Узел закрепления – это дорогостоящий и энергоемкий узел, требующий постоянного внимания со стороны обслуживающего персонала, обслуживание этого узла производится периодически. Детали фьюзера постоянно изнашиваются и имеют конечное время жизни. Износ деталей, их замена и связанные с этим расходы неизбежны. В большинстве узлов закрепления мощных высокопроизводительных аппаратов в качестве нагревательного элемента использовались лампы накаливания, обеспечивающие специальному валу, изготовленному из алюминия и покрытому тефлоном (тефлоновый вал), температуру, достаточную для «запекания» тонера на бумаге, проходящей под ним на своем пути через термоблок.
В аппаратах средней и малой производительности обычно используют альтернативную технологию SURF (SUrface Rapid Fusing - система быстрого поверхностного нагрева), в которой место нагревательной лампы и тефлонового вала занимают керамический термоэлемент и тефлоновая пленка. При такой схеме, когда источник тепловой энергии входит в почти непосредственный контакт с копией, энергия расходуется более эффективно и практически не требуется времени на предварительный прогрев.
Большинство машин имеют систему закрепления, состоящую из нескольких валов. Верхний вал, как правило, изготовлен из алюминия с непригорающим покрытием, таким как тефлон. Нижний вал - стальной или алюминиевый покрыт относительно мягкой силиконовой резиной. Валы плотно прижаты друг к другу, подобно валам в стиральной машине с ручным отжимом белья (это место называется «захват»). По оси верхнего вала установлена нагревательная лампа (обычно мощностью около 800-1000 Вт). Верхний вал приводится во вращение от двигателя машины. Вращение верхнего вала передается нижнему валу. Бумага подходит к фьюзеру и попадает между валами (линия соприкосновения валов называется «зажим»). При прохождении бумаги через зажим, нагревающий вал расплавляет тонер, превращая его в жидкость. Тонер буквально впитывается в бумагу. В то же время бумага подвергается давлению валов. При остывании тонер остается связанным с волокнами бумаги (это и называется «закреплением»). Иногда нижний вал также нагревается. В некоторых машинах две нагревательные лампы устанавливаются внутри одного вала.
Конструкции узла термического закрепления изображения на бумаге различны. Например, в малогабаритном аппарате она имеет вид как представлено на рис. 1, а для высокопроизводительных устройств узел закрепления приведен на рис. 2. В первом случае (рис. 1) бумага поступает между прижимным роликом и нагревательной пластиной через закрепительную пленку. Тонер под воздействием высокой температуры нагревателя припекается к бумаге. Закрепительная пленка выполнена из специального материала, к которому не прилипает расплавленный тонер.
Рис. 1
Во втором случае (рис. 2) бумага поступает между прижимным роликом и барабаном с тефлоновым покрытием. Внутри барабана по всей его длине расположена специальная лампа, которая нагревает корпус барабана, а, следовательно, и тонер с изображением на бумаге, расплавляя и фиксируя его. Температура нагревательного элемента закрепительного узла измеряется термоэлементом (термистором) и регулируется специальной схемой в составе аппарата.
Если аппарат предназначен для двусторонней печати, то в блоке предусмотрена специальная система очистки резинового ролика. Такая очистка осуществляется металлическим валиком, который прижимается к резиновому ролику, а для лучшего сбора тонера на этот металлический вал подается положительное напряжение постоянного тока. В результате отрицательно заряженный тонер притягивается к ролику очистки, что в итоге позволяет получить более качественные копии, не имеющие фонового изображении, которое может появляться при двусторонней печати.
Рис. 2
Вариант печки, показанный на рис. 3, тоже использует термопленку. Термопленка - мягкая, и это обстоятельство требует принятия мер для исключения смещения пленки вдоль оси валов при работе аппарата. В противном случае пленка, смещаясь к одному из краев, сминается и разрывается. Для позиционирования пленки предусмотрена специальная система регулировки положения термопленки. Термопленка свободно лежит на трех элементах: ведущем валу, термоэлементе и растягивающем валу. Устройство блока фиксации показано на рис. 3. Продольное смещение термопленки относительно термоэлемента зависит от наклона растягивающего вала. Как только вал наклоняется вперед или назад, термопленка начинает сползать в соответствующую сторону. Чем ближе положение ведущего вала к горизонтальному, тем меньше опасность смещения термопленки вдоль по термоэлементу, - этим и достигается баланс. Наклон растягивающего вала осуществляется специальным двигателем (М5). Для контроля положения термопленки предусмотрен специальный датчик положения термопленки - микропереключатель. Для того чтобы датчик срабатывал, пленка имеет оригинальную форму - с одного края в ней сделан вырез, который и приводит к тому, что этим краем пленка периодически замыкает контакты кнопки микропереключателя. Таким образом, если время нажатого и время отжатого состояния кнопки датчика совпадают - пленка находится в центральной зоне. Если происходит смещение пленки, то время включения кнопки не совпадает со временем ее отключения. Это приводят к включению двигателя М5, перекосу растягивающего вала в соответствующую сторону и смещению пленки в центральную зону. Поэтому получается, что термопленка практически всегда находится в движении, перемещаясь от одного края к другому.
Рис. 3
В некоторых аппаратах узел фиксации выполнен с применением двух нагревательных валов (см. рис. 4): нижнего и верхнего. Качество закрепления сильно зависит от толщины материала, на котором выполняется печать. Такой копир обычно способен самостоятельно измерять толщину материала (с помощью автоматического датчика толщины - ATS) и по результатам измерения соответствующим образом регулировать температуру фьюзера и скорость печати (но после снятия или монтажа нового датчика ATS будет необходимо выполнить процедуру калибровки работы датчика). При правильной установке значений датчика ATS температура валов для обычной бумаги (64-120 г/м2) будет составлять для верхнего вала 152-185°С, а для нижнего 126-170 °С.
Рис. 4
Конструкция узла фиксации (фьюзера) в различных аппаратах может быть разной. В устройствах небольшой производительности в основном применяют в качестве нагревательного элемента ТЭН и термопленку, а в копирах с повышенным ресурсом и производительностью - лампу накаливания и тефлоновый вал. Питание нагревательных элементов, тэна или лампы во всех случаях осуществляется входным сетевым переменным 220В, а в качестве ключа, через который осуществляется управление подаваемого напряжения, используется симистор (триак). Для гальванической развязки силовых и логических управляющих цепей используют фотосемистор (рис. 5).
Рис. 5. Контур регулировки температуры и защиты от перегрева нагревательного элемента узла закрепления
Чтобы обеспечить оплавление порошка, но не допустить вредного перегрева копии, устройство закрепления снабжено датчиком температуры и термопредохранителем для аварийного отключения нагревательного валика. Верхнего вала обычно касается термистор. Термистор - это устройство, которое отслеживает температуру поверхности вала. В большинстве случаев, при увеличении температуры падает сопротивление термистора (это называется отрицательный коэффициент). Когда машина определяет, что температура поверхности вала имеет подходящее значение, она выдает сигнал, управляющий работой нагревательной лампы (см. рис. 5). Лампа отключается, вал начинает остывать. Когда температура достигнет определенного значения, сопротивление термистора возрастет, и лампа опять включится. Все это позволяет поддерживать температуру фьюзера относительно стабильной. Если все работает нормально, перегрева или недогрева происходить не будет. Однако, если термистор, управляющая плата, провода или соединители неисправны - возникнут проблемы. Наиболее серьезной и опасной проблемой является перегрев. Поэтому вблизи от нагревательного вала или рядом с его поверхностью всегда имеется термопредохранитель или термовыключатель (реле). Это устройство включено последовательно с нагревательной лампой. Если вал нагреется слишком сильно, термопредохранитель или термовыключатель разорвут цепь. В результате перестанет течь ток через лампу, машина перестанет работать, но это предотвратит расплавление деталей или пожар. В этом случае, машина, скорее всего, будет выдавать код неисправности. Наиболее часто неисправными оказываются нагревательная лампа, термопредохранитель или термовыключатель. Лампа перегорает сама или перегорают ее контакты (электроды). Термопредохранитель или термовыключатель могут выйти из строя без всякой видимой причины. В этом случае машина не будет нагреваться или выдаст код неисправности.