. Mit Blick hierauf ist es vorzuziehen, daß die Temperaturänderung mehr oder weniger träge vor der Temperaturermittlung durch das Vorsehen der Isolierschicht 52 gemacht wird. Bei der in Fig. 6 gezeigten Konstruktion wird die Temperatur in derselben Verfassung wie die Oberfläche der Schutzschicht 51 ermittelt, was deshalb vorzuziehen ist.
Es ist noch mehr jedoch vorzuziehen, daß auch der Wärmekapazität der wärmebeständigen Folie 40 Beachtung geschenkt wird, so daß die ermittelte Temperatur der Temperatur der Außenfläche der wärmebeständigen Folie 40 in der Position, in der sie mit dem Toner in Berührung kommt, entspricht. Die thermischen Zustände werden in der Hauptsache durch die Wärmekapazität der wärmebeständigen Folie 40 eher als durch die Schutzschicht bestimmt, weil die erstgenannte eine größere Wärmekapazität hat.
Die Regelung der Energie wird beschrieben. Da bei diesen Ausführungsformen eine impulsartige Erwärmung zur Anwendung kommt, wird der Toner lediglich für eine kurze Zeitspanne in der Größenordnung von Millisekunden erwärmt. Die Temperatur der Heizposition H ist hinsichtlich der Bildfixierleistung eher vorherrschend als die Tonererwärmungszeit, und die Temperatur der Tonerschicht wird in Übereinstimmung mit der Maximaltemperatur der Heizposition H erhöht. Durch Regeln der Energiezufuhr zu den Elektroden 50 sowie 50, so daß die Maximaltemperatur des Beheizungsteils H auf einer Temperatur THO während des Bildfixierprozesses gehalten wird, wobei THO eine Temperatur der Heizposition H ist, durch die der Toner ausreichend, um fixiert zu werden, erweicht wird, kann deshalb für eine ausreichende Bildfixierleistung ohne verschwenderischen Energieverbrauch gesorgt werden.
Zwischen einer Anfangstemperatur To der Heizposition und einer Fixiertemperatur THO der Heizposition H, welche sie, wie in Fig. 7 gezeigt ist, erreicht, indem Energie der Elektrode mit einem konstanten Spannungspegel V für eine Periode τ&sub0; zugeführt wird, besteht die folgende Beziehung:
THO = To + A (1 - e-Bτo) (1)
worin A und B Koeffizienten sind, die auf der Grundlage von Energiezufuhrbedingungen zur Wärmeerzeugungsschicht und des Wärmestrahlungsweges vom Beheizungsteil H bestimmt und im wesentlichen konstant sind, wenn diese Bedingungen innerhalb der jeweils vorbestimmten Bereiche liegen.
Wenn die Temperatur der Heizposition H gleich TB ist, wird das Folgende erfüllt:
THO = TB + A (1 - e-BτB) (2)
worin τB eine Impulszuführperiode ist, die erforderlich ist, um die Temperatur von TB auf THO zu erhöhen.
Die Gleichung (2) wird ausgedrückt als:
τB = (1/B) · ln[1/{(THo - TB)/A}] (3)
Wie aus dem Vorstehenden verständlich wird, können die Koeffizienten A und B im voraus durch Versuche bestimmt werden. Wenn die Temperatur THO als eine vorbestimmte Temperatur gewählt wird, die Temperatur TB gemessen und die Impulsenergie mit der Impulsbreite τB angelegt wird, so kann deshalb die Temperatur des Beheizungsteils H auf die Fixiertemperatur THO angehoben werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die Energie den Elektroden 50 sowie 50 mit einem ausreichend kleinen Tastverhältnis, wie beschrieben wurde, zugeführt, und die Temperatur des Beheizungsteils H ist im wesentlichen der durch den Thermistor 55 ermittelten Temperatur, wenn die Temperatur des Beheizungsteils H minimal ist, d. h. unmittelbar vor dem Beginn der Impulsenergiezufuhr, gleich. Deshalb wird die nächste Energiezuführperiode in Übereinstimmung mit der obigen Gleichung (3) durch den Regelkreis 60 gemäß der durch den Thermistor zu dieser Zeit ermittelten Temperatur berechnet. Die Energie wird den Elektroden 50 sowie 50 von der Stromquelle 61 für die berechnete Zeitspanne zugeführt.
Anhand der Fig. 8 ist die Temperaturänderung des Beheizungsteils H mit der Zeit in Übereinstimmung mit der zeitlichen Steuerung der Energieimpulszufuhr zu den Elektroden 50 sowie 50 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist die Spannung der- Energiezufuhr zu den Elektroden konstant, und die Frequenz (1/τ) der Energiezufuhrimpulse ist ebenfalls konstant. In dieser Figur wird der Fixiervorgang zur Zeit τ&sub0; begonnen, wenn die Temperatur des Beheizungsteils H gleich To ist. Die Temperatur des Beheizungsteils H steigt durch die Energiezufuhr mit der Impulsbreite τ&sub0; von der Ausgangstemperatur To auf die Fixiertemperatur THO an, und sie nimmt dann während der Zeitspanne (τ-τ&sub0;) ohne Energiezufuhr, welche ausreichend länger als die Periode τ&sub0; ist, auf eine Temperatur T&sub1; ab, welche höher als die Temperatur τ&sub0; ist. Zur Zeit t&sub1;, das eine Impulsperiode (τ) nach der Zeit t&sub0; ist, wird die zweite Energiezufuhr mit einer Impulsbreite τ&sub1;, die kürzer als die Periode τ&sub0; und welche auf der Grundlage der Temperatur T&sub1; bestimmt ist, bewirkt, wodurch die Temperatur des Beheizungsteils H wieder auf die Fixiertemperatur THO ansteigt. In gleichartiger Weise nimmt die Temperatur mit der Beendigung der Energiezufuhr ab. Die anschließenden Vorgänge werden in derselben Weise fortgesetzt. Im einzelnen werden für jede Impulsperiode τ nach dem Start der Energiezufuhr die Elektroden 50 sowie 50 mit Energie mit der durch die Gleichung (3) auf der Grundlage der durch den Thermistor 55 ermittelten Temperatur bestimmten Impulsbreite gespeist, wodurch die Maximaltemperatur des Beheizungsteils H auf der Fixiertemperatur THO gehalten werden kann.
Demzufolge kann die Energie effektiv genutzt werden, und gleichzeitig damit kann die Anfälligkeit für eine thermische Verformung der wärmebeständigen Folie oder für eine Beschädigung der Wärmeerzeugungsschicht während eines kontinuierlichen Bildfixiervorgangs minimiert werden.
Im folgenden wird die Beschreibung hinsichtlich der Beziehung zwischen der impulsartigen Energiezufuhr und der Fördergeschwindigkeit des Transfermaterials gegeben.
Wie in Fig. 27 gezeigt ist, wird die Tonerabbildung T am Transferblatt P, das mit einer Fördergeschwindigkeit Vp (m/sec) transportiert wird, in die effektive Fixierbreite l des Beheizungsteils (Wärmeerzeugungsschicht 28) des Wärmeerzeugungselements 21 zusammen mit der Bildfixierfolie 23, welche entsprechend der Bewegung des Transfermaterials transportiert wird, eingeführt.
Die Fig. 28 zeigt eine Temperaturänderung mit der Zeit bei dieser Ausführungsform, wenn eine Tonerabbildung mit einer Dicke von 20 µm (Mikron), die mit einem Toner mit einer minimalen Fixiertemperatur von 125ºC ausgebildet ist, an einem Transferblatt mit einer Dicke von 100 µm (Mikron) unter Anwendung einer Polyimidfolie mit einer Dicke von 6 µm (Mikron) als der Fixierfolie fixiert wird. Die Temperaturen am Oberflächenbereich des Beheizungsteils, am inneren Teil der Tonerabbildung und am inneren Teil des Transferblatts sind dargestellt. Die Temperaturen der Fig. 28 sind jene, wenn die Energiezufuhr- Impulsbreite zur Wärmeerzeugungsschicht 2 ms ist, und sie wurden durch eine allgemein bekannte Gleichung einer eindimensionalen Wärmeleitung erhalten (das trifft auch auf die im folgenden in Verbindung mit Diagrammen beschriebenen Temperaturen zu). Wie aus dieser Figur verständlich wird, wird der innere Teil der Tonerbildschicht genügend über die minimale Fixiertemperatur hinaus erwärmt, so daß eine Bildfixierung möglich ist, während der innere Teil des Transfermaterials kaum in der Temperatur angehoben wird. Hieraus wird deutlich, daß der Energieverbrauch mit einer Abnahme in der Länge der Energiezufuhr-Impulsbreite vermindert wird.
Bei dieser Ausführungsform erfüllt die Energiezufuhr-Impulsbreite τ (ms) zu, die an die Wärmeerzeugungsschicht gelegt wird, τ < l/Vp.
Das bedeutet, daß es vorzuziehen ist, daß die Energiezufuhr- Impulsbreite τ kleiner als die Zeitspanne (l/Vp) ist, die für das Transfermaterial notwendig ist, um durch die effektive Beheizungsbreite 1 µm (Mikron) hindurchzugehen. Demzufolge ist bei dieser Ausführungsform die Wärmeerzeugungsschicht linear sowie einstückig ausgebildet und wird mit Energie in Form von Impulsen gespeist, so daß der Temperaturanstieg des Transfermaterials eingeschränkt wird, während ausreichende Wärme sichergestellt wird, um wirkungsvoll sowie rasch die Tonerabbildung innerhalb der effektiven Breite des linearen Wärmeerzeugungsteils, das schnell im Ansprechen auf den Temperaturanstieg des Wärmeerzeugungselements erwärmt wird, zu erwärmen und zu schmelzen; ferner wird eine unnötige Erwärmung der Tonerabbildung verhindert, um die zur Erwärmung erforderliche Energie zu vermindern. Die Energiezufuhr-Impulsbreite wird so bestimmt, um diese Effekte zu erzielen. Wenn die Energiezufuhr- Impulsbreite τ größer ist als l/Vp und die Tonerabbildung ausreichend erwärmt wird, so wird derjenige Teil der Tonerabbildung, welcher eine überflüssige Erwärmung empfängt, größer, so daß übermäßige Energie notwendig ist. In diesem Fall ist der Temperaturanstieg des Transfermaterials groß, womit der Verbrauch von nutzloser Energie größer wird. Weil im in Rede stehenden Fall die Energiezufuhr-Impulsbreite τ kleiner ist als l/Vp, kann eine unnötige Erwärmung der Tonerabbildung vermieden werden, und ferner vermindert sich der Temperaturanstieg des Transfermaterials mit einer Abnahme der Energiezufuhr-Impulsbreite τ, wodurch der Energieverbrauch herabgesetzt wird. Der minimale Wert der Impulsbreite τ wird in Übereinstimmung mit der Dauertemperatur und Beständigkeit gegenüber dem Wärmeschock des Bauteils der Bildfixiervorrichtung, z. B. des Wärmeerzeugungselements oder -organs, der Fixierfolie u. dgl., bestimmt.
Die Ergebnisse von Versuchen werden beschrieben. Eine Tonerabbildung T wurde mit Wachstoner für ein Kopiergerät PPC PC-30, lieferbar von Canon Kabushiki Kaisha, Japan, erzeugt. Die Tonerabbildung wurde impulsartig für 2 ms pro jeweils 10 ms erwärmt, so daß τ < l/Vp erfüllt wurde, und daß die Wärmemenge pro einem A4-Formatblatt annähernd 2000 Ws betrug. Die Bildfixiergeschwindigkeit war annähernd 15 mm/sec. Die resultierende Abbildung hat praktisch keinerlei Problem zur Folge. Durch die Energiezufuhr wurde die Wärmeerzeugungsschicht auf annähernd etwa 260ºC erwärmt. Da die Wärmekapazität so klein ist, nimmt die Temperatur während der Dauer von 8 ms ohne Energiezufuhr ab.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 29 werden die Ergebnisse gezeigt, wenn derselbe Vorgang mit der Vorrichtung dieser Ausführungsform unter unterschiedlichen Bedingungen ausgeführt wurden wie folgt:
Beheizungsbedingungen: Energiedichte von 32 W/mm²
Heizdauer: 2 ms
Tonerfixiertemperatur: 80ºC
Fixierfolie: Polyimidfolie mit einer Dicke von 25 µm (Mikron)
Dicke der Tonerabbildung: 20 µm (Mikron)
Dicke des Transferblatts: 100 µm (Mikron)
Umgebungstemperatur: 20ºC.
Bei diesem Versuch wurde die Temperatur der Beheizungsteile auf etwa 380ºC erhöht, was weit höher als die Tonerfixiertemperatur von 80ºC ist, und deshalb wird der Toner ausreichend durch die sehr kurze Heizdauer (2 ms) über die Tonerfixiertemperatur hinaus erwärmt. Auf diese Weise wird die Abbildung zufriedenstellend fixiert. Andererseits ist der Temperaturanstieg des Transfermaterials sehr klein, und deshalb wird der verschwenderische Energieverbrauch im Vergleich mit herkömmlichen Wärmefixierwalzen herabgesetzt.
Es folgt die Beschreibung hinsichtlich der Frequenz der Energiezufuhrimpulse. Bei dieser Ausführungsform wird die Frequenz ν der Energiezufuhrimpulse für das Wärmeerzeugungselement so bestimmt, um zu erfüllen:
Vp/l < ν < 2Vp/l
Das bedeutet, daß dann, wenn die Tonerabbildung T, die mit einer Geschwindigkeit Vp gefördert wird, periodisch innerhalb der effektiven Beheizungsbreite l erwärmt wird, jeder Teil der Tonerabbildung mindestens einmal erwärmt wird, jedoch der gleiche Teil nicht mehr als zweimal erwärmt wird. Demzufolge ist bei dieser Ausführungsform die Wärmeerzeugungsschicht linear sowie einstückig ausgebildet und wird mit Energie in Form von Impulsen gespeist, so daß der Temperaturanstieg des Transfermaterials eingeschränkt wird, während ausreichende Wärme gewährleistet wird, um wirksam und rasch die Tonerabbildung innerhalb der effektiven Breite des linearen Wärmerzeugungsteils, das rasch in Abhängigkeit vom Temperaturanstieg des Wärmeerzeugungselements erhitzt wird, ohne dasselbe Teil mehr als zweimal zu erhitzen, zu erwärmen sowie zu schmelzen; ferner wird die unnütze Erwärmung der Tonerabbildung verhindert, um die für die Erwärmung erforderliche Energie zu vermindern. Die Energiezufuhr-Impulsbreite wird so bestimmt, um diese Effekte zu erzielen.
Es werden Versuchsergebnisse unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Es wurde eine Tonerabbildung T mit einem Toner erzeugt, der bei Raumtemperatur, die 20ºC beträgt, erweicht und fixiert wird. Die Zeitspanne (ein Kehrwert der Frequenz) der Impulserregung betrug 10 ms, und die Impulsbreite wurde auf der Grundlage der durch den Thermistor 55 ermittelten Temperatur so geregelt, daß die Maximaltemperatur am Fixierteil (Beheizungsteil H) 300ºC betrug. Die Bildfixiergeschwindigkeit war annähernd 15 mm/sec. Die resultierende Abbildung war praktisch mit keinerlei Problem verbunden. Gemäß dieser Anwendungsform ist die Wärmekapazität des Heizteils H so klein, daß die Wartezeit, die erforderlich war, um das Heizteil H durch Zufuhr von Energie zum Heizelement im voraus zu erwärmen, nicht notwendig ist. Bei dieser Ausführungsform wird mit der erhöhten Anzahl von Bildfixiervorgängen die Temperatur des Beheizungsteils H mehr oder weniger durch den Wärmeisoliereffekt der Isolierschicht 53 mit dem Ergebnis angehoben, daß die Energiezufuhr-Impulsbreite allmählich kleiner wird, womit der mittlere Energieverbrauch gering ist. Der Temperaturanstieg im Gerät war kein praktisches Problem.
Die Fig. 9 ist ein Diagramm, das Versuchsergebnisse der Temperaturänderungen mit der Zeit der Tonerabbildung und des Transfermaterials, insbesondere die Temperaturen in den Mitten dessen Dicken zeigt, wenn die Bildfixiervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform betrieben wurde, um die Tonerabbildung am Transferblatt zu fixieren. Die Bedingungen waren die folgenden:
Beheizungsbedingung: Energiedichte von 25 W/mm 2
Heizdauer: 2 ms
Tonerfixiertemperatur: 125ºC
Fixierfolie: PET-(Polyäthylenterephthalat-) Folie mit einer Dicke von 6 µm (Mikron)
Dicke der Tonerabbildung: 20 µm (Mikron)
Dicke des Transferblatts: 100 µm (Mikron)
Umgebungstemperatur: 20ºC.
Bei diesem Versuch wurde das Beheizungsteil H auf etwa 300ºC erwärmt, was weit höher als die Tonerfixiertemperatur von 125ºC ist, so daß der Toner ausreichend über seine Fixiertemperatur hinaus erwärmt wurde, und die resultierende fixierte Abbildung war gut. Andererseits ist der Temperaturanstieg des Transfermaterials sehr klein, und im Vergleich mit herkömmlichen Wärmefixierwalzen wird die Energie nicht unwirtschaftlich verbraucht.
Der Grund, weshalb der Temperaturanstieg des Transferblatts klein ist, liegt darin, daß die Wärmekapazitäten der Wärmeerzeugungsschicht, der Schutzschicht und der wärmebeständigen Folie sehr klein sind. Die Wärmeerzeugungsschicht, die ein gutes thermisches Ansprechvermögen und eine ausreichend kleine Wärmekapazität aufweist, hat bevorzugterweise 10&supmin;&sup7; J/Grad·cm - 10&supmin;² J/Grad cm. Bei dieser Ausführungsform hat sie 2 · 10&supmin;&sup6; J/Grad cm. Die Dicke der Schichten zwischen der Wärmeerzeugungsschicht und dem Toner, d. h. die Dicke der Schutzschicht und der wärmebeständigen Folie, ist nicht größer als 50 µm (Mikron).
Aus den Ergebnissen des Versuchs wird deutlich, daß, selbst wenn übermäßige Energie durch Änderung der Heizdauer und einer Heizenergiedichte zugeführt wird, die Hochtemperaturversetzung nicht auftritt, so daß die Toleranz in der Wärmeregelung weitreichend ist.
Bei dieser Ausführungsform wird die Breite des Energiezuführimpulses zum Wärmeerzeugungselement geregelt. Es ist jedoch eine mögliche Alternative, daß die Spannung der Stromquelle für das Wärmeerzeugungselement bei konstanter Impulsbreite und die Impulsfrequenz geregelt wird, um eine konstante Maximaltemperatur des Beheizungsteils H aufrechtzuerhalten. Wenn die Temperatur des Beheizungsteils von einer Temperatur TB auf eine Temperatur THO durch eine Energieimpulszufuhr mit der Spannung Vo für die Dauer von τ&sub0; erhöht wird, wird die folgende Beziehung, wie zuvor beschrieben wurde, erfüllt:
THO = To + A (1 - e -Bτ0 (1)
Hier wird A allgemein ausgedrückt als:
A = kV² (4)
wobei in diesen Gleichungen B und k von der Spannung unabhängige Konstante, jedoch durch die Konstruktion und das Material des Wärmeerzeugungselements bestimmt sind. Dann ergibt sich das Folgende:
THO = TB + kVB² (1 - e-Bτ0)
VB = [(THO-TB)/{k(1 - e-Bτ0){]½ (5)
worin VB eine Spannung der Energiezufuhr ist, die erforderlich ist, damit die Temperatur des Beheizungsteils H von der Temperatur TB auf die Temperatur THO mit der Energieimpulszufuhr während der Periode τ&sub0; anzuheben ist.
Wenn die Konstanten k und B im voraus durch Versuche festgesetzt sowie τ&sub0; und THO als bestimmte Werte festgelegt werden und die Temperatur TB gemessen wird, kann deshalb das Beheizungsteil H bis auf THO durch Anlegen der durch die Gleichung (5) definierten Spannung VB erwärmt werden.
Im Gegensatz zu den vorausgehenden Ausführungsformen ist gemäß dieser Ausführungsform die AN/AUS-Zeitsteuerung der Energiequelle für das Wärmeerzeugungselement konstant, und deshalb ist die Verarbeitung durch den Mikrocomputer einfacher.
Was die Position des Thermistors 55 angeht, so ist sie nicht auf die im Vorstehenden beschriebene Position beschränkt. Beispielsweise kann in einem Teil der Schutzschicht ein Wärmeabgabeteil ausgebildet werden, in welchem der Thermistor angeordnet werden kann. Was vorzuziehen ist, besteht darin, den Thermistor so zu positionieren, daß die Minimaltemperatur des Beheizungsteils H ermittelt werden kann.
Ferner ist es nicht notwendig, die Energiezufuhr-Impulsbreite für jede Periode τ zu regeln, sondern wird die Regelung mit Intervallen bewirkt, die länger als die Periode τ sind. In diesem Fall wird die Temperatur des Beheizungsteils nicht exakt auf der Temperatur THO gehalten. Wie zuvor beschrieben wurde, resultiert jedoch eine geringe Änderung der Maximaltemperatur nicht in einer zufriedenstellenden Fixierleistung. Was gefordert wird, das ist, die Temperatur des Beheizungsteils H innerhalb des Temperaturbereichs zu halten, in welchem praktisch eine gute Bildfixierleistung erzielt werden kann und der die Temperatur THO einschließt. Auf der Grundlage dieser Bedingung werden die obere Grenze τmax der Regelungszeitspanne und das Regelungsintervall innerhalb des Bereichs zwischen τ und τmax bestimmt. Anschließend wird die Beschreibung bezüglich des Systems gegeben, wobei die Impulsbreite geregelt wird.
In der Fig. 10 ist ein Regelkreis bei der vorbeschriebenen Ausführungsform gezeigt. Der Regelkreis enthält einen Feldeffekttransistor (FET) Q1 zur Regelung der Energiezufuhr des Heizgeräts. Das Tor des Transistors Q1 wird durch einen Transistor Q2 AN/AUS-geregelt, und die Basis des Transistors Q2 wird durch einen Photokoppler Q3 geregelt. Eine Lichtemissionsseite des Transistors Q3 wird auf der Grundlage eines Resultats einer Rückkopplungsregelung durch eine Impulsdauer-Steuereinrichtung U1 AN/AUS-geregelt.
Die Impulsdauer-Steuereinrichtung wird ferner beschrieben. Ein Widerstand des Temperatur-Meßfühlers 55 schwingt mit derselben Frequenz wie die angelegte Impulsspannung. Der Koeffizient der Widerstandsänderung ist, wie in Fig. 11 gezeigt ist, positiv. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, werden das Spannungsverhältnis VIN der Spannung parallel zum Widerstand R6 und der Spannung parallel zum Temperaturfühler 55 sowie die Beziehung zwischen einer maximalen Eingangsspannung Vp zu einem nichtumkehrenden Eingang des Operationsverstärkers Q4 in einem Impuls und einer Spitzentemperatur Tp der Wärmeerzeugungsschicht im voraus auf der Grundlage von Versuchen bestimmt. Dann wird die Eingangsenergie zum Wärmeerzeugungselement, d. h. die Impulsbreite, so geregelt, daß die Spannung Vp konstant ist (Umkehr-Eingangsspannung VF zu einem Operationsverstärker Q5, der später beschrieben werden wird), wodurch die Spitzentemperatur der Wärmeerzeugungsschicht so geregelt wird, daß sie konstant ist.
In Fig. 10 ist ein Kondensator C3 wirksam, um die oben beschriebene Spannung Vp zu laden, und er wird durch einen Entladekreis, der von dem Kondensator C3 und einem Widerstand R10 gebildet wird, entladen, wobei der Entladekreis eine Entlade- Zeitkonstante hat, die annähernd das Zehnfache der Impulsdauer T der Regelimpulse ist.
Die Fig. 12 zeigt durch eine Kurve B das Laden und Entladen des Kondensators C3. Eine Kurve A gibt die Ist-Temperatur der Wärmeerzeugungsschicht an. Wie zu erkennen ist, besteht ein Zeitunterschied Δt zwischen der Ist-Temperatur (A) der Wärmeerzeugungssschicht und dem Ausgang des Temperaturfühlers TH1. Es wird angenommen, daß das aus dem Wärmeübergang zwischen diesen resultiert.
Die Spitzenspannung Vp wird durch einen Differenzverstärker Q5 mit der Bezugsspannung VF verglichen, und die Differenz wird mit G = R13/(R11/R12) multipliziert sowie als ein Ausgang Vout produziert. Der Ausgang Vout wird mit einer Bezug-Dreieckwelle V1 durch einen Vergleicher Q6 verglichen, und als Resultat wird ein PWM-Ausgang Vpwm erzeugt. Wenn die Spitzentemperatur Tp der Wärmeerzeugungsschicht so stark ansteigt, daß die nicht-umkehrende Eingangsspannung des Differenzverstärkers die Bezugsspannung VF des Umkehreingangs überschreitet, wächst der Ausgang Vout an, so daß der H-Pegel des PMW-Ausgangs Vpwm kürzer wird, wodurch die AN-Dauer des Photokopplers 13 verkürzt wird, womit letztlich die AN-Dauer des Leistungs-FET Q1 kürzer gemacht wird. Auf diese Weise wird die Spitzentemperatur Tp der Wärmeerzeugungsschicht zu einer niedrigeren Temperatur hin korrigiert. Andererseits wird, wenn die Spitzentemperatur Tp über eine Zieltemperatur hinaus abnimmt, dieselbe Regelung bewirkt, um die AN-Dauer des Leistungs-Feldeffekttransistors Q1 zu erhöhen. Die Fig. 13 zeigt diese Regelung.
Es wird auf die Fig. 14 Bezug genommen, die ein anderes Beispiel des Wärmeerzeugungselements 21 zeigt, bei dem ein Thermistor 55 an einer hitzebeständigen Materialschicht 53 angebracht ist. Mit einer Wiederholung der an die Wärmeerzeugungsschicht gelegten Energiezufuhrimpulse steigt die Temperatur des Wärmeerzeugungselements an. Wird der Temperaturanstieg groß, so wird der Toner durch die Wärme der Basisschicht des Wärmeerzeugungselements beeinflußt.
Wie in Fig. 15 gezeigt ist, ist es vorzuziehen, daß dann, wenn die Temperatur der Basisschicht eine bestimmte Höhe Ts erreicht, die Energiezufuhr für eine bestimmte Dauer, nachdem das Blatt, das fixiert wird, falls überhaupt, entladen wird, abgeschaltet und die Bildfixierung wiederaufgenommen wird, nachdem die Basisplatte ausreichend abgekühlt ist.
Anhand der Fig. 18 wird die Beschreibung hinsichtlich einer weiteren zu bevorzugenden Ausführungsform gegeben, wobei die Wärmeerzeugungsschicht auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Bei dieser Ausführungsform wird eine endlose wärmebeständige Folie 40 verwendet, die wiederholt erwärmt und mit der Tonerbildschicht T in Berührung gebracht wird. Mit Blick auf den wiederholten Gebrauch enthält die endlose Folie 40 ein Basisbauteil, das aus Polyimidharz mit einer Dicke von 25 Mikron gebildet ist, welches in der Wärmebeständigkeit sowie der mechanischen Festigkeit ausgezeichnet ist, und eine aus Fluorharz od. dgl. gefertigte Trennschicht an der Außenfläche des Basisbauteils, die ein gutes Trennvermögen zeigt. Die endlose Folie 40 wird durch eine Antriebswalze 41 angetrieben, um eine Umfangsgeschwindigkeit zu erzeugen, die der Geschwindigkeit des Transfermaterials gleich ist. Die endlose Folie ist zwischen der Antriebswalze 41 und einer frei drehbaren Walze 43 gespannt. Eine Spannwalze 42 ist mit der Außenfläche der endlosen Folie 40 in Berührung, um in dieser eine Spannung hervorzurufen.
Bei dieser Ausführungsform besteht die Wärmeerzeugungsschicht des Wärmeerzeugungselements 21 aus einem PTC-Wärmeerzeugungsmaterial, wie Bariumtitanat, das einen positiven Koeffizienten des Widerstandswerts (PTC) entfaltet. Wenn die Widerstandsschicht mit Energie gespeist wird, um Wärme bis etwa zur Curie-Temperatur zu erzeugen, nimmt der Widerstand rapid mit dem Ergebnis einer niedrigen Wärmeerzeugung zu, und deshalb wird er auf eine dem Material der Widerstandsschicht eigene Temperatur selbstgeregelt. Durch das Wärmeerzeugungselement 21 wird die Tonerabbildung T wirksam in der Spaltlänge N des Spalts mit der Andruckwalze 22 erwärmt. Um eine Haltbarkeit der endlosen Folie 40 zu erlangen, ist die Dicke der Folie größer als bei der Ausführungsform, wobei die Folie nicht wiederholt verwendet wird. Aus diesem Grund ist der Wärmeübergang vom Wärmeerzeugungselement 21 auf die Tonerabbildung etwas langsamer. In Anbetracht dessen wird ein Abschnitt M für eine Vorwärmung der endlosen wärmebeständigen Folie 40 an der Einlaufseite vorgesehen. Deshalb ist das Beheizungsteil des Wärmeerzeugungselements 21 an der Einlaufseite ausgedehnter als an der Auslaufseite.
Weil die PTC-Wärmeerzeugungsschicht 60 bei dieser Ausführungsform eine geringfügig größere Wärmekapazität hat, wird sie bevorzugterweise vorgewärmt. Jedoch beansprucht das lediglich wenige Sekunden, und wird sie, selbst wenn das Vorwärmen gleichzeitig mit einer Bilderzeugung ausgelöst wird, bis zur Zeit des Beginns des Bildfixiervorgangs ausreichend erwärmt, nachdem die Tonerbilderzeugung am Transferblatt beginnt. Demzufolge ist eine Wartezeit nicht notwendig oder kann diese minimal sein.
Wie beschrieben wurde, eliminiert bei dieser Ausführungsform die Fähigkeit der Selbsttemperaturregelung des PTC-Wärmeerzeugungselements die Notwendigkeit einer Temperaturermittlung sowie einer Energiezufuhrregelung, und die Temperatur kann immer noch automatisch auf einer konstanten Höhe gehalten werden.
Es wird nun eine Beschreibung bezüglich der wärmebeständigen Folie gegeben.
Für die Folie 40 wird gefordert, ausreichend fest und wärmebeständig zu sein. Ein Material, das dem gerecht wird, ist beispielsweise eine Polyimidfolie. Jedoch hat die Polyimidfolie kein gutes Trennvermögen bezüglich des Toners mit dem Ergebnis einer leichten Tonerversetzung. Eine zu bevorzugende wärmebeständige Folie wird beschrieben.

Beispiel

Die Fig. 21 zeigt eine Schnittdarstellung eines ersten Beispiels der wärmebeständigen Folie, wobei diese wärmebeständige Folie eine Mehrzahl von Schichten 231 und 232 enthält.
Die Schicht 231 ist eine Basisschicht, welche mechanisch fest sowie wärmbeständig und die aus einer Polyimidfolie mit einer Dicke von 9 µm (Mikron) gefertigt ist. Die obere Fläche der Polyimidfolie ist mit dem Wärmeerzeugungselement 21 in Berührung an der unteren Fläche der wärmebeständigen, aus Polyimid gefertigten Basisschicht ist eine aus PTFE (Polytetrafluoräthylen) hergestellte Trennschicht 232 mit einer Dicke von 3,5 µm (Mikron) vorgesehen, und die Trennschicht 232 ist mit dem Toner in Berührung.
Die Folie wird in der folgenden Weise hergestellt. Eine Mischung aus PTFE-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 0,1 µm (Mikron) und ein oberflächenaktives Agens zur Erzeugung einer Koagulation der PTFE-Partikel wird gleichförmig an der Oberfläche der wärmebeständigen Basisschicht 231 aufgebracht, für eine Stunde bei 60ºC luftgetrocknet und dann über 20 Minuten bei 350ºC gesintert. Während des Sinterns wird die Trennschicht aus PTFE thermisch geschrumpft, um die Folie zu kräuseln. Damit der Einfluß des Kräuselns vermindert wird, ist die Dicke der Basisschicht 231 vorzugsweise größer als die Dicke der Trennschicht 232.
Somit erlangt die Folie, indem eine mehrschichtige Struktur lieber als eine Einschichtenstruktur angewendet wird, und zwar insbesondere die Mehrschichtenstruktur, die mindestens eine Basisschicht mit hoher Festigkeit sowie Wärmebeständigkeit und eine Trennschicht mit gutem Trennvermögen einschließt, ausreichende Haltbarkeit und Trenneigenschaft. Bezüglich des Materials für die Trennschicht sind Materialien mit kleiner Oberflächenenergie verwendbar. Unter diesen sind Fluorharz, z. B. PTFE- und PFA-(Perfluoralkoxy-)Harz sowie Silikonharz zu bevorzugen. Hinsichtlich des anderen Materials für die Basisschicht 231 gibt es hoch wärmebeständige Harze, wie Polyäther-Ätherketon (PEEK), Polyäthersulfon (FES) sowie Polyätherimid (PEI), und Metalle, wie Nickel, rostfreier Stahl sowie Aluminium, die ausreichend fest und wärmebeständig sind.
Die Trennschicht kann durch einen elektrostatischen Farbauftrag od. dgl. aufgebracht oder durch eine Filmerzeugungstechnik, wie Verdampfung oder CVD, gebildet werden.

Vergleichsbeispiel 1

Wenn eine allein aus Polyimid gefertigte Folie verwendet wurde, wurde eine geringe Tonermenge zum Blatt versetzt, selbst wenn das Aufzeichnungsmaterial abgelöst wird, nachdem der Toner abgekühlt war. Das deshalb weil die Oberflächenenergie des Polyimids groß ist.

Vergleichsbeispiel 2

Wenn eine lediglich aus einem Fluorharz, wie PFA und PTFE, gefertigte Folie verwendet wurde, wurde die Folie durch das Erwärmen mittels des Wärmeerzeugungselements thermisch geschrumpft. Auch wurde die Folie rasch verschlissen, und deshalb war sie nicht ausreichend haltbar. Dies wird als darauf zurückzuführen angesehen, daß die Folie relativ zum Wärmeerzeugungselement in einem beheizten Zustand zum Rutschen gebracht wird.

Beispiel 2

Falls die Folie eine Mehrschichtenkonstruktion ist, neigen die Schichten dazu, abgeschält zu werden, wenn die Haftung zwischen den Schichten nicht ausreichend ist. Nach der Fig. 22 enthält die Folie dieses Beispiels eine Verbindungsschicht 233 aus einem Fluorharz zwischen der Basisschicht 231 und der Trennschicht 232. Durch Vorsehen der Verbindungsschicht wird die Haftung zwischen der Basis- und der Trennschicht gesteigert, und deshalb wird die Haltbarkeit der Folie weiter verbessert.

Beispiel 3

Wie beschrieben wurde, ist das Vorsehen der Verbindungsschicht wirksam, um die Haftung zwischen den Schichten zu erhöhen. Vom Standpunkt einer guten thermischen Reaktion ist es jedoch nicht wünschenswert, daß die Wärmekapazität der Folie größer gemacht wird. Das gilt insbesondere, wenn das Wärmeerzeugungselement impulsartig mit Energie versorgt wird.
Das Beispiel der Fig. 23 ist ein solches, wobei die Haftung zwischen der Basisschicht 231 und der Trennschicht 232 ohne Vorsehen der Verbindungsschicht gesteigert wird. Die Oberfläche der Basisschicht 231 wird aufgerauht, und die aufgerauhte Fläche wird mit der Trennschicht 232 bedeckt. Weil die Folie dieses Beispiels nicht mit der Verbindungsschicht versehen ist, wird die Wärmekapazität der Folie nicht erhöht. Dieses Beispiel ist insbesondere zu bevorzugen, wenn das Wärmeerzeugungselement impulsartig mit Energie gespeist und erwärmt wird.

Beispiel 4

Bei diesem Beispiel ist die Basis-Polyimidfilmschicht mit einem laminierten Fluorharzfilm als Trennschicht 52 versehen. Zwischen der Polyimidschicht und dem Fluorharzfilm kann eine Verbindungsschicht 233 vorgesehen werden, wie in Fig. 22 gezeigt ist.
Da der Fluorharzfilm eine gute Oberflächenglätte hat und deshalb im Verhindern einer Versetzung gut ist, und weil er auch die Trennschicht mit guter mechanischer Festigkeit erzeugt, ist er in dem Fall vorzuziehen, sobald die Fixiergeschwindigkeit niedrig und/oder sobald die durch das Wärmeerzeugungselement produzierte Wärmemenge groß ist.

Beispiel 5

Gemäß der Fig. 24 ist die Basisschicht 231 bei diesem Beispiel mit einer Gleitschicht 234 an ihrer dem Wärmeerzeugungselement zugewandten Seite versehen, wobei die Gleitschicht 234 ein gutes Gleitvermögen zur Verfügung stellt.
Durch diese Konstruktion kann der Reibungswiderstand zwischen der Folie und dem Wärmeerzeugungselement herabgesetzt werden, so daß die Antriebskraft für die Folie vermindert werden kann und die Bewegung der Folie stabilisiert wird. Deshalb ist dieses Beispiel insbesondere zu bevorzugen, wenn die Folie am Wärmeerzeugungselement gleitet.

Beispiel 6

Anhand der Fig. 25 ist ein Beispiel gezeigt, wobei der Reibungswiderstand zwischen der Folie und dem Wärmeerzeugungselement ohne Erhöhung der Wärmekapazität der Folie vermindert wird. Bei diesem Beispiel ist diejenige Fläche der Folie, die mit dem Wärmeerzeugungselement in Berührung gelangt, aufgerauht, um die tatsächliche Berührungsfläche zwischen der Folie und dem Wärmeerzeugungselement zu verringern.

Beispiel 7

Bei diesem Beispiel enthält die Trennschicht 232 und/oder die Gleitschicht 234 ein Material hoher Härte, wie Titanoxid und Titannitrid.
Das ist zu bevorzugen, sobald die Trennschicht 232 und/oder die Gleitschicht 234 eine hohe Härte erfordern.
Gemäß den oben beschriebenen Beispielen werden die mechanische Festigkeit und die thermische Beständigkeit der ganzen Folie durch die Basisschicht 231 gewährleistet, und gleichzeitig wild das Trennvermögen vom Toner durch Vorsehen der Trennschicht 232 sichergestellt, wodurch die Haltbarkeit und der Effekt der Verhinderung einer Versetzung geboten werden können.
Im Fall, da ein hoch wärmebeständiges Harzmaterial, wie Polyimid, für die Basisschicht verwendet wird, neigt die Folie dazu, elektrisch geladen zu werden mit dem Ergebnis einer Störung der unfixierten Tonerabbildung bei einem Bildfixiervorgang oder einer elektrostatischen Anziehung der Torierabbildung an die Folie, wodurch der oben beschriebene gute Effekt der Verhinderung einer Versetzung gestört werden kann.
Beispiele der Folie, die deren elektrisches Laden verhindern können, werden beschrieben. Bei diesen Beispielen wird der elektrische Widerstand der Oberflächenschicht mit Ausnahme der Basisschicht, insbesondere mindestens der Trennschicht 232, vermindert.

Beispiel 8

Bei diesem Beispiel ist die Trennschicht 232 aus PTFE gefertigt, in welchem Ruß dispergiert ist, wodurch der spezifische Durchgangswiderstand der PTFE-Schicht bis auf 10&sup8; Ohm·cm herabgesetzt wird.
Durch diese Verminderung des spezifischen Widerstandes wird die elektrische Ladung der Folie verhütet, wodurch die Störung der unfixierten Abbildung aufgrund der elektrostatischen Kraft verhindert werden kann. Das elektrostatische Laden kann in einem Anziehen von Staub durch die Folie resultieren, was zu einer Verminderung des Trennvermögens und Beschädigung der Andruckwalze 22 führt.
Diese Probleme können bei diesem Beispiel einer Lösung zugeführt werden.
Wenn die Folie am Wärmeerzeugungselement rutscht, ist es möglich, daß diejenige Fläche der Folie, die mit dem Wärmeerzeugungselement in Berührung ist, so geladen wird, daß Staub zwischen dem stationären Wärmeerzeugungselement 21 und der Folie präsent ist, was in einer Beschädigung des Wärmeerzeugungselements und der Folie resultieren kann. Dieses Beispiel kann das genannte Problem lösen.
Um ein Verhindern eines Ladens auf beiden Seiten der Folie zu gewährleisten, ist es ferner vorzuziehen, daß die Widerstände der beiden Oberflächenschichten der Folie niedrig sind.
Insbesondere wird eine zusätzliche Schicht an der Basisschicht der Folie auf seiten des Wärmeerzeugungselements vorgesehen, wie in Fig. 24 gezeigt ist, und der spezifische Widerstand dieser Schicht wird verkleinert.
Es ist möglich, daß ein Füllmaterial mit niedrigem Widerstand, wie Ruß, direkt in die Basisschicht gemischt wird. Jedoch ist es vorzuziehen, nicht so vorzugehen, weil dann die Wärmebeständigkeit und die Festigkeit der Basisschicht vermindert werden.
Ein ausreichender Ladungsverhinderungseffekt wurde durch Vermindern des spezifischen Durchgangswiderstandes der Schicht mit niedrigem Widerstand herunter auf nicht mehr als 10¹¹ Ohm·cm erzielt. Ferner wurde bevorzugt der Ladungsverhinderungseffekt durch Herabsetzen von diesem herunter auf mehr als 10&sup9; Ohm·cm gewährleistet.
Als ein weiteres Beispiel des Füllmaterials mit niedrigem spezifischen Widerstand sind Titannitrid, Kaliumtitanat, Roteisenoxid od. dgl. zu nennen.

Vergleichsbeispiel 3

Die Trennschicht 232 und die Gleitschicht 234 der Folie wurden aus PTFE-Deckschichten ohne Material von niedrigem spezifischen Widerstand, wie Ruß, und mit dem spezifischen Durchgangswiderstand von nicht weniger als 10¹&sup5; Ohm·cm gefertigt. Wenn unter Verwendung dieser Folie der Bildfixiervorgang wiederholt wurde, wurde manchmal Staub an der Folie angelagert, und die unfixierte Abbildung am Aufzeichnungsmaterial wurde manchmal gestört. Als die Gründe hierfür werden die folgenden angesehen:
(1) eine elektrische Entladung durch Trennen der Folie vom Aufzeichnungs- oder Transfermaterial durch die Ablösewalze 26; und
(2) eine triboelektrische Entladung durch die Reibung zwischen der Folie und der Wärmeerzeugungsschicht 21.

Beispiel 9

Bei diesem Beispiel werden als das Füllmaterial von niedrigem spezifischen Widerstand Titanoxid-Nadelkristalle, die Einkristallfasern mit elektrischer Leitfähigkeit (spezifischer Durchgangswiderstand 10&sup4; Ohm·cm) sind, bevorzugt.
Leitfähige Nadelkristalle werden bevorzugt, weil sie einen Ladungsverhinderungseffekt haben und von ausgezeichneter Härte sind, so daß ein Abrieb weiter vermindert und die Lebensdauer der Folie darüber hinaus gesteigert wird.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf die hier offenbarten Konstruktionen beschrieben worden ist, so ist sie nicht auf die dargelegten Einzelheiten beschränkt, und diese Erfindung soll solche Abwandlungen oder Abänderungen, die in den Rahmen der folgenden Patentansprüche fallen, abdecken.

Claims

1. Eine Bildfixiervorrichtung (20), um eine an einem bildtragenden -Element (P) erzeugte unfixierte, unter Wärme schmelzbare Tonerabbildung (T) zu fixieren, welche Vorrichtung (20) umfaßt:

- ein endloses Folienelement (40), das mit seiner Außenfläche in Berührung mit der unfixierten Tonerabbildung (T) in einer Förderrichtung (C) bewegbar ist;

- ein Heizgerät (21), das sich in einer zur genannten Förderrichtung (C) querlaufenden Richtung erstreckt, um die besagte unfixierte Tonerabbildung (T) über das erwähnte endlose Folienelement (40) zu erwärmen, welches ein elektrisch widerstandsbehaftetes Heizelement (28) enthält, das allein ist, um Wärme zum Fixieren der unfixierten, unter Wärme schmelzbaren Tonerabbildung (T) zu erzeugen, und welches Heizgerät (21) innenseitig des erwähnten endlosen Folienelements (40) angeordnet ist; und

- ein drehbares Druckberührungsorgan (22), das mit dem genannten Heizgerät (21) zusammenwirkt, um einen Spalt mit dem erwähnten endlosen Folienelement (40) dazwischen zu bilden;

- welche Bildfixiervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß:

- das genannte Heizgerät (21) ein festes Material (53) mit niedriger Wärmeleitfähigkeit enthält, das hinter dem besagten, elektrisch widerstandsbehafteten Heizelement (28) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine Stromzuführung-Regeleinrichtung (60, 61) enthält, welche mit dem besagten Heizelement (28) zusammenwirkt, um Wärme mit einer Temperatur zu erzeugen, die im Betrieb die Schmelztemperatur des unter Wärme schmelzbaren Toners (T) überschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, in welcher das erwähnte Druckberührungsorgan (22) auf einer Temperatur, die niedriger als die besagte Schmelztemperatur ist, gehalten wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die eine Kühleinrichtung (49) zur Kühlung des erwähnten Druckberührungsorgangs (22) enthält, um dieses auf einer Temperatur, die niedriger als die Schmelztemperatur des unter Wärme schmelzbaren Toners (T) ist, zu halten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder irgendeinem vorausgehenden, vom Anspruch 2 abhängigen Anspruch, in welcher die genannte Stromzuführung-Regeleinrichtung (60, 61) eine Stromquelle (61) enthält, um intermittierend Elektroenergie dem besagten Heizelement (28) zuzuführen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, in welcher die genannte Heizeinrichtung (21) eine Temperatur-Meßfühleinrichtung (43; 55) enthält und die genannte Stromzuführung-Regeleinrichtung (60, 61) mit der erwähnten Stromquelle (61) zusammenwirkend sowie auf die besagte Temperatur-Meßfühleinrichtung (55) reaktionsfähig ist, um die Stromzufuhr zu dem besagten Heizelement (28) zu regeln.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, in welcher die besagte Temperatur-Meßfühleinrichtung (43) hinter dem genannten Heizgerät (21) angebracht ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, in welcher die besagte Temperatur-Meßfühleinrichtung (55) in dem genannten Heizgerät (21) vorgesehen und über ein Isoliermaterial (52) von der Rückseite des besagten Heizelements (28) beabstandet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, in welcher das Isoliermaterial (52) im Betrieb derart beschaffen ist, daß eine an der besagten Temperatur-Meßfühleinrichtung (55) gemessene Temperatur im wesentlichen dieselbe Temperatur wie die Temperatur an der Frontfläche einer an der Vorderseite des genannten Heizgeräts (21) angeordneten Schutzschicht (51) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, in welcher das Isoliermaterial (52) im Betrieb derart beschaffen ist, daß eine an der besagten Temperatur-Meßfühleinrichtung (55) gemessene Temperatur im wesentlichen dieselbe wie die Oberflächentemperatur des erwähnten endlosen Folienmaterials (40), wo es mit der besagten Tonerabbildung (T) in Berührung kommt, ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, in welcher im Betrieb die genannte Stromzuführung-Regeleinrichtung (60, 61) auf die besagte Temperatur-Meßfühleinrichtung (55) reaktionsfähig ist, um die Impulsbreite von dem besagten Heizgerät (28) zugeführten Impulsen zu verändern, um eine Temperaturregelung zu bewirken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, in welcher im Betrieb die genannte Stromzuführung-Regeleinrichtung (60, 61) auf einen Spitzenwertausgang der besagten Temperatur-Meßfühleinrichtung (55) reaktionsfähig ist.

13. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welcher das genannte Heizgerät (21) eine thermische Sicherung oder ein Thermostatelement (44) umfaßt, die/das arbeitsfähig, um die Energiezufuhr zu dem besagten Heizelement (28) im Fall eines extremen Temperaturanstiegs des genannten Heizgeräts (21) abzuschalten.

14. Vorrichtung nach Anspruch 5, in welcher die genannte Stromzuführung-Regeleinrichtung (60, 61) arbeitsfähig ist, um elektrische Energieimpulse zuzuführen, wobei eine Dauer dieser Impulse auf eine Breite des besagten Heizelements (28) in der Förderrichtung (C) sowie eine Fördergeschwindigkeit Vp des erwähnten endlosen Folienelements (40) durch die folgende Ungleichung bezogen ist:

< /Vp.

15. Vorrichtung nach Anspruch 5, in welcher die genannte Stromzuführung-Regeleinrichtung (60, 61) arbeitsfähig ist, um elektrische Energieimpulse mit einer Impulsfolgefrequenz zuzuführen, die auf eine Breite des besagten Heizelements (28) in der Förderrichtung (C) sowie eine Fördergeschwindigkeit Vp des erwähnten endlosen Folienelements (40) durch die folgende Ungleichung bezogen ist:

Vp/ < < 2Vp/

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Strahlungskühleinrichtung (45) enthält, die in der Förderrichtung (C) stromab von dem genannten Heizgerät (21) positioniert ist und eingerichtet ist, um in Berührung mit dem erwähnten endlosen Folienelement (40) angeordnet zu werden.

17. Eine Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welcher das erwähnte endlose Folienelement (40) eine hitzebeständige Basisschicht (231) und eine wenigstens auf der zum genannten Heizgerät (21) entgegengesetzten Seite des erwähnten Folienelements (40) vorgesehene Trennschicht (232) enthält.

18. Eine Vorrichtung nach Anspruch 17, in welcher die genannte Trennschicht (232) aus einem Fluorharz besteht.