发热单元、定影单元以及图像形成装置的制作方法

本发明涉及一种发热单元、定影单元以及图像形成装置。

背景技术：

近年来，为了实现需要较短上升时间的节能和便利的定影单元与图像形成装置，存在降低定影单元与图像形成装置的加热源(诸如加热器)和待加热构件(诸如定影带)的热容量的需求，其中由设置在环状定影带中的加热器(发热单元)通过热传导加热定影带。

此类具有降低的热容量的定影单元和图像形成装置由于小热容量而趋向于导致过热，因此还存在对当温度控制发生不良时用于防止由于过热而造成冒烟和发臭的机构的需求。

例如，在日本专利文献特开2000-260553号公报中提供了一种用于防止由于加热器过热而冒烟和发臭的技术，其中串联到加热器的正温度系数(PTC)电阻器(即，具有正温度系数的电阻器)被设置成邻近于或接触所述加热器，以在加热器过热时通过增加PTC电阻器的电阻来抑制电流流动。

此外，例如在日本专利文献特开2009-244595号公报中提供了一种用于抑制使用平面发热构件的带定影装置的非片材通过区域中的温度上升的技术，其中串联的发热构件和PTC元件设置在所述平面发热构件上，以通过利用PTC元件在预定温度或更高温度下电阻上升的特性来抑制温度上升。

然而，在电流流动被PTC电阻器(PTC元件)的升高电阻抑制的传统技术中，PTC电阻器必须足够大，以表现出抑制电流流动的电阻。其结果是，PTC电阻器的热容量增大，使得难以对加热器的过热快速作出反应。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于，与通过增大电阻抑制电流流动的情况相比，通过快速 反应抑制过热。

根据本发明的第一方面，提供一种发热单元，其包括基板、发热元件以及热破坏元件，发热元件设置在所述基板上，并且通过接收电力而产生热量；热破坏元件设置在所述基板上，并且与所述发热元件串联连接，所述热破坏元件具有正温度系数，并且当被所述发热元件的热量加热到高于一特定温度的温度时由于自身发热而导致热破坏。应注意的是，此处所用的“一特定温度”是可获得最大电阻的温度。

根据本发明的第二方面，在上述的发热单元中，所述热破坏元件具有平板形状。

根据本发明的第三方面，在上述的发热单元中，在所述基板上并排设置多对发热元件和热破坏元件。

根据本发明的第四方面，定影单元包括：发热单元，其包括基板、设置在所述基板上并且通过接收电力产生热量的发热元件、以及设置在所述基板上并且与所述发热元件串联连接的热破坏元件，所述热破坏元件具有正温度系数，并且当被所述发热元件的热量加热到高于一特定温度的温度时由于自身发热而导致热破坏；带形回转构件，其在回转路径的中途与所述发热单元接触并被加热，同时，沿着所述回转路径回转；以及加压构件，所述加压构件通过使在其表面上形成有未定影图像的记录媒体咬合在所述加压构件和所述回转构件之间并向所述记录媒体施加压力，将所述图像定影在所述记录媒体上。

根据本发明的第五方面，图像形成装置包括：形成单元以及定影单元，形成单元在记录媒体上形成未定影图像；定影单元通过施加热量和压力而将所述图像定影到所述记录媒体。所述定影单元包括：发热单元，其包括基板、设置在所述基板上并且通过接收电力产生热量的发热元件，以及设置在所述基板上并且与所述发热元件串联连接的热破坏元件，所述热破坏元件具有正温度系数，并且当被所述发热元件的热量加热到高于一特定温度的温度时由于自身发热而导致热破坏；带形回转构件，其在回转路径的中途与所述发热单元接触并被加热，同时，沿着所述回转路径回转；以及加压构件，所述加压构件通过使在其表面上形成有未定影图像的记录媒体咬合在所述加压构件和所述回转构件之间并向所述记录媒体施加压力，将所述图像定影在所述记录媒体上。

使用根据第一方面的发热单元、根据第四方面的定影单元以及根据第五方面的图像形成装置，与通过增大电阻来抑制电流流动的情况相比，可通过快速反应抑制过热。

使用根据第二方面的发热单元，与所述热破坏元件具有除了平板形状以外的形状的情况相比，热破坏发生的可靠性较高。

使用根据第三方面的发热单元，可抑制发热单元的局部过热。

附图说明

将基于下列附图详细说明本发明的示例性实施例，其中：

图1是示出打印机的构造的示意图，所述打印机充当本发明的图像形成装置的示例性实施例；

图2是定影单元的截面图；

图3示意性示出加热器的结构；以及

图4是示出PTC元件的PTC特征的图表。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施例进行说明。

图1是示出打印机的构造的示意图，所述打印机充当本发明的图像形成装置的示例性实施例。

在图1中示出的打印机10是单色打印机。经由信号电缆等(未示出)将表示在打印机10外面产生的图像的图像信号输入到所述打印机10。所述打印机10包括控制器11，所述控制器11控制所述打印机10内部的元件的操作，且所述图像信号被输入到所述控制器11中。在所述打印机10中，在所述控制器11的控制下，执行基于所述图像信号的图像形成。

片材托盘21设置在所述打印机10的底部。所述片材托盘21各自容纳片材P的堆叠。所述片材托盘21被配置成使得所述片材托盘21可被自由地拉出以用于供应片材P。代替纸片材P，所述片材托盘21可容纳充当本发明的记录媒体的OHP片材、塑料纸、信封等等。虽然将参照图1说明容纳片材P的打印机10的操作，但是即使当容纳其他记录媒体时基本操作也是相同的。

用拾取辊22和分离辊23将一个片材托盘21中的片材P发送到待机辊24。在所述待机辊24处，调整所述片材P的传送定时，并进一步传送所述片材P。

所述打印机10包括圆筒感光体12，所述圆筒感光体12沿着由箭头A指示的方 向旋转。围绕所述感光体12布置有充电器13、曝光单元14、显影单元15、转印单元16和感光体清洁器17。所述感光体12、充电器13、曝光单元14、显影单元15和转印单元16共同作为本发明的形成单元的实例。

所述充电器13为所述感光体12的表面充电，并且所述曝光单元14根据从所述控制器11传递的图像信号而使所述感光体12的表面曝光，由此形成静电潜像。由所述显影单元15将所述静电潜像显影成色调剂图像。

在此，待机辊24发送片材P，以使得当在所述感光体12上的所述色调剂图像到达面向所述转印单元16的位置时，所述片材P到达上述位置。随后，由所述转印单元16将所述感光体12上的所述色调剂图像转印到被发送到上述位置的片材P。通过这样的方式，在所述片材P上形成未定影的色调剂图像。

其上具有未定影的色调剂图像的片材P沿着箭头B的方向进一步移动，并由所述定影单元18加热和按压所述片材P。从而将所述色调剂图像定影到所述片材P上。从而在所述片材P上形成由经定影的色调剂图像形成的图像。所述定影单元18对应于本发明的定影单元的示例性实施例。

已经通过所述定影单元18的所述片材P沿着箭头C的方向朝向输出单元19前进。由所述输出单元19沿着箭头D的方向进一步发送所述片材P，并将所述片材P输出到片材输出托盘20上。

图2是所述定影单元的截面图。

所述定影单元18包括加压辊110和加热辊120。

所述加压辊110是由金属芯和形成在所述金属芯上的橡胶层形成的。所述加压辊110沿着箭头E的方向旋转。所述加压辊110是本发明的加压构件的实例。

所述加热辊120具有外周带121。加热器122、加压垫123等等被容纳在所述外周带121内。所述外周带121是本发明的回转构件的实例，且所述加热器122对应于本发明的发热单元的示例性实施例。

所述加热辊120的外周带121沿着箭头F的方向回转，同时被加热器122加热，所述加热器122与所述外周带121的内周表面进行表面接触。由加压垫123将所述外周带121推靠在所述加压辊110上。由此，对通过所述外周带121和所述加压辊110之间的片材P施加力和热量。

所述加热器122具有沿着图2的深度方向延伸的狭长形状，并且其长度方向上的 两个末端连接到电源。所述加热器122通过从所述电源接收电力而产生热量。所述加热器122沿着所述外周带121回转的方向弯曲，以便与所述外周带121的内周接触。为了减少上升时间，即未热的定影单元18达到即可定影的状态(ready-to-fix state)所需的时间，在本示例性实施例中，所述加热器122和所述外周带121具有较小的热容量。因此，所述加热器122被配置成当热控制发生不良时抑制过热。

图3示意性示出加热器的结构。

所述加热器122具有多对串联连接的加热电阻132和PTC元件133在加热器基座131上并排布置的结构。

虽然所述加热器基座131具有沿着图3中的左右方向延伸的狭长形状，但是出于便于图示的目的，所述加热器基座131的纵向长度被大幅缩短。所述加热器基座131是板状构件，其如图2所示沿着外周带121的内周表面弯曲，并且是用例如SUS、铜、覆层基材等制成的。所述加热器基座131是本发明的基板的实例。

所述加热电阻132是由用例如AgPb制成的布线图案形成的。每一加热电阻132是由形成一系列弯曲的电线形成的，所述弯曲的电线沿着所述加热器基座131的纵向方向(即，图3中的左右方向)具有大约15mm的宽度，并且沿着所述加热器基座131的横向方向(即，图3中的上下方向)具有大约20mm的长度。所述加热电阻132是本发明的发热元件的实例。

所述PTC元件133是用例如混合有铅的钛酸钡制成的陶瓷元件。所述PTC元件133是正方形的平板，具有大约0.2mm的厚度和每边大约4mm的长度。所述PTC元件133是具有正温度系数的元件，并且是本发明的热破坏元件的实例。

多对加热电阻132和PTC元件133沿着所述加热器基座131的纵向方向(即，图3中的左右方向)并排布置，并且所述对通过电线134并联连接。所述加热器122上的电线134连接到设置在所述加热器122外部的电源140上，并且所述加热电阻132使用从所述电源140供应的电力来产生热量。

在本示例性实施例中，所述PTC元件133抑制所述加热器122的过热。以下将作详细说明。

图4是示出PTC元件的PTC特征的图表。

在图4中，横轴表示温度，而纵轴表示电阻。

图形曲线150示出了在本示例性实施例中使用的PTC元件133的PTC特征，所 述图形曲线150在超过居里温度Tc的温度处急剧上升。这表明当元件的温度超过居里温度Tc时，所述PTC元件133的电阻急剧上升。其结果是，低于居里温度Tc的温度处的最小电阻值Rmin与高于或等于居里温度Tc的温度处的最大电阻值Rmax的比率一般超过1:100，并且有时所述比率达到1:100000。

此类陶瓷元件被用作图3中示出的PTC元件133，并且通过调节所铅的混合量而将居里温度Tc调节到高于加热器122中的正常使用温度，并且低于发生冒烟或者发臭的异常温度的温度。此外，虽然所述最小电阻值Rmin和所述最大电阻值Rmax是根据PTC元件133的大小决定的，但是在本示例性实施例中，最小电阻值Rmin被设置成小于或等于所述加热电阻132的电阻值的二十五分之一，以使得所述加热电阻132的发热在正常使用温度下不受影响。

因为这些PTC元件133是如图3所示设置的，所以当所述加热电阻132中的一个加热电阻产生过多热量时，与其连接的PTC元件133的温度超出居里温度Tc，其结果是，该PTC元件133的电阻急剧上升。此类电阻上升造成PTC元件133自身发热，从而由于自身发热造成的热冲击而导致所述PTC元件133的热破坏。因为所述被热破坏的PTC元件133中断了电路并且立即断开电力，串联连接到该PTC元件133的加热电阻132的过热被快速地抑制。因为所述PTC元件133的此功能是由沿着加热器基座131的纵向方向(即，图3中的左右方向)并排布置的多对加热电阻132和PTC元件133实现的，所以加热器122的局部过热也被抑制。

如上文已经描述的，所述PTC元件133具有平板形状，此形状有效地造成热破坏。决定无限伸展的平板是否被热冲击破坏的临界温度差ΔTc是基于杨氏模量E、线膨胀系数α、泊松比ν、破裂强度σ_max、导热系数α_M、特征长度D和热传导率λ并根据以下表达式计算的。

[数学式1]

${\mathrm{\ΔT}}_c=\frac{{\mathrm{\σ}}_{\max }\left(1-v\right)}{\mathrm{\α}E}\left(1+\frac{3.25}{\mathrm{\β}}-0.5\exp \[\frac{-16}{\mathrm{\β}}\]\right),\mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{\α}}_{M}D}{2\mathrm{\λ}}$

当1.15×10¹¹[N/m]的杨氏模量E、12.5×10¹¹[K^-1]的线膨胀系数α、0.3的泊松比ν、70[N/m²]的破裂强度σ_max、1×10⁶[W/m²K]的导热系数α_M、0.2[mm]的特征长度D，以及6[W/mK]的热传导率λ被充当物理特性值而分配到以上表达式时，所得的临界温度差ΔTc为大约50K。上述最大电阻值Rmax是通过导热模拟等决定的，以使得产生大 约50K或更高的内部温差的自身发热发生，并根据由此决定的最大电阻值Rmax来决定PTC元件133的大小。通过用这种方法决定最大电阻值Rmax，能够可靠地造成所述PTC元件133的热破坏，从而能够可靠地抑制所述加热电阻132的过热。此外，因为由此决定的最大电阻值Rmax是用于造成自身发热的电阻值，所以比用于通过升高电阻值来抑制电流流动的电阻值小得多。因此，PTC元件133的大小和热容量被降低，从而使得能够响应于加热电阻132的过热而立即造成热破坏。

在上述示例性实施例中，虽然已经示出了大部分用钛酸钡构成的陶瓷元件作为本发明的示例性热破坏元件，但是本发明的热破坏元件也可为用大部分由除了钛酸钡以外的材料构成的陶瓷元件，或者为非陶瓷元件，只要所述元件造成热破坏即可。

此外，在上述示例性实施例中，已经示出了与外周带121的内周接触的弯曲加热器122作为本发明的发热单元的示例性实施例，本发明的发热构件可为具有平板形状的发热构件、与所述外周带121的外周接触以进行加热的发热构件、加热除了所述外周带以外的金属管等的发热构件，或者用于在除了定影单元以外的单元中加热的发热构件。

此外，虽然在上述示例性实施例中已经示出了单色打印机作为实例，但是本发明也可应用于彩色打印机，或者本发明可应用于传真装置、复印机，或者多功能装置。

此外，虽然在上述示例性实施例中已经示出了使用电子照相系统来形成色调剂图像的装置作为实例，但是本发明的形成单元也可为通过使用除了所述电子照相系统以外的方法来在记录媒体上形成色调剂图像的形成单元。

为了进行图示和说明，以上对本发明的示例性实施例进行了描述。其目的并不在于全面详尽地描述本发明或将本发明限定于所公开的具体形式。很显然，对本技术领域的技术人员而言，可以做出许多修改以及变形。本实施例的选择和描述，其目的在于以最佳方式解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本技术领域的其他熟练技术人员能够理解本发明的各种实施例，并做出适合特定用途的各种变形。本发明的范围由与本说明书一起提交的权利要求书及其等同物限定。