CN111095125B - 定影器单元加热器支撑件 - Google Patents

Abstract

一种定影器中的加热器的支撑件，该支撑件包括：两个平行侧部和一个后侧部，该三个侧部形成U形横截面，该横截面具有不均匀的壁厚。

Description

定影器单元加热器支撑件

背景技术

打印机基于多种性能特性进行优化。这些特性包括成本、打印速度、每英寸点数、首页时间和能效。这些特性可以以多种方式进行评估，并且可以在全部或每个打印页的基础上进行考虑。

附图说明

附图例示本文描述的原理的各种示例，并且是说明书的一部分。例示的示例不限制权利要求的范围。

图1示出根据与本说明书一致的一个示例的用于定影器单元加热器的支撑件的示例的横截面视图。

图2示出根据与本说明书一致的一个示例的用于定影器单元加热器的支撑件的示例的横截面视图。

图3示出根据本说明书的具有支撑件的定影器的横截面视图。

图4A示出根据本说明书的用于定影器中的加热器的支撑件的侧视图。

图4B示出根据本说明书的用于定影器中的加热器的支撑件的横截面视图。

图5示出根据与本说明书一致的一个示例的用于定影器中的加热器的支撑件的横截面视图。

在整个附图中，相同的附图标记表示相似的但不一定相同的元件。附图不一定是按比例绘制的，并且一些零件的尺寸可以被放大以更清楚地例示示出的示例。此外，附图提供根据该说明书的示例和/或实施方式；然而，该说明书不局限于附图中提供的示例和/或实施方式。

具体实施方式

打印机根据各种参数进行评估。一个关注的参数是能效。能效在全部和每页的基础上进行评估。在评估能效时，对打印机的用途进行建模是有用的。商用打印机，例如印刷厂使用的商用打印机，通常几乎连续运行。这限制启动和闲置操作的能量成本。持续使用也允许有效使用设备。

相比之下，用于商业用途和个人用途的打印机通常用于偶尔的较少的作业。该用途模式影响打印机的能效。例如，保持打印机就绪消耗的能量具有越来越大的影响，这是因为打印机花费很大一部分时间等待作业而不是打印。由于作业经常由停机时间分隔，所以从待机状态转换到活动状态的能量成本具有较大的影响，这是因为大多数作业将包括将打印机从待机转换到打印、打印该作业以及将打印机返回到待机。

打印机设计取得卓越的进步，以减少待机状态下的能量使用，减少打印机进行打印的准备时间，减少打印第一页材料的时间和成本。发明人已经注意到，对于商业打印或个人打印，一些系统部件从未达到均衡(或稳态操作状况)。进一步，设计部件以花费较长或较短的时间达到稳态状况是有可能的。如果部件对系统来说是能量消耗，则减慢部件达到稳定状态的时间可以减少少量作业使用的能量。基本上，系统可以在部件达到稳定状态之前执行作业。减少使部件达到稳定状态的总能量也减少系统的能量消耗。这两个原理的示例在本文中被用以减少与用于定影器中的加热器的支撑件相关联的能量损失。

定影器提供热量和压力以将沉积在介质上的调色剂转变为稳定形式。介质和调色剂通过被称为辊隙的区域。辊隙位于压力辊和加热器之间。调色剂被加热并压入辊隙中的介质纤维中及其周围。一旦离开辊隙，调色剂冷却并固化在介质纤维中及其周围，从而在介质上产生稳定的打印图像。

定影器使用在加热器周围的定影器套筒。定影器套筒随压力辊一起旋转。加热器向定影器套筒中提供热量。定影器套筒在外表面，例如定影器套筒的辊隙侧部，加热到操作温度。在那里，定影器套筒提供定影辊隙中调色剂需要的热量。

定影器套筒与其周围环境之间存在能量平衡。定影器套筒接收来自加热器的热量并向辊隙和周围环境提供热量。提供给周围环境的能量通常损失。

然而，定影器套筒也向定影器套筒内的元件提供能量。这些元件包括加热器和支撑件。支撑件提供刚度和强度以通过压力辊提供辊隙上的压力分布。在没有支撑件的情况下，加热器和定影器套筒弯曲远离压力辊，从而产生不均匀的压力、不完全的定影和不可接受的性能。

发明人意识到，周围环境包括定影器套筒内部的元件。也就是说，能量平衡包括将支撑件加热到稳态温度的能量损失。因强度和成本而使用的钢具有高吸收率和高热容量。因此，在预热和使用期间，钢支撑件吸收热量，直到支撑件达到稳定状态。在稳定状态下，由支撑件吸收的热量等于从支撑件排出的热量。定影器套筒内部的对流和空气有一些小的影响，但是大部分热交换是通过辐射进行的。

减少支撑件的热容量减少将支撑件加热到稳态温度时浪费的能量。较薄的支撑件质量较小，并且热容量较小。然而，支撑件的壁厚受到硬度的限制以提供辊隙中期望的压力。支撑件被设计为对压力辊提供足够的反作用力，以便使辊隙具有可接受的压力分布。

然而，不是所有部分的支撑件对支撑件的硬度有同样的贡献。例如，支撑件的侧壁，例如垂直于辊隙的那些侧壁，在单位质量的基础上提供较大的硬度。相比之下，后壁在单位质量的基础上提供较小的硬度。因此，通过使用不均匀的壁厚，质量可以被优化以提供期望的硬度，其中总质量较小，因此热容量较小。减少热容量减少用于将支撑件加热到稳态温度的能量。这也减少将定影器套筒加热到操作温度的时间，这是因为较少的热量被转移用于加热支撑件。

在减小质量的同时优化支撑件的硬度的其他方法可以采用。这些包括使用支撑件中的开口。例如，支撑件可以包括侧部上的栈桥(trestle)设计和顶部上的开口。这种方法利用硬度的非线性特性。此外，目标是为了向辊隙提供期望的支撑，同时使支撑件的热容量最小化。

在试验优化支撑构件的硬度与热容量时，发明人注意到，对于代表性的消费者打印作业，支撑件并不总是达到稳定状态。这使得意识到，在稳定状态下，吸收的热量是支撑件的热容量乘以稳态温度和起始温度之间的差值。相比之下，如果支撑件从未达到稳定状态，则吸收的热量取决于最终温度。进一步，通过减慢支撑件对热量的吸收，最终温度可以降低，从而引起加热支撑件所浪费的能量的减少。

由铝制成的原型支撑件示出，其吸收的热量与基于支撑件的热容量所预测的吸收的热量相比，有更大的减少。相反，铝反射从定影器套筒的内部发射的热辐射，并吸收较少的热量。这减慢该支撑件相对于钢支撑件的加热。因此，铝支撑件达到标准打印作业中的较低的最终温度。因此，尽管较少的热质量减少支撑件的热量损失，而不管作业尺寸如何，对于较少的作业，瞬时加热是影响能量使用的因素。通过将热量反射回到定影器套筒(此处，热量在加热辊隙是有用的)，将定影器套筒加热到操作温度的时间减少，并且能量使用也减少。进一步，在消费者和办公室使用中发现的较少打印作业的节能较大。对于较大的作业，瞬时效应消失，这是因为稳态限制操作时间百分比的增加。

在支撑件上使用低吸收率表面可以降低由支撑件吸收的热量的速率。低吸收率表面可以是涂层，例如气相沉积金属和/或电镀金属。低吸收率表面可以是由薄膜和/或类似的屏障提供。如本说明书和相关权利要求中所使用的，低吸收率表面表示对从定影器套筒的内部的辐射的吸收率不大于20％的表面。显然，甚至更低的吸收率在降低加热支撑件使用的热量的速率方面提供额外的益处，在一些示例中，吸收率可以设计为小于10％、5％或3％。或者换句话说，发射率可以设计为小于20％、10％、5％或3％。基尔霍夫的1859年的热辐射定律指出，对于在热力学平衡中发射和吸收热辐射的任意物体，发射率等于吸收率。吸收率和发射率都表示为在相同温度和波长下黑体的百分比。成本、节能、坚固性和其他设计标准中的平衡将影响哪种选择最适合给定的打印机设计。

如在本说明书和相关权利要求书中所使用的，术语“大体上”应被解释为意味着值的±10％，除非另有特别说明。对于几何术语，诸如大体上平行，这意味着与平行偏差多达10％，也就是说，90度的10％，即相对于彼此为±9度)。

因此，本说明书描述多种方法以最小化与加热用于定影单元中加热器的支撑构件相关的瞬时和稳态热损失。所描述的方法可以单独使用或组合使用。所描述的方法也将与包括成本和/或可靠性的其他设计标准相平衡。

在其他示例中，本说明书描述一种定影器中的加热器的支撑件，该支撑件包括：两个平行侧部和一个后侧部，该三个侧部形成U形横截面，该横截面具有不均匀的壁厚。

本说明书也描述一种定影器，该定影器包括：支撑件，该支撑件具有远离定影辊隙延伸的两个大体上平行的侧部，该支撑件包括作为基体的第一材料和在支撑件的表面上的第二材料，该第二材料的发射率低于该第一材料的发射率。

本说明书也描述一种定影器，该定影器包括：支撑件，该支撑件包括：远离辊隙延伸的两个大体上平行的侧部，以及连接该两个大体上平行的侧部的后侧部，该三个侧部各自具有：具有第一发射率的基体和具有第二发射率的表面，其中第一发射率大于第二发射率，并且其中后侧部的壁厚小于两个大体上平行的侧部的壁厚。在另一个示例中，后侧部的壁厚大于两个大体上平行的侧部中的一个和/或两个的壁厚。

现在转向附图，图1示出根据与本说明书一致的一个示例的用于定影器单元加热器的支撑件(100)的示例的横截面视图。支撑件(100)包括：两个平行侧部和一个后侧部，该三个侧部形成U形横截面，该横截面具有不均匀的壁厚。

使用不均匀的壁厚允许支撑件(100)在减少支撑件(100)的热容量时提供期望的硬度。后侧部的壁厚小于平行侧部中的一个平行侧部的壁厚。平行侧部的壁厚可以相同。平行侧部的壁厚可以不同。

在一些示例中，该三个侧部中的一个或多个侧部中设有开口和/或厚度减小的区域。这种开口减少支撑件(100)的热容量。类似地，变薄的区域可以减少支撑件(100)的热容量。支撑件(100)的后侧部可以包括开口。支撑件(100)的后侧部可以包括变薄的局部区域。支撑件(100)的后侧部的壁厚，与支撑件(100)的其他侧部的壁厚相比，可以均匀地减小。

支撑件(100)的平行侧部中的任一侧部或两侧部可以包括开口。支撑件(100)的平行侧部中的任一侧部或两侧部可以包括壁厚减小的区域。支撑件(100)的平行侧部可以是栈桥状的，以增加支撑件(100)的硬度质量比。在给定材料中，质量的增加与热容量的增加相关。

支撑件(100)的两个平行侧部之间的体积可以由绝缘材料占据。例如，泡沫和/或类似材料可以用于增加支撑件(100)的硬度。泡沫可以提供硬度和绝缘性，其中质量和/或热容量增加最小。支撑件(100)的外表面也可以由绝缘体覆盖。这将允许支撑件(100)的外表面在减慢热量向支撑件(100)传递时加热到一定温度。外部绝缘部可以与支撑件(100)一致。外部绝缘部可以与定影器套筒的形状一致，其中定影器套筒和绝缘部之间的间隙足以防止其间的接触(和摩擦)。

支撑件(100)的表面可以涂敷有发射率不大于20％的涂层。支撑件(100)的外表面可以被涂敷。涂层可以仅涂覆到支撑件(100)后侧部的后部，也就是说，远离辊隙的侧部。涂层可以被涂覆到支撑件(100)的所有表面。电镀和/或类似涂层可以是有效的选择。对于气相沉积涂层，仅涂敷支撑件(100)的外部而不涂敷支撑件(100)的内部(即，朝向加热器和辊隙的表面)可以更经济。在一些加热器设计中，支撑件(100)的内部由加热器的零件遮蔽，以使支撑件(100)的内部没有太多施加到支撑件(100)的内表面的热量。在其他设计中，例如，使用老式灯泡加热器，涂敷支撑件(100)的内部和外部可以更有效地减少由支撑件(100)吸收的能量。

图2示出根据与本说明书一致的一个示例的用于定影器单元加热器的支撑件(100)的示例的横截面视图。支撑件(100)具有远离定影辊隙延伸的两个大体上平行的侧部，支撑件(100)具有作为基体(210)的第一材料和在支撑件(100)的表面(220)上的第二材料，第二材料与第一材料相比具有更低的发射率。

基体(210)可以为钢，诸如低碳钢。基体(210)可以是具有高强度重量比的金属，例如铝和/或钛。基体(210)可以包括结构聚合物和/或复合材料。由于硬度在垂直于通过辊隙的介质流的轴线上更为相关，所以具有非均质性能的材料，诸如复合材料，可以在减少支撑件(100)的总热容量方面提供额外的选择。

这两个大体上平行的侧部可以通过与其垂直的后侧部连接。这两个大体上平行的侧部可以通过在两个平行侧部之间的绝缘体(诸如泡沫)连结。

第二材料可以为电镀金属涂层。电镀金属涂层可以是镍，诸如伍德镍。在另一个示例中，可以使用贵金属，诸如铜和/或银。电镀金属可以是难熔金属，诸如钼。电镀金属可以是铝。当选择电镀涂层时，期望涂层具有低发射率，优选低于20％、10％、5％或3％。例如，铂可以电镀为铂黑和光亮沉积物。选择低发射率的沉积物降低支撑件(100)加热的速率，因此，在少打印作业期间减少由支撑件(100)吸收的总热量。相比之下，选择像铂黑这样的涂层增加热量吸热率，从而产生更大的能量使用和更长的首页时间。在测试中，光亮镀镍钢原型支撑件与未镀钢支撑件控件相比，能耗降低。该原型也示出，与未镀控件相比，首页时间减少，从而反映加热定影器套筒的效率较高，而加热支撑件的能量损失较少。

由于涂层主要是为了防止热量的吸收(定影器套筒不发射可见光和/或UV)，涂层的厚度与用于耐腐蚀性和/或机械保护的电镀涂层相比可以非常薄。在一些情况下，仅使用冲击和/或类似的薄涂层而不是使用用于沉积较厚的电镀沉积物的冲击和电镀方法是可行的。

涂覆低发射率涂层的另一种方法是气相沉积。气相沉积可以将薄的共形金属层涂覆到基体。气相沉积可以是一系列视线范围内的工艺，其使在支撑件的所有侧部上进行沉积更具挑战性。另一方面，沉积具有低发射率的光亮涂层的能力容易通过气相沉积来实现。物理气相沉积技术被广泛应用。

具有低发射率的物理气相沉积涂层可以使用各种金属(包括但不限于：银、铜、铬、铝和/或镍)来产生。

另一种改变支撑件(100)的表面发射率的方法是使用箔包裹支撑件(100)。例如，铝箔可以包裹在支撑件(100)的外表面上。箔的端部可以收拢在支撑件(100)和支撑辊隙的板之间的交界面之下，以便将箔保持就位。箔也可以覆盖支撑件的内表面。金属化聚合物膜可以被涂覆到支撑件的表面。例如，金属化聚酯薄膜可以包裹着支撑件(100)的外表面。粘合剂可以用于将金属化膜和/或箔固定到支撑件(100)。显然，粘合剂需要能够承受定影器的操作温度。因此，交联聚合物(例如，环氧树脂)和具有热阻的粘合剂(例如硅树脂)是有用的。

图3示出根据本说明书的具有支撑件(100)的定影器(300)的横截面视图。支撑件包括基体(210)和外表面(220)，该外表面(220)的发射率低于该基体(210)的发射率。支撑件覆盖加热器(350)，该加热器(350)与支撑件一起安装在板(340)上。板(340)可以由氧化铝陶瓷和/或氮化氧化铝陶瓷制成。与替代材料相比，氮化氧化铝陶瓷可以提供更低的热膨胀。陶瓷板(340)是有吸引力的，这是因为加热器(350)可以使用丝网印刷工艺在陶瓷上制造，然后使用传统的上釉技术烧制，从而产生非常可靠的电阻加热系统。板(340)抵靠压力辊(330)支撑定影器套筒(360)。辊隙位于压力辊(330)和定影器套筒(360)之间。加热器(350)可以在板(340)的其他侧部上，以使加热器(350)位于板(340)和定影器套筒(360)之间。

在本文中，热量从加热器(350)流入定影器套筒(360)中。定影器套筒(360)向支撑件(100)辐射热量。来自定影器套筒(360)的热辐射主要反射离开外表面(220)，该外表面已经被改变为具有低发射率。这减少传递到支撑件(100)的基体(210)的热量。相反，大部分反射的热量由定影器套筒(360)的内表面重新吸收。

图4A示出根据本说明书的用于定影器(300)中加热器(350)的支撑件(100)的侧视图。支撑件的侧部具有被移除的区域，以增加支撑件(100)的硬度与热容量的比率。该区域可以从远离定影器(300)辊隙延伸的两个平行侧部移除。该区域可以从支撑件(100)的后侧部移除。在仍然提供支撑件(100)的硬度和热容量之间的可接受的平衡时，多种形状和设计可以使用。切口(cutout)形状中可以包括信息，例如，型号和/或零件编号可以被包括。在一种设计中，被移除的区段包括一系列三角形，每个三角形具有沿着辊隙的面向支撑件边缘的基底和沿着支撑件的后侧部的顶点。

图4B示出根据本说明书的用于定影器(100)中加热器(350)的支撑件(100)的横截面视图。非常适合于从支撑件的侧部移除材料的区域由侧部中的每个侧部上的虚线表示。例如，保持支撑件(100)的角部没有切口提供硬度和热容量的良好平衡。这也可以有助于将支撑件弯曲为期望的形状，例如如果切口在形成U形截面之前移除。

图5示出根据与本说明书一致的一个示例的用于定影器(300)中加热器(350)的支撑件(100)的横截面视图，支撑件(100)包括：远离辊隙延伸的两个大体上平行的侧部，以及连接两个大体上平行的侧部的后侧部，该三个侧部各自包括：具有第一发射率的基体(220)和具有第二发射率的表面(210)，其中第一发射率大于第二发射率，并且其中后侧部的壁厚小于两个大体上平行的侧部的壁厚。

应该理解，在由本说明书描述的原理中，存在大量的变体。也应当理解，所描述的示例仅仅是示例，并不旨在以任何方式限制权利要求的范围、适用性或构造。

Claims (14)

1.一种定影器中的加热器的支撑件，所述支撑件包括：

两个平行侧部和一个后侧部，该三个侧部形成U形横截面，所述横截面具有不均匀的壁厚，

其中所述后侧部的壁厚小于任一平行侧部的壁厚；和

其中任一平行侧部具有连接至所述后侧部且壁厚减小的部分。

2.根据权利要求1所述的支撑件，其中所述支撑件包括钢。

3.根据权利要求1所述的支撑件，进一步包括侧部中的开口，所述开口减少所述支撑件的热容量。

4.根据权利要求3所述的支撑件，其中所述开口在所述后侧部中。

5.根据权利要求1所述的支撑件，其中所述两个平行侧部之间的体积由绝缘材料占据。

6.根据权利要求1所述的支撑件，其中所述支撑件的表面由发射率小于20％的材料覆盖。

7.一种定影器，所述定影器包括：

支撑件，具有远离定影辊隙延伸的两个大体上平行的侧部和一个后侧部，该三个侧部形成U形横截面，所述支撑件包括作为基体的第一材料和在所述支撑件的表面上的第二材料，所述第二材料的发射率低于所述第一材料的发射率，

其中所述后侧部的壁厚小于所述两个大体上平行的侧部中的任一个的壁厚；和

其中所述两个大体上平行的侧部中的任一个具有连接至所述后侧部且壁厚减小的部分。

8.根据权利要求7所述的定影器，其中所述两个大体上平行的侧部由后侧部连接，所述后侧部垂直于所述两个大体上平行的侧部。

9.根据权利要求8所述的定影器，其中所述第一材料为钢，并且所述第二材料为电镀金属涂层。

10.根据权利要求9所述的定影器，其中所述第二材料包括镍。

11.根据权利要求8所述的定影器，其中所述第二材料为气相沉积金属。

12.根据权利要求7所述的定影器，进一步包括在所述支撑件的外表面和所述定影器的定影器套筒之间的绝缘材料。

13.一种定影器，包括：

支撑件，所述支撑件包括：

远离辊隙延伸的两个大体上平行的侧部，以及

连接所述两个大体上平行的侧部的后侧部，该三个侧部形成U形横截面，该三个侧部各自包括：

具有第一发射率的基体，和

具有第二发射率的表面，其中所述第一发射率大于所述第二发射率，并且

其中所述后侧部的壁厚小于所述两个大体上平行的侧部中的任一个的壁厚；并且

其中所述两个大体上平行的侧部中的任一个具有连接至所述后侧部且壁厚减小的部分。

14.根据权利要求13所述的定影器，其中所述基体为钢，所述表面为电镀镍涂层，并且所述电镀镍涂层的发射率小于10％。

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