CN1790187A

CN1790187A - 即时控制功率的定影装置

Info

Publication number: CN1790187A
Application number: CNA2005101314488A
Authority: CN
Inventors: 蔡荣敏; 韩相龙; 金欢谦; 赵德贤; 蔡洙庆
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: US20120008972A1; US8265506B2; US20070009274A1; CN100472362C; KR100608017B1; US8032045B2; KR20060066954A

Abstract

本发明公开了一种定影装置，该定影装置将调色剂定影和固定在印刷纸张上。具体而言，该定影装置包括：定影单元，通过感生电流被电阻加热或诱导加热，且使用所产生的热将调色剂定影在印刷纸张上；传感单元，感测定影单元的温度；基准电流产生单元，基于感测的定影单元的温度和基准温度，产生预定的基准电流来加热定影单元以达到预定温度；和脉冲宽度调制信号产生单元，产生脉冲宽度调制信号以产生感生电流，使得将相应于基准电流的感生电流输入到定影单元。

Description

说明书即时控制功率的定影装置

技术领域

本发明涉及一种用于将预定图像的转移的调色剂图像定影和固定在印刷纸张上的装置。更具体而言，本发明涉及一种在图像印刷设备中可以即时控制提供到定影单元的感生电流的定影装置，其使用该感生电流加热所述定影单元。

背景技术

常规的图像印刷设备包括定影装置，其将预定的压力和热量施加到印刷调色剂以将预定图像的转移的调色剂定影和固定在印刷纸张上。定影装置包括：定影单元，其将预定的热量施加到印刷调色剂；压力单元，将预定的压力施加到印刷调色剂。定影单元包括：加热单元，产生热量以将调色剂定影和固定在印刷纸张上；和定影辊，接收由加热单元产生的热且将该热传输到印刷纸张。

图1显示了使用卤素灯作为热源的定影装置的定影单元10的示意性水平横截面视图。参考图1，定影单元10包括定影辊11和加热元件12，加热元件12由安装于加热元件10的中部的卤素灯组成。由特富龙(Teflon)制成的涂层11a形成于定影辊11的表面上。加热元件12在定影辊11内产生热，且通过从加热元件12发射的热辐射来加热定影辊11。

图2示出了使用卤素灯作为热源的常规定影装置的结构图。通过线性过滤单元220过滤包括在从预定的电源电压210施加的电压中的噪声信号，且将经过滤的输入电压施加到定影辊240的加热单元250。加热单元250是通过输入电压生热的电阻，且在加热元件250产生的热加热定影辊240。通过传感单元260感测定影辊240的温度，且基于定影辊240的温度，控制单元270控制开关230的开/关操作来控制定影辊240的温度。

使用卤素灯作为热源的常规定影单元需要几秒到几分钟的预热时间，从将电源提供到定影单元时直到定影辊到达目标的定影温度对定影辊加热。因此，在长的预热时间期间，用户必须等待。

当使用卤素灯作为热源时，通过施加的电压来决定流过加热单元的电流，且当施加电压时，流到加热单元的电流显著增加，由此减小了定影装置的闪烁(flicker)特性。

发明内容

本发明的实施例提供了一种在图像印刷设备中可以即时控制提供到定影单元的感生电流的定影装置，其使用该感生电流加热所述定影单元。

根据本发明的实施例的一方面，提供有一种将调色剂定影和固定在印刷纸张上的定影装置。定影装置包括定影单元，该定影单元通过感生电流被电阻加热或诱导加热，且使用产生的热将调色剂定影在印刷纸张上。传感单元感测定影单元的温度。基于经感测的定影单元的温度和基准温度，基准电流产生单元产生预定的基准电流来加热定影单元以达到预定的温度。脉冲宽度调制信号产生单元产生脉冲宽度调制信号以产生感生电流，从而将相应于基准电流的感生电流输入到定影单元。

定影单元优选地包括相应于脉冲宽度调制信号来产生交流(AC)电流的交流电流产生单元。隔离单元优选地接收AC电流并产生相应于AC电流的感生电流。调色剂定影单元优选地通过接收的感生电流来电阻加热或诱导加热，且通过产生的热将调色剂定影到印刷纸张上。

基准电流产生单元优选地包括用于比较由传感单元感测的定影单元的温度和预定的基准温度之间的差异的比较器。比例积分(PI)温度控制器基于感测的温度差来计算控制增益，使得定影单元的感测的温度可以接近基准温度值。第一信号产生器基于控制增益产生基准电流来将定影单元的温度增加到与基准温度相同的温度。

脉冲宽度调制信号产生单元优选地包括用于比较基准电流和通过脉冲宽度调制信号实际输入到定影单元的感生电流之间的差异的比较器。PI电流控制器基于该差异来计算控制增益，使得感生电流可以接近基准电流值。脉冲宽度调制信号产生单元优选地基于控制增益产生脉冲宽度调制信号来补偿感生电流和基准电流之间的差异。

附图说明

结合附图，从以下的详细描述，本发明的示范性实施例的以上和其他特征和优点将变得更加明显，在附图中：

图1显示使用卤素灯作为热源的常规定影装置的定影单元的示意性水平横截面视图；

图2是使用卤素灯作为热源的常规定影装置的结构图；

图3是根据本发明的示范性实施例的定影装置的结构图；

图4是图3所示的基准电流产生单元的结构图；

图5是图3所示的脉冲宽度调制信号产生单元的结构图；

图6A和6B分别是图3所示的定影装置的定影单元和图6A所示的定影单元的加热单元的视图；

图7是示出根据基准电流从定影装置输出的功率的曲线图；

图8是示出AC电流产生单元的输出电流和输出电压以将最大的感生电流提供到根据本发明的实施例的定影单元的曲线图；

图9是示出AC电流产生单元的输出电流和输出电压以将中等大小的感生电流提供到根据本发明的示范性实施例的定影单元的曲线图；和

图10是示出输入到根据本发明的示范性实施例的定影单元的电流和电压的曲线图。

在全部附图中，相似的参考标号应被理解来指示相似的元件、特征和结构。

具体实施方式

现将参考附图更加全面地描述本发明的示范性实施例。

图3示出了根据本发明的实施例的定影装置的结构图。参考图3，该定影装置包括：AC电流产生单元340、隔离单元350、定影单元360、传感单元370、基准电流产生单元380、脉冲宽度调制信号产生单元390。定影装置还包括将电流输入提供到AC电流产生单元340的电源单元310，以及线性过滤单元320和整流单元330。

电源单元310将具有预定幅度和频率的AC电流提供到线性过滤单元320。线性过滤单元320优选地包括电感器L1和电容器C1，从由电源单元310接收AC电流且去除包括在AC电流中的高频成分。线性过滤单元320仅是用于说明本发明的实施例的一个实例，且应理解，可以使用任何适当类型的线性过滤单元，且这样的线性过滤单元包括在本发明的范围中。

整流单元33将从线性过滤单元320输出的AC电流整流为直流(DC)电流。图3中所示的整流单元330是由D1、D2、D3和D4的四个二极管组成的桥式整流器，且根据D1、D2、D3和D4的四个二极管的极性而将AC电流整流为DC电流。可以使用任何适当类型的整流器来将AC电流整流为DC电流，且这样的整流器包括在本发明的范围中。

AC电流产生单元340接收来自整流单元330的DC电流且产生预定频率的AC电流。AC电流产生单元340包括两个电容器C2和C3与两个场效应晶体管FET 1和FET 2。将在脉冲宽度调制信号产生单元390产生的脉冲宽度调制信号输入到场效应晶体管FET 1和FET 2的栅极，且场效应晶体管FET 1和FET 2根据输入脉冲宽度调制信号交替工作，由此产生高频AC电流。AC电流产生单元340可以配置为半桥变换器，且根据本发明应用的领域，可以使用任何适当类型的AC电流产生单元。

使用在AC电流产生单元340产生的AC电流，隔离单元350产生了感生电流。将在隔离单元350产生的感生电流提供到定影单元360。以下描述了变压器，且该变压器可以是具有比低频变压器更小体积的高频变压器。

当AC电流流过变压器350的第一线圈352时，围绕变压器350的磁场改变，因此由于此改变的磁场在第二线圈354中产生感生电流。将由变压器350产生的感生电流提供到定影单元360的加热单元365。通过第一线圈352和第二线圈354的匝数比从而可以控制感生电流的大小。流过变压器350的第一线圈352的电源单元310的电流在第二线圈354中产生感生电流，且将产生的感生电流提供到定影单元360。因为将由在变压器350产生的感生电流，而不是电源单元310的电流提供到第二线圈354，所以电源单元310和定影单元360电隔离。

定影单元360包括定影辊单元368，其通过加热单元365和使用加热单元所产生的热量将调色剂定影和固定到印刷纸张上，加热单元365是通过在隔离单元350产生的感生电流来电阻加热或感生加热。加热单元365包括：加热元件364，其接收感生电流并被感生加热或电阻加热；薄绝缘层(未显示)，其防止了加热元件364与定影辊单元368短路；和谐振电容器362。优选地，加热元件364是线圈，且该线圈具有预定的电感和电阻。线圈的电感与谐振电容器362构成谐振电路。

传感单元370感测定影辊单元368的温度，且产生指示定影辊单元368的温度的传感信号，且将该传感信号传输到基准电流产生单元380。

基准电流产生单元380参考传感信号来比较定影单元360的温度和定影单元360的预定目标温度之间的差别，且基于比较结果而产生基准电流来将定影单元360的温度增加到基准温度。定影单元360的目标温度指示定影单元360的预设温度以适当地将调色剂定影和固定在印刷纸张上。现将在以下参考图4更详细地描述根据本发明的实施例的基准电流产生单元380。

脉冲宽度调制信号产生单元390产生预定频率的脉冲宽度调制信号，使得将相应于基准电流的感生电流输入到定影单元360，且将产生的脉冲宽度调制信号提供到场效应晶体管FET 1和FET 2的栅极。根据脉冲宽度调制信号将场效应晶体管FET 1和FET 2交替开关且产生预定频率的AC电流，并且由于产生的AC电流而在隔离单元350产生感生电流。由基于基准电流产生的感生电流来加热定影单元360的加热单元365，且因此可以通过最佳即时电流而不是最大感生电流来控制定影单元360的温度。

图4是图3所示的基准电流产生单元380的框图。参考图4，基准电流产生单元380包括第一比较器410、比例积分(PI)温度控制器420、第一信号产生器430和数字模拟转换器(DAC)440。

第一比较器410比较由传感单元370感测的定影单元360的温度和定影单元360的目标温度之间的第一差异。PI温度控制器430基于由第一比较器410计算的第一差异计算控制增益，以使定影单元360的感测的温度接近定影单元360的目标温度。该控制增益正比于定影单元360的温度和定影单元360的目标温度之间的第一差异。第一信号产生器430基于控制增益来产生基准电流，以保持定影单元360的温度为基准温度。DAC 440将来自数字信号的基准电压转化为模拟信号。

图5是图3所示的脉冲宽度调制信号产生单元390的结构图。参考图5，脉冲宽度调制信号产生单元390包括模拟数字转换器(ADC)510、第二比较器520、PI电流控制器530、第二信号产生器540、误差检测器550和柔性起动器560。

ADC 510将从DAC 440传输的模拟基准电流转化为数字信号。第二信号产生器540参考基准电流产生脉冲宽度调制信号，使得相应于基准电流产生感生电流，且第二信号产生器540将产生的脉冲宽度调制信号传输到AC电流产生单元340的场效应晶体管FET 1和FET 2。

当产生的脉冲宽度调制信号的频率较低时，在AC电流产生单元340产生低频AC电流，且当将低频AC电流输入到隔离单元350时，将高的感生电流传输到定影元件360。因此，脉冲宽度调制信号产生单元390基于基准电流来产生不同频率的脉冲宽度调制信号，使得将定影单元360的温度保持在基准温度。

同时，第二比较器530计算实际输入到定影单元360的感生电流和基准电流之间的第二差异。PI电流控制器530基于由第二比较器530计算的第二差异来计算控制增益，以控制感生电流以到达基准电流。第二信号产生器540基于由PI电流控制器530计算的控制增益来控制脉冲宽度调制信号，以补偿第二差异。

误差检测器550感测输入到电源单元310的输入电流或输入电压、输入到定影单元360的输入电流或电压、场效应晶体管FET1和FET2的温度，且因此可以检测定影装置中的误差。当检测到误差时，误差检测器550中断传输到AC电流产生单元340的脉冲宽度调制信号。

柔性起动器560控制脉冲宽度调制信号的频率以逐渐减少，从而防止传输到定影单元360的感生电流显著增加。

同时，定影单元360的线圈具有非常低的电感，且因此由谐振电容器362和线圈的电感所组成的谐振电路的谐振频率具有非常高的值。AC电流产生单元340的开关频率应优选地被设定为谐振频率的两倍高。

参考图4和图5，将在基准电流产生单元380产生的基准电流在DAC 440处转化为模拟信号并传输到脉冲宽度调制信号产生单元390，且脉冲宽度调制信号产生单元390的ADC 510将来自模拟信号的模拟基准电流转化为数字信号。

在本发明的另一实施例中，基准电流产生单元380包括脉冲宽度调制信号产生器(未显示)来取代DAC 440，且将产生的基准电流通过脉冲宽度调制信号产生器转化为脉冲宽度值。同时，脉冲宽度调制信号产生单元390包括平均元件(未显示)来取代ADC 510，且该平均单元平均表达为脉冲宽度值的基准电流且获得平均的基准电流。

在本发明的另一实施例中，基准电流产生单元380和脉冲宽度调制信号产生单元390通过串口连接，且将在基准电流产生单元380产生的基准电流通过该串口直接传输到脉冲宽度调制信号产生单元390。基于本发明的特定应用，根据本发明的另一实施例，可以将基准电流从基准电流产生单元380传输到脉冲宽度调制信号产生单元390，且这样的实施例被包括于本发明的范围内。

图6A是图3中的定影装置的定影单元360的水平横截面图，且图6B是图6A所示的定影单元360的加热单元的视图。

参考图6A，定影单元360包括圆柱定影辊620。圆柱定影辊620的表面涂布有保护层610。该保护层优选地由比如Teflon的不沾物质形成。膨胀和附着元件650优选地安装于定影辊620内，优选地暴露它的两端。加热元件660夹置在定影辊620与膨胀和附着元件650之间。将膨胀和附着单元650螺旋形卷曲围绕加热元件660，其通过接收来自外部电源的电流来产生热。第一绝缘层630和第二绝缘层640覆盖加热元件660以绝缘加热元件660，使得定影辊620与膨胀和附着元件650不会短路。

如图6A所示的定影辊620是用于定影来自定影单元360的调色剂的调色剂定影单元360的实例，且基于本发明的特定应用，可以使用其他类型的调色剂定影单元。其他这样的定影元件在本发明的范围内。

加热元件660可以是线圈。基于本发明的特定应用可以使用其他类型的加热元件，且这样的加热元件在本发明的范围内。

线圈产生由于在变压器350产生的第一感生电流引起的电阻热。另外，在变压器350产生的第一感生电流是相应于输入到变压器350的AC电流的AC电流。当将AC电流的第一感生电流提供到线圈时，在线圈周围产生交变的磁通量，其根据第一感生电流交变。产生的交变磁通量与定影辊620互连，且与在定影辊620处的交变磁通量的变化干扰的方向上产生感生电流(即，涡电流)。通过互连的交变磁通量而在定影辊620中产生的感生电流被称为第二感生电流。定影辊620可以由铜合金、铝合金、镍合金、铁合金、铬合金、镁合金或任何其他的适当的物质形成，且定影辊620具有自身内在电阻，因此由第二感生电流来电阻加热。其后，将通过第二感生电流来加热定影辊部分620的过程称为诱导加热。定影辊620基于本发明的特定应用可以由不同的材料制成，而这样的定影辊在本发明的范围内。

加热体660可以由铜合金、铝合金、镍合金、铁合金、铬合金、镁合金或任何其他适当的合金制成，优选地产生100Ω或更小的横跨加热元件660的端部的电阻，以在施加电流时通过加热元件660的电阻损耗而产生电阻热。加热元件660基于本发明的特定应用可以由其他材料制成，而这样的加热元件在本发明的范围内。

第一绝缘层630夹置于定影辊部分620与加热体660之间，且第二绝缘层640夹置于加热元件660与膨胀和附着单元650之间。第一绝缘层630和第二绝缘层640可以由选自云母、聚酰亚胺、陶瓷、硅、聚氨酯、玻璃和聚四氟乙烯(PTFE)和任何其他适当的物质制成。第一绝缘层630和第二绝缘层640基于本发明的特定应用可以由其他材料制成，而这样的加热元件在本发明的范围内。

图6B是图6A所示的部分A的更详细的视图。第一绝缘层630由两层绝缘层630a和630b组成，且第二绝缘层640由两层绝缘层640a和640b组成。第一绝缘层630防止加热元件660与定影辊620短路。将薄绝缘层夹置在加热元件660和定影辊部分620之间，薄绝缘层仅防止加热元件660的短路。优选地，第一绝缘层630的内部电压是1kV或更小。为了满足1kV或更小的内电压条件，定影单元360的第一绝缘层630可以由大致0.1mm厚的云母片制成以防止定影单元660和定影辊620的短路。优选地，可以使用每个为0.1mm厚的两个云母片(即，两个绝缘层630a和630b)来在0.1mm的云母片之一被损伤的情形下防止加热元件660和定影辊620的短路。

如果增加夹置在定影辊单元620和加热元件660之间的第一绝缘层630的厚度，则在加热元件660产生的热没有被有效地传输到定影辊部分620。换言之，如果减小了第一绝缘层630的厚度，那么在加热元件660产生的热可以被有效地传输到定影辊620。第一绝缘层630基于本发明的特定应用可以由其他材料制成，而这样的绝缘层在本发明的范围内。

图7是示出根据基准电流从定影装置输出的功率的曲线图。x轴代表以8位分辨率表达的基准电流的值，且y轴代表相应于8位分辨率的基准电流值。线710示出基准电流值的改变的值，且线720示出相应于基准电流值的改变值的定影单元360的输出电流。参考图7，可见定影单元360的输出从最低的基准电流值到最高基准电流值的240W到1.5kW线性增加。

图8是示出AC电流产生单元340的输出电流和输出电压以将最大的感生电流提供到定影单元360的曲线图。传输到AC电流产生单元340的脉冲宽度调制信号具有低频以产生如图8所示的输出电流和输出电压。

图9是示出AC电流产生单元340的输出电流和输出电压以将中等大小的感生电流提供到定影单元360的曲线图。传输到AC电流产生单元340的脉冲宽度调制信号具有中频以产生如图9所示的输出电流和输出电压。

图10是输入到定影元件360的电流和电压的曲线图。没有将最大输入电流输入到定影单元360，且将最佳的感生电流输入到定影单元360来将定影单元360保持在基准温度，因为基于定影元件360的温度和基准温度之间的差异，定影装置即时控制感生电流的大小。

如上所述，在定影装置中，将线圈中产生的热通过定影装置中的薄绝缘层有效地传输到定影辊，且由此可以在室温下将定影辊迅速地加热到目标的温度。另外，基于定影单元的温度和定影辊的基准温度之间的差异，可以即时控制输入到定影辊的感生电流，由此将最佳的感生电流传输到定影辊且改善闪烁。

虽然参考其示范性实施例已经具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员可以理解，在不脱离如权利要求所界定的本发明的精神和范围的情况下可以做出形式和细节上的各种改变。

本申请要求于2004年12月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利中请No.10-2004-0105617的权益，其全部内容引入于此作为参考。

Claims

1、一种定影装置，所述定影装置将调色剂定影和固定在印刷纸张上，所述定影装置包括：

定影单元，通过感生电流被电阻加热或诱导加热，且使用所产生的热将所述调色剂定影在所述印刷纸张上；

传感单元，感测所述定影单元的温度；

基准电流产生单元，基于经感测的所述定影单元的温度和所述基准温度，产生预定的基准电流来加热所述定影单元以达到预定温度；和

脉冲宽度调制信号产生单元，产生脉冲宽度调制信号以产生感生电流，使得将相应于所述基准电流的感生电流输入到所述定影单元。

2、如权利要求1所述的定影装置，其中，所述定影单元包括：

交流电流产生单元，产生相应于所述脉冲宽度调制信号的交流电流；

隔离单元，接收所述交流电流并产生相应于所述交流电流的感生电流；且

调色剂定影单元，通过接收所述感生电流被电阻加热或诱导加热，且通过所述产生的热将所述调色剂定影到所述印刷纸张上。

3、如权利要求2所述的定影装置，其中，所述基准电流产生单元包括：

比较器，用于比较由所述传感单元感测的定影单元的温度和预定的基准温度之间的差异；

比例积分温度控制器，用于基于所感测的温度差来计算控制增益，使得所述定影单元的感测的温度可以接近所述基准温度值；且

第一信号产生器，用于基于控制增益产生基准电流来将所述定影单元的温度增加到与基准温度相同的温度。

4、如权利要求3所述的定影装置，其中，所述脉冲宽度调制信号产生单元包括：

比较器，用于比较所述基准电流和通过所述脉冲宽度调制信号实际输入到所述定影单元的感生电流之间的差异；

比例积分电流控制器，用于基于所述差异来计算控制增益，使得所述感生电流可以接近所述基准电流值；

其中，所述脉冲宽度调制信号产生单元基于所述控制增益产生所述脉冲宽度调制信号，以补偿所述感生电流和基准电流之间的差异。

5、如权利要求4所述的定影装置，其中，所述脉冲宽度调制信号产生单元包括柔性起动器，所述柔性起动器用于控制脉冲宽度调制信号的频率，使得在预定量的时间期间所述感生电流值逐渐增加到基准电流值。

6、如权利要求4所述的定影装置，其中，所述基准电流产生单元还包括第一转换器，所述第一转换器是数字模拟转换器，用于将所产生的基准电流转化为模拟信号；和

所述脉冲宽度调制信号产生单元还包括第二转换器，所述第二转换器是模拟数字转换器，用于接收所述模拟基准电流且将所述模拟基准电流转化为数字信号。

7、如权利要求4所述的定影装置，其中，所述基准电流产生单元还包括转换器，所述转换器用于将所产生的基准电流转化为脉冲宽度值，且

所述脉冲宽度调制信号产生单元还包括用于平均所述脉冲宽度值和计算所述基准电流的平均单元。

8、如权利要求4所述的定影装置，其中，所述交流电流产生单元是半桥变换器。

9、如权利要求8所述的定影装置，其中，所述隔离单元是变压器，所述变压器电隔离所述半桥变换器和所述定影单元。

10、如权利要求9所述的定影装置，其中，所述定影单元包括：

加热单元，通过感生电流来电阻加热或诱导加热；和

定影辊，使用通过所述加热单元产生的热来将所述调色剂定影在所述印刷纸张上，

其中，所述加热单元包括：

加热元件，具有预定的电感和电阻；

谐振电容器，与所述加热元件的电感一起形成谐振电路；和

绝缘层，用于绝缘所述加热元件和所述定影辊。

11、如权利要求10所述的定影装置，其中，所述绝缘层的内电压是1kV。

12、如权利要求10所述的定影装置，其中，所述加热元件和所述定影辊紧密彼此附着且一起旋转。