DE69620290T2

DE69620290T2 - Tonerbildfixiervorrichtung für Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69620290T2
Application number: DE69620290T
Authority: DE
Inventors: Yukikazu Kamei; Hideki Ohnishi; Tomohiro Oikawa; Yoshinobu Tateishi
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2016-05-15
Also published as: EP0743571A3; EP0743571B1; EP1146401A3; DE69637859D1; DE69620290D1; US5708920A; EP1146401A2; EP0743571A2; EP1146401B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fixiereinrichtung zum Fixieren eines nicht fixierten Tonerbildes mittels Wärme auf einem Tonerbild tragenden Blatt, welches in jeder Abbilderzeugungsvorrichtung und jeder Bilderzeugungsvorrichtung auf der Grundlage eines xerografischen Prozesses verwendet werden kann, zum Beispiel in einem Kopiergerät oder in einem Laserdrucker.
Eine Abbilderzeugungsvorrichtung auf der Grundlage eines xerografischen Prozesses arbeitet durch Ausbilden eines latenten Abbildes auf einer lichtempfindlichen Trommel (Aufzeichnungsmedium), durch Entwickeln des latenten Abbildes mittels Toner, durch Übertragen des tonerentwickelten Abbildes auf ein Blatt Papier (Tonerbildträger) und durch Fixieren des Tonerabbildes oder Tonerbildes auf dem Blatt Papier durch Verschmelzen des Toners. Entsprechend ist für den Bilderzeugungsvorgang und den Fixiervorgang eine Fixiereinrichtung notwendig, die stromabwärts im Papierdurchlauf ausgebildet ist, zum Beispiel auf der Seite eines Auslasses zum Ausgeben von Papier mit einem fixierten Bild.
Eine Fixiereinrichtung weist eine Heizwalze mit einer Halogenlampe (Wärmequelle) auf, welche darin montiert ist, sowie eine Druckwalze, welche mit der Walzewalze unter einem bestimmten Druck in Kontakt steht.
Die Fixiereinrichtung ist auf einer Seite eines Ausgabebereichs in einem Durchgang nach dem Abbilderzeugungsbereich angeordnet. Sie empfängt ein Blatt Papier, welches ein tonerentwickeltes Bild aufweist, aus dem Abbilderzeugungsbereich und fixiert das tonerentwickelte Bild auf dem Papier durch Verschmelzen des Toners durch Kontaktieren mit der heißen Walzenoberfläche.
Im Abbilderzeugungsbereich wird eine nicht lichtleitfähige Oberfläche einer lichtempfindlichen Trommel mittels einer elektrostatischen Aufladeeinrichtung gleichmäßig aufgeladen. Licht zu einem gewünschten Abbild oder Bild wird über ein optisches System auf die geladene lichtleitfähige Oberfläche der rotierenden lichtempfindlichen Trommel übertragen, um darauf ein latentes Bild oder Abbild zu schaffen, welches dann nachfolgend mittels Toner (Pulver) entwickelt wird, welcher seinerseits durch eine Entwicklungseinrichtung zugeführt wird. Eine Tonerabbildübertragungseinrichtung ist in einer Kopierstellung oder Kopierposition angeordnet und überträgt elektrostatisch das tonerentwickelte Abbild von der lichtempfindlichen Trommel auf ein Blatt Papier, welches dorthin transportiert wurde. Das auf der einen Seite das nicht fixierte Tonerbild tragende Papier wird dann zur Fixiereinrichtung geleitet, in welcher das Papier durch Andrücken seiner Oberfläche mit dem Tonerabbild gegen die heiße Oberfläche der Heizwalze durch die Druckwalze transportiert wird. Mittels Wärme wird das Tonerbild auf dem Papier fixiert.
Die Heizwalze der Fixiervorrichtung ist ein zylinderartiger Kern aus einer Aluminiumröhre (Al), welche in ihrem Innern die Heizlampe aufnimmt und welche mit einer Schicht aus zum Beispiel Silikongummi beschichtet ist und welche Toner leicht freigeben kann. Die Silikongummischicht wird mittels eines Klebstoffes, welcher "Primer" genannt wird, auf dem Kern gebunden.
Die Oberfläche der Heizwalze wird auf eine Temperatur aufgeheizt und dort gehalten, welche zum Fixieren des Toners auf dem Papier notwendig ist. Die Oberflächentemperatur der Heizwalze wird mittels eines Temperatursensors detektiert (zum Beispiel durch einen Thermistor), welcher mit dieser in Kontakt steht. Die Heizlampe der Heizwalze wird über ein Temperaturdetektionssignal des Temperatursensors betrieben, um die Heizwalzenoberflächentemperatur auf der Temperatur zu halten, die zum Fixieren des Tonerbildes notwendig ist.
Die japanische Patentoffenlegung Nr. 4-295873 offenbart ein Beispiel für eine Temperatursteuerung der Fixiereinrichtung oder Fixiervorrichtung. Die US-A-5 142 543 offenbart eine ähnliche Einrichtung. Die Heizlampe wird eingeschaltet, wenn die Spannungsversorgung, zum Beispiel des Kopiergerätes, eingeschaltet wird, und wird dann kontinuierlich betrieben, um die Heizwalze auf eine voreingestellte Zieltemperatur TS aufzuheizen.
Wenn die Oberflächentemperatur der Heizwalze eine erste voreingestellte Temperatur To (niedriger als die voreingestellte Zieltemperatur TS) erreicht, wird nachfolgend die Heizeinrichtung periodisch betrieben durch An- und Abschalten, um ein Überschwingen aufgrund eines scharfen Temperaturanstiegs zu verhindern und um eine Schwankung aufgrund von Temperaturdifferenzen oder -differentialen nach dem Erreichen der voreingestellten Zieltemperatur TS zu minimieren. Nachdem die Heizwalze die voreingestellte Zieltemperatur TS erreicht hat, wird die Heizlampe mit Energie beaufschlagt, wenn die Heizwalzenoberflächentemperatur geringer ist als der voreingestellte Zielwert TS.
In diesem Fall zeigt die Heizwalze ein sehr schlechtes thermisches Antwortverhalten, und ihr Kern kann aufgrund der Verzögerung des Ausschaltens der Heizlampe übermäßig erhitzt werden, wodurch ein merklicher Anstieg in der Oberflächentemperatur der Heizwalze resultiert. Als Ergebnis davon wird eine starke Variation in der Oberflächentemperatur der Heizwalze ausgebildet.
Um die starke Variation zu reduzieren und damit die Heizwalze auf der voreingestellten Zieltemperatur TS zu halten, wird entsprechend die Heizlampe für eine bestimmte Zeitspanne (Ton) ein und für eine bestimmte Zeitspanne (Toff) ausgeschaltet, falls die Heizwalzentemperatur unter den voreingestellten Wert TS absinkt. Dadurch wird die Oberflächentemperatur der Heizwalze auf dem voreingestellten Zielniveau TS gehalten, um eine Temperaturvariation zu reduzieren.
Das Temperatursteuerverfahren der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-295873 offenbarten Fixiereinrichtung kann wirkungsvoll zur Steuerung auf eine Temperatur TS zum Tonerfixieren hin eingesetzt werden. Das oben erwähnte Steuerverfahren kann nämlich die voreingestellte Temperatur TS aufrechterhalten, eine Temperaturvariation reduzieren und damit einen stabilisierten Fixiervorgang gewährleisten.
Im Fall des Wiederherstellens einer Temperatur der Heizwalze zum voreingestellten Wert TS hin gemäß dem oben beschriebenen Temperatursteuerverfahren, wird die Heizlampe für eine vorgegebene lange AN-Zeitspanne betrieben, falls die Temperatur der Heizwalze unter den vorgegebenen Wert TS absinkt. Dabei ist insbesondere der Anteil der AN-Zeitspanne der Heizlampe sehr groß im Vergleich zum Anteil der AUS- Zeitspanne. Deshalb kann die Heizlampe zu lang betrieben werden, falls die Temperatur TS bereits innerhalb der AN- Zeitspanne erreicht wird. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Heizlampe ein Übermaß an Wärme erzeugen kann, welche die Heizwalzenoberfläche über die Temperatur hinaus aufheizt, welche zum Verschmelzen des Toners notwendig ist, wodurch wiederum eine Temperaturvariation gesteigert wird.
Das Temperatursteuerverfahren der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-295873 hat zum Ziel, die Temperatur einer Heizwalze auf einer vorgegebenen Temperatur TS zu halten und dabei die Variation zu beschränken. Folglich berücksichtigt dieser Stand der Technik nicht die Temperatur der Grenzfläche zwischen dem Aluminiumkern (Al) und der Silikongummischicht (d. h. eine Grenzflächentemperatur des heißen Kerns unter der Silikongummischicht). Deshalb kann beim Verfahren zum Halten der Heizwalze auf einer vorgegebenen Temperatur TS der Kern der Heizwalze über eine Temperatur hinaus aufgeheizt werden, bei welcher sich die Silikongummischicht vom Kern ablöst. Der Langzeitbetrieb einer Heizwalze kann ebenso derartige Schwierigkeiten hervorrufen, durch welche der Silikongummi sich von dem Kern ablöst.
Der Silikongummi wird mittels eines Klebstoffes am Aluminiumkern gebunden, welcher eine Hitzebeständigkeit bis zu etwa 180ºC aufweist. Deshalb kann sich ein Abschälen vom Kern ergeben, wenn der Kern derart überhitzt wird, dass der den Silikongummi am Kern bindende Klebstoff schmilzt. In dem Fall des Steuerns der Oberflächentemperatur der Heizwalze auf etwa 170ºC kann der Kern oberhalb der Temperatur von 170ºC aufgeheizt werden. Falls der Kern über 180ºC für eine lange Zeitspanne aufgeheizt wird, schmilzt der Klebstoff und der Silikongummi löst sich vom Kern, wodurch die Fixiereinrichtung oder Fixiervorrichtung funktionsuntauglich wird.
In diesem Fall verwendet die Steuerung der elektrischen Energieversorgung für die Heizlampe bei dem oben beschriebenen Stand der Technik eine erste Steuertemperatur To, welche um 10ºC niedriger ist als der vorgegebene Zielpunkt. Der Kern der Heizlampe kann selbst bei der ersten Steuertemperatur To 180ºC überschreiten. Des Weiteren wird die Heizlampe bei AN-AUS-Zeitintervallen (mit relativ langer AN-Zeitspanne und relativ kurzer AUS-Zeitspanne) betrieben, wenn die Heizwalzentemperatur unterhalb der vorgegebenen Temperatur TS absinkt, nachdem die vorgegebene Temperatur TS erreicht wurde. Zu diesem Zeitpunkt kann der Kern übermäßig aufgeheizt und bei einer Temperatur gehalten werden, bei welcher der Klebstoff weich wird und sich mit Verstreichen der Zeit vom Kern ablöst.
Wie zuvor beschrieben wurde, sind herkömmliche Tonerbildfixiereinrichtungen so ausgebildet, dass ein Teil der Wärmeenergie, welche durch die Heizlampe erzeugt wird, intern oder sowohl intern als auch extern zur Oberfläche der Heizwalze übertragen wird, um ein schnelles Erreichen einer Oberflächentemperatur derart zu realisieren, so dass ein Schmelzen und Fixieren des Toners auf einem Blatt des Aufzeichnungspapiers möglich ist. Jedoch kann als Ergebnis des Ansteigens der Kerngrenzflächentemperatur während einer langen Betriebsdauer sich bei der Heizwalze mit einem gummibeschichteten Kern ein Ablösen des Gummis vom Kern ergeben.
Gewöhnlich wird der Gummi am Aluminium mit einem als "Primer" benannten Klebstoff gebunden, welcher eine Wärmewiderstandsfähigkeit bis zu einer Temperatur von nicht mehr als 200ºC aufweist, jedoch kann dieser Klebstoff in vielen Fällen nur bis zu einer Temperatur von 180ºC funktionieren, und zwar wegen der Verschlechterung seiner Qualität aufgrund der Wirkung des im Gummi enthaltenen Öls. Um das Tonerabbild auf dem Aufzeichnungspapier zu fixieren, ist es notwendig, die Walzenoberflächentemperatur auf einer bestimmten Temperatur zu halten und gleichzeitig eine bestimmte Griffbreite oder Quetschbreite (Kontaktfläche) zwischen den Walzenpaaren zu gewährleisten. Die voreinzustellenden oder voreinzugebenden Werte hängen ab von einer linearen Geschwindigkeit einer Abbilderzeugungseinrichtung und von den Eigenschaften des verwendeten Toners. Normalerweise kann die Walzenoberflächentemperatur bis nahezu 180ºC ansteigen, was der praktischen Hitzebeständigkeit des Primers entspricht. Folglich muss die Walzenoberflächentemperatur auf einen Wert im Bereich von 165ºC bis 175ºC vorgegeben oder voreingestellt werden. Bei jeglicher Fixiereinrichtung aus dem Stand der Technik, welche ausschließlich Heizwalzen oder Walzen, welche ein Heizelement enthalten (z. B. eine Halogenlampe), verwenden, und welche mit einer gewöhnlichen Temperatursteuerung arbeiten, kann jedoch der Primerbereich (die Grenze zwischen dem Gummi und dem Kern der Walze) nicht auf einer Temperatur unterhalb von 180ºC gehalten werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die oben erwähnten Probleme dadurch zu lösen, dass eine Fixiereinrichtung geschaffen wird, welche in der Lage ist, die elektrische Stromversorgung für eine Wärmequelle (Heizlampe) mit reduzierter Temperaturvariation zu steuern.
Die vorliegende Erfindung ist auch darauf gerichtet, ein übermäßiges Aufheizen der Heizwalze dadurch zu verhindern, dass eine minimal notwendige Wärmemenge dahin abgegeben wird, wenn die Temperatur der Heizwalze gesteuert wird, nachdem diese ein vorgegebenes Niveau erreicht.
Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, eine Tonerbildfixiereinrichtung oder Tonerbildfixiervorrichtung zu schaffen, welche eine Oberflächentemperatur einer Fixierwalze zu einem Zielwert hin schnell erreichen kann und welche eine Grenzflächentemperatur des Walzenkerns in einem Bereich erhält, so dass sich der Gummi vom Kern nicht ablöst.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Abbilderzeugungsvorrichtung mit einer Fixiereinrichtung oder Fixiervorrichtung.
Fig. 2 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches ein Beispiel der Steuerung der elektrischen Stromversorgung in Bezug auf eine Wärmequelle bei einer herkömmlichen Fixiereinrichtung zeigt.
Fig. 3 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches ein Beispiel der Steuerung der elektrischen Stromversorgung in Bezug auf eine Wärmequelle bei einer herkömmlichen Fixiereinrichtung zeigt, und zwar zum Aufrechterhalten einer geeigneten Fixiertemperatur.
Fig. 4 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches ein Beispiel der Steuerung der elektrischen Stromversorgung in Bezug auf eine Wärmequelle bei einer herkömmlichen Fixiereinrichtung zeigt, und zwar zum Aufrechterhalten einer geeigneten Fixiertemperatur.
Fig. 5 ist eine Konstruktionsansicht zum Erläutern eines Beispiels eines herkömmlichen Druckers, welcher sich im Zustand einer Vorbereitung befindet.
Fig. 6 ist eine Konstruktionsansicht zum Erläutern des herkömmlichen Druckers aus Fig. 5, welches sich in einem Arbeitszustand befindet.
Fig. 7 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Beispiels eines Druckers, bei welchem die vorliegende Erfindung realisiert ist.
Fig. 8 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Beispiels eines Druckers, bei welchem die vorliegende Erfindung vorgesehen ist und welche mit dem Drucker aus Fig. 7 korrespondiert, wobei eine Fixierwalze durch eine externe Heizeinrichtung aufgeheizt wird.
Fig. 9 ist eine Ansicht zum Erläutern eines anderen Beispiels eines Druckers, bei welchem die vorliegende Erfindung vorgesehen ist.
Fig. 10 ist eine Konstruktionsansicht, welche ein Beispiel eines Fixierbereichs eines Druckers zeigt, bei welchem die vorliegende Erfindung vorgesehen ist.
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Bereichs einer Farbbilderzeugungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung.
Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Tonerbildfixiereinrichtung, bei welcher die vorliegende Erfindung realisiert ist.
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems für elektrische Stromversorgung einer erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung.
Fig. 14 ist ein Zeitablaufdiagramm einer Temperatursteuerung einer erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung.
Fig. 15 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches einen Zusammenhang zwischen der Kerntemperatur und der Oberflächentemperatur einer Heizwalze mit einer Steuerung für die Temperaturanstiegszeit erläutert.
Fig. 16 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches eine Steuerung für die elektrische Stromversorgung zum Aufrechterhalten einer geeigneten Fixiertemperatur zeigt, nachdem diese Temperatur durch die Fixiereinrichtung von Fig. 14 erreicht wurde.
Fig. 17 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung, welche eine Heizlampe mit einer reflektierenden Abdeckung als externe Heizeinrichtung verwendet.
Fig. 18 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung, welche eine Heizlampe mit einer reflektierenden Schicht als externe Heizeinrichtung verwendet.
Fig. 19 ist eine Einrichtung zum Erläutern eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung, welche eine Zylinderwalze vom Kontakttyp mit einer Heizeinrichtung als externe Heizeinrichtung verwendet.
Fig. 20 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung, welche eine Zylinderwalze vom Kontakttyp mit einem Heizelement auf seiner zylindrischen Oberfläche als externe Heizeinrichtung verwendet.
Fig. 21 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Beispiels eines Temperatursteuerverfahrens zum Steuern einer Oberflächentemperatur einer Fixierwalze auf eine zweite voreingestellte oder vorgegebene Temperatur hin, welche geeignet ist zum Fixieren eines Tonerbildes auf einem Aufzeichnungsmedium und zwar durch Verwenden einer Kombination aus einer externen Heizeinrichtung und einer internen Heizeinrichtung.
Fig. 22 zeigt die Änderung der Oberflächentemperatur einer Walze und die Änderung ihres Kernbereiches, wenn diese durch Verwendung einer internen Heizeinrichtung einer externen Einheitseinrichtung aufgeheizt wird.
Fig. 23 zeigt die Änderung der Oberflächentemperatur einer Walze durch An-Aus-Steuern einer externen Heizeinrichtung.
Fig. 24 zeigt die Änderung der Oberflächentemperatur einer Walze durch proportionales An-Aus-Steuern einer externen Heizeinrichtung.
Fig. 25 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Temperatursteuerverfahrens zum Anheben oder Absenken einer Walzenoberflächentemperatur durch Ändern des An- Aus-Verhältnisses und der Umgebungen einer externen Heizeinrichtung.
Fig. 26A, B sind Zeitablaufdiagramme zum periodischen Separieren einer Andruckwalze von einer Fixierwalze, um die Oberflächentemperatur der Fixierwalze auf eine zweite vorgegebene oder voreingestellte Temperatur hin zu steuern, welche geeignet ist zum Fixieren von Toner, und zwar unter Verwendung einer Kombination aus einer internen Heizeinrichtung und einer externen Heizeinrichtung.
Fig. 27 zeigt ein Verfahren zum Steuern einer Flächentemperatur einer Walze und die Änderung der Temperatur der Walzenoberflächentemperatur.
Fig. 28 ist ein Diagramm zum Bestimmen der Änderung der Oberflächentemperatur einer Fixierwalze und der Temperatur ihres Kerns und einer ersten Einstelltemperatur, wenn das Aufheizen der Fixierwalze auf eine zweite voreingestellte oder vorgegebene Temperatur, welche geeignet ist, den Toner zu fixieren, unter Verwendung einer internen Heizeinrichtung und einer externen Heizeinrichtung durchgeführt wird.
Fig. 29 illustriert den Zusammenhang der Position zwischen einer Übertragungswalze und einer Fixierwalze in einer erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Fig. 1 ist eine Ansicht, welche exemplarisch den grundlegenden Aufbau eines Druckers zeigt, bei welchen ein xerografischer Druckprozess verwendet wird. Fig. 1 zeigt bei einem Drucker einen Entwicklungszylinder 1, Toner 2, ein Aufzeichnungsmedium 3 (ein Blatt Papier), eine lichtempfindliche Trommel 4, einen statischer Auflader 5, ein optisches System 6, einen Bildübertragungslader 7, eine Tonerabfallbox 8, eine Tonerentfernungsklinge 9, eine Aufzeichnungsmediumführungsplatte 10, eine Fixierwalze 11, eine Heizeinrichtung 12, eine Reinigungseinrichtung 13, einen Temperatursensor 14 (z. B. ein Thermistor), eine Andruckrolle 15 sowie einen Aufzeichnungsmediumsensor 16. Es ist bekannt, dass das optische System ein latentes Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 4 ausbildet, die ihrerseits aus dem Entwicklungszylinder 1 Toner aufnimmt, um das Tonerabbild auszubilden. Die Bildübertragungsaufladungseinrichtung 7 überträgt das entwickelte Tonerbild oder Tonerabbild auf das Aufzeichnungsmedium 3. Das Aufzeichnungsmedium 3 mit dem entwickelten Tonerbild passiert durch einen Griff, Quetschbereich oder Einzug zwischen der Fixierwalze 11 und der Andruckwalze 15, wobei es aufgeheizt wird, damit das Tonerbild darauf fixiert wird.
Der Fixierbereich II ist auf der Seite des Ausgabebereichs 17 im Durchgang nach dem Bilderzeugungsbereich I angeordnet. Er empfängt ein Blatt Papier 3, welcher ein tonerentwickeltes Bild 18 trägt, und zwar vom Abbilderzeugungsbereich I, und fixiert das tonerentwickelte Bild auf dem Papier 3 durch Schmelzen des Toners, indem seine heiße Walzenoberfläche 11 im Fixierbereich II damit in Kontakt gebracht wird.
Im Bilderzeugungsbereich I wird eine lichtleitfähige Oberfläche einer lichtempfindlichen Trommel 4 durch einen elektrostatischen Auflader 5 gleichmäßig geladen, und es wird Licht eines gewünschten Bildes über ein optisches System 6 auf die lichtleitfähige Oberfläche der lichtempfindlichen rotierenden Trommel 4 überführt, um darauf ein latentes Abbild auszubilden, welches dann mit Toner 2 (Pulver), welcher von der Entwicklungseinrichtung 1 zugeführt wird, entwickelt wird. Eine Tonerbildübertragungseinrichtung 7, welche in einer Kopierposition oder -stellung angeordnet ist, überträgt elektrostatisch das tonerentwickelte Bild von der lichtempfindlichen Trommel 4 auf ein Blatt Papier, welches dorthin transportiert wurde. Das Papier 3 trägt auf einer Seite das nicht fixierte Tonerbild 18 und wird zum Fixierbereich II geführt, wobei das Papier 3 transportiert wird, indem es mit seiner Oberfläche mit dem Tonerbild gegen die heiße Oberfläche der Heizwalze 11 mittels der Druckwalze 15 gedrückt wird. Das Tonerbild wird durch Wärme auf dem Papier 3 fixiert.
Die Heizwalze 11 des Fixierbereichs II ist ein zylinderartiger Kern, welcher von einem Aluminiumrohr (Al) gebildet wird, welcher darin eine Heizlampe 12 aufnimmt und welcher mit einer Schicht, zum Beispiel aus Silikongummi, beschichtet ist, die ihrerseits den Toner leicht freigeben kann. Die Silikongummischicht wird am Kern mittels eines "Primer" genannten Klebstoffes fixiert.
Die Oberfläche der Heizwalze 11 wird auf eine Temperatur aufgeheizt und dort gehalten, welche zum Fixieren des Toners auf dem Papier 3 notwendig ist. Die Oberflächentemperatur der Heizwalze 11 wird mittels eines Temperatursensors 14 (zum Beispiel mit einem Thermistor) detektiert, welcher damit in Kontakt steht. Die Heizlampe 12 der Heizwalze 11 wird gemäß eines durch den Temperatursensor 14 detektierten Temperatursignals betrieben, um die Heizwalzenoberflächentemperatur auf der Temperatur zu halten, die zum Fixieren des Tonerbildes notwendig ist.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 4,295873 offenbart ein Beispiel für eine Temperatursteuerung des Fixierbereichs II. Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, wird die Heizlampe (Fig. 1) eingeschaltet, wenn die Stromversorgung, zum Beispiel eines Kopiergeräts, eingeschaltet wird, und sie wird kontinuierlich betrieben, um die Heizwalze 11 möglichst schnell auf die vorgegebene Zieltemperatur TS aufzuheizen.
Wenn die Oberflächentemperatur der Heizwalze einen ersten vorgegebenen Wert To (niedriger als die voreingestellte Zieltemperatur TS) erreicht, wird die Heizeinrichtung 12 nachfolgend periodisch durch Ein- und Ausschalten betrieben, um ein Überschwingen aufgrund eines starken Temperaturanstiegs zu verhindern und um Variationen aufgrund Temperaturdifferenzen nach dem Erreichen der vorgegebenen Zieltemperatur TS zu minimieren. Nachdem die Heizwalze die vorgegebene Zieltemperatur TS erreicht hat, wird die Heizlampe 12 mit elektrischer Energie versorgt, während die Heizwalzenoberflächentemperatur geringer ist als der vorgegebene Zielwert TS, wie das in Fig. 3 gezeigt ist.
In diesem Fall zeigt die Heizwalze 11 ein sehr schlechtes thermisches Antwortverhalten, und ihr Kern kann übermäßig aufgeheizt werden, wegen der Verzögerung des Ausschaltens der Heizlampe 12, wodurch ein merklicher Anstieg der Oberflächentemperatur der Heizwalze 11 resultiert. Als Ergebnis davon werden starke Temperaturvariationen in der Oberflächentemperatur der Heizwalze erzeugt.
Um die starken Variationen zu reduzieren, damit die Heizwalzentemperatur auf einer vorgegebenen Temperatur TS gehalten werden kann, wird die Heizlampe 12 entsprechend für eine bestimmte Zeitspanne (Ton) EIN- und für eine bestimmte (TOFF) AUS-geschaltet, wenn die Heizwalzentemperatur niedriger wird als der vorgegebene Wert TS, wie das in Fig. 4 gezeigt ist. Dadurch wird die Oberflächentemperatur der Heizwalze 11 auf dem vorgegebenen Zielniveau TS gehalten, um die Temperaturvariationen zu reduzieren.
Die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-295873 beschriebene Vorgehensweise zur Temperatursteuerung einer Fixiereinrichtung kann für die Steuerung der Heizwalze 11 auf eine Temperatur TS zur Fixierung von Toner wirkungsvoll verwendet werden. Die oben beschriebene Steuerung kann die vorgegebene Temperatur TS aufrechterhalten, Temperaturvariationen reduzieren und einen stabilisierten Fixierprozess garantieren.
Im Fall des Wiederherstellens einer Temperatur der Heizwalze 11 zum voreingestellten Wert TS hin gemäß der oben beschriebenen Temperatursteuerung wird die Heizlampe 12 für eine vorgegebene lange AN-Zeitspanne betrieben, wenn die Temperatur der Heizwalze unter den vorgegebenen Wert TS abfällt. Insbesondere ist die Länge der AN-Zeitspanne der Heizlampe 12 sehr groß im Vergleich zur Länge der AUS-Zeitspanne. Deshalb wird die Heizlampe 12 möglicherweise übermäßig betrieben, wenn die Temperatur TS bereits während der AN- Zeitspanne erreicht wird. Dies ist ganz ähnlich zu dem in Fig. 2 gezeigten Fall. Mit anderen Worten bedeutet das, dass die Heizlampe übermäßig Wärme produziert, welche die Heizwalzenoberfläche über die Temperatur aufheizt, die zum Schmelzen des Toners ausreichend ist, wobei dadurch eine Temperaturvariation verstärkt wird.
Das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-295873 beschriebene Temperatursteuerverfahren für eine Fixiereinrichtung hat die Zielsetzung, die Temperatur der Heizwalze 11 auf der vorgegebenen Temperatur TS zu halten, wobei die Variationen begrenzt sein sollen. Deshalb berücksichtigt dieser Stand der Technik die Temperatur einer Grenzfläche zwischen dem Aluminiumkern Al und der Silikongummischicht (das heißt eine Grenzflächentemperatur des Walzenkerns unter der Silikongummischicht) nicht. Deshalb kann beim Vorgang des Aufrechterhaltens der Heizwalze 11 auf einer vorgegebenen Temperatur TS der Kern der Heizwalze 11 über eine Temperatur aufgeheizt werden, bei welcher der Silikongummi sich vom Kern ablöst. Bei einem Langzeitbetrieb der Heizwalze 11 kann also ein Problem dahingehend auftreten, dass der Silikongummi sich von Kern löst.
Der Silikongummi ist mittels eines Klebstoffes am Aluminiumkern gebunden, der eine Wärmewiderstandsfähigkeit von etwa 180ºC aufweist. Deshalb kann sich dieser vom Kern ablösen, falls der Kern derart überheizt wird, dass der Klebstoff, welcher den Silikongummi am Kern bindet, schmilzt. Im Fall des Steuerns der Oberflächentemperatur der Heizwalze 11 auf etwa 170ºC kann der Kern auch über 170ºC aufgeheizt werden. Falls der Kern über 180ºC für eine längere Zeitspanne aufgeheizt wird, schmilzt der Klebstoff und der Silikongummi löst sich vom Kern ab, wodurch die Fixiereinrichtung funktionsunfähig wird.
In diesem Fall verwendet die Steuerung der elektrischen Energiezufuhr für die Heizlampe 12 gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik eine erste Steuertemperatur To, welche mehr als 10ºC niedriger ist als der vorgegebene Zielpunkt. Der Kern der Heizwalze 11 kann 180ºC selbst bei dieser ersten Steuertemperatur To überschreiten. Des Weiteren wird die Heizlampe 12 bei AN-AUS-Intervallen (relativ lange AN-Zeitspanne und relative kurze AUS-Zeitspanne) betrieben, wenn die Heizwalzentemperatur, nachdem sie die vorgegebene Temperatur TS erreicht hat, unter die vorgegebene Temperatur TS absinkt. Zu diesem Zeitpunkt kann der Kern auch überheizt und bei einer Temperatur gehalten werden, die ein Erweichen des Klebstoffes ermöglicht und somit die Silikongummischicht mit voranschreitender Zeit vom Kern ablöst.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die oben erwähnten Probleme durch Bereitstellen einer Fixiereinrichtung zu lösen, welche in der Lage ist, die elektrische Energieversorgung für die Wärmequelle (Heizlampe) mit einer reduzierten Temperaturvariation zu steuern.
Die vorliegende Erfindung ist auch darauf gerichtet, ein übermäßiges Aufheizen der Heizwalze dadurch zu verhindern, dass eine minimal notwendige Wärmemenge zugeführt wird, wenn die Temperatur der Heizwalze gesteuert wird, nachdem diese bereits ein vorgegebenes Niveau erreicht hat.
Die Fig. 5 und 6 sind schematische Konstruktionsansichten eines anderen herkömmlichen Druckers, welcher einen ähnlichen xerografischen Druckvorgang verwendet. Fig. 5 zeigt den Drucker im Zustand der Vorbereitung vor dem Drucken (Kopieren), und Fig. 6 zeigt den Drucker im Arbeitszustand.
Bereiche, die zu denen des in Fig. 1 gezeigten Druckers ähnlich sind, weisen dieselben Bezugszeichen auf. In den Fig. 5 und 6 bezeichnet das Bezugszeichen 19 einen Wärmeakkumulator, und Bezugszeichen 20 bezeichnet eine externe Heizeinrichtung (Heizung), welche eine Heizung 21 aufweist sowie einen Reflektor 22 zum Reflektieren der Wärme von der Heizung zum Toner 18 auf dem Aufzeichnungsmedium 3 oder zur Fixierwalze 11. Der Drucker der Fig. 5 und 6 ist ähnlich dem Drucker der Fig. 1 mit der Ausnahme, dass die Fixierwalze 11 keine Heizeinrichtung enthält und statt dessen den Wärmeakkumulator 19 aufweist, welcher durch die externe Heizeinrichtung 20 aufgeheizt wird, wobei letztere auch dazu verwendet wird, den Toner 18 auf dem Aufzeichnungsmedium 3 aufzuheizen.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, rotieren die Fixierwalze 11 und die Druckwalze 15 in den jeweils markierten Richtungen D und E im Zustand der Vorbereitung des Druckens und werden durch Wärme von der Heizung 21 (oder durch die externe Heizeinrichtung 20) aufgeheizt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Reflektor 22 der Heizung 21 auf die Fixierwalze 11 gerichtet. Wenn die Oberflächentemperatur der Walze 11 eine vorgegebene Temperatur erreicht, wird das Aufzeichnungsmedium 3 (Fig. 6) zugeführt und kommt mit der lichtempfindlichen Trommel 4 in Kontakt, von welcher der Toner 2 auf das Aufzeichnungsmedium 3 übertragen wird. Das Aufzeichnungsmedium 3 wird dann in die Richtung C fortgeleitet. Der Reflektor 22 rotiert in der Richtung G, um der Oberfläche der Fixierwalze 11 und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 3 gegenüberzustehen. Der Toner 18 auf dem Aufzeichnungsmedium im Einlass der Fixierwalze wird mittels Hitze von der Heizeinrichtung 21 darauf fixiert. Der Toner 18 wird durch die Wirkung der Wärme vollständig auf dem Aufzeichnungsmedium 3 fixiert, wobei die Wärme von der Fixierwalze 11 stammt und wobei eine Druckkraft von der Druckrolle 15 wirkt. Das Aufzeichnungsmedium wird dann aus dem Drucker entlassen, wodurch ein Druckzyklus beendet wird. Wenn das Aufzeichnungsmedium 3 die Fixiereinrichtung passiert, wird der Detektor 16 betätigt und erzeugt seinerseits ein Detektionssignal, welches bewirkt, dass der Reflektor 22 sich in der Richtung F dreht, um die Fixierwalze 11 im Vorbereitungszustand aufzuheizen.
Die Fig. 7 und 8 sind schematische Querschnittsansichten eines anderen Beispiels für eine Fixiereinrichtung aus dem Stand der Technik, welche eine Heizwalze 11 und eine Druckwalze 15 aufweist. Die Heizwalze 11 besteht aus einem metallischen Hohlkern 11a und einer wärmebeständigen und lösbaren Schicht 11b und enthält darin eine Heizeinrichtung 12. Die Druckwalze 15 besteht aus einem metallischen Hohlkern 15a und einer wärmebeständigen und lösbaren Schicht 15b. Bezugszeichen 20 bezeichnet eine externe Heizeinrichtung, welche gebildet wird von einer Wärmestrahlungsheizung 21 (z. B. einer Halogenlampe oder einer Infrarotlampe, welche Wärmestrahlung aussendet) und einem Reflektor 22, welcher als Umwandlungseinrichtung dient zum Konzentrieren der Strahlung in der Nähe des Einzugs (Kontaktbereich) zwischen der Heizwalze 11 und der Druckwalze 15.
Der Betrieb der so aufgebauten Fixiereinrichtung wird nachfolgend beschrieben:
Ein ein nicht fixiertes Tonerbild 18 tragendes Aufzeichnungsmedium 3 wird über ein Transportband 23 zugeführt und zunächst mit Wärmestrahlung vom Reflektor 22 der externen Heizeinrichtung 20 beaufschlagt, wie das in Fig. 7 gezeigt ist. Das Aufzeichnungsmedium 3 wird dann weitergeführt und passiert einen Einzug zwischen der Heizwalze 11 und der Druckwalze 15 und wird dabei im eingezogenen Zustand zwischen der Heizwalze 11 (mit der Heizeinrichtung 12 darin) und durch die externe Heizeinrichtung 21 aufgeheizt, wie das in Fig. 8 gezeigt ist. Diese Fixiereinrichtung bewirkt, dass der Toner 18 auf dem Aufzeichnungsmedium durch Schmelzen fixiert wird, und zwar durch eine Zweischrittheizung mittels der Heizung 21 der externen Heizeinrichtung und mittels der Heizung 12 in der Heizwalze 11. Wenn der thermoplastische Harzanteil im Toner 18 weich wird und schmilzt, wird der Toner 18 auf dem Aufzeichnungsmedium 3 durch die Wirkung der Bindungskraft zwischen den Teilchen und zwischen den Teilchen und dem Aufzeichnungsmedium fixiert. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass zwei Heizeinrichtungen jeweilige Anteile von Wärme zuführen, die notwendig sind, um den Toner 18 auf dem Aufzeichnungsmedium zu fixieren, wobei ein Einsparen von Wärmeenergie von der Heizwalze 11 in Kontakt mit der Druckwalze aufgrund der Wärmeenergiezufuhr von der externen Heizung 20 in der ersten Stufe des Heizens möglich ist.
Fig. 9 ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen Beispiels einer Fixiereinrichtung aus dem Stand der Technik, welche ein Paar Fixierwalzen (eine obere Walze 11 und eine untere Walze 15) aufweist, die gegeneinander mittels Federn (nicht dargestellt) angedrückt werden und die in einem Gehäuse 25 angeordnet sind. Die obere Fixierwalze 11 enthält eine Fixierheizung 12, welche aus einer Heizlampe mit einer Länge besteht, die im Wesentlichen gleich der Länge der Walze ist. Eine Hilfsheizung 21, welche aus einer Heizlampe (Halogenlampe) besteht, ist der oberen Fixierwalze 11 gegenüberliegend angeordnet. Diese obere Fixierwalze 11 ist eine Aluminiumröhre 11c mit einer Wandstärke von nicht mehr als 10 mm und mit einer Fluoridharzbeschichtung von nicht mehr als 40 Mikrometer Stärke. Die untere Walze 15 besitzt eine Drehachse 15c mit einem zylindrischen Körper 15d aus Silikongummi. Die thermische Leitfähigkeit der Aluminiumröhre 11c ist 0,2 bis 0,5 cal/cm·sec·ºC und die thermische Leitfähigkeit der Fluoridharzbeschichtung 11d ist 3 · 10&supmin;&sup4; bis 6 · 10&supmin;&sup4; cal/cm·sec·ºC. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 14 einen Temperatursensor zum Erfassen einer Oberflächentemperatur T der oberen Fixierwalze 11, und Bezugszeichen 27 ist ein Finger zum Trennen eines Kopierblatts. Ein Reflektor 22 ist vorgesehen als Spiegel mit einem im Wesentlichen konvexen Querschnitt, welcher Wärmestrahlung sammelt und auf die zylindrische Oberfläche der oberen Fixierwalze 11 richtet.
Der Reflektor 22 besitzt eine schlitzartige Öffnung 22a in seinem unteren Bereich, und das Gehäuse 22 besitzt eine schlitzartige Öffnung 25a in einem Bereich davon, welcher dem unteren Bereich des Reflektors 22 gegenüberliegt. Licht der Hilfsheizung 21 erreicht durch die Öffnungen 22a und 25a eine Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 4, welche zwischen einer Tonerabtrenneinrichtung 9 und einer Reinigungseinrichtung 28 vorliegt. Licht der Heizlampe 21 der Hilfsheizung 20 wird nämlich zum Entladen der lichtempfindlichen Trommel vor einem nachfolgenden Druckzyklus verwendet. In Fig. 9 bedeckt ein Filter 29a die Öffnung 25a des Gehäuses 25, um Lichtfrequenzen zu unterdrücken, welche eine Lichtermüdung der lichtempfindlichen Trommel 4 bewirken und um die Lichtintensität abzusenken auf ein Maß, das zum Entladen der lichtempfindlichen Trommel 4 geeignet ist. Eine Verschlussplatte 29b ist gleitbar in einer vertikalen Richtung vorgesehen, um die Fläche der Öffnung 25a des Gehäuses 25 anzupassen.
Fig. 10 ist eine schematische Konstruktionsansicht einer anderen Fixiereinrichtung aus dem Stand der Technik. Diese Fixiereinrichtung wird von einer Hauptheizwalze 11, einer Druckwalze 15 und einer Hilfsheizwalze 30 gebildet. Die Hauptheizwalze 11 enthält in ihrem zentralen Bereich eine Heizlampe 12 als Wärmequelle. Die Hilfsheizwalze 30 ist mit ihrer zylindrischen Oberfläche in Kontakt mit der Hauptheizwalze 11 und besitzt einen geringeren Durchmesser als die Hauptheizwalze 11. Die Hilfsheizwalze 30 enthält eine Hilfsheizlampe 31. Da die Hilfsheizwalze 30 ihre Oberflächentemperatur schneller steigert als die Hauptheizwalze 11, kann letztere intern und extern geheizt werden, um auf schnellere Weise eine bestimmte Temperatur zu erreichen.
Wie zuvor beschrieben wurde, sind sämtliche herkömmliche Tonerbildfixiereinrichtungen derart ausgestaltet, dass ein Teil der Wärmeenergie, welche durch jede Heizlampe erzeugt wird, intern oder sowohl intern als auch extern zur Oberfläche der Heizwalze übertragen werden kann, um auf schnelle Weise das Erreichen einer Oberflächentemperatur zu realisieren, welche ausreicht, den Toner auf einem Blatt eines Aufzeichnungspapiers zu schmelzen und zu fixieren. Jedoch kann bei Heizwalzen mit einem gummibeschichteten Kern der Gummi sich vom Kern ablösen als Ergebnis des Anstiegs der Grenztemperatur des Kerns während eines Langzeitbetriebs.
Gewöhnlicherweise wird der Gummi am Aluminiumkern mittels eines Klebstoffes, welcher "Primer" genannt wird, gebunden, welcher eine Hitzebeständigkeit nicht oberhalb von 200ºC aufweist, jedoch funktioniert dieser in vielen Fällen nur bei Temperaturen bis zu 180ºC, und zwar wegen der Qualitätsverschlechterung durch den Einfluss darin enthaltenen Öls. Um ein Tonerbild auf dem Aufzeichnungspapier zu fixieren, ist es notwendig, die Walzenoberflächentemperatur bei einer bestimmten Temperatur zu halten und gleichzeitig eine bestimmte Griffbreite oder Quetschbreite (Kontaktfläche) zwischen den gepaarten Walzen zu gewährleisten. Diese vorzugebenden Werte hängen jedoch von der linearen Geschwindigkeit der Abbilderzeugungsvorrichtung und von den Eigenschaften des verwendeten Toners ab. Normalerweise kann die Walzenoberflächentemperatur auf nahezu 180ºC ansteigen, was der praktischen Hitzebeständigkeit des Primers entspricht. Deshalb muss die Walzenoberflächentemperatur auf einen Wert im Bereich von 165ºC bis 175ºC voreingestellt werden. Alle Fixiereinrichtungen aus dem Stand der Technik, welche ausschließlich eine Heizwalze oder Walzen verwenden, welche ein Heizelement (z. B. eine Halogenlampe) in ihrem Inneren aufweisen und welche mit einer üblichen Temperatursteuerung arbeiten, können jedoch den Primerbereich (die Grenze zwischen dem Gummi und dem Kern der Walze) die Temperatur nicht unterhalb von 180ºC aufrechterhalten.
Entsprechend ist die vorliegende Erfindung dazu ausgelegt, eine Tonerbildfixiereinrichtung bereitzustellen, bei welcher eine Oberflächentemperatur der Fixierwalze auf einen Zielwert hin schnell erreichen kann und welche die Grenztemperatur des Walzenkerns in einem Bereich aufrechterhalten kann, bei welchem sich der Gummi nicht vom Kern ablöst.
Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht zur Erläuterung eines Beispiels einer Farbbilderzeugungsvorrichtung, bei welcher eine erfindungsgemäße Tonerbildfixiereinrichtung verwendet wird.
In Fig. 11 bezeichnet das Element I einen Abbilderzeugungsbereich, welcher eine lichtempfindliche Trommel 90, eine verarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt), welche zum Ausbilden eines gewünschten Tonerbildes auf der lichtempfindlichen Trommel 90 notwendig ist, und eine Tonerbildübertragungstrommel 80 aufweist zum Übertragen des Tonerbildes von der lichtempfindlichen Trommel auf ein Blatt Papier.
Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist die lichtempfindlichen Trommel mit am Umfang angeordneten Einrichtungen ausgebildet, z. B. einer statischen Aufladeeinrichtung zum gleichmäßigen Aufladen der lichtempfindlichen Trommeloberfläche, einem optischen System zum Übertragen eines Lichtbildes auf die elektrisch aufgeladene Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 90, einer Mehrzahl Farbentwickler zum jeweiligen Entwickeln latenter Bilder mit einem jeweiligen Farbtoner (Pulver), einem Übertragungsbereich zum Übertragen der entwickelten Farbbilder auf ein Blatt Papier 40 durch inniges Kontaktieren des letzteren mit der Tonerbildübertragungstrommel 90, einer Reinigungseinrichtung zum Entfernen verbliebenen Toners von der lichtempfindlichen Trommeloberfläche, einer Entladeeinrichtung zum Entfernen verbliebener statischer Ladung und so weiter.
Die Tonerbildübertragungstrommel besitzt eine ausreichende Umfangslänge, um ein Blatt Papier von maximaler Größe aufzuwickeln, und wird von einem Zylinder 81 gebildet, welcher intern mit einer Schicht 82 und extern mit einer Schicht 83 beschichtet ist. Die Trommel 80 zieht das Blatt Papier 40 auf der äußeren Oberflächenschicht 83 zum Beispiel aufgrund der Wirkung statischer Elektrizität bei gleichzeitiger Rotation der lichtempfindlichen Trommel 90 derart an, dass die Vorderkante des Blattes Papier, die Vorderkante einer Seite eines auf der lichtempfindlichen Trommel 90 ausgebildeten Tonerbildes trifft.
Ein erfindungsgemäßer Fixierbereich II ist auf der Seite lichtempfindlichen Trommel relativ zu einer geraden Linie ausgebildet, welche das Zentrum der lichtempfindlichen Trommel 90 und das Zentrum der Tonerbildübertragungstrommel 80 durchläuft, das heißt entlang einer Tangentenlinienrichtung B vom Einzug zwischen der Tonerbildübertragungstrommel 80 und der lichtempfindlichen Trommel 90. Die Fixiereinrichtung ist so angeordnet, dass der Einzug oder der Quetschbereich (Kontaktbereich) A zwischen ihrer Heizwalze 50 und der Druckwalze 60 oberhalb der Tangentenlinie B lokalisiert ist.
Nach dem Empfangen des Tonerbildes wird das Blatt Papier 40 mittels eines Separators 91 von der Tonerbildübertragungstrommel 80 separiert und zum Fixierbereich II geführt. Der Separator 91 arbeitet synchron mit der Rotation der Tonerbildübertragungstrommel 80. Er ist von der Trommeloberfläche bis zum Abschluss des Übertragens des Tonerbildes auf das Blatt Papier 40 beabstandet und kontaktiert dann die Oberfläche, um die Vorderkante des Papiers von der Trommeloberfläche abzulösen.
Das von der Tonerbildübertragungstrommel 80 separierte Blatt Papier 40 erreicht die Heizwalze 50 der Fixiereinrichtung und gelangt in den Einfädelbereich oder Quetschbereich A zwischen der Heizwalze 50 und der Druckwalze 60. Zu diesem Zeitpunkt wird das Blatt Papier 40 ohne eine Zustandsänderung linear zum Einfädelbereich oder Quetschbereich der Fixiereinrichtung geführt.
Da das Blatt Papier 40 zur Heizwalze 50 linear geführt werden kann, ohne aufgrund von Kräften gebogen zu werden, kann das Tonerbild auf befriedigende Art und Weise auf dem Blatt Papier fixiert werden, ohne dass Streifen oder Schattierungen unfixierten Toners entstehen. Ein Fixieren des Tonerbildes mit hoher Qualität ist ebenso gewährleistet, weil das Blatt Papier 40 vorab durch die Heizwalze erwärmt wird und dann erst in den Einfädelbereich A eintritt.
Fig. 12 zeigt im Detail den Fixierbereich II. Der erfindungsgemäße Fixierbereich II wird gebildet von einer Heizwalze 50 und von einer Druckwalze 60. Die Heizwalze 50 besitzt einen Aluminiumkern (Al) 51, welcher außen mit einer Schicht 52, z. B. aus Silikongummi beschichtet ist, welche auf leichte Art und Weise Toner freigibt. Die Silikongummischicht 52 ist an dem Kern 51 mittels eines "Primer" genannten Klebstoffes gebunden. Die Heizwalze 50 weist in ihrem Inneren eine Heizlampe 53 (z. B. eine Halogenlampe) auf, welche als Wärmequelle zum Heizen der Heizwalze dient und welche ihre Oberflächentemperatur auf einer für die Fixierung notwendigen Temperatur (vorgegebene oder voreingestellte Temperatur) hält.
Die Heizwalze 50 ist derart mit einer Druckwalze 60 vorgesehen, dass sich ein geeigneter breiter Einzug (Kontakt) mit der Heizwalze 50 zum wirkungsvollen Fixieren des Toners auf dem Blatt Papier 40 ergibt und dass das Blatt Papier 40 zu innigem Kontakt mit der zylindrischen Oberfläche der Heizwalze 50 gezwungen wird. Aus diesem Grund besteht die Druckwalze 60 aus einem rotierbar gelagerten Kern 61, welcher mit einem dicken und/oder nur gering harten Silikongummi oder mit einer mit PFA (Perfluoralkyl = Ethylencopolymerharz) beschichteten Schaumstoffschicht 62 beschichtet ist, welche gesteigerte Wärmeisolationseigenschaften aufweist zum Minimieren eines Abfalls der Oberflächentemperatur der Heizwalze und zum Ausbilden eines breiten Einzugs (in der Papierdurchlassrichtung) mit der Heizwalze 50.
Die elektrische Stromversorgung der Heizlampe 53 wird AN- AUS-gesteuert, um die Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 auf einer vorgegebenen oder voreingestellten Temperatur zu halten. Dazu ist ein Temperatursensor 54, welcher aus einem Thermistor besteht, in Kontakt mit der Heizwalzenoberfläche angeordnet. Die Stromversorgung der Heizlampe 53 wird durch das in Fig. 13 gezeigte Steuersystem gemäß dem Ausgangssignal des Temperatursensors 54 gesteuert.
Fig. 13 zeigt ein Beispiel eines Steuerschaltkreises, welcher der Heizlampe 53 elektrische Energie zuführt. Die Heizlampe 53 wird über den Heizbetriebsschaltkreis 53 mit Energie beaufschlagt. Ein Detektionssignal des Temperatursensors 54 wird mittels eines A/D-Wandlers 44 digitalisiert und durch den Messkreis 45 quantisiert. Ein Vergleichsschaltkreis 47 vergleicht den so gewandelten Wert mit einem zur eingestellten oder voreingestellten Temperatur korrespondierenden Wert, wobei die voreingestellte Temperatur in einer Look-up-Tabelle 46 gespeichert ist. Das Vergleichsergebnis wird ausgegeben. Die elektrische Stromversorgung der Heizlampe 53 wird dann gemäß dem Vergleichsergebnis über den Heizbetriebsschaltkreis 53 gesteuert.
Die Look-up-Tabelle 46 speichert mit den jeweiligen vorgegebenen oder voreingestellten Temperaturen korrespondierende Werte und Werte, welche mit Werten der jeweiligen elektrischen Energie korrespondieren, welche über den Heizbetriebskreis 43 zur Heizlampe 53 gemäß den Vergleichsergebnissen zuzuführen sind. Die Energieversorgungssteuerung kann durch Steuern der Zeitspanne einer konstanten Spannung oder durch Steuern eines Wertes für den elektrischen Strom einer konstanten Zeitspanne oder eines Wertes für die elektrische Spannung für eine konstante Zeitspanne oder durch Verwenden einer Kombination dieser Verfahren gesteuert werden. Eines dieser Verfahren wird ebenso in der Tabelle 46 gespeichert.
Erfindungsgemäß wird die Versorgung mit elektrischer Energie durch Steuern der Zeitspanne einer konstanten Spannung gesteuert. Zum Beispiel ist die Heizlampe 53 mit einem Speicher für das AN-AUS-Verhältnis (ein Verhältnis einer Zeitspanne mit Stromversorgung (ON, AN) zu einer Zeitspanne ohne Stromversorgung (OFF, AUS) versehen. Es werden ein für eine bestimmte Zeitspanne zuzuführender Stromwert und ein für eine bestimmte Zeitspanne zuzuführender Spannungswert gespeichert. Die erfindungsgemäße AN-AUS-Verhältnissteuerung steuert die verbrauchbare elektrische Energie wie bei einer Spannungs- oder Stromsteuerung. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die AN-AUS-Verhältnissteuerung, welche nicht nur die AN-Zeitspanne, sondern auch den Spannungswert oder den Stromwert steuert. Zur vereinfachten Erläuterung wird die AN-AUS-Verhältnissteuerung für den Fall beschrieben, bei welchem die AN-Zeitspanne und die AUS-Zeitspanne bei einer Stromversorgung mit konstanter Spannung gesteuert werden.
Unter Bezugnahme auf das Zeitablaufdiagramm der Fig. 14 wird nun die Temperatursteuerung eines erfindungsgemäßen Fixierbereichs II beschrieben:
In Fig. 14 bezeichnet T&sub1; eine erste voreingestellte Temperatur einer Oberflächentemperatur der Heizwalze 50, welche niedriger ist als eine zweite voreingestellte Temperatur T&sub2;, welche geeignet ist zum Fixieren eines Tonerbildes und bei welcher die Grenzflächentemperatur des Heizwalzenkerns eine obere Grenztemperatur erreicht, bei der sich kein Ablösen der Gummischicht 52 vom Kern ergibt. Zum Beispiel kann als obere Grenztemperatur für die Heizwalze der Wert 180ºC angenommen werden. Die Heizlampe 53 wird mit elektrischem Strom versorgt, bis die Grenzflächentemperatur des Kerns 51 die obere Grenztemperatur erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 gemessen und als erste voreingestellte Temperatur T&sub1; gesetzt. Es wird nämlich die Oberflächentemperatur der Heizwalze 50, bei welcher der Kern die obere Grenztemperatur erreicht, als erste voreingestellte Temperatur T&sub1; gesetzt. Die erste voreingestellte Temperatur T&sub1; ist eine Oberflächentemperatur der Heizwalze 50, bei welcher der Kern nämlich der Temperatur 180ºC annimmt, welche noch kein Lösen der Gummischicht 52 von der Kernoberfläche bewirkt.
In der Praxis ist die Heizwalze 50 zum Beispiel ein zylinderartiger Aluminiumkern 51 mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Wandstärke von 2 mm, welcher mit einer geschichteten Beschichtung 52 beschichtet ist, welche aus einer 900 bis 940 Mikrometer starken hochwärmeleitfähigen LTV- Gummischicht, einer 30 bis 50 Mikrometer starken Fluoroelastomerschicht (abweisend) und einer 30 bis 50 Mikrometer starken Toner freigebenden LTV-Oberflächenschicht besteht. Die Druckwalze 60 ist ein zylinderartiger Kern mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Wandstärke von 2 mm, welcher mit einer 5,5 mm starken LTV-Gummischicht 62 bedeckt ist, welche eine PFA-Röhrenschicht darauf aufweist. Durch Verwendung einer 800 Watt Halogenlampe als Heizlampe 53 wird die Heizwalze aufgeheizt: Die Oberflächentemperatur der Heizwalze betrug 134ºC, wenn die Temperatur des Kerns 51 im Bereich von 170ºC bis 180ºC, insbesondere bei 175ºC (eingestellt als obere Grenztemperatur) lag. Folglich wird 134ºC als erste voreingestellte Temperatur T&sub1; übernommen.
Wie oben beschrieben wurde, werden vor dem Zusammenbau der Fixiereinrichtung der Durchmesser der Heizwalze 50, die Wandstärke des Kerns 51, die Stärke der Schicht 52, das Material der Gummischicht 52, und eine obere Grenztemperatur des Kerns 51, bei welcher die Gummischicht sich noch nicht vom Kern ablöst, auf der Grundlage der oben angegebenen Daten ermittelt. Nach dem Zusammenbau des Fixierbereichs II wird zunächst die voreingestellte Temperatur T&sub1; durch Messen der Heizwalzenoberflächentemperatur ermittelt, wenn die Heizwalzenkerntemperatur die obere Grenztemperatur erreicht, wobei die obere Grenztemperatur zuvor mit einem geeigneten Sicherheitswert ermittelt wird.
Wenn die Farbbilderzeugungseinrichtung EIN-geschaltet wird, wird die Heizlampe 53 eingeschaltet und arbeitet unter kontinuierlicher Zufuhr von Energie. Wie zuvor beschrieben wurde, wird kontinuierlich bei konstanter Spannung Energie der Heizlampe 53 über den Heizbetriebskreis 43 zugeführt, bis die Heizwalze 50 auf die erste voreingestellte Temperatur, bei welcher die Grenzflächentemperatur des Walzenkerns 51 nicht die obere Grenztemperatur, zum Beispiel 180ºC, überschreitet. Der Heizbetriebskreis 43 führt der Heizlampe 53 nämlich unter Berücksichtigung eines Ausgangssignals des Vergleichskreises 47 Energie zu, wobei das Ausgangssignal der durch den Temperatursensor 54 detektierten Temperatur entspricht, welche niedriger ist als die erste eingestellte Temperatur T&sub1;.
Durch kontinuierliches Aufheizen mittels der Heizlampe 53 kann die Heizwalze 50 sehr schnell ihre Oberflächentemperatur anheben. Dadurch kann die für den Temperaturanstieg zur Zieltemperatur (zweite eingestellte Temperatur) verkürzt werden. Die Heizwalze 50 und die Druckwalze 60 werden synchron zur Rotation angetrieben, wobei die Energieversorgung für die Heizlampe 53 eingeschaltet ist.
Sobald der Vergleichskreis 47 detektiert, dass die Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 die erste voreingestellte Temperatur T&sub1; (z. B. 134ºC) erreicht, betreibt der Heizbetriebskreis 43 die Heizlampe 53 gemäß dem in der Tabelle 46 gespeicherten AN-AUS-Verhältnis. In diesem Fall wird das AN- AUS-Verhältnis derart bestimmt, dass die Temperatur des Kerns 51 nicht die vorbestimmte obere Grenztemperatur überschreitet, aber stabilisiert ist. Im Fall des Steuerns der Heizlampe mit einem AN-AUS-Verhältnis kleiner als 1 zum Anheben der Temperatur von der ersten voreingestellten Temperatur T&sub1; aus darf die von der Heizlampe zugeführte Wärme nicht im Übermaß vorliegen und kann die Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 schrittweise anheben, wobei die Temperatur des Kerns 51 dicht unterhalb der oberen Grenztemperatur verbleibt.
Bei dem oben erwähnten Fall kann das AN-AUS-Verhältnis zum Beispiel derart sein, dass die Heizlampe für 1 Sekunde eingeschaltet und für 3 Sekunden ausgeschaltet wird, wobei dann dieser Zyklus wiederholt wird. Das AN-AUS-Verhältnis ist dann 1/3, das heißt kleiner als 1. Der Anteil der AN- Zeitspanne ist dann 1/4, wenn der Anteil der AN-Zeitspanne bei einem kontinuierlichen Betrieb der Heizlampe als 1 gesetzt wird.
Die oben beschriebenen Bedingungen sind im Detail in Fig. 15 dargestellt. Nachdem die Heizwalze 50 durch die Heizlampe 53 kontinuierlich auf die voreingestellte erste Temperatur T&sub1; aufgeheizt wurde, betreibt der Heizbetriebsschaltkreis 43 die Heizlampe 53 wiederholt mit dem in Tabelle 46 gespeicherten AN-AUS-Verhältnis. Folglich kann die Heizwalze 50 ihre Oberflächentemperatur schrittweise erhöhen, ohne dass daraus folgt, dass der Kern 51 über die obere Grenztemperatur T&sub0; hinaus aufgeheizt wird.
Entsprechend erhöht sich die Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 schrittweise von der ersten voreingestellten Temperatur T&sub1; aus. In diesem Zustand erreicht die Oberflächentemperatur des Kerns 51 die obere Grenztemperatur von z. B. 175ºC, überschreitet diese jedoch nicht. Die oben beschriebene Energiesteuerung (Betriebssteuerung) bewirkt, dass die Heizlampe 53 die Gummischicht 52 über den Kern 51 aufheizt. Mögen auch einige Temperaturvariationen vorliegen, so wird doch die Kerntemperatur nicht über die obere Grenztemperatur hinaus erhöht. Die Gummischicht 52 wird über das schrittweise Anheben der Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 aufgeheizt. Schließlich erreicht die Oberflächentemperatur der Heizwalze die zweite voreingestellte Temperatur T&sub2; (Zieltemperatur), welche ausreicht, das Tonerbild auf dem Blatt Papier zu fixieren. Sobald die Zieltemperatur durch den Temperatursensor 54 detektiert wird, wird der Energieversorgungsschaltkreis der Heizlampe 53 ausgeschaltet, und es werden gleichzeitig die paarweise vorliegenden Walzen 50 und 60 des Fixierbereichs II in ihrer Rotation angehalten.
Die Farbbilderzeugungseinrichtung ist funktionsbereit, nachdem die Heizwalze 50 auf die zweite vorgegebene oder voreingestellte Temperatur T&sub2; aufgeheizt wurde. Wenn ein Startkommando gegeben wird, beginnt die Einrichtung mit dem Bilderzeugungsvorgang, mit dem Antreiben der Verarbeitungstrommeln und Walzen.
Nachdem die Heizwalze auf die zweite vorgegebene Temperatur T&sub2; aufgeheizt wurde, bewirkt die Energiesteuerung der Heizlampe 53, dass die Heizwalzenoberflächentemperatur dadurch auf dem Zielniveau gehalten wird, dass die Heizlampe 53 gemäß einem Detektionssignal des Temperatursensors 54 betrieben wird. Fig. 16 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches ein Beispiel der Energieversorgungssteuerung der Heizlampe 53 in diesem Zustand zeigt. Wenn die Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 unterhalb der zweiten vorgegebenen oder voreingestellten Temperatur T&sub2; absinkt, wird die Heizlampe 53 betrieben, um die Zieltemperatur der Heizwalze 50 wieder zu erhalten. In diesem Fall wird die Heizlampe 53 wiederholt mit einem vorbestimmten AN-AUS-Verhältnis betrieben, bis die Heizwalze 50 auf die zweite voreingestellte oder vorgegebene Temperatur T&sub2; aufgeheizt ist. Die Grenzflächentemperatur des Heizwalzenkerns 51 kann auf einem Niveau gehalten werden, welches nicht bewirkt, dass die Gummischicht 52 sich vom Kern ablöst. Folglich kann die Heizwalze 50 für eine lange Zeitspanne benutzt werden, ohne dass Probleme im Hinblick auf ihren Kern 51 und im Hinblick auf die Gummischicht 52 auftreten.
Wenn ein Abbilderzeugungsstartkommando gegeben ist, startet der Fixierbereich II die Rotation seiner paarweisen Walzen 50 und 60, bevor das Blatt Papier 40 diese erreicht. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, kann die Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 zeitweise absinken, weil die Wärme der Heizwalze durch die Druckwalze 60 aufgenommen wird. Die Heizwalze sollte deshalb aufgeheizt werden, um die Zieltemperatur wieder zu erreichen. Dieses Wiedergewinnen der Zieltemperatur wird durch Betreiben der Heizlampe 53 mit einem unterschiedlichen AN-AUS-Verhältnis (zweites AN-AUS-Verhältnis) erreicht, welches ebenso in der Tabelle 46 zuvor gespeichert ist.
Das zweite AN-AUS-Verhältnis zum Betreiben der Heizlampe 53 zum Beginn des Abbilderzeugungsvorgangs muss derart gewählt sein, dass die von der Druckwalze 60 absorbierte und zu absorbierende Wärmemenge ausgeglichen wird, und deshalb aus diesem Verhältnis einen größeren Anteil der AN-Zeitspanne aufweisen, verglichen mit dem ersten AN-AUS-Verhältnis, welches bei der Steuerung der Heizlampe 53 nach dem Erreichen der ersten voreingestellten Temperatur T&sub1; verwendet wird. In der Praxis ist die AN-Zeitspanne konstant und es wird die AUS-Zeitspanne verkürzt.
Das erste verwendete AN-AUS-Verhältnis zum Anheben der Heizwalzentemperatur nach dem Erreichen der ersten voreingestellten Temperatur und zum Aufrechterhalten der Zieltemperatur in einem Wartezustand nach dem Erreichen der zweiten voreingestellten Temperatur ist 1 : 3 (1 Sekunde AN und 3 Sekunden AUS). Deshalb kann das zweite AN-AUS-Verhältnis zum Beispiel 1 : 2 sein. Das heißt nämlich, dass der Anteil der AN-Zeitspanne des zweiten AN-AUS-Verhältnisses 1/3 ist und damit größer als (1/4) des ersten AN-Aus-Verhältnisses. Das zweite AN-AUS-Verhältnis kann die zur Heizlampe 53 zuzuführende elektrische Energie steigern, wodurch der Wert der zugeführten Wärmemenge gesteigert wird.
Als Ergebnis davon kann die durch die Druckwalze 60 absorbierte Wärmemenge und die zum Halten der Heizwalze 50 auf der zweiten voreingestellten Temperatur T&sub2; benötigte Wärmemenge abgedeckt werden. Falls die Druckwalze im Zustand des Einschaltens der Stromversorgung zum Anheben der Heizwalzentemperatur rotiert und zu einem bestimmten Grad aufgeheizt wurde, kann es sein, dass diese nicht so viel Wärmemenge von der Heizwalze 50 beim Beginn des Abbilderzeugungsvorgangs absorbiert. In diesem Fall kann das erste AN-AUS-Verhältnis anstelle des zweiten AN-AUS-Verhältnisses zum Erhalten der Zieltemperatur T&sub2; Heizwalze beim Beginn des Abbilderzeugungsvorgangs verwendet werden.
Falls die paarweisen Walzen 50 und 60 des Fixierbereichs II beim Einschalten der Stromversorgung zum Anheben der Heizwalzentemperatur nicht rotieren, kann die Druckwalze 60 eine große Wärmemenge aufnehmen. In diesem Fall kann das zweite AN-AUS-Verhältnis (mit einem gesteigerten Anteil der AN- Zeitspanne) die Wärmemenge wirkungsvoll ausgleichen.
Bei der Farbbilderzeugungsvorrichtung rotiert das Walzenpaar des Fixierbereichs II, und die Heizwalze 50 stellt ihren zeitweiligen Temperaturabfall zur zweiten voreingestellten Temperatur T&sub2; wieder her, bevor das das tonerentwickelte Bild tragende Papier vom Abbilderzeugungsbereich I den Fixierbereich II erreicht. Der gesteigerte Anteil der AN-Zeitspanne der Heizlampe erzeugt keine übermäßige Wärmemenge, weil das Blatt Papier 40 von der Heizwalze 50 Wärmemenge aufnimmt. Folglich wird der Kern 51 nicht über die obere Grenztemperatur hinaus aufgeheizt. Die Heizlampe 53 kann ohne Energieverschwendung mit einer optimalen Menge an elektrischer Energie betrieben werden.
Das Blatt Papier 40 wird in einem Pfad zwischen dem Walzenpaar 50 und 60, welches das Tonerbild auf dem Papier 40 fixiert, geführt, wobei eine merkliche Wärmemenge an den Toner und an das Papier abgegeben wird. Folglich sinkt die Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 ab. In diesem Fall wird der Heizwalze 53 elektrische Energie zugeführt, welche ausreicht, die an das Papier 40 übertragene Wärmemenge auszugleichen, weil die Heizlampe 53 mit dem zweiten AN-AUS- Verhältnis betrieben wird (mit einem gesteigerten Anteil einer AN-Zeitspanne verglichen mit dem des ersten AN-AUS- Verhältnisses für den Wartezustand).
Entsprechend wird die Heizlampe 53 am Beginn des Abbilderzeugungsvorgangs (Drucken) mit dem zweiten AN-AUS-Verhältnis betrieben. Sie wird mit dem ersten AN-AUS-Verhältnis (für den Wartezustand) betrieben vom Moment des Stoppens oder Anhaltens der Walzen 50 und 60 des Fixierbereichs II am Ende des Druckvorgangs. In beiden Fällen muss das Verhältnis der AN-Zeitspanne zur AUS-Zeitspanne so eingestellt werden, dass es 1 : 1 nicht überschreitet (kleiner als 1), damit verhindert wird, dass der Kern 51 über die obere Grenztemperatur hinaus aufgeheizt wird.
Ein Ändern des AN-AUS-Verhältnisses wird insbesondere ausschließlich durch ein Verkürzen der AUS-Zeitspanne bewirkt. Dadurch wird der Speicherumfang der Tabelle 46 wirkungsvoll reduziert. Es wird nämlich ausschließlich die AUS-Zeitspanne in der Tabelle gespeichert, weil die AN- Zeitspanne konstant ist. Es ist auch möglich, ausschließlich die AN-Zeitspanne bei konstanter AUS-Zeitspanne zu erhöhen. In diesem Fall ist eine AN-AUS-Wiederholungszeitspanne zum Betreiben der Heizlampe 53 lang, und folglich wird die Temperaturvariation groß. Ein Reduzieren der Wiederholungszeitspanne ist sehr wirkungsvoll, um die Temperaturvariationen zu reduzieren. Aus diesem Grund ist es besser, die AUS- Zeitspanne zu verkürzen, weil damit die Periode oder Zeitspanne verkürzt wird.
Das AN-AUS-Verhältnis kann die der Heizlampe 53 zuzuführende elektrische Energie steuern. Im Fall des Zuführens einer Spannung mit konstanter Periode kann die Energie durch Änderung des Spannungswerts oder des Stromwerts im Einschaltvorgang (Zufuhr) mit konstanter Periode geändert werden. Das gleiche gilt, wenn das AN-AUS-Verhältnis mit der Zeit ersetzt und Spannung oder Strom geändert werden. Deshalb umfasst das Steuern des AN-AUS-Verhältnisses auch das Steuern eines Stromwertes oder eines Spannungswertes neben den beschriebenen Steuerbeispielen.
Falls der Druckvorgang nicht innerhalb von z. B. 2 Minuten einer Wartezeit gestartet wird, begibt sich der Fixierbereich II in einen Energiesparmodus, in welchem die der Heizlampe 53 des Fixierbereichs II zuzuführende elektrische Energie zum Einsparen elektrischer Energie reduziert wird. Gleichzeitig wird der Fixierbereich II zum Bereithalten der Abbilderzeugungsvorrichtung für eine Funktionsbereitschaft in kurzer Zeit vorgeheizt. Dies ist ebenso ein Vorheizmodus zum Vorheizen des Fixierbereichs II mit maximal eingesparter elektrischer Energie.
In diesem Fall kann die Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 z. B. auf eine Temperatur von 100ºC (niedriger als die voreingestellten Temperaturen T&sub1; und T&sub2;) eingestellt werden, und es wird dabei elektrische Energie zugeführt, welche zum Aufrechterhalten dieser Temperatur notwendig ist. Der Anteil der AN-Zeitspanne für die Heizwalze 53 wird auf 1/N (N> 10) gesetzt. Zum Beispiel beträgt die Leistungsaufnahme der Heizwalze 53 etwa 800 W (im EIN-geschalteten Zustand). Das AN-AUS-Verhältnis von 1 : 3 wird zum Zuführen der elektrischen Leistung zur Heizlampe 53, welche zu 25 W korrespondiert, ausgewählt. Die Heizlampe 53 wird nämlich für 1 Sekunde eingeschaltet und für 31 Sekunden ausgeschaltet. Nachfolgend wird derselbe An-Aus-Zyklus wiederholt. Die Gesamtleistungsaufnahme ist etwa 25 W, weil der Anteil der AN-Zeitspanne 1/31 beträgt. Entsprechend kann eine geeignete Auswahl des oben erwähnten Anteils der AN-Zeitspanne die gewünschte Oberflächentemperatur Tp (z. B. 100ºC) der Heizwalze 50 erhalten.
Das Vorsehen einer Heizlampe mit etwa 25 W zur Verwendung im Energiesparmodus zusätzlich zur Heizlampe 52 kann auf einfache Weise die oben erwähnte Steuerung zum Halten der Temperatur der Heizwalze 50 auf etwa 100ºC realisieren. Wie oben beschrieben wurde, kann eine Heizlampe 53 auf einfache Weise im Energiesparmodus durch Auswahl eines geeigneten AN- AUS-Verhältnisses verwendet werden, wodurch die Notwendigkeit des Verwendens einer speziellen Heizlampe vermieden wird, wodurch der Aufbau des Fixierbereichs II vereinfacht wird.
Obwohl der Fixierbereich II in dem gezeigten Beispiel automatisch den Energiesparmodus aufnehmen kann, falls die Einrichtung im Wartezustand belassen wird (Abbilderzeugungsvorrichtung ist funktionsbereit), und zwar für mehr als 2 Minuten, ist es auch möglich, eine gewünschte Wartezeit auszuwählen und einzustellen. Es kann eine spezielle Taste zum Einstellen des Energiesparmodus vorgesehen sein.
Das Löschen oder Beenden des Energiesparmodus wird durch Verwenden einer speziell vorgesehenen Taste zum Verlassen des Modus bewirkt. Wenn der Energiesparmodus verlassen wird, versetzt der Fixierbereich II die Walzen 50 und 60 in Rotation und schaltet die Heizlampe 53 ein. Die Heizlampe 53 wird dabei nicht mit dem ersten AN-AUS-Verhältnis betrieben, sondern im kontinuierlichen Betriebsmodus. Wenn die Heizwalze auf die erste voreingestellte Temperatur T&sub1; aufgeheizt ist, wird die Heizlampe 53 nachfolgend im ersten AN-AUS- Verhältnis betrieben. Die Temperatur des Kerns 51 kann dabei immer unterhalb der oberen Grenztemperatur gehalten werden, so dass ein Ablösen der Schicht 52 vom Kern 51 nicht erfolgt.
Die Heizwalze 50 kann ihre Oberflächentemperatur auf die voreingestellte Temperatur T&sub2; in einer sehr kurzen Zeitspanne hin steigern, weil sie auf die Temperatur Tp von z. B. 100ºC vorgeheizt ist. Die Heizwalze 50 kann auf sichere Art und Weise auf die zweite voreingestellte Temperatur T&sub2; aufgeheizt werden, und zwar innerhalb einer Zeitspanne, während welcher ein Druckstartsignal erzeugt wird, ein Abbilderzeugungsvorgang begonnen wird und ein ein Tonerbild tragendes Blatt Papier 40 den Fixierbereich II erreicht. Das Druck kann sofort ohne Warten durchgeführt werden.
Deshalb kann der Energiesparmodus nicht nur durch Betätigung einer speziellen Taste zum Verlassen des Energiesparmodus, sondern auch automatisch aufgrund eines Druckstartsignals verlassen werden, welches in Reaktion auf das Betätigen eines Druckschalters erzeugt wurde. Die Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 kann im Energiesparmodus auf den Wert gesetzt werden, von welchem die Heizwalze 50 ausreichend schnell ihre Temperatur auf die zweite voreingestellte Temperatur anhebt, und zwar bis ein erstes Blatt Papier 40 den Fixierbereich II erreicht.
Die erfindungsgemäße Tonerbildfixiereinrichtung ist in der Lage, eine Wärmemengesteuerung zum Aufrechterhalten einer Oberflächentemperatur einer Heizwalze auf einer Temperatur zu realisieren, welche notwendig ist zum Fixieren des Toners, und zwar ohne die Gefahr des Ablösens der Gummischicht vom Walzenkern. Diese Eigenschaft gewährleistet eine verlängerte Lebensdauer der Fixiereinrichtung selbst.
Bei der Fixiereinrichtung kann die Druckwalze auch durch zuvoriges Rotieren mit der Heizwalze aufgeheizt werden. Diese Maßnahme minimiert den Wärmeverlust der Heizwalze während des Fixierens des Tonerbildes, wodurch die Heizwalze auf eine vorgegebene Temperatur mit eingesparter Energie zuvor gehalten werden kann, wobei auch das Ablösen der Gummischicht von dem Heizwalzenkern verhindert wird.
Es wird auf wirkungsvolle Weise elektrische Energie zu einer Wärmequelle zugeführt, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Überheizens der Heizwalze durch einen Wärmeüberschuss reduziert wird und wodurch das Ablösen der Gummischicht von dem Heizwalzenkern verhindert wird. Da zum Ausgleichen von Wärmemenge, welche von dem bildtragenden Medium vom Beginn des Abbilderzeugungsvorgangs aufgenommen wird, elektrische Energie zugeführt wird, kann die Heizwalze immer auf einer geeigneten Fixiertemperatur gehalten werden, wodurch verhindert wird, dass die laminierte Schicht des Walzenkerns sich ablöst, und wodurch ein verlässliches Fixieren des Tonerbildes auf dem Medium gewährleistet wird.
Bei der erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung kann die Heizwalzenoberflächentemperatur derart gesteuert werden, dass ihre Variationsanteile minimiert werden, wodurch ein stabilisierter Prozess des Fixierens des Tonerbildes erreicht wird.
Fig. 17 ist eine schematische Konstruktionsansicht einer erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung. In Fig. 17 sind tonertragendes Material 40 (Aufzeichnungsmedium), nicht fixierter Toner 41 auf dem tonertragenden Material 40, eine Walze 50 (Fixierwalze), welche ausgebildet ist, mit dem nicht fixierten Toner 41 in Kontakt zu treten, einer Halogenlampe 53, welche als interne Heizeinrichtung dient und welche in der Fixierwalze 50 ausgebildet ist, ein Temperatursensorelement 54 (z. B. ein Thermistor), zum Messen der Temperatur der Fixierwalze 50, eine Druckwalze 60, welche mit der Fixierwalze 50 zusammenwirkt und das Aufzeichnungsmedium 40 erfasst oder ergreift, und eine externe Heizeinrichtung 70 gezeigt zum Heizen des Toners 41 und/oder zum Heizen der Fixierwalze 50. Die externe Heizeinrichtung 70 besteht aus einem Heizelement 71, einem Detektor 72 zum Reflektieren von Wärmestrahlung des Heizelements 71, einen netzartigen Filter 73 und so weiter. Das Heizelement 71 kann eine Heizung sein, zum Beispiel ein Plattenheizelement, ein keramisches Heizelement, ein Xenonlampe, ein selbststeuerndes Heizelement oder ein PTC-keramisches Heizelement. Aufbau und Vorteile jedes Heizelements werden nachfolgend beschrieben.
Wie oben beschrieben wurde, verwendet die erfindungsgemäße Fixiereinrichtung das Heizelement 71 als externe Heizeinrichtung, welche in der Nähe der Außenseite der Fixierwalze 50 angeordnet ist, und eine Halogenlampe 53 als eine interne Heizeinrichtung, welche in der Fixierwalze 50 angeordnet ist, um die Fixierwalze auf eine zum Fixieren des Toners 41 auf dem Aufzeichnungsmedium 40 geeignete Temperatur aufzuheizen. Die Fixierwalze 50 ist mit einer Temperatursensoreinrichtung 54 (z. B. einem Thermistor) zum Detektieren der Oberflächentemperatur der Fixierwalze 50 und mit einem System zum Anpassen der Wärmestrahlung der internen Heizeinrichtung 53 der externen Heizeinrichtung 70 zum Steuern der Oberflächentemperatur der Fixierwalze 50 auf eine gewünschte Temperatur versehen.
Die externe Heizeinrichtung 70 weist eine Heizlampe 71 auf, welche mit einem Reflektor 72 zum Richten der Wärmestrahlung der Heizlampe 71 auf einen Einzugsbereich oder Einfädelbereich A zwischen der Heizlampe 50 und der Druckwalze 60, auf. Diese können die Heizlampe 50 durch Verkürzen der Zeit zum Abkühlen der Walze mittels der Umgebungsluft wirkungsvoll aufheizen. Die externe Heizeinrichtung 70 ist am Ende eines Drehbereichs oder Umlaufbereichs der Heizwalze angeordnet, und zwar beabstandet vom Einfädelbereich oder Quetschbereich A durch eine Reinigungs- und Öleinheit. Diese Anordnung kann verhindern, dass ein Blatt Papier die externe Heizeinrichtung 70 über die Reinigungs- und Öleinheit erreicht, selbst dann, wenn das Blatt Papier verschoben und um den Körper der Heizwalze herumgewunden ist. Somit wird eine sichere Funktionsweise der Einrichtung gewährleistet.
Fig. 18 ist eine schematische Konstuktionseinrichtung einer anderen erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung. In Fig. 18 weisen Elemente, die eine ähnliche Funktion haben, wie die Elemente der in Fig. 17 gezeigten Ausführungsform, dieselben Bezugszeichen auf. Bei dieser Ausführungsform ist die Heizlampe 71 im Innern mit einer reflektierenden Schicht 71a beschichtet, durch welche die Wärmestrahlung in der Nachbarschaft des Einzugsbereichs oder Quetschbereichs A der Heizwalze 50 (Fixierwalze) der Druckwalze 60 ohne Verwendung eines in Fig. 17 gezeigten Reflektors gebündelt werden kann. Dies verhindert das Problem, dass der Reflektor 72 beheizt werden kann.
Die Fig. 19 und 20 sind schematische Konstruktionsansichten anderer Tonerbildfixiereinrichtungen, bei denen Teile davon, die eine ähnliche Funktion aufweisen wie bei dem in Fig. 17 gezeigten Ausführungsbeispiel dieselben Bezugszeichen aufweisen. Bei diesen Ausführungsformen ist eine externe Heizeinrichtung 70 eine Walze, welche gleitbar auf der Fixierwalze 50 ausgebildet ist, die ihrerseits mit dem Toner des Aufzeichnungsmediums 40 in Kontakt steht. Die Ausführungsform der Fig. 19 verwendet eine metallische zylindrische Walze 75, welche in ihrem Innern eine Lampe aufweist und welche die Walze 75 gleitbar kontaktiert, während die Ausführungsform der Fig. 20 eine zylindrische Walze 75 mit einem Heizelement 76 aufweist, welches auf der zylindrischen Außenoberfläche davon angeordnet ist.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden der aufzuheizende Toner und/oder die Fixerwalze durch eine externe Heizeinrichtung 70 derart aufgeheizt, dass die paarweisen Walzen 50 und 60 immer rotiert werden, während die externe Heizeinrichtung eingeschaltet ist. Dies bewirkt mit anderen Worten, dass das Einschalten der Heizeinrichtung 70 eng verknüpft ist mit der Rotation der paarweisen Walzen, um die Möglichkeit des lokalen Überheizens der Walzenoberfläche zu verhindern, durch welche ein Feuerfangen der Einrichtung bewirkt werden könnte. Die Heizung kann ausgeschaltet werden, sobald die Walze anhält oder sobald ein Papierstau auftritt.
Im Fall des Verwendens einer externen Heizeinrichtung gemäß Fig. 17, welche die Wärmestrahlung der Lampe 71 auf den Einzugsbereich A zwischen der Heizwalze 50 oder der Druckwalze 60 durch Verwenden eines Reflektors 72 konzentriert, wurden Experimente durchgeführt durch Ändern des Abstandes von der Heizwalze 50 zur externen Heizwalze 70, um die meiste Wärmemenge zur Walze zu transportieren, ohne dass letztere mit dem Papier in Kontakt gerät. Die experimentellen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Wie Tabelle 1 demonstriert, liegt eine geeignete Distanz von der externen Heizeinrichtung 50 zur Oberfläche der Heizwalze im Bereich von 3 mm bis 10 mm. Die Daten der Tabelle 1 wurden durch Experimente erhalten, die als Parameter eine Distanz Lx von der Oberfläche der Heizwalze 50 zur externen Heizung 71 unter Bedingungen verwenden, dass die Heizwalze 50 einen äußeren Durchmesser L&sub1; von 30 mm und eine Wandstärke L&sub2; von 1,0 mm aufweist, dass die Druckwalze 60 einen äußeren Durchmesser von L&sub3; von 30 mm und eine Wandstärke von L&sub4; von 5,5 mm aufweist, dass die externe Heizung 71 eine Ausgangsleistung von 550 W aufweist und dass die interne Heizung 53 eine Ausgangsleistung von 250 W aufweist. [Tabelle 1]
Der Heizwirkungsgrad der externen Heizung 70 kann dadurch verbessert werden, dass sie in der Nähe des Einlasses der Passage für die Blätter angeordnet wird, ohne dass dazwischen irgendeine Einrichtung vorgesehen wird, z. B. die Öleinheit, welche Wärmestrahlung aufnehmen könnte. Ein netzartiger Filter 73, welcher zwischen der externen Heizung 70 und der Heizwalze 50 vorgesehen ist, ist dazu ausgebildet, gestautes Papier daran zu hindern, dass es mit der Heizung in Kontakt gerät und sich entzündet.
Die Heizwalze 50, welche mit dem Toner 41 auf dem Aufzeichnungsmedium 40 in Kontakt kommt, weist in ihrem Inneren eine Heizung 53 auf, welche als interne Heizeinrichtung verwendet wird. Die Walze 50 ist eine Walze, welche mit einer dünnen Gummischicht überzogen ist und welche an ihrem Inneren die interne Heizung 53 aufweist oder welche mit einer externen Heizung 71 versehen ist. Die Druckwalze 80 besitzt keine Heizeinrichtung und ist mit einer Silikongummischicht oder einer Schaumstoffschicht mit einer PFA-Hülle beschichtet, um das thermische Isolationsverhalten zu verbessern. Die Kombination der so aufgebauten Walzen minimiert den Wärmeverlust der Heizwalze 50 und gewährleistet somit eine Anstiegszeit.
Bei der oben beschriebenen Anordnung aus internen und externen Heizungen wird die externe Heizung 71 mit mehr als 50% der gesamten elektrischen Leistung der Fixiereinrichtung versorgt, um der externen Heizung 71 zu ermöglichen, auf schnelle Art und Weise den Abfall der Oberflächentemperatur der Heizwalze 50 auszugleichen, welcher auftritt, während das Aufzeichnungspapier mit einem Tonerbild darauf passiert. Dies gewährleistet eine hohe Qualität des auf dem Papier fixierten Abbildes.
Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Temperatursteuerverfahrens ergibt sich wie folgt:
Es werden sowohl die externe Heizung 71 als auch die interne Heizung 53 eingeschaltet, um die Arbeitsoberfläche der Fixierwalze 50 aufzuheizen. Da die Kerngrenzflächentemperatur der Walze 50 beschränkt werden muss, z. B. nicht höher als 180ºC, wird die interne Heizung 53 ausgeschaltet, sobald die Walzenoberflächentemperatur 150ºC (erste voreingestellte oder vorgegebene Temperatur T&sub1;) erreicht. Nachfolgend wird dann nur noch die externe Heizung 71 zum weiteren Heizen der Walzenoberfläche verwendet, wie das in Fig. 21 dargestellt ist. Die erste vorgegebene oder voreingestellte Temperatur (T&sub1;) muss derart ermittelt werden, dass die Walze 50 durch die externe Heizung auf eine zweite vorgegebene oder voreingestellte Oberflächentemperatur T&sub2; aufgeheizt werden kann, und zwar unter der Bedingung, dass ihre Kerngrenzflächentemperatur die obere Grenztemperatur von 180ºC erreichen kann, bei welcher die Gummibeschichtung sich noch nicht vom Kern ablöst. Es muss dabei berücksichtigt werden, dass die Kerngrenzflächentemperatur der Walze 50 noch ansteigen kann, nachdem die interne Heizung 53 bei der ersten vorgegebenen oder voreingestellten Temperatur ausgeschaltet wurde. Der oben erwähnte erste vorgegebene oder voreingestellte Wert T&sub1; (150ºC) wird auf der Grundlage ausgewählt, dass die Oberflächentemperatur der Walze 50 sowohl von der internen Heizung 53 als auch von der externen Heizung 71 aufgeheizt wurde, zu 154ºC bestimmt wurde, während die Kerntemperatur auf 160ºC- 170ºC (insbesondere 165ºC) gemessen wurde. Die Walze 50 wird durch die externe Heizung 71 ausschließlich auf die zweite voreingestellte oder vorgegebene Temperatur T&sub2; aufgeheizt, wobei gleichzeitig ihre Kerntemperatur die obere Grenztemperatur von 180ºC erreicht, bei welcher sich der Gummi noch nicht vom Kern ablöst.
Fig. 22 zeigt ein anderes Temperatursteuerverfahren, bei welchem zunächst nur die interne Heizung 53 arbeitet, um die Walze 50 solange aufzuheizen, bis diese die erste vorgegebene oder voreingestellte Temperatur T&sub1; erreicht (eine obere Grenztemperatur, bei welcher sich der Gummi noch nicht vom Kern ablöst). Die interne Heizung 53 wird ausgeschaltet und die externe Heizung 71 wird eingeschaltet, um die Heizung 50 nachfolgend auf die zweite vorgegebene oder voreingestellte Temperatur T&sub2; aufzuheizen. Dieses Verfahren ermöglicht das Erreichen der ersten voreingestellten Temperatur von 128ºC.
Auf der Grundlage der oben erwähnten experimentellen Ergebnisse wird die erste voreingestellte oder vorgegebene Temperatur T&sub1; wünschenswerterweise im Bereich von 70% bis 90% der zweiten voreingestellten oder vorgegebenen Temperatur T&sub2; gewählt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Walze ausschließlich von der externen Heizung 71 von der ersten vorgegebenen oder voreingestellten Temperatur in einer kurzen Zeitspanne zur zweiten Temperatur aufgeheizt werden kann, wobei verhindert wird, dass der Kern über eine obere Grenztemperatur hinaus aufgeheizt wird. [Tabelle 2]
Nach dem die Oberflächentemperatur der Walze 50 175ºC erreicht hat (zweite vorgegebene oder voreingestellte Temperatur T&sub2;), wird bewirkt, dass die Temperatursteuerung die Walzenoberflächentemperatur immer bei 175ºC (zweite vorgegebene oder voreingestellte Temperatur T&sub2;) hält.
Die konstante Temperatursteuerung wird durch ein Verfahren realisiert, bei welchem die externe Heizung bei 175ºC (T&sub2;) eingeschaltet und bei 176ºC (T&sub2; + 1 Grad) ausgeschaltet wird, wie das in Fig. 23 dargestellt ist, oder welche die externe Heizung derart betreibt, dass sie bei bestimmten Verhältnissen ein- und ausgeschaltet wird, um die Temperatur bei 175ºC zu halten, nachdem die Walzenoberflächentemperatur 175ºC (T&sub2;) erreicht hat, wie das in Fig. 24 gezeigt ist.
In diesem Fall kann eine Temperaturvariation dadurch unterdrückt werden, dass eine dritte vorliegende Temperatur (T&sub3;) auf einen Wert eingestellt wird, welcher mit der zweiten vorgegebenen Temperatur (T&sub2;) -2ºC bis -3ºC übereinstimmt, und dass eine vierte vorgegebene Temperatur (T&sub4;) auf einen Wert eingestellt wird, welcher mit der zweiten vorgegebenen Temperatur (T&sub2;) +2ºC bis +3ºC, wie das in Fig. 25 dargestellt ist. So tritt zum Beispiel keine Temperaturvariation auf, wenn die externe Heizung derart gesteuert wird, dass sie bei einer Walzenoberflächentemperatur von 173ºC (die dritte vorgegebene Temperatur T&sub3;) eingeschaltet und bei 177ºC (die vierte vorgegebene Temperatur T&sub4;) ausgeschaltet wird.
Im Hinblick auf die Verwendung eines Energiesparsteuermodus wird die interne Heizung immer mit vorheizender elektrischer Energie von z. B. 20 W bis 30 W (25 W für das beschriebene Ausführungsbeispiel) versorgt, nachdem die Energieversorgung eingeschaltet wurde (ein Vorheizmodus zum Absenken der Oberflächentemperatur der Heizwalze der Fixiereinrichtung auf eine Temperatur, bei welcher ein Fixieren des Toners nicht bewirkt werden kann, oder das Verwenden eines Energiesparschalters für eine Pausenzeit der Fixiereinrichtung, wodurch eine Aufwärmzeit verkürzt werden kann.
In diesem Fall kann die externe Heizung mit elektrischer Energie versorgt werden, welche bestimmt ist durch das Reduzieren der der internen Heizung zugeführten elektrischen Energie in Bezug auf die gesamte elektrische Energie, welche der Fixiereinrichtung zugeführt wird. Zum Beispiel kann die elektrische Leistung von 775 W verteilt werden auf die externe Heizung, falls die gesamte Energieversorgung 800 W beträgt. Die oben beschriebene Temperatursteuerung wird durch Verwendung der externen Heizung bewirkt.
Eine ähnliche Wirkung kann durch Steuern der Wärmeerzeugung der externen Heizung durch Ändern der elektrischen Leistung (insbesondere der Spannung), welche bei der externen Heizung jeder voreingestellten oder vorgegebenen Temperatur der Fixierwalze verwendet wird, bewirkt werden. Es kann nämlich die Wärmeerzeugung durch die Änderung der elektrischen Leistungssteuerung durch Ändern einer Spannung oder der Energieversorgungszeitspanne angepasst werden.
Fig. 26A zeigt ein anderes Beispiel eines Walzenoberflächentemperatursteuerverfahrens, bei welchem ausschließlich eine interne Heizung betrieben wird, um die Walze auf ihre erste vorgegebene oder voreingestellte Oberflächentemperatur (T&sub1;) von z. B. 125ºC aufzuheizen, bei welcher ihre Kerntemperatur ihre obere Grenztemperatur von 180ºC erreicht. Dabei wird dann die interne Heizung aus- und eine externe Heizung angeschaltet, um die Walze weiter auf eine zweite vorgegebene oder voreingestellte Oberflächentemperatur (T&sub2;) aufzuheizen, wobei dann die externe Heizung auf 175ºC eingestellt wird.
In diesem Fall wird bei der ersten vorgegebenen oder vorgestellten Temperatur (T&sub1;) die interne Heizung 53 ausgeschaltet, die externe Heizung 71 eingeschaltet, und es werden gleichzeitig die Paare von Walzen 50 und 60 voneinander separiert, wobei ausschließlich die Heizwalze 50 rotiert wird, wie das in Fig. 26B dargestellt ist. Die Walzen werden dann in Kontakt miteinander gebracht, um durch Schmelzen ein Tonerbild auf dem Aufzeichnungsmedium zu fixieren. Dadurch kann die Anstiegszeit für die Heizwalze verkürzt werden, weil keine Wärmemenge von der Heizwalze zur Druckwalze übertragen wird, während sie voneinander separiert sind.
Die Druckwalze 60, welche keine Heizeinrichtung besitzt und welche in Kontakt mit der Heizwalze 50 rotiert, ist mit einem Silikongummi oder einem Schaumstoff mit einer PFA- Hülle beschichtet, um ihre thermische Isolation zu verbessern. Es kann nämlich Wärmemenge wirkungsvoll zum Aufzeichnungspapier übertragen werden, auf welchem dann das Tonerbild wirkungsvoll fixiert wird. In diesem Fall kann die dünne Gummischicht auf der Walze 50 die zweite vorgegebene oder voreingestellte Temperatur T&sub2; durch die externe Heizung schnell erreichen und der innere Kern kann auf 180ºC aufgeheizt werden, bevor die interne Heizung 53 ausgeschaltet wird. Dieses Verfahren verhindert, dass der Walzenkern über die obere Grenztemperatur von 180ºC hinaus aufgeheizt wird.
Konstruktionsvorteile oder Vorteile im Hinblick auf den Aufbau der oben erwähnten Heizeinrichtungen ergeben sich wie folgt:
Eine Flächenheizung ist ein Heizelement (z. B. ein Nichromgrad), welcher in Form eines flachen Elements ausgebildet ist, welches mit einer Beschichtung aus einem isolierenden Material, z. B. Teflon, Polyimid und so weiter, beschichtet ist. Bei der Heizung wird bevorzugt, dass sie eine hohe Isolation und glatte Oberflächen aufweist. Bei der Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann die Heizung in direktem Kontakt mit der aufzuheizenden Walze verwendet werden, um eine besonders wirkungsvolle Wärmeübertragung zu gewährleisten. Die Heizung kann auch mit einem räumlichen Abstand von mehreren Millimetern von der Walzenoberfläche verwendet werden.
Eine Keramikheizung besteht aus einem Aluminiumkeramiksubstrat, auf welchem ein flacher Heizwiderstand des MO-Systems aufgedruckt und mit einem Glas beschichtet ist. Die Keramikheizung kann einen schnellen Temperaturanstieg auf die bestimmte Temperatur bewirken, wenn sie mit elektrischer Energie versorgt wird. Sie kann verwendet werden, indem ihre heizende Oberfläche in der Nähe von oder in Kontakt mit der zylindrischen Oberfläche der aufzuheizenden Walze gebracht wird.
Eine Xenonlampe ist eine Entladungslampe, welche mit Xenongas gefüllt ist, und welche Strahlungsenergie mit einem Spitzenwert bei einer Wellenlänge von 566 nm erzeugt, wenn ein hoher direkter elektrischer Strom zwischen beiden Elektroden der Lampe ausgebildet wird. Sie besitzt eine hohe Heizwirkung beim externen Heizen der Walze.
Eine selbststeuernde keramische Heizeinrichtung ist eine keramische Heizung, welche Wärme produziert unter der Bedingung, dass ein darin hervorgerufener Strom mit einer angelegten Spannung vorgegebene bestimmte Werte nicht überschreiten. Bei dieser Art von Heizung ist es möglich, wenn sie aus einem geeigneten Material hergestellt ist, ihre Oberflächentemperatur auf einen bestimmten Wert zu halten, wenn eine bestimmte Spannung angelegt wird. Diese keramische Heizung wird in der Nähe von oder in Kontakt mit der zu heizenden Walzenoberfläche gebracht.
Die erfindungsgemäßen paarweisen Walzen sind darauf ausgelegt, die Qualität eines auf einem Aufzeichnungsmedium zu fixierenden Bildes (insbesondere ein Farbbild) in der Qualität zu verbessern. Aus diesem Grund ist die Walze, welche in Kontakt mit dem nicht fixierten Toner auf dem Aufzeichnungsmedium gerät, mit Silikongummi beschichtet. Die technischen Probleme im Zusammenhang mit gummibeschichteten Walzen sind (1) das Ablösen des Gummis von der Walzenkernoberfläche aufgrund des Temperaturanstiegs und (2) die verlängerte Anstiegszeit.
Gewöhnlich wird der Gummi an den Aluminiumkern mittels eines "Primer" genannten Klebstoffes gebunden, welcher eine Hitzebeständigkeit von nicht mehr als 200ºC besitzt, aber in vielen Fällen nur bis zu einer Temperatur von etwa 180ºC funktioniert, und zwar aufgrund der Qualitätsverschlechterungen durch die Wirkung darin enthaltenen Öls. Um das Tonerbild auf dem Aufzeichnungspapier zu fixieren, ist es notwendig, die Walzenoberflächentemperatur auf einer bestimmten Temperatur zu halten und gleichzeitig eine bestimmte Breite einer Kontaktfläche (Einzug, Quetschung, Nip) zwischen den paarweisen Walzen sicherzustellen. Diese Werte können in Abhängigkeit der linearen Geschwindigkeit der Abbilderzeugungsvorrichtung und der Eigenschaften des verwendeten Toners ermittelt werden. Normalerweise kann die Walzenoberflächentemperatur auf die Nähe von etwa 180ºC ansteigen, korrespondierend mit der in der Praxis auftretenden Hitzebeständigkeit des Primers. Deshalb muss die Oberflächentemperatur der Heizwalze in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel auf einen Wert zwischen 165ºC und 175ºC eingestellt werden. Sämtliche Fixiereinrichtungen oder Fixiervorrichtungen aus dem Stand der Technik verwenden Heizwalzen oder Walzen, die ein Heizelement (z. B. eine Halogenlampe) enthalten, und arbeiten mit einer gewöhnlichen Temperatursteuerung. Sie können jedoch den Primerbereich (Grenze zwischen dem Gummi und dem Kern der Walze) nicht auf einer Temperatur oberhalb von 180ºC halten. Im Hinblick auf das vorangehend Beschriebene wurde die vorliegende Erfindung geschaffen, um eine Fixiereinrichtung bereitzustellen, welche sämtliche Anforderungen im Hinblick auf Fixierqualität, Qualität des fixierten Bildes und Anstiegszeit unter der Bedingung, dass die Grenzflächentemperatur des Walzenkerns nicht höher als 180ºC gehalten wird, erfüllt.
Die Zielspezifikationswerte einer Abbilderzeugungsvorrichtung, bei welcher die vorliegende Erfindung angewandt werden kann, ergeben sich aus dem unten beschriebenen Beispiel.
(1) Temperaturanstiegszeit: Nicht mehr als 3 Minuten.
(2) Anstiegszeit vom Energiesparstartmodus: Nicht mehr als 1 Minute.
(3) Schnellkopierzeit: 7,5 Sekunden für monochrome Kopien, 22,5 Sekunden für 4-Farbkopien (YMCBk).
(4) Grenzflächentemperatur des Walzenkerns: Nicht höher als 180ºC.
Fig. 27 zeigt eine charakteristische Kurve der Oberflächentemperatur der Fixierwalze, wenn die Temperatursteuerung betrieben wird, um die oben beschriebenen Notwendigkeiten zu erfüllen. Fig. 28 zeigt charakteristische Temperaturkurven der Walzenoberfläche und der Walzenkernoberfläche, wenn die Heizoberfläche auf eine zweite vorgegebene Temperatur unter Verwendung einer Kombination aus interner und externer Heizeinrichtung aufgeheizt wird. Ein Beispiel ergibt sich wie folgt:

(1) Anstiegszeit

Um das Tonerbild auf dem Aufzeichnungsmedium zu fixieren, muss die Fixierwalze (mit dem Toner in Kontakt stehend) auf ihrer Arbeitsoberfläche für eine Anstiegszeitspanne von nicht mehr als 3 Minuten auf 175ºC aufgeheizt werden. Dabei darf die Kerngrenzflächentemperatur 180ºC nicht überschreiten. Das Heizen wird durch eine Kombination einer internen und einer externen Heizeinrichtung bewirkt. Da der Wärmefluss von der externen Heizeinrichtung extern zur Arbeitsoberfläche der Fixierwalze erfolgt, kann die Grenzflächentemperatur des Walzenkerns die Arbeitsflächentemperatur der Walze selbst dann nicht übersteigen, wenn die externe Heizeinrichtung voll betrieben wird. Im Gegensatz dazu ist der Wärmefluss der internen Heizeinrichtung intern gegeben und erreicht die Arbeitsoberfläche der Walze. Falls die interne Heizeinrichtung ohne entsprechende Temperatursteuerung voll betrieben wird, besteht die Gefahr, dass die Grenzoberflächentemperatur des Walzenkerns stärker ansteigt als die Arbeitsoberflächentemperatur der Walze. Falls zum Beispiel die Kerntemperatur 180ºC mit einer Walzenarbeitsflächentemperatur von 175ºC übersteigt, resultiert dies in einem sich Ablösen der Gummischicht von der Walzenkernoberfläche. Entsprechend schafft die vorliegende Erfindung eine Fixiereinrichtung mit einem derartigen Temperatursteuersystem, welches sowohl interne als auch externe Heizeinrichtungen verwendet, um die Fixierwalze für eine Zeitspanne der Anstiegszeit aufzuheizen, welche die interne Heizeinrichtung bei einer bestimmten Temperatur ausschaltet und dann die externe Heizeinrichtung durch Ausschalten und Anschalten betreibt, um die Walzenoberflächentemperatur auf einen vorgegebenen Zielwert (175ºC) aufzuheizen und zu halten. In diesem Fall wird die interne Heizeinrichtung gesteuert, um bei einer vorgegebenen Temperatur unterhalb der vorgegebenen Zieltemperatur der Heizwalzenoberfläche ausgeschaltet zu werden, und um dann weiterhin durch Änderung des AN-AUS- Verhältnisses betrieben zu werden. Die interne Heizeinrichtung wird nämlich voll betrieben, um die Walzenoberflächentemperatur steil auf 150ºC aufzuheizen (für eine gesteigerte Temperaturanstiegsrate). Sie wird dabei für eine verkürzte Zeitspanne eingeschaltet und für eine verlängerte Zeitspanne ausgeschaltet betrieben, um die Walzenoberflächentemperatur dann von 150ºC auf 175ºC gleichmäßig anzuheben, ohne die Oberflächentemperatur des Walzenkerns schnell zu steigern.

(2) Tonerfixierung

Im Fall des Fixierens eines Mehrfarbentoners auf einem Aufzeichnungsmedium besitzt jedes Farbbild eine bestimmte Höhe im Hinblick auf den nicht fixierten Toner, wodurch eine bestimmte Kalorische Wärmemenge zum Schmelzen des Toners notwendig wird, um ein auf dem Aufzeichnungsmedium fixiertes Tonerbild mit hoher Qualität zu erhalten. Dies kann durch Ändern eines vorgegebenen oder voreingestellten Wertes im Hinblick auf das Aufheizen der Oberflächentemperatur der Fixierwalze für jedes Farbbild erreicht werden. Das Verfahren wird nachfolgend beschrieben. Bei einer Abbilderzeugungsvorrichtung, bei welcher eine erfindungsgemäße Fixiereinrichtung vorgesehen ist, wird ein Papier, auf welchem ein Farbtonerbild ausgebildet ist, durch paarweise Walzen fixiert, welche mit einer Einzugs-Quetschungs- oder Eingriffsbreite von 5 mm haben müssen und bei denen eine der Walzen (Fixierwalze) im Hinblick auf die Heizoberfläche auf 175ºC aufgeheizt werden muss. Die Oberflächentemperatur der Fixierwalze wird durch einen Thermistor ermittelt, welcher auf der Walzenoberfläche angeordnet ist. Ein Detektionssignal wird an das Temperatursteuersystem zurückgeführt, um die interne Heizeinrichtung und die externe Heizeinrichtung zu steuern. Wie zuvor beschrieben wurde, wird die Fixierwalze sowohl durch Verwendung der internen als auch durch Verwendung der externen Heizungseinrichtung solange aufgeheizt, bis ihre Oberflächentemperatur 150ºC erreicht. Dann wird sie durch Verwendung der externen Heizeinrichtung aufgeheizt, bis ihre Temperatur von 150ºC auf 175ºC ansteigt. Ferner wird dann die Oberflächentemperatur auf 175ºC gehalten. Die Oberflächentemperatur der Heizwalze wird bevorzugterweise auf 175ºC ±5ºC gehalten, um ein fixiertes Tonerbild mit hoher Qualität zu erhalten. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Feintemperaturabstimmung bei der internen Heizeinrichtung im Hinblick auf die Walzenoberflächentemperatur von etwa 175ºC durchgeführt wird.

(3) Pause und Beginn im Energiesparmodus

Nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeitspanne vom Ende eines vorangehenden Vorgangs des Fixieren eines Tonerbildes auf einem Aufzeichnungsmedium durch die Fixiereinrichtung bei einer konstanten Temperatur (175ºC) der Fixierwalzenoberfläche wird die Abbilderzeugungsvorrichtung in einen Energiesparmodus gebracht (auch Energiebeginnmodus oder Vorheizmodus genannt). Dieser Modus ist so ausgebildet, dass die gesamte Leistungsaufnahme der Abbilderzeugungsvorrichtung auf etwa 30 W begrenzt wird, wobei 25 W auf den Fixierbereich entfallen. Entsprechend wird die Oberflächentemperatur der Fixierwalze (im Gleichgewichtszustand) auf etwa 110ºC im Energiesparmodus stabilisiert. Die Bedingungen zum Eintreten in den Energiesparmodus können für die Vorrichtung durch den Benutzer gesetzt oder ausgewählt werden. Zum Beispiel ist es möglich, das Gerät so einzustellen, dass es den Energiesparmodus einnimmt, nachdem 30 Sekunden für das Gerät in einem unbenutzten Zustand verstrichen sind. Es kann jede gewünschte Pause eingestellt werden. Die Oberflächentemperatur der Fixierwalze wird auf 175ºC gehalten, bis das Gerät in den Energiesparmodus eintritt. Die Walzen rotieren und die interne und externe Heizung werden mit elektrischer Energie versorgt und bei 175ºC bzw. 150ºC gesteuert. Wenn das Gerät in den Energiesparmodus eintritt, arbeitet ausschließlich die interne Heizung bei 25 W, um die Walzenoberflächentemperatur auf etwa 110ºC zu halten.

(6) Anstieg aus dem Energiesparmodus

Im Energiesparmodus wird die Oberflächentemperatur der Fixierwalze des Fixierbereichs auf einer Gleichgewichtstemperatur von etwa 110ºC gehalten. Die Oberflächentemperatur der Druckwalze im Ruhezustand beträgt etwa 50ºC. Wenn die Energieversorgung eingeschaltet wird, rotieren die Walzen und die externe Heizung und die interne Heizung werden mit Strom versorgt. Um die Fixierwalzenoberfläche auf eine Temperatur (175ºC) aufzuheizen, welche zum Fixieren des Toners notwendig ist, und zwar für eine kurze Zeitspanne, ohne dass der Kern eine Temperatur von 180ºC überschreitet, ist es notwendig, den Temperaturanstiegsvorgang derart zu steuern, dass sowohl die Heizungen in voller Leistung betrieben werden, um die Fixierwalzenoberfläche auf 150ºC aufzuheizen, als auch die interne Heizung bei derselben Temperatur auszuschalten, um ausschließlich die externe Heizung nachfolgend zu betreiben, um die Oberflächentemperatur der Fixierwalze von 150ºC auf 175ºC anzuheben.
Fig. 29 ist eine Ansicht zum Erläutern der relativen Position der Stellungen eines Tonerbildübertragungsbereichs eines Tonerbildfixierbereichs gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 29 dargestellt ist, ist der Fixierbereich auf einer Seite einer lichtempfindlichen Trommel 90 relativ zu einer Richtung B senkrecht zu einer geraden Linie, welche die Mitte oder das Zentrum der lichtempfindlichen Trommel 90 und die Mitte oder das Zentrum der Tonerbildübertragungstrommel 80, welche aus einem Kern 81 besteht, welcher mit einer inneren Schicht 82 und einer äußeren Schicht 83 beschichtet ist, durchläuft (d. h. eine Tangentiallinienrichtung B vom Einzugsbereich oder Quetschbereich (nip portion) zwischen der Tonerbildübertragungstrommel 80 und der lichtempfindlichen Trommel 90). Ein Blatt Papier 40 (Tonerbildträger), welches durch einen Separator 91 vom Tonerbildübertragungsbereich ausgegeben wird, tritt in den Einzugsbereich oder Quetschbereich A zwischen den paarweisen Walzen (eine Walze 50 auf der Tonerbildseite und eine Back-up-Walze 60) ein und ist dann Gegenstand des Fixiervorgangs für das Tonerabbild mittels Wärme von einer externen Heizung 71 und einer internen Heizung 53 unter kontaktierendem Andruck durch die paarweisen Walzen 50 und 60.
Durch Anordnen des Einzugsbereichs oder Quetschbereichs A des Fixierbereichs auf der Seite der lichtempfindlichen Trommel relativ zur Richtung senkrecht zur geraden Linie durch die Mitten oder Zentren der Tonerbildübertragungstrommel 80 und der lichtempfindlichen Trommel 90 kann ein tonerbildtragendes Blatt 40 normal an den Fixierbereich übersandt werden, ohne dass sich dies unter Krafteinwirkungen verbiegt, und zwar selbst dann, wenn die Vorderkante des Papiers 40 zur Seite der lichtempfindlichen Trommel hin abgelenkt wird, und zwar durch Andrücken der letzteren gegen die äußere Schicht der Tonerbildübertragungstrommel 80. Wie sich aus dem Vorangehenden ergibt, besitzt die erfindungsgemäße Tonerfixiereinrichtung die nachfolgenden Vorteile:
Bei einer erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung oder Tonerbildfixiervorrichtung vom Typ mit externer und interner Heizung, welche ein Paar Walzen aufweist, über welche ein ein nicht fixiertes Tonerbild tragendes Aufzeichnungsmedium unter Druckkontakt passiert, welche aufweist eine interne Heizung, welche in mindestens einer der Walzen angeordnet ist, und welche aufweist eine externe Heizung, welche der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums mit dem Tonerbild darauf gegenüberliegend angeordnet ist, und welche ausgebildet ist zum Fixieren des Tonerbildes auf dem Aufzeichnungsmedium durch Verwendung der internen Heizung und der externen Heizung, werden beide Heizungen betrieben, um den Toner auf eine erste voreingestellte oder vorgegebene Temperatur aufzuheizen, welche niedriger ist als der Schmelzpunkt des nicht fixierten Toners. Es wird nur die externe Heizung nachfolgend betrieben, um den Toner auf eine zweite vorgegebene oder voreingestellte Temperatur (Zieltemperatur) aufzuheizen und dort zu halten, um das Tonerbild auf dem Aufzeichnungsmedium zu fixieren, wobei die Walzenkerntemperatur in einem Bereich gehalten wird, der ein Ablösen der Gummischicht von der Kernoberfläche nicht erlaubt.
Bei der erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung oder Tonerbildfixiervorrichtung vom Typ mit interner und externer Heizung ist es möglich, die Oberflächentemperatur der Fixierwalze schnell auf einen zweiten vorgegebenen oder voreingestellten Wert (Zielwert) zu erhöhen, weil sowohl die interne als auch die externe Heizung für eine Temperaturanstiegszeitspanne betrieben werden und weil nur die externe Heizung betrieb wird, nachdem die Temperatur des Toners die erste voreingestellte oder vorgegebene Temperatur erreicht hat.
Bei der erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung oder Tonerbildfixiervorrichtung vom Typ mit externer oder interner Heizung ist es möglich, die Oberflächentemperatur der Fixierwalze schnell auf einen zweiten vorgegebenen oder voreingestellten Wert (Zielwert) anzuheben, und zwar durch Ändern der elektrischen Leistung (Wattzahl) der internen Heizung, weil nur die interne Heizung für eine Temperaturanstiegsperiode betrieben wird und weil nur die externe Heizung betrieben wird, nachdem die Temperatur des Toners die erste vorgegebene oder voreingestellte Temperatur erreicht.
Bei der erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung oder Tonerbildfixiervorrichtung vom Typ mit externer oder interner Heizung ist es möglich, die Oberflächentemperatur der Fixierwalze schnell auf einen zweiten vorgegebenen oder voreingestellten Wert (Zielwert) anzuheben, weil die paarweisen Walzen rotiert werden, während ausschließlich die interne Heizung in der Walze mit elektrischer Energie versorgt wird, bis die zylindrische Oberfläche der Walze die erste vorgegebene oder voreingestellte Temperatur erreicht hat, wobei die paarweisen Walzen auf Abstand voneinander gehalten werden, während die externe Heizung mit elektrischer Energie versorgt wird, um die Temperatur der zylindrischen Oberfläche der Walze, welche die interne Heizung aufweist, von der ersten vorgegebenen oder voreingestellten Temperatur zur zweiten vorgegebenen oder voreingestellten Temperatur anzuheben, wobei die paarweisen Walzen losgelassen werden, damit sie gegeneinander drücken, wenn das Tonerbild auf dem Aufzeichnungsmedium fixiert wird.
Bei der erfindungsgemäßen Tonerbildfixiereinrichtung oder Tonerbildfixiervorrichtung vom Typ mit externer und interner Heizung ist es auch möglich, die Oberflächentemperatur der Fixierwalze auf einen zweiten vorgegebenen oder voreingestellten Wert (Zielwert) anzuheben, weil die paarweisen Walzen rotiert werden, während die externe Heizung mit elektrischer Energie versorgt wird.

Claims

1. Tonerbildfixiereinrichtung zur Verwendung in einer Abbilderzeugungseinrichtung, welche aufweist eine Heizwalze (50) mit einer Heizeinrichtung (53), welche darin zum Heizen der Walzenoberfläche auf eine gewünschte Temperatur angeordnet ist, und eine Druckwalze (60) zum Andrücken eines ein Tonerbild tragenden Mediums (40) gegen die Heizwalze (50) und welche in der Lage ist, die Heizwalzenoberfläche auf einer Temperatur zu halten, die geeignet ist zum Fixieren eines nicht fixierten tonerentwickelten Bildes (41) auf dem Medium (40) durch Zuführen elektrischer Energie zur Heizeinrichtung (53) und bei welcher ein Temperatursteuersystem vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Temperatursteuersystem ausgebildet ist, eine erste voreingestellte Temperatur, bei welcher sich eine Deckschicht der Heizwalze (50) nicht ablöst, und eine zweite voreingestellte Temperatur zu steuern, welche höher ist als die erste voreingestellte Temperatur und welche geeignet ist zum Fixieren eines tonerentwickelten Bildes (41) auf dem Papier (40), wobei das Temperatursteuersystem einen Temperatursensor (51) zum Detektieren einer Oberflächentemperatur der Heizwalze (50), eine Vergleichseinrichtung (47) zum Vergleichen einer durch den Temperatursensor (54) detektierten Temperatur mit der ersten voreingestellten Temperatur und der zweiten voreingestellten Temperatur sowie eine Steuereinrichtung zum Betreiben der Heizeinrichtung bei einem ersten voreingestellten AN/AUS- Verhältnis aufweist, um die Heizwalzenoberfläche auf die zweite voreingestellte Temperatur aufzuheizen, falls die durch den Temperatursensor (54) detektierte und durch die Vergleichseinrichtung (47) verglichene Temperatur gleich ist oder höher als die erste voreingestellte Temperatur, und um danach die Heizwalzenoberfläche auf der zweiten voreingestellten Temperatur zu halten.

2. Tonerbildfixiereinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Steuereinrichtung zum kontinuierlichen Betreiben der Heizeinrichtung unmittelbar nach dem Einschalten der elektrischen Energieversorgung und zum Antreiben der Heizwalze (50) und der Druckwalze (60) in Rotation vorgesehen ist.

3. Tonerbildfixiereinrichtung zur Verwendung in einer Abbilderzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass das erste AN/AUS-Verhältnis zum Betreiben der Heizeinrichtung (53) derart eingestellt ist, dass nicht zugelassen wird, dass die Heizwalze (50) eine obere Temperaturgrenze überschreitet, bei welcher sich die Heizwalzenschicht (52) nicht vom Kern (51) ablöst, wobei das Verhältnis der AN-Zeitspanne zur AUS- Zeitspanne nicht größer als 1 gesetzt ist.

4. Tonerbildfixiereinrichtung zur Verwendung in einer Abbilderzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein zweites AN/AUS-Verhältnis zum Betreiben der Heizeinrichtung (53), um die Heizwalzenoberflächentemperatur auf der zweiten voreingestellten Temperatur in Antwort auf den Betrieb der Abbilderzeugungseinrichtung zu halten, einen größeren Anteil der AN- Zeitspanne aufweist im Vergleich zum ersten AN/AUS- Verhältnis.