具有双功能加热能力的混合加热器的制造方法

文档序号:10494328
具有双功能加热能力的混合加热器的制造方法
【专利摘要】用于电子照相成像设备的定影器加热器构件,包括加热器构件。根据示例性实施例,加热器构件包括:正温度系数(PTC)材料,其设置成沿着定影器组件的定影器压印线的宽度;第一电极和第二电极,其设置成沿着PTC材料而设置的表面;中间层,其被设置在第二电极上;以及至少一个电阻迹线,其设置成沿着中间层,中间层沿着定影器压印线的宽度。加热器构件包括耦合到第一电极和第二电极和电阻式元件上的多个线段,其用于在定影操作期间从PTC材料和至少一个电阻迹线的至少其中一个产生热量。
【专利说明】具有双功能加热能力的混合加热器
[0001]相关应用的交叉引用
[0002]本申请涉及到2010年12月17日提交的且题目为“Fuser Heating Element for anElectrophotographic Imaging Device”的美国专利申请12/971,679,其内容通过引用全部被并入本文。本申请根据35U.S.C.119(e)要求于2013年9月25日提交的且题目为“HybridFuser Heater of a Belt Fuser Using Heat Control Circuitry” 的美国临时申请号为61/882,462的优先权,其内容通过引用全部被并入本文。
[0003]关于联邦政府资助的研究或研发的声明
[0004]无。
[0005]引用顺序列表等
[0006]无。
[0007]背景
[0008]1.公开领域
[0009]本公开大体上涉及在电子照相成像设备中的定影器,并具体地涉及带式定影器的加热器和控制加热器的热量产生。
[0010]2.相关技术描述
[0011]在激光成像设备中,使用各种电子照相技术而被转移到片材的介质上的墨粉则通过定影器而被熔化到介质上,定影器对墨粉施加热和压力。在部分地由支承辊形成的定影压印线处施加热和压力。当介质经过定影器压印线时,定影器大体上永久地将墨粉黏合到介质上。墨粉定影是在激光成像设备的打印过程中的最后步骤。
[0012]有很多不同的定影器结构,诸如热辊定影器和带式定影器。带式定影器使用比在热辊定影器中的热辊更薄的带。因此,带式定影器具有更低的热质量,从而减少预热时间和能量使用以用于更快且更有效率的打印过程。
[0013]然而,当在窄介质上打印时,带式定影器的较低热质量提出了挑战。这是因为没有接触到窄介质片材的定影器压印线的部分很快地过度加热,从而可能损坏带式定影器的一些部件。每当使用窄介质时,可以通过放慢打印过程来避免带式定影器的损坏,诸如增加在介质路径中连续页面之间的间隙。通过放慢打印过程的速度,允许多余的热量从窄介质通过的定影器压印线的部分轴向地传导。相比之下,热辊定影器甚至在没有放慢在窄介质上的打印的情况下也将多余的热量进行轴向地扩散。
[0014]需要一种带式定影器,其当在窄介质上打印时以与热棍定影器大致相同的速度进行打印,但保持其快速预热和能量效率。
[0015]概述
[0016]本公开的示例性实施例提供了用于带式定影器的混合定影器加热器,该混合定影器加热器包含提供使用窄介质的更快打印过程速度、有效率的定影操作和相对快速的预热时间的加热器设计架构。
[0017]在示例性实施例中,用于带式定影器组件的加热器包括正温度系数(PTC)材料、第一电极和第二电极、中间层、一个或多个电阻迹线和保护层。PTC材料具有第一表面和相对的第二表面,且PTC材料的长度大小被设定为延伸贯穿带式定影器组件的定影器压印线的宽度。第一电极和第二电极被设置为分别抵靠PTC材料的第一表面和第二表面。当电极被耦合到AC线路电压时,可以利用电极在PTC材料的两端施加电压差以产生热量。中间层被设置为抵靠第二电极。一个或多个电阻迹线沿着中间层设置以便大体上延伸穿过PTC材料的长度,用于在经过一个或多个电阻迹线的电流通路上产生热量。保护层大体上覆盖一个或多个电阻迹线和中间层。保护层和中间层可以是聚酰亚胺和玻璃成分中的一者。加热器包括将第二电极和一个或多个电阻迹线的第一端部电连接在一起的导体。
[0018]在另一示例性实施例中,中间层可以是具有对应于PTC材料长度的长度的刚性衬底,并可以包括被设置在衬底和第二电极之间的热脂层。衬底可以是陶瓷。刚性衬底有利地允许PTC材料更薄以进行更有效率的热传递,同时阻止PTC材料裂损。
[0019]附图简述
[0020]结合附图,参考以下所公开的实施例的描述,所公开的实施例的上述特征和其他特征及优点以及获得它们的方式将变得更明显并更好地被理解,其中:
[0021 ]图1是根据示例性实施例的图像形成设备的侧视图;
[0022]图2是图1的定影器组件的横截面图;
[0023]图3是根据第一示例性实施例的、图2的加热器构件的横截面图;
[0024]图4是根据连接到热控制电路的示例性实施例的、图3的加热器构件的底部透视图,其中没有示出其底部保护层;
[0025]图5是图4的加热器构件的俯视图;
[0026]图6是根据连接到热控制电路的另一示例性实施例的、图3的加热器构件的底视图,其中也没有示出其底部保护层;
[0027]图7是根据第二示例性实施例的、图2的加热器构件的横截面图;
[0028]图8是根据第三示例性实施例的、图2的加热器构件的横截面图;
[0029]图9是图8的加热器构件的底视图;
[0030]图10是图9的加热器构件的俯视图;
[0031]图11是图8的加热器构件的底视图;
[0032]图12是根据另一示例性实施例的、图8的加热器构件的横截面图;
[0033]图13、14和16是示出了连接到图2的加热器构件的图1的图像形成设备的热控制电路的示例性实施例的原理图;以及
[0034]图15是示出图13和14的示例性实施例的操作的流程图。
[0035]详细说明
[0036]应该理解,本公开在应用时并不局限于以下的说明书中提出的或附图中示出的构造细节和组件安排。本公开能有其他实施例并且能以多种方式实践或执行。还应当理解,本文使用的措辞和术语是为了描述的目的且不应被视为具有限制性。在本文中的“包括”、“包含”或“具有”以及它们的变体的使用旨在包括其后列出的项目和其等同物以及额外的项目。除非另外限制,否则术语“连接”、“親合”和“安装”以及它们的变体在本文中被广泛地使用,并包括直接和间接的连接、耦合和安装。另外,术语“连接”和“耦合”以及它们的变体并不受限于物理的或机械的连接或耦合。
[0037]使用诸如“顶部”、“底部”、“前面”、“后面”和“侧面”、“在...之上”、“在...之下”、“在下面”、“更低”、“在上面”、“上面的”等的空间相关的术语是为了描述的容易以解释一个元件相对于第二元件的位置。诸如“第一”、“第二”等的术语被用于描述各种元件、区域、部分等,并且不旨在为限制性的。另外,术语“一个”和“一”在本文中不表示对数量的限制,而表示参考项目的至少一个的存在。
[0038]此外,并且如在后面段落中描述的,在附图中示出的具体配置旨在例证本公开的实施例并且其他备选的配置是可能的。
[0039]现在将具体地参考如在附图中示出的示例实施例。只要有可能,将贯穿附图使用相同的参考标号来指代相同或相似的部分。
[0040]图1根据示例性实施例示出了彩色图像形成设备100。图像形成设备100包括具有四个显影剂单元104的第一墨粉转移区域102,显影剂单元104大体上从图像形成设备100的一端延伸到其相反的一端。显影剂单元104沿着中间转移构件(ITM)106进行设置。每一个显影剂单元104持有不同的颜色墨粉。可以按相对于由在图1中箭头指示的ITM 106的方向的顺序校准显影剂单元104,其中黄色显影剂单元104Y是最上游,接着是青色显影剂单元104C、紫红色显影剂单元104M,以及黑色显影剂单元104K是沿着ITM 106的最下游。
[0041]可操作地将每个显影剂单元104连接到用来接收用于打印操作的墨粉的墨粉储存器108。控制每一个墨粉储存器108来向其对应的显影剂单元104按需供应墨粉。每一个显影剂单元104与光电导构件110相关联,光电导构件110在墨粉显影期间由此接收墨粉以在其上形成调色图像。每一个光电导构件110与用于在第一转移区域102处向ITM 106转移墨粉的转移构件112配对。
[0042]例如,在彩色图像形成期间,每一个光电导构件110的表面被充电到诸如-800伏特的额定电压。来自打印头或激光扫描单元(LSU)130的至少一个激光束LB被指向到每一个光电导构件110的表面,并且将其接触的那些区域放电以形成其上的潜像。在一个实施例中,将光电导构件110上的由激光束LB照射的区域放电到大约-100伏特。显影剂单元104然后将墨粉转移到光电导构件110以形成其上的墨粉图像。墨粉被吸引到光电导构件110表面的被来自LSU 130的激光束LB放电的区域。
[0043]将ITM 106设置在邻近于每个显影剂单元104处。在此实施例中,ITM106被形成为围绕驱动辊和其他辊设置的环形带。在图像形成操作中,ITM106沿顺时针方向(如图1中看见的)移动经过光电导构件110。一个或多个光电导构件110在它各自的颜色中将其墨粉图像应用到ITM 106。对于单色的图像,从单个光电导构件IlOK应用墨粉图像。对于多颜色图像,从两个或多个光电导构件110应用墨粉图像。在一个示例性实施例中,部分地由转移构件112形成的正电压场将墨粉图像从相关的光电导构件110吸引到移动的ITM 106的表面。
[0044]ITM 106旋转和收集来自一个或多个显影剂单元104的一个或多个墨粉图像,然后在第二转移区域114处将一个或多个墨粉图像传送到介质片材上。第二转移区域114包括在至少一个支承辊116和第二转移辊118之间形成的第二转移压印线。
[0045]定影器组件120设置在第二转移区域114的下游,并接收具有叠置于其上的未定影的墨粉图像的介质片材。一般而言,定影器组件120向介质片材施加热和压力以便将墨粉定影到介质片材。在离开定影器组件120后,介质片材被放置在输出介质区122中或者进入双面介质路径124以传送到第二转移区域114,用于在介质片材的第二表面上成像。
[0046]在图1中,图像形成设备100被描述为彩色激光打印机,其中墨粉在两个步骤操作中转移到介质片材。可选择地,图像形成设备100可以是彩色激光打印机,其中墨粉在单个步骤过程中转移到介质片材一一从光电导构件110直接到介质片材上。在另一可选示例性实施例中,图像形成设备100可以是单色激光打印机,其仅利用单个显影剂单元104和光电导构件110用于将黑色墨粉直接沉积到介质片材。此外,图像形成设备100可以是具有用于扫描打印的片材的图像扫描器及其他功能的多功能产品的一部分。
[0047]图像形成设备100还包括控制器140和可通信地与其耦合的存储器142。尽管没有在图1中示出,控制器140也可以耦合到在图像形成设备100中的组件和模块,用来控制图像成型设备100中的组件和模块。例如,控制器140可以耦合到墨粉储存器108、显影剂单元104、光电导构件110、定影器组件120和/Slsu 130,以及耦合到用来向其给予运动的电动机(未示出)。另外,控制器140与耦合到定影器组件120的热控制电路144相关联以控制将墨粉定影到介质片材所使用的热的产生。应该理解的是,控制器140可以被实施为任何数量的控制器和/或处理器,以用于适当地控制图像形成设备100来执行打印操作及其他功能。
[0048]相对于图2,定影器组件120可包括传热构件202和与传热构件202配合的支承辊204,以限定用于将介质片材输送在其中的定影器压印线N。传热构件202可包括壳体206、支撑在壳体206上和/或至少部分地在壳体206中的加热器构件208、以及绕壳体206放置的环形柔性定影带210。
[0049]定影带210围绕壳体206和用来在其附近移动的加热器构件208设置。为了打印时的更高的处理速度,定影带210可以是不锈钢带。支承辊204接触定影带210,使得定影带210绕壳体206和加热器构件208旋转以响应支承辊204旋转。随着定影带210围绕壳体206和加热器构件208旋转,定影带210的内表面接触加热器构件208,以便将定影带210加热至足以将墨粉定影到介质片材的温度。
[0050]支承辊204可包括围绕其设置一个或多个层的中心组件。支承辊在本领域中是公知的,因而为了方便起见将不提供支承辊204的详细描述。支承辊204可以由电动机(未示出)驱动。电动机可以是很多不同类型电动机中的任何电动机。例如,电动机可以是无刷直流电机或步进电机,并且也可以通过包括但不限于齿轮系(未示出的)的很多机械耦合机构耦合到支承辊204。
[0051 ]在定影操作期间,热控制电路144控制加热器构件208以在定影温度的期望的范围内产生热量。另外,在定影操作期间,控制器140可以控制驱动支承辊204的电动机来使得其以所需的定影速度旋转。期望的定影速度和定影温度的范围被选择用于实现相对高的处理速度以及有效的墨粉定影而不会明显地影响定影器组件120的部件(如支承辊204和定影带210)的使用寿命。
[0052]图3是根据第一示例性实施例的加热器构件208的横截面立视图。在此示例性实施例中,加热器构件208A包括正温度系数(PTC)材料230和连接到其相对侧的顶部电极和底部电极232、234,顶部电极和底部电极232、234用于将电压差应用在PTC材料230的两端以由此产生热量。加热器构件208A也包括顶部保护层240和中间保护层242,其分别覆盖电极232和234的外表面。加热器构件208A还包括当电流穿过其中时用于产生热量的至少一个电阻迹线。尤其是,加热器构件208A包括沿着中间保护层242设置的且固定到中间保护层242的电阻迹线252、254。加热器构件208A能够使用PTC材料230和/或电阻迹线252、254将穿过定影器压印线N的介质片材加热,如将下更详细地解释的。
[0053]为了提供与定影带210接触的大体上耐磨的外表面,加热器构件208A包括大体上覆盖电阻迹线252、254的底部保护层244和没有被电阻迹线252、254覆盖的中间保护层242的外表面。加热器构件208A还包括诸如热敏电阻256的至少一个温度传感器,其大体上耦合到顶部保护层240或安装成与顶部保护层240接触。热敏电阻256用于感测加热器构件208A的温度。
[0054]在一个示例性实施例中,PTC材料230的形状为矩形棱镜,其具有沿着棱镜的长度的大体上相同的矩形截面。PTC材料230的长度横向地在定影器压印线N中延伸,正交于其中的介质流的方向,以便加热元件208A可以有效地对具有窄宽度的介质片材和具有图像形成设备100能够在其上打印的最大宽度的介质片材进行加热。例如,PTC材料230的长度对于A4图像形成设备100可以是大约220mm。另外,PTC材料230的宽度是由定影器压印线N的期望长度所限定的。PTC材料230的宽度可以在大约8mm和大约16mm之间。应该理解的是,较薄的PTC材料230向正在定影的墨粉提供更有效率的传热,并且较厚的PTC材料230提供更好的加热器构件208A的结构刚度。在示例性实施例中,PTC材料230的厚度可以是大约0.8mm到大约2.2mm,并且尤其在大约1.2mm到大约1.6mm之间。
[0055]在示例性实施例中,PTC材料230具有钙钛矿陶瓷晶体结构。在一个示例性实施例中,PTC材料230是钛酸钡(BaT13)合成物。BaT13合成物用在压电换能器、多层电容器和PTC热敏电阻的制作,由于BaT13的铁电性能使得BaT13合成物在低于它对应的居里温度(大约120C)的温度处表现出自发极化。纯BaT13陶瓷是绝缘体,但是可以由控制的掺杂制成半导体。在一个示例性实施例中,BaT13合成物与锶(Sr)和/或铅(Pb)掺杂,其中Sr用于降低材料的居里点,而Pb用于提高其居里点。以这个方式掺杂BaT13合成物改变颗粒边界条件,使得在居里点之上,PTC材料230的电阻大体上增加。这样掺杂的效应被称为电阻率的正温度系数(PTCR)效应。例如,Pb掺杂百分比可以在大约百分之十二和大约百分之二十之间,其产生在大约180C和大约220C之间的居里点。在可选的实施例中,基于定影器组件120的期望运行温度的居里点范围可以在大约220C和大约300C之间。在形成PTC材料230时,可以利用传统陶瓷制备工艺来产生掺杂的BaT13 ο 一些示例过程可包括流延浇铸、辊压缩、粉浆浇铸、干压和注塑成型。因此,提供PTC材料230,使得在预定温度范围内,其电阻率变化很小,或者电阻率大体上不变(取决于加热器构件208A的功率要求),但是在高于预定范围的温度下,PTC材料230的电阻率显著地上升。
[0056]对于大小被调整以对A4片材大小或更大的介质片材进行定影并用于提供大约600W到大约1200W的标称加热功率范围的加热器构件208A,PTC材料230的电阻率范围可以从大约875ohm-cm到大约16200ohm-cm。预定定影温度范围可以是定影器组件120的运行温度,在该温度处墨粉被定影到介质上(例如,在大约200C和大约240C之间)。
[0057]在一个示例性实施例中,对PTC材料230进行加热以提供加热以便以达到至少每分钟约35页(ppm)的速度对窄介质进行定影。顶部和底部电极232、234是由导电材料构成的。在一个示例性实施例中,每个电极232、234是具有约10微米的厚度的银化合物。每个电极232、234的宽度和长度的大小可以调整成大体上沿PTC材料230延伸贯穿其主表面。使用诸如陶瓷玻璃胶或其他胶黏剂的附着机构将电极232、234机械地、热地和电耦合到PTC材料230。
[0058]可以从任何类型的电阻材料构造电阻迹线252、254,电阻材料从传递诸如220V或120V的电源的AC电流经其流动产生必需的热。在此实施例中,电阻迹线252、254向图像形成设备100提供足以对具有最大或接近最大的可打印宽度的介质(在下文中“全宽介质”)以高于约35ppm的速度进行定影的热量。使用电阻加热以显著更高的速度打印全宽介质并使用由PTC材料230的加热以达到约35ppm的速度打印窄介质,另外使用单独的电阻式加热打印窄介质是不可能的。在一个示例性实施例中,电阻迹线252和254是两条平行的迹线,每一条迹线大约三毫米宽且由约0.5mm到约1.5mm的间隙隔开。在形成电阻迹线252和254时,使用各种不同方法的任何一个(如厚膜方法或如在中间保护层242和底部保护层244之间设置的薄金属箔)将每个电阻迹线打印到中间保护层242上。
[0059]底部保护层244充当对相对快速移动的定影带210的保护涂层并充当对不锈钢带210的电绝缘涂层。因此,底部保护层244向定影带210提供低摩擦表面以将流过电阻迹线252、254的AC电流进行滑动和绝缘。根据一个示例性实施例,顶层240、中间层242和底部保护层244的每个可以是玻璃层。此外,顶部、中间和底部保护层240、242、244每一个可以具有约50微米到约150微米的厚度。
[0060]在可选的示例性实施例中,保护层240、242、244中的一个或多个可以是聚酰亚胺层,而不是玻璃。为保护层242、244使用聚酰亚胺材料提供了许多好处。与玻璃相比,用于层242、244的聚酰亚胺材料作为粘接剂,以对电阻迹线252、254的分层给予更多的灵活性并允许厚膜丝网印刷或其他形成聚酰亚胺层的方法。此外,聚酰亚胺层242、244允许使用上述指明的方法形成电阻迹线252、254,并提供了相对良好的电绝缘和与加热器构件208A本质上不可用的机械润滑性能,其中润滑性提供了抵靠不锈钢带210的层244的改进的外表面。
[0061]接收中心馈电介质的定影器将具有不接触窄介质片材的两部分的定影器压印线N,其被称为“非介质区”,而不是对于参考边缘馈电介质的贯穿定影器压印线N的单个非介质区。通常,这将要求更多的用来感测温度的仪器以快速地防止非介质区的过度加热,并且要求用于以其他方式处理两个非介质区的更高复杂性。然而,对于没有电阻式加热的典型PTC加热器,将在有介质的地方产生热量,并且PTC的自调整行为将限制在两个非介质区产生的热。从而,PTC材料230和聚酰亚胺层242、244的组合是协同的,因为典型PTC加热器的自调整性能与聚酰亚胺覆盖的电阻迹线加热器的电绝缘和机械润滑性能相合并。因此,当PTC材料产生热量时和当电阻迹线产生热量时,聚酰亚胺层有利地提供电绝缘和润滑性。
[0062]在形成聚酰亚胺层中,PTC材料230和与其耦合的底部电极234可以与聚酰亚胺层242、244层压。可以通过在底部电极234上施加聚酰亚胺的中间保护层242制成这样的加热器。然后可以将电阻迹线252、254添加到中间聚酰亚胺保护层242。然后将底部聚酰亚胺保护层244应用到中间保护层242和电阻迹线252、254上。在一些实施例中,可以通过厚膜打印方法或通过罩住无聚酰亚胺材料区域的浸涂方法形成聚酰亚胺层242、244。这样的层压是可实现的,因为聚酰亚胺层242、244和电阻迹线252、254的亚胺化温度并不超过PTC材料230的烧制温度。总的来说,采用由玻璃或聚酰亚胺材料制成的保护层242、244的混合加热器构件208A通过无论窄介质是通过定影组件120的中心馈电还是参考边缘馈电来提高窄介质的打印速度保持相比于纯PTC加热器的优点。
[0063]图4示出了图3的加热器构件208A的底部透视图而没有底部保护层244。线3-3是从其取图3的横截面图。加热器构件208A包括电导体260、262和264以及电线270、272和274。加热器构件208A的中间保护层242具有相对较小的切口部分,以暴露底部电极234的一部分234Ao
[0064]电导体260、262、264中的每一个可以由诸如金属的任何类型的电导体材料形成。电导体260、262、264设置在中间玻璃层242上且以与电阻迹线252、254相似的方式形成。在此实施例中,导体迹线260对电阻迹线252、254的邻近第一端进行电短路。此外,电导体262将电阻迹线252的第二端、电线272和底部电极234电连接在一起(经由暴露的部分234A)。电导体264电连接电阻迹线254的第二端和电线274。从而,形成电通路以使AC电流在电线272和274之间流动并通过电阻迹线252、254而产生热量。此外,在电导体262连接到底部电极234和电线272上,并且在电线270耦合到顶部电极232上的情况下,在电线270和272之间创建电通路用来传送电流穿过PTC材料230,从而形成其电压差。通过此方式,电线270、272和274形成与加热器构件208A的三线连接,以用于使得热量由PTC材料230和/或电阻迹线252、254产生。
[0065]图5是图4的加热器构件208A的俯视图。加热器构件208A包括被设置和/或形成于保护层240的顶部的电导体276、278。将电导体276、278电连接到热敏电阻256上,以对由此产生的信号提供信号路径。通常,热敏电阻256感测加热器构件208A的温度,然后通过所述信号路径发送与其相关的电信号。电导体276、278可耦合到控制器140,用来为其提供指示加热器构件208A的温度的电信号。
[0066]在此实施例中,热敏电阻256被设置在沿着PTC材料230的长度的大体上中心位置处的顶部保护层240上。
[0067]图6是根据用来连接到热控制电路144的另一示例性实施例的图3的加热器构件208A的底视图,其中没有示出底部保护层244。加热器构件208A具有参考图4如上所述的基本结构。然而,图6的实施例利用两线连接,而不是到上述用于控制由加热器构件208A产生的热量的热控制电路的三线连接。具体来说,电线270和274短接在一起,以便对顶部电极232和电阻迹线254进行电短路。线段283可以从用于提供电连接的线270和274延伸到上面描述的热控制电路。在此方式中,向热控制电路144提供两线连接,用于适当地控制加热器构件208A。将在下面描述具有上述的两线连接的加热器208的特殊使用。
[0068]图7示出了根据第二示例性实施例的图2的加热器构件208。加热器构件208B包括图3的加热器构件208A的基本结构。此外,在此实施例中,加热器构件208B不包括如关于图3讨论的在电极232的顶部上设置的顶部保护层240。而是,加热器构件208B包括诸如热敏电阻286的温度传感器,其设置在顶部电极232的外表面上。加热器构件208B也包括电绝缘的玻璃层288。此电绝缘玻璃层288设置在顶部电极232的外表面的一部分上并且可以大体上与顶部电极232的外表面的一部分接触。在此实施例中,热敏电阻286耦合到传热构件202的弹簧组件S。由在图7中垂直箭头表示的弹簧组件S可耦合到传热构件202的壳体206以使热敏电阻286保持在顶部电极232上的大体上固定的位置处。来自弹簧组件S的弹簧力推送热敏电阻286确保准确的温度感测。
[0069]图8-10描绘了根据第三示例性实施例的图2的加热器构件208。加热器构件208C包括PTC材料230、附在其相对侧的顶部电极232和底部电极234以及设置在顶部电极232的外表面上的顶部保护层240。使用的PTC材料230大体上比上面描述的PTC材料更薄,以便提供更有效率的热传递。在示例性实施例中,PTC材料230的厚度可以在约0.4mm和约1.6mm之间,并且具体地在约0.8mm和约I.2mm之间。为了补偿较薄的PTC材料230A,在加热器构件208C的电极234和电阻迹线312、314之间的中间层可包括相对刚性的衬底300,衬底300具有对应于PTC材料230A长度的长度并且与其相对设置(和电极232、234)以形成随之堆叠排列。相对刚性的衬底300与较薄的PTC材料230A结合以便承担作用于加热器构件208C的定影器压印力并防止破裂或它的其他变形。在示例性实施例中,衬底300可由陶瓷材料或其他导热材料构造。陶瓷材料可以与在现有定影器组件中所用的陶瓷衬底相同或相似,为了方便的原因将不进一步地描述其特殊合成物。
[0070]在此实施例中,加热器构件208C包括沿着衬底300设置的一个或多个电阻迹线312、314以及大体上覆盖衬底300和电阻迹线312、314的外表面的底部保护层316,底部保护层316用于电绝缘和对不锈钢带210的磨损保护。每个保护层240和316可以是玻璃绝缘层、聚酰亚胺层或具有与图3的加热器构件208A相关的上述相似优点的类似层。加热器构件208C还包括诸如热敏电阻318的至少一个温度传感器,温度传感器沿着其相邻于PTC材料230和电极234的表面设置在衬底300上。
[0071]在图8的示例性实施例中,在PTC电极234和衬底300之间没有永久性连接。而是,可以在电极234和衬底300之间设置油脂层302。油脂层302可以是导热且电绝缘的,用于促进从PTC材料230A到衬底300的有效热传输,以便将热量有效地从PTC材料230经过衬底300传输到定影带210。另外,因为在PTC材料230和衬底300之间没有永久性连接,相对薄的PTC材料230A较不易碎。这是因为衬底300的热膨胀可倾向于比PTC材料230A若是永久地粘合在衬底300时给较薄的PTC材料230A施加更小的压力。
[0072]图9是图8的加热器构件208C的底部透视图而没有说明保护层316。虚线8-8是从其取图8的横截面图。加热器构件208C包括电导体320、322和324以及电线332、334和336。在此实施例中,电导体320、322和324设置在衬底300上。电导体320将电阻迹线312和314的相邻的第一端短接在一起。电导体322将电阻迹线312和电线332的第二端短接在一起,以及电导体324将电阻迹线314和电线334的第二端短接在一起。
[0073]如以上实施例一样,在此实施例中加热器构件208C可被配置为使用两个或三个线连接到热控制电路144。在与热控制电路144的三线连接中,将一个PTC电极23 2、2 34连接到一个电阻迹线312、314的未连接端。例如,将线332连接到电阻迹线312和顶部PTC电极232的未连接端,将线334连接到电阻迹线314的未连接端,以及将线336连接到底部PTC电极234,而线332、334和336耦合到热控制电路144上。
[0074]图10示出了图9的加热器构件208C的俯视图。加热器构件208C包括沿着热敏电阻318所在的衬底300的相同表面设置的电导体338、340。将电导体338和340电连接到来自热敏电阻318的引线,用于耦合到控制器140。热敏电阻318以如图5讨论的热敏电阻256相同的方式确定加热器构件208C的温度。另外,热敏电阻318可大体上位于相邻PTC材料230A的衬底300的顶部上的纵向方向的中心。
[0075]在与热控制电路144的两线连接中,两根线的每一根将PTC电极232、234与电阻迹线312、314的未连接端短接在一起。例如,如图11(其是加热器构件208C的另一个底视图而为了清晰没有示出保护层304)中所示,线332将电阻迹线312的未连接端电连接到顶部PTC电极232,以及线334将电阻迹线314的未连接端电连接到底部PTC电极234(经由线336),其中每根线332和334具有用于耦合到热控制电路144的一端。将在下面作更详细的描述用于加热器构件208C的两线连接和三线连接的每个与热控制电路144的各种连接,连同定影器组件120的操作的描述。
[0076]图12示出了根据另一示例性实施例的图8的加热器构件208C。传热构件202可包括弹簧350,弹簧350设置在大体上沿着薄PTC材料230A的加热器构件208C的中心部分之上。在一个实施例中,弹簧350可耦合到传热构件202的壳体206和/或与传热构件202的壳体206在一端处接触,且在第二端与加热器构件208C接触。在此实施例中,弹簧350被设置为抵靠在顶部保护层240和/或大体上与顶部保护层240接触。图12也示出了反作用力Fl和F2的安排,反作用力Fl和F2被施加到加热器构件208C以抵消由支承辊204在定影带210上施加的压印力F。具体地,反作用力Fl和F2用于平衡压印力F,以及弹簧350用于提供足够的力来将PTC材料230A固定在相对于衬底300的大体上固定的位置中。在一个示例性实施例中,传热构件202可利用弹簧构件或其他用于施加反作用力Fl和F2的已知偏置机制。
[0077]图13、14和16示出了在图像形成设备100的热控制电路144和定影器组件120特别是其加热器构件208之间的各种连接配置。图13是根据一个示例性实施例的使用图4和9的加热器构件208的三线连接的电路图。图像形成设备100接收来自AC电压源360的AC线电压,用于应用AC电流经过加热器构件208以便由此产生热量。通过存储在存储器142的固件的执行,控制器140控制耦合到加热器构件208和AC线电压360的热控制电路144。在此实施例中,热控制电路144包括继电器电路372和三端双向可控硅开关电路374。如图13中所示,三端双向可控硅开关电路374由控制器140控制且作为用于将加热器构件208耦合到AC电压源360的开关。继电器电路372耦合在三端双向可控硅开关电路374和加热器构件208的三线其中的两个(如,用于加热器构件208A的线270、274,和用于加热器构件208(:的线334和336)之间。交流电压源360的第二端通过耦合到线272(图4)和线332(图9)也被耦合到加热器构件208。继电器电路372由控制器140控制,用于在通过加热器构件208的电阻迹线提供电流(且从其中产生热量)和通过其PTC材料230提供电流(且从其中产生热量)之间切换。以这种方式,热控制电路144可控制由加热器构件208产生的热量,使得PTC材料230和加热器构件208的电阻迹线的一个或多个可以在定影操作期间产生热量。
[0078]例如,三端双向可控硅开关电路374和继电器电路372可由控制器140控制,以便当定影比全宽介质窄的介质时,将加热器构件208的PTC材料230耦合到AC电压源360。此外,三端双向可控硅开关电路374和继电器电路372可由控制器140控制,以便当定影全宽介质时,耦合加热器构件208的电阻迹线。更进一步地,在第三加热器控制方法中,三端双向可控硅开关电路374和继电器电路372可由控制器140控制,以便当定影较窄的介质时,交替地将加热器构件208的电阻迹线和PTC材料230耦合到AC电压源360。具体地,继电器电路372可最初通过加热器构件208的电阻迹线提供AC电流,以便在经过PTC材料230提供AC电流之前适合地加热加热器构件208,以完成较窄介质上的定影操作。这个允许更快的加热器预热(即通过避开用于PTC材料的较慢预热时间),同时有利地使用PTC材料230对较窄介质进行定影,以便防止定影器过度加热。
[0079]图14根据可选的示例性实施例说明了热控制电路144和用于控制加热器构件208的相同的三线连接。在这种情况下,热控制电路144利用了双三端双向可控硅配置。三端双向可控硅开关电路376和378可通信地耦合到控制器140,以便由此控制。三端双向可控硅开关电路376和378是并联在AC电压源360和加热器构件208之间,其中三端双向可控硅开关电路376具有连接到PTC材料230的端(在图4中的线270和在图9中的线336)以及三端双向可控硅开关电路378具有连接到加热器构件208的电阻迹线的端(在图4中的线274和在图9中的线334) AC电压源360的第二端可经过线272(图4)和线332(图9)耦合到加热器构件208。
[0080]在图14的示例性实施例中,控制器140可在定影操作之前且在定影操作期间控制三端双向可控硅开关电路376、378,以便对加热器构件208的电阻迹线或PTC材料230进行激活以产生热量,其相似于图13的实施例的功能。此外,控制器140可控制三端双向可控硅开关电路376和378,以便电阻迹线和PTC材料230可同时被激活来产生热量。例如,在室温下,在定影操作之前的预热操作期间,可以激活电阻迹线252、254(图4)和312、314(图9)以产生热量。通过闭合三端双向可控硅开关电路378以连接AC线电压360到加热器构件208的电阻迹线来完成这个。在预热之后,如果定影较窄的介质,三端双向可控硅开关电路378被打开且三端双向可控硅开关电路376被闭合以连接AC线电压360到PTC材料230。在预热操作期间比通常规定的工作功率提供更少的热量的PTC材料230从而在预热之后被激活,用于在定影操作期间将墨粉定影到窄的介质。在预热之后,如果打印在全宽度介质上,三端双向可控硅开关电路378保持闭合且三端双向可控硅开关电路376保持打开,以便加热器构件208的电阻迹线在定影操作期间用于将墨粉定影到全宽度介质。另外,三端双向可控硅开关电路376和378的使用在相对短的时间内通过同时闭合三端双向可控硅开关电路376和378来同时激活的PTC材料230和加热器构件208的电阻迹线而提供了关于功率增加的灵活性。此功率增加在寒冷的环境下是有利的(甚至低至约10C)以保证相对快速的预热时间和第一次打印时间。例如,如果PTC材料230提供600W(在寒冷环境下300W)并且加热器构件208的电阻迹线提供1200W,总共预热功率可能多达1500W。如果单独使用,当处于寒冷环境时,PTC材料230将提供少于600W。
[0081]图15说明了通过图13和14的实施例执行定影操作的方法400。控制器140在402处确定是否将执行定影操作。对于图14的实施例,当判定是肯定时,然后控制器140在404处可确定图像形成设备100的温度并且将所述温度与对应于在寒冷环境下的温度的预定温度值进行比较。如果图像形成设备100的温度低于预定温度值,控制器140在其中PTC材料230和加热器构件208的电阻迹线同时被激活以产生热量的期间可以在406处发起预热操作。这可通过控制三端双向可控硅开关电路376和378的控制器140完成,用于同时使电流通过到PTC材料230和加热器构件208的电阻迹线。
[0082]如果图像形成设备100的温度高于关于图14的实施例的预定温度,则在其中电流经过加热器构件208的电阻迹线期间在408处发起预热操作而没有使电流经过PTC材料230。这通过控制器140控制图14中的三端双向可控硅开关电路378以便将电阻迹线连接到AC线路电压360来完成。因为图13的实施例并没有被配置为同时激活PTC材料230和加热器构件208的电阻迹线,紧随着在402处将执行定影器操作的肯定的判定,在408处执行预热操作而不管图像形成设备100的温度。这通过控制继电器电路372以引导电流到加热器构件208的电阻迹线来完成。
[0083]此后,方法400前进到410处,其中控制器140确定窄介质是否由定影器组件120定影。当判定是肯定时,在412处激活PTC材料230以在定影操作期间产生热量来将墨粉定影到窄介质上。PTC材料230用于防止支承辊204和传热构件202的不接触介质片材的部分过度加热。在图13的实施例中,通过控制继电器电路372以引导电流到PTC材料230来激活PTC材料230。在图14的实施例中,通过控制(闭合)三端双向可控硅开关电路376以引导电流到PTC材料230并通过控制(打开)三端双向可控硅开关电路378来防止电流被引导到加热器构件208的电阻迹线来激活PTC材料230 ο当PTC材料230被激活时,执行定影操作。
[0084]参考图16,示出了根据另一示例性实施例的具有使用图6和11的两线连接配置的加热器构件208的热控制电路144。热控制电路144包括连接到PTC材料230和加热器构件208(图6的加热器构件208A和图11的加热器构件208C)的电阻迹线的三端双向可控硅开关电路380。在此实施例中,三端双向可控硅开关电路380作为用于向PTC材料230和电阻迹线同时提供电流的开关。在存储器142中存储且由控制器140执行的固件包括用以控制三端双向可控硅开关电路380的软件控制算法。在固件中的算法在整个定影操作期间可控制与加热器构件208的连接的闭合和断开。此两线连接提供了利用加热器构件208的最经济的方法。
[0085]上述的固件控制算法被用于图16的实施例,因为无论何时产生热量PTC材料230和加热器构件208的电阻迹线均被通电。例如,在运行温度下的总热量输出被假定为约1200W。为了在PTC材料230和电阻迹线之间将1200W进行分配,可以执行实验以平衡对电阻迹线加热(用于预热)的需要和对PTC材料加热(用于窄介质)的需要。因此,例如,实验可使PTC材料230为约600W和电阻迹线为约600W。由于电阻迹线相对于更典型的1200W设置仅可以为600W,定影器压印线N的没有与介质片材接触的部分仅可以加热当快速打印窄介质时的一半快,从而提供相比于更典型的加热性能的显著的改进。
[0086]如上文描述且在图3-12中所示的加热器构件208可被用于除了将墨粉定影到介质片材之外的应用中产生热量,诸如烹饪和小家电加热器的应用。例如,加热器构件208A-208D可用在烹饪炉中作为加热元件以替代传统的电阻加热元件。放置在比加热元件小的炉灶上的烹饪锅可沿着炉灶产生温度差。在这个场景下,加热元件的外部分会比具有烹饪锅的热负荷的其内侧部分更热,但PTC材料230由于PTC材料230的自我调节性质而提供更均匀的加热。
[0087]如上文中参考图15说明的,通过利用加热器构件208的电阻迹线和PTC材料230来产生热量,加热器构件208对任何应用在较短的时间内可提供达到期望加热温度。PTC材料230和电阻迹线的可用性额外地导致加热器构件208具有更多的加热选项和/或设置。例如,如果加热应用存在的环境对传统PTC加热器的PTC材料的最大制热能力而言过于寒冷,加热器构件208的电阻迹线的额外利用可提供加热增强。
[0088]出于说明的目的,已经呈现了本发明的若干方法和实施例的上述描述。其并非旨在穷尽性的或将本发明限制于所公开的精确步骤和/或形式,并且明显的是,根据上述教导,许多修改和变型是可能的。要指出的是,本发明的范围由本文所附的权利要求限定。
【主权项】
1.一种加热器,包括: 正温度系数(PTC)材料,所述正温度系数材料具有第一表面和相对的第二表面,所述PTC材料的长度大小被设定为大体上延伸贯穿定影器组件的定影器压印线的宽度; 第一电极和第二电极,所述第一电极设置成抵靠所述PTC材料的第一表面,而所述第二电极设置成抵靠所述PTC材料的第二表面,所述第一电极和所述第二电极用于在所述PTC材料的两端施加电压差以由此产生热量; 至少一个中间层,所述至少一个中间层设置成抵靠所述第二电极; 至少一个电阻迹线,所述至少一个电阻迹线设置成沿着所述至少一个中间层,以便大体上延伸贯穿所述PTC材料的长度,所述至少一个电阻迹线用于在电流经过的通路上产生热量;以及 保护层,所述保护层覆盖所述至少一个电阻迹线和所述至少一个中间层。2.根据权利要求1所述的加热器,其中,所述至少一个中间层包括玻璃层。3.根据权利要求1所述的加热器,其中,所述至少一个中间层包括聚酰亚胺层。4.根据权利要求1所述的加热器,其中,所述至少一个中间层包括衬底,所述衬底具有大体上对应于所述PTC材料长度的长度。5.根据权利要求4所述的加热器,其中,所述至少一个中间层还包括热脂层,所述热脂层被设置在所述第二电极和所述衬底之间。6.根据权利要求5所述的加热器,其中,所述热脂层直接地接触所述第二电极和所述衬底。7.根据权利要求4所述的加热器,其中,所述衬底包括陶瓷材料。8.根据权利要求1所述的加热器,其中,所述保护层包括聚酰亚胺。9.根据权利要求1所述的加热器,其中,所述加热器还包括沿着所述至少一个中间层和所述第二电极设置的第一导体,所述第一导体用来电连接所述第二电极和所述至少一个电阻迹线的第一端部。10.根据权利要求9所述的加热器,还包括连接到所述至少一个电阻迹线的第二端部的第二导体、连接到所述第一导体的第一电线和连接到所述第二导体的第二电线。11.一种定影器组件,包括: 壳体; 带,所述带能够旋转地放置在所述壳体的周围并且具有内表面; 支承辊,所述支承辊被设置成大体上抵靠所述带以便随之形成定影器压印线;以及 加热器构件,所述加热器构件设置成大体上在所述壳体内,所述加热器构件包括: 正温度系数(PTC)材料,所述正温度系数材料具有第一表面和相对的第二表面,所述PTC材料的长度大小被设定为大体上延伸贯穿所述定影器压印线的宽度; 第一电极和第二电极,所述第一电极设置成抵靠所述PTC材料的第一表面,而所述第二电极设置成抵靠所述PTC材料的第二表面,所述第一电极和所述第二电极用于在所述PTC材料的两端施加电压差以由此产生热量; 至少一个中间层,所述至少一个中间层设置成抵靠所述第二电极; 至少一个电阻迹线,所述至少一个电阻迹线设置成沿着所述至少一个中间层以便大体上延伸贯穿所述PTC材料的长度,所述至少一个电阻迹线用于在电流经过的通路上产生热量,以及所述至少一个电阻迹线被设置在所述带的内表面附近以用于对其加热;以及 保护层,所述保护层覆盖所述至少一个电阻迹线和所述至少一个中间层。12.根据权利要求11所述的定影器组件,其中,所述至少一个中间层和所述保护层中的一个或多个包括聚酰亚胺材料。13.根据权利要求11所述的定影器组件,其中,所述至少一个中间层包括衬底,所述衬底具有对应于所述PTC材料长度的长度。14.根据权利要求13所述的定影器组件,其中,所述至少一个中间层还包括热脂层,所述热脂层被设置在所述第二电极和所述衬底之间。15.根据权利要求14所述的定影器组件,其中,所述热脂层直接地接触所述第二电极和所述衬底。16.根据权利要求13所述的定影器组件,其中,所述衬底包括陶瓷衬底。17.根据权利要求13所述的定影器组件,还包括至少一个偏压构件,每一个至少一个偏压构件具有第一端和相对的第二端,所述第一端设置成大体上沿着接近于所述第二电极的所述衬底的长度并且接触所述衬底,且所述相对的第二端设置成大体上抵靠所述壳体。18.根据权利要求11所述的定影器组件,还包括具有第一端和相对的第二端的至少一个偏压构件,所述第一端大体上被设置在沿着所述PTC材料的宽度的中心部分上以直接接触所述加热器构件,以及所述相对的第二端被设置成大体上抵靠所述壳体。19.根据权利要求11所述的定影器组件,其中,所述加热器还包括沿着所述中间层和所述第二电极设置的第一导体,所述第一导体用来电连接所述第二电极和所述至少一个电阻迹线的第一端部。
【文档编号】G03G15/20GK105849649SQ201480071433
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年12月22日
【发明人】迈克尔·克拉克·坎贝尔, 保罗·韦斯利·埃特尔, 詹姆斯·阿德里安·莱利, 杰瑞·韦恩·史密斯
【申请人】利盟国际有限公司
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