DE60111007T2 - A fixing roller assembly of a heating coil electrophotographic image forming apparatus around a heat transfer roller - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fixierrollen-Anordnung für eine elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung, und, insbesondere, auf eine Fixierrollenanordnung für eine elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung, die augenblicklich mit einem niedrigen Energieverbrauch erwärmt werden kann.The The present invention relates to a fuser roll assembly for one electrophotographic image forming apparatus, and, in particular, on a fixing roller assembly for an electrophotographic image forming apparatus instantaneously can be heated with a low energy consumption.
In einer allgemeinen, elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung, wie beispielsweise einer Kopiermaschine und einem Laserstrahldrucker, wird, wenn sich eine elektrostatische Rolle, angrenzend an eine Fotorezeptortrommel, dreht, ein fotoempfindliches Material, beschichtet auf der Oberfläche der Fotorezeptortrommel, gleichförmig aufgeladen. Das aufgeladene, fotoempfindliche Material wird einem Laserstrahl ausgesetzt, der von einer Laserabtasteinheit (LSU) abgetastet wird, so dass ein latentes, elektrostatisches Bild in einem vorbestimmten Muster auf dem fotoempfindlichen Material gebildet wird. Eine Entwicklereinheit führt Toner zu dem fotoempfindlichen Material zu, um das latente, elektrostatische Bild, gebildet auf dem fotoempfindlichen Material, in ein sichtbares Tonerbild zu entwickeln. Eine vorbestimmte Übertragungsspannung wird auf eine Übertragungsrolle aufgebracht, die in Kontakt mit der Fotorezeptortrommel unter einer vorbestimmten Kraft gebracht wird, während die Fotorezeptortrommel das Tonerbild trägt. In diesem Zustand wird, wenn ein Druckpapier in den Zwischenraum zwischen der Übertragungsrolle und dem Fotorezeptor-Medium zugeführt wird, das Tonerbild, gebildet auf dem fotoempfindlichen Material, auf das Druckpapier aufgetragen. Eine Fixiereinheit, die eine Aufschmelzrolle umfasst, erwärmt augenblicklich das Druckpapier, auf das das Tonerbild übertragen ist, um das Tonerbild auf das Druckpapier aufzuschmelzen und darauf zu fixieren. Allgemein wird eine Halogenlampe als eine Wärmequelle für die Fixiereinheit verwendet. Die Halogenlampe ist innerhalb der Aufschmelzrolle installiert und erwärmt die Oberfläche der Aufschmelzrolle auf eine Solltemperatur mit Strahlungswärme.In a general electrophotographic image forming apparatus, such as a copying machine and a laser beam printer, when an electrostatic roller is placed adjacent to a photoreceptor drum, rotates, a photosensitive material coated on the surface of the PR drum, uniform charged. The charged photosensitive material becomes a Laser beam exposed by a laser scanning unit (LSU) scanned so that a latent, electrostatic image in a predetermined Pattern is formed on the photosensitive material. A developer unit performs toner to the photosensitive material to the latent, electrostatic Image, made on the photosensitive material, into a visible one Develop toner image. A predetermined transfer voltage is applied to a transfer roller applied in contact with the photoreceptor drum under a predetermined force is brought while the photoreceptor drum carries the toner image. In this state, when a printing paper enters the gap between the transfer roller and the photoreceptor medium, the toner image on the photosensitive material, applied to the printing paper. A fuser comprising a fuser roll heats instantly the printing paper to which the toner image is transferred to the toner image melt on the printing paper and fix it. Generally For example, a halogen lamp is used as a heat source for the fixing unit. The halogen lamp is installed inside the melting roll and heated the surface the melting roll to a target temperature with radiant heat.
In einer herkömmlichen Aufschmelz- bzw. Fixierrollen-Anordnung einer ein elektrofotografisches Bild bildenden Vorrichtung, die eine Halogenlampe als eine Wärmequelle verwendet, muss die Außenoberfläche der Aufschmelzrolle Wärme erzeugen; die Aufschmelzrolle wird deshalb von der Innenseite aus durch Strahlungs wärme von der Halogenlampe erwärmt. Eine Druckrolle ist unterhalb der Aufschmelzrolle angeordnet. Ein Papier, das ein Tonerbild in einer Pulverform trägt, führt zwischen der Aufschmelzrolle und der Druckrolle hindurch, das Papier wird mit einer vorbestimmten Kraft gepresst und das Tonerbild wird auf dem Druckpapier durch die Wärme und die Kraft von der Aufschmelzrolle und der Druckrolle aufgeschmolzen und fixiert.In a conventional one Fuser roll arrangement of an electrophotographic Image forming device using a halogen lamp as a heat source used, the outer surface of the Melting roll heat produce; the melting roll is therefore from the inside by radiation heat heated by the halogen lamp. A pressure roller is arranged below the melting roll. One Paper carrying a toner image in a powder form passes between the fuser roll and the pressure roller, the paper is at a predetermined Force pressed and the toner image is passed through on the printing paper the heat and the force of the melting roll and the pressure roller melted and fixed.
Ein Thermistor kann zum Erfassen und zum Umwandeln der Oberflächentemperatur der Aufschmelzrolle in ein elektrisches Signal verwendet werden, und ein Thermostat kann verwendet werden, um die Energieversorgung zu der Halogenlampe zu unterbrechen.One Thermistor can detect and convert the surface temperature the melting roll are used in an electrical signal and a thermostat can be used to supply the power to interrupt the halogen lamp.
Eine herkömmliche Aufschmelzrollenanordnung, die eine Halogenlampe als eine Wärmequelle einsetzt, verbraucht unnötig eine große Menge an Energie, und benötigt eine beträchtlich lange Aufwärmperiode, wenn die Bilderzeugungsvorrichtung für eine Bilderzeugung eingeschaltet wird. Mit anderen Worten folgt, nach Anlegen der Energie, eine Standby-Periode, bis die Temperatur der Aufschmelzrolle eine Solltemperatur, zum Beispiel für einige zehn Sekunden bis ein paar Minuten, erreicht. Man hat herausgefunden, dass mit einer herkömmlichen Aufschmelzrollen-Anordnung, aufgrund davon, dass die Aufschmelzrolle durch Strahlungswärme von der Wärmequelle erwärmt wird, die Rate einer Wärmeübertragung niedrig ist. Insbesondere wird eine Kompensation von Temperatur-Variationen aufgrund eines Abfalls in der Temperatur der Heizrolle, verursacht durch einen Kontakt mit einem Druckpapier, verzögert, so dass es schwierig ist, gleichförmig die Verteilung der Temperatur entlang der axialen Länge der Aufschmelzrolle zu kontrollieren. Gerade in einem Standby-Modus, wo der Betrieb des Druckers ausgesetzt ist, muss Energie periodisch zugeführt werden, um die Temperatur der Aufschmelzrolle konstant zu halten, wodurch ein unnötiger Energieverbrauch benötigt wird. Auch benötigt es eine beträchtliche Zeitdauer, um die Aufschmelzrolle von deren Standby-Modus zu einem Betriebsmodus für eine Bildausgabe umzuschalten, so dass das sich ergebende Bild nicht schnell gedruckt werden kann.A conventional Melting roller assembly comprising a halogen lamp as a heat source uses, consumes unnecessarily a big Amount of energy, and needed a considerable one long warm-up period, though the image forming apparatus for an image generation is turned on. In other words, after applying the energy, a standby period until the temperature the melting roll a set temperature, for example, for some ten seconds to a few minutes, reached. It has been found that with a conventional Melting roll arrangement, due to the fact that the melting roll by radiant heat of the heat source heated is the rate of heat transfer is low. In particular, a compensation of temperature variations due to a drop in the temperature of the heating roller, caused by a contact with a printing paper, delayed, making it difficult is, uniform the distribution of temperature along the axial length of the Check the melting roll. Especially in a standby mode, where The operation of the printer is exposed to energy needs periodically supplied to keep the temperature of the melting roll constant, making an unnecessary Energy consumption needed becomes. Also needed it a considerable one Period of time to the fuser roll from their standby mode to a Operating mode for to switch an image output so that the resulting image is not can be printed quickly.
Ein alternativer Aufbau für eine herkömmliche Aufschmelzrollenanordnung setzt eine Heizplatte, angeordnet in einem unteren Bereich eines flexiblen, zylindrischen Filmrohrs, ein, wobei eine Druckrolle unterhalb der Heizplatte montiert ist. Das Film rohr wird durch eine gesonderte Dreheinheit gedreht und wird lokal an einem Teil zwischen der Heizplatte und Druckrolle erwärmt und deformiert. Während dieses Verfahren eines lokalen Erwärmens des Filmrohrs mit einer Heizplatte dahingehend angesehen wurde, dass es vorteilhaft im Hinblick auf einen niedrigen Energieverbrauch ist, ist es nicht für ein Hochgeschwindigkeitsdrucken geeignet.One alternative construction for a conventional one Aufschmelzrollenanordnung sets a hot plate, arranged in a lower portion of a flexible cylindrical film tube, wherein a pressure roller is mounted below the heating plate. The film tube is rotated by a separate turntable and becomes local a part between the heating plate and pressure roller heated and deformed. While this method of locally heating the film tube with a Hotplate has been considered to be advantageous in terms of On a low energy consumption, it is not for a high speed printing suitable.
Die japanischen Patentanmeldungen Nr.'n Sho 58-163836 (16. September 1983); Hei 3-107438 (13. Mai 1991); Hei 3-136478 (7. Juni 1991), Hei 5-135656 (7. Juni 1993); Hei 6-296633 (30. November 1994); Hei 6-316435 (20. Dezember 1994); Hei 7-65878 (24. März 1995); Hei 7-105780 (28. April 1995); Hei 7-244029 (22. September 1995); Hei 8-110712 (1. Mai 1996); Hei 10-27202 (9. Februar 1998); Hei 10-84137 (30. März 1998); und Hei 10-208635 (8. Juli 1998) offenbaren eine mit einem Wärmerohr bzw. Heat-Pipe ausgestattete Aufschmelzrollenanordnung.Japanese Patent Application No. Sho 58-163836 (September 16, 1983); Hei 3-107438 (May 13, 1991); Hei 3-136478 (June 7, 1991), Hei 5-135656 (June 7, 1993); Hei 6-296633 (November 30, 1994); Hei 6-316435 (December 20, 1994); Hei 7-65878 (March 24, 1995); Hei 7-105780 (April 28, 1995); Hei 7-244029 (22 September 1995); Hei 8-110712 (May 1, 1996); Hei 10-27202 (February 9, 1998); Hei 10-84137 (March 30, 1998); and Hei 10-208635 (July 8, 1998) disclose a heat pipe-equipped fuser roll assembly.
Eine solche Aufschmelzrollenanordnung, die Wärmerohre verwendet, kann augenblicklich erwärmt werden, wodurch ein Energieverbrauch verringert wird. Die Aufschmelzrollenanordnung besitzt auch eine kurze Verzögerungsperiode, wenn zwischen einem Standby- und einem Druckbetrieb umgeschaltet wird. Insbesondere setzen die Aufschmelzrollenanordnungen, die in den japanischen Patentanmeldungen Nr.'n Hei 5-135656; Hei 10-84137; Hei 6-296633 und Hei 10-208635 offenbart sind, unterschiedliche Typen von Wärmequellen an einem Ende der Aufschmelzrollen ein, die über den Fixierbereichen positioniert sind. Die Anordnung der Wärmequelle für jede dieser Aufschmelzrollenanordnungen erhöht das Volumen der Aufschmelzrollenanordnung und erfordert komplexe Strukturen. Demzufolge ist dort ein Erfordernis vorhanden, die strukturelle Komplexität solcher Aufschmelzrollenanordnungen zu verbessern.A such reflow roller assembly using heat pipes can instantly to be heated whereby energy consumption is reduced. The melting roll arrangement also has a short delay period, when switching between a standby and a print mode becomes. In particular, the fuser roll assemblies set in Japanese Patent Application Nos. Hei 5-135656; Hei 10-84137; Hei 6-296633 and Hei 10-208635, different types of heat sources are disclosed at one end of the fuser rolls positioned over the fuser areas are. The arrangement of the heat source for every these reflow roller assemblies increase the volume of the reflow roller assembly and requires complex structures. As a result, there is a requirement present, the structural complexity of such fuser roll assemblies to improve.
Die Aufschmelzrollenanordnungen, die in den japanischen Patentanmeldungen Nr.'n Sho 58-163836; Hei 3-107438; Hei 3-136478; Hei 6-316435; Hei 7-65878; Hei 7-105780; und Hei 7-244029 offenbart sind, besitzen deren Wärmequellen innerhalb deren Aufschmelzrollen angeordnet, so dass dort ein Problem verbleibt, das dem erhöhten Volumen dieser Vorrichtungen, die vorstehend beschrieben sind, zuzuordnen ist. Eine Mehrzahl von lokalen Wärmerohren ist allerdings für jede Aufschmelzrolle installiert, wodurch die Fertigung und Herstellung der Aufschmelzrollenanordnung kompliziert wird. Die lokale Anordnung der Wärmerohre bewirkt weiterhin Tempera turabweichungen zwischen den Kontaktbereichen des Wärmerohrs und den Nicht-Kontaktbereichen des Wärmerohrs.The Fuser roll assemblies disclosed in Japanese Patent Applications No. Sho 58-163836; Hei 3-107438; Hei 3-136478; Hei 6-316435; Hei 7-65878; Hei 7-105780; and Hei 7-244029 are disclosed possess their heat sources arranged within their melting rollers, so there is a problem remains elevated Assign volume of these devices, which are described above is. A plurality of local heat pipes is however for each melting roll installed, eliminating the manufacturing and manufacturing the Aufschmelzrollenanordnung is complicated. The local arrangement the heat pipes causes tempera ture deviations between the contact areas of the heat pipe and the non-contact areas of the heat pipe.
Die
Die
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die sich diesen und anderen Problemen im Stand der Technik zuwenden.It An object of the present invention is an electrophotographic Image forming apparatus and a method to create that to address these and other problems in the art.
Eine bevorzugte Aufgabe ist es, eine Aufschmelzrollenanordnung für eine elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung zu schaffen, bei der eine lokale Temperaturabweichung einer Aufschmelzrolle stark verringert wird, um dadurch die gesamten, thermischen Verteilungs-Charakteristika zu verbessern.A preferred object is to provide a Aufschmelzrollenanordnung for an electrophotographic Imaging device to provide, in which a local temperature deviation a melting roll is greatly reduced, thereby reducing the total, to improve thermal distribution characteristics.
Eine andere, bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aufschmelzrollenanordnung für eine elektrofotografische Bilderzeugungsvorrichtung zu schaffen, die einfach herzustellen ist und so ausgelegt ist, um irgendeine Vergrößerung der Größe der Aufschmelzrollenanordnung zu minimieren.A Another preferred object of the present invention is to provide a Melting roller arrangement for to provide an electrophotographic image forming apparatus which is easy to manufacture and is designed to be any Magnification of the Size of the melting roll arrangement to minimize.
Eine andere, bevorzugte Aufgabe ist es, eine Aufschmelzrolle zu schaffen, die in der Lage ist, von deren Standby-Zustand zu deren Druck-Zustand in einer kürzeren Zeitperiode überzugehen.A another, preferred object is to provide a melting roll, which is capable of from their standby state to their printing state in a shorter time Time period to pass.
Eine andere, bevorzugte Aufgabe ist es, ein energieeffizienteres, elektrofotolithografisches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen.A Another, preferred task is a more energy efficient, electrophotolithographic To provide method and a corresponding device.
Eine andere, bevorzugte Aufgabe ist es, eine Aufschmelzrolle, ein Verfahren zum Aufbauen einer Aufschmelzrolle und ein Verfahren zum Aufschmelzen elektrostatischer Bilder, gebildet aus Toner, auf einem bedruckbaren Medium, zu schaffen, mit einer Anordnung, die in der Lage ist, die Temperatur der Aufschmelzrolle von Zimmertemperatur auf eine Betriebstemperatur innerhalb einer kürzeren Zeitperiode zu ändern.A Another, preferred task is a fuser roll, a process for building up a melting roll and a method for melting electrostatic images, formed of toner, on a printable Medium, to create, with an arrangement that is capable of Temperature of the melting roll from room temperature to an operating temperature within a shorter time Time period to change.
Eine andere, bevorzugte Aufgabe ist es, eine Aufschmelzrolle, ein Verfahren zum Aufbauen einer Aufschmelzrolle und ein Verfahren zum Aufschmelzen von elektrostatischen Bildern, gebildet aus Toner, auf einem bedruckbaren Medium, zu schaffen, mit einer Anordnung, die in der Lage ist, zu ermöglichen, dass die Temperatur der Aufschmelzrolle bei Raumtemperatur während einer Standby-Betriebsperiode verbleibt.A Another, preferred task is a fuser roll, a process for building up a melting roll and a method for melting of electrostatic images, formed from toner, on a printable Medium, to create, with an arrangement that is able to enable, that the temperature of the melting roll at room temperature during a Standby operating period remains.
Eine andere, bevorzugte Aufgabe ist es, eine Aufschmelzrolle, ein Verfahren zum Aufbauen einer Aufschmelzrolle und ein Verfahren zum Aufschmelzen von elektrostatischen Bildern, gebildet aus Toner, auf einem bedruckbaren Medium, zu schaffen, mit einer Anordnung, die ein verbessertes, thermisches Gleichgewicht und minimale, lokale, thermische Differenzen auf den zylindrischen Außenflächen der Aufschmelzrolle zeigt.A Another, preferred task is a fuser roll, a process for building up a melting roll and a method for melting of electrostatic images, formed from toner, on a printable Medium, to create, with an arrangement that is an improved, thermal equilibrium and minimal, local, thermal differences on the cylindrical outer surfaces of the Melting roller shows.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aufschmelzrollenanordnung geschaffen, die aufweist: eine zylindrische Aufschmelzrolle, die einen axial orientierten Hohlraum bereitstellt; ein Wärmerohr, das gegenüberliegende Enden abgedichtet besitzt, eine evakuierte Kammer bildend, die unter einem Vakuum haltbar ist, koaxial positioniert innerhalb der Aufschmelzrolle; und eine elektrisch leitende Spule, spiralförmig um eine zylindrische Außenfläche des Wärmerohrs herumgewickelt, koaxial zwischengefügt zwischen der zylindrischen Außenfläche des Wärmerohrs und einer inneren, zylindrischen Fläche des Hohlraums und diese berührend.According to one The first aspect of the present invention is a fuser roll assembly The invention relates to a cylindrical melting roll comprising provides an axially oriented cavity; a heat pipe, the opposite Having sealed ends, forming an evacuated chamber under the a vacuum is maintained, coaxially positioned within the Aufschmelzrolle; and an electrically conductive coil spirally around a cylindrical outer surface of the heat pipe wrapped around, coaxially interposed between the cylindrical Outside surface of the heat pipe and an inner cylindrical surface of the cavity and these touching.
Bevorzugt wird, vor der Einführung der Spule in den Hohlraum, die Spule einen Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser der Aufschmelzrolle besitzen, so dass mindestens einige Windungen der Spule eine innere, zylindrische Wand des Hohlraums mit einer Kraft berühren.Prefers will, before the introduction the coil into the cavity, the coil has an outside diameter larger than have the inner diameter of the Aufschmelzrolle, so that at least some turns of the coil an inner, cylindrical wall of the cavity touch with a force.
Bevorzugt ist das Wärmerohr aus Kupfer gebildet. Bevorzugt ist die Aufschmelzrolle aus Aluminium gebildet.Prefers is the heat pipe made of copper. Preferably, the fuser roll is formed of aluminum.
Bevorzugt weist die Aufschmelzrollenanordnung ein Arbeitsfluid auf, das innerhalb der Kammer enthalten ist. Geeignet ist das Arbeitsfluid destilliertes Wasser. Vorzugsweise liegt eine Menge des Arbeitsfluids, enthalten innerhalb der Kammer, in dem Bereich von 5–50 Vol.-% der Kammer. Idealerweise liegt die Menge des Arbeitsfluids, enthalten innerhalb der Kammer, in dem Bereich von 5–15 Vol.-% der Kammer.Prefers For example, the fuser roll assembly has a working fluid that is within the chamber is included. Suitably, the working fluid is distilled Water. Preferably, an amount of the working fluid is contained within the chamber, in the range of 5-50 vol .-% of the chamber. Ideally is the amount of working fluid contained within the chamber, in the range of 5-15 Vol .-% of the chamber.
Bevorzugt sind benachbarte Windungen der Spule axial voneinander beabstandet; und ein Abstandsteil aus einem thermisch leitenden Material ist zwischen den benachbarten Windungen der Spule zwischengefügt. Vorzugsweise steht das Abstandsteil in gleichzeitigem, thermischem Kontakt mit im Wesentlichen einer gesamten, axialen Länge der zylindrischen Innenfläche des Hohlraums und mit im Wesentlichen einer gesamten, axialen Länge der zylindrischen Außenfläche des Wärmerohrs. In geeigneter Weise sind die Aufschmelzrolle, das Abstandsteil und das Wärmerohr aus Aluminium hergestellt. Idealerweise ist die Aufschmelzrolle aus einem thermisch leitenden Material hergestellt, das einen ersten Härte-Koeffizienten besitzt, wobei das Abstandsteil aus einem thermisch leitenden Material hergestellt ist, das einen zweiten und geringeren Härte-Koeffizienten besitzt, und wobei das Wärmerohr aus einem thermisch leitenden Material hergestellt ist, das einen dritten und geringsten Härtegrad zeigt.Prefers adjacent turns of the coil are axially spaced apart; and a spacer made of a thermally conductive material interposed between the adjacent turns of the coil. Preferably the spacer is in simultaneous, thermal contact with substantially an entire axial length of the cylindrical inner surface of the Cavity and with substantially an entire, axial length of the cylindrical outer surface of the Heat pipe. Suitably, the fuser roll, the spacer and the heat pipe made of aluminum. Ideally, the melting roll made of a thermally conductive material having a first Hardness coefficient has, wherein the spacer part of a thermally conductive material which has a second and lower hardness coefficient owns, and where the heat pipe is made of a thermally conductive material, which is a third and lowest degree of hardness shows.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aufschmelzrollenanordnung geschaffen, die aufweist: eine zylindrische Aufschmelzrolle, die einen axialen Hohlraum bildet; ein Wärmerohr, das axial gegenüberliegende Enden abgedichtet besitzt, eine evakuierte, hohle Innenkammer bildend, die unter einem Vakuum haltbar ist; eine elektrisch leitende Spule, die spiralförmig um eine axiale Länge einer zylindrischen Außenfläche des Wärmerohrs herumgewickelt ist; und wobei das Wärmerohr und die Spule koaxial innerhalb des hohlen, axialen Innenraums mit der Spule zwischen einer inneren Umfangsfläche der Aufschmelzrolle und der zylindrischen Außenfläche des Wärmerohrs positioniert sind.According to one Second aspect of the present invention is a Aufschmelzrollenanordnung The invention relates to a cylindrical melting roll comprising forms an axial cavity; a heat pipe, the axially opposite Has sealed ends, forming an evacuated, hollow inner chamber, which is durable under a vacuum; an electrically conductive coil, the spiral around an axial length a cylindrical outer surface of the heat pipe is wrapped around; and wherein the heat pipe and the coil are coaxial within the hollow, axial interior with the coil between an inner peripheral surface the melting roll and the cylindrical outer surface of the heat pipe are positioned.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aufschmelzrollenanordnung geschaffen, die aufweist: eine zylindrische Aufschmelzrolle, die einen axialen Hohlraum bereitstellt; ein Wärmerohr, das axial gegenüberliegende Enden, abgedichtet, besitzt, eine evakuierte Kammer bereitstellend, die unter einem Vakuum haltbar ist; eine elektrisch leitende Spule, die spiralförmig um eine axiale Länge einer zylindrischen Außenfläche des Wärmerohrs gewickelt ist; ein Abstandsteil, das spiralförmig um die zylindrische Außenfläche des Wärmerohrs zwischen aufeinander folgenden Windungen der Spule gewickelt ist, wobei jede der aufeinander folgenden Windungen, axial voneinander beabstandet, gehalten wird; und wobei das Wärmerohr, die Spule und das Abstandsteil koaxial innerhalb des axialen, hohlen Innen raums mit der Spule und dem Abstandsteil zwischen einer inneren Umfangsfläche der Aufschmelzrolle und der zylindrischen Außenfläche des Wärmerohrs positioniert sind.According to one Third aspect of the present invention is a Aufschmelzrollenanordnung The invention relates to a cylindrical melting roll comprising provides an axial cavity; a heat pipe, the axially opposite Ends, sealed, owns, providing an evacuated chamber, which is durable under a vacuum; an electrically conductive coil, the spiral around an axial length a cylindrical outer surface of the heat pipe is wound; a spacer which spirals around the cylindrical outer surface of the heat pipe is wound between successive turns of the coil, with each of the successive turns, axially from each other spaced, held; and wherein the heat pipe, the coil and the Spacer coaxially within the axial hollow space with the coil and the spacer between an inner peripheral surface of the Melting roller and the cylindrical outer surface of the heat pipe are positioned.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Aufschmelzrollenanordnung geschaffen, das aufweist: Bilden einer zylindrischen Aufschmelzrolle mit einem zentralen, axial orientierten Innenhohlraum; Bilden eines Wärmerohrs, das eine Innenkammer besitzt; Einsetzen des Wärmerohrs in die Aufschmelzrolle, um das Wärmerohr ruhend koaxial innerhalb des Innenhohlraums mit einer elektrisch leitenden Heizspule, gewickelt in einer Spiralform, mit einer Mehrzahl von axial beabstandeten Windungen, um eine zentrale, axiale Länge einer zylindrischen Außenfläche des Wärmerohrs herum, zu platzieren; Evakuieren der Innenkammer; teilweises Füllen der Innenkammer mit einer Menge eines Arbeitsfluids; hermetisches Abdichten der Innenkammer; und Bilden einer elektrischen Verbindung über die Heizspule.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of making a fuser roll assembly comprising: forming a cylindrical fuser roll having a central, axially oriented interior cavity; Forming a heat pipe having an inner chamber; Insert the heat pipe into the fuser roll to co-locate the heat pipe coaxially within the interior cavity an electrically conductive heating coil wound in a spiral shape having a plurality of axially spaced turns to place a central axial length of a cylindrical outer surface of the heat pipe; Evacuating the inner chamber; partially filling the inner chamber with an amount of a working fluid; hermetic sealing of the inner chamber; and forming an electrical connection across the heating coil.
Vorzugsweise weist das Verfahren weiterhin ein Ausbilden der Aufschmelzrolle mit dem Innenhohlraum, der einen ersten Innendurchmesser besitzt; Wickeln der Heizspule so, um einen zweiten Außendurchmesser größer als der erste Durchmesser zu zeigen, bevor die Heizspule in den Innenhohlraum eingesetzt wird; Verringern des zweiten Durchmessers während des Einsetzens; und Freigeben der Heizspule, um den zweiten Durchmesser anzunehmen, nach dem Einsetzen.Preferably the method further comprises forming the fuser roll with the inner cavity having a first inner diameter; Wrap the heating coil so as to make a second outer diameter larger than to show the first diameter before the heating coil enters the internal cavity is used; Reducing the second diameter during the onset; and releasing the heating coil to the second diameter to accept after insertion.
Vorzugsweise weist das Verfahren ein axiales Beabstanden zueinander aufeinander folgender Windungen der Spule; und Zwischenfügen eines Abstandsteils aus einem thermisch leitenden Material zwischen den aufeinander folgenden Windungen der Spule; auf.Preferably the method has an axial spacing between them following turns of the coil; and interposing a spacer a thermally conductive material between the successive ones Turns of the coil; on.
Vorzugsweise weist das Verfahren ein axiales Beabstanden voneinander von aufeinander folgenden Windungen der Spule; und Zwischenfügen eines Abstandsteils aus einem thermisch leitenden Material zwischen den aufeinander folgenden Windungen der Spule, wobei das Abstandsteil in gleichzeitigem, thermischen Kontakt mit im Wesentlichen einer gesamten, axialen Länge einer zylindrischen Innenfläche des Hohlraums und mit im Wesentlichen einer gesamten axialen Länge der zylindrischen Außenfläche steht; auf.Preferably the method has an axial spacing from each other following turns of the coil; and interposing a spacer a thermally conductive material between the successive ones Windings of the coil, with the spacer in simultaneous, thermal Contact with substantially an entire axial length of one cylindrical inner surface the cavity and with substantially a total axial length of the cylindrical outer surface is; on.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung, und um zu zeigen, wie Ausführungsformen derselben umgesetzt werden können, wird nun Bezug, anhand eines Beispiels, auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen genommen, in denen:For a better one understanding of the invention, and to show how embodiments thereof are implemented can be Reference will now be made, by way of example, to the accompanying schematic Drawings taken in which:
Wie
Ein
Thermistor
Eine
herkömmliche
Aufschmelzrollenanordnung, die die Halogenlampe als eine Wärmequelle
einsetzt, verbraucht unnötigerweise
eine große
Menge an Energie, und benötigt
eine sehr lange Aufwärmperiode, wenn
die Bilderzeugungsvorrichtung für
eine Bilderzeugung eingeschaltet wird. Mit anderen Worten folgt,
nach dem Anlegen von Energie, eine Standby-Periode, bis die Temperatur
der Aufschmelzrolle
Eine
Fixiereinheit einer elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung,
die eine erste Ausführungsform
einer Aufschmelzrollenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
einsetzt, ist in
Wie
die
Der
Wärmegenerator
Der
Thermistor
Die
Heizeinheit
Ein
Thermistor
Wie
in den
Dann
wird, wie durch den Übergang
zwischen der
Das
Arbeitsfluid
Das
Wärmerohr
Wie
Während einer
betriebsmäßigen Benutzung
wird die Aufschmelzrollenanordnung
In
einer Fixiereinheit
Ein
Docht
Falls
die Aufschmelztemperatur des Toners in dem Bereich von 160–180°C liegt,
kann die Aufschmelzrollenanordnung, aufgebaut gemäß der vorliegenden
Erfindung, die Solltemperatur innerhalb von ungefähr zehn
Sekunden erreichen. Dann wird die Oberflächentemperatur der Aufschmelzrolle
Eine Aufschmelzrollenanordnung, die den Aufbau besitzt, der in den vorstehenden Absätzen beschrieben ist, kann durch die Schritte hergestellt werden:
- (a) Präparieren eines Metallrohrs als ein Material für die Aufschmelzrolle;
- (b) Präparieren eines Metallrohrs als die Struktur für ein Wärmerohr;
- (c) Reinigen der freiliegenden Oberflächen des Metallrohrs und der Metallröhre durch Waschen des Metallrohrs und der Metallröhre mit destilliertem Wasser oder einer flüchtigen Flüssigkeit;
- (d) Reinigen der freiliegenden Oberflächen einer spiralförmigen Widerstandsheizspule durch Waschen der spiralförmigen Widerstandsheizspule mit destilliertem Wasser oder einer flüchtigen Flüssigkeit;
- (e) Wickeln der spiralförmigen Widerstandsheizspule als eine spiralförmige Wicklung mit einem Außendurchmesser, der gleich zu oder geringfügig größer als der Innendurchmesser des Metallrohrs ist, in ein ringförmiges, äußeres, zylindrisches Volumen des Wärmerohrs;
- (f) Optional Einsetzen eines Dochts, gebildet als ein Zylinder, um die innere, zylindrische Fläche des Wärmerohrs auszukleiden;
- (g) Abdichten gegenüberliegender Basisenden des Wärmerohrs mit Endkappen, so dass ein Einlass für ein Arbeitsfluid verbleibt, während beide Endleitungen der Widerstandsheizwicklung, spiralförmig gewickelt um das Wärmerohr, als elektrische Leitungen dienen;
- (h) Einsetzen des Wärmerohrs, das die spiralförmig gewickelte Heizspule trägt, koaxial in den Innenraum des Metallrohrs;
- (i) Befüllen des abgedichteten Wärmerohrs mit einem inerten Gas unter hohem Druck, um schnell den zylindrischen Mantel des Wärmerohrs zu erweitern, bis entweder die Wicklungen der Heizspule einen direkten, physikalischen und thermischen Kontakt gleichzeitig mit sowohl der inneren, zylindrischen Oberfläche der Aufschmelzrolle als auch der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Wärmerohrs vornehmen, oder, alternativ, die Trennung über den radialen Luftzwischenraum zwischen der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Wärmerohrs und der inneren, zylindrischen Oberfläche der Aufschmelzrolle minimiert wird;
- (j) Einfüllen von Fremdgasen von dem Innenvolumen des Wärmerohrs durch Evakuieren, Heizen und Kühlen des Wärmerohrs, um Gase von dem Innenvolumen des Rohrs abzulassen, um ein Vakuum innerhalb des Innenvolumens zu erzeugen;
- (k) Einfüllen mit 5–50 Vol.-% eines Arbeitsfluids (wie beispielsweise entweder FC-40 oder destilliertes Wasser) durch einen Einlass für Arbeitsfluid in den Innenhohlraum des Wärmerohrs;
- (l) Abdichten des Einlasses für das Arbeitsfluid des Wärmerohrs;
- (m) Sprühbeschichtung der Oberfläche des Metallrohrs mit Teflon, und Trocknen und Polieren des Metallrohrs, um eine Schutzbeschichtung auf der Aufschmelzrolle zu bilden;
- (n) Einsetzen einer nicht leitenden Buchse als ein Lager in ein Ende der Aufschmelzrolle; und
- (o) Befestigen einer Zahnradbefestigungskappe, hergestellt aus Metall, wärmebeständigem Kunststoff oder Epoxidharz an einem Ende der Aufschmelzrollenanordnung.
- (a) preparing a metal tube as a material for the fuser roll;
- (b) preparing a metal pipe as the structure for a heat pipe;
- (c) cleaning the exposed surfaces of the metal tube and the metal tube by washing the metal tube and metal tube with distilled water or a volatile liquid;
- (d) cleaning the exposed surfaces of a spiral resistance heating coil by washing the spiral resistance heating coil with distilled water or a volatile liquid;
- (e) winding the spiral resistance heating coil as a helical coil having an outer diameter equal to or slightly greater than the inner diameter of the metal tube into an annular outer cylindrical volume of the heat pipe;
- (f) optionally, inserting a wick formed as a cylinder to line the inner cylindrical surface of the heat pipe;
- (g) sealing opposing base ends of the heat pipe with end caps so that an inlet for a working fluid remains while both end lines of the resistance heating coil spirally wound around the heat pipe serve as electrical leads;
- (h) inserting the heat pipe carrying the spirally wound heating coil coaxially into the interior of the metal pipe;
- (i) filling the sealed heat pipe with an inert gas under high pressure to rapidly expand the cylindrical jacket of the heat pipe until either the coils of the heating coil make direct, physical and thermal contact simultaneously with both the inner cylindrical surface of the fuser roll and the outer, cylindrical surface of the heat pipe, or, alternatively, the separation across the radial air gap between the outer cylindrical surface of the heat pipe and the inner cylindrical surface of the Aufschmelzrolle is minimized;
- (j) introducing foreign gases from the interior volume of the heat pipe by evacuating, heating and cooling the heat pipe to vent gases from the interior volume of the tube to create a vacuum within the interior volume;
- (k) charging 5-50 vol% of a working fluid (such as either FC-40 or distilled water) through an inlet for working fluid into the interior cavity of the heat pipe;
- (l) sealing the inlet for the working fluid of the heat pipe;
- (m) spray coating the surface of the metal tube with teflon, and drying and polishing the metal tube to form a protective coating on the fuser roll;
- (n) inserting a non-conductive bushing as a bearing into one end of the fuser roll; and
- (o) attaching a gear mounting cap made of metal, heat-resistant plastic, or epoxy resin to one end of the fuser roll assembly.
Während der
Herstellung der Aufschmelzrollenanordnung wird, wenn das metallische
Rohr mit Endkappen
Die
Wie
die
Durch
Verwendung des Abstandsteils
Das
Wärmerohr
Das
Arbeitsfluid
Das
Arbeitsfluid
Die
Das
Abstandsteil
Eine Aufschmelzrollenanordnung, die den Aufbau für die zweite Ausführungsform, die in den vorstehenden Absätzen beschrieben ist, besitzt, kann durch die Schritte hergestellt werden:
- (a) Präparieren eines Metallrohrs als ein Material für die Aufschmelzrolle;
- (b) Präparieren eines Metallrohrs als die Struktur für ein Wärmerohr;
- (c) Reinigen der freiliegenden Oberflächen des Metallrohrs und der Metallröhre durch Waschen des Metallrohrs und der Metallröhre mit destilliertem Wasser oder einer flüchtigen Flüssigkeit;
- (d) Reinigen der freiliegenden Oberflächen einer spiralförmigen Widerstandsheizspule durch Waschen der spiralförmigen Widerstandsheizspule mit destilliertem Wasser oder einer flüchtigen Flüssigkeit;
- (e) Optional Einsetzen eines Dochts, gebildet als ein Zylinder, um die innere, zylindrische Oberfläche des Wärmerohrs auszukleiden;
- (f) Wickeln der spiralförmigen Widerstandsheizspule als eine spiralförmige Wicklung mit einem Außendurchmesser, der gleich zu oder geringfügig größer als der Innendurchmesser des Metallrohrs ist, in ein ringförmiges, äußeres, zylindrisches Volumen des Wärmerohrs hinein mit einem kontinuierlichen Abstandsteil aus einem thermisch leitenden Material (wie beispielsweise Aluminium vom Typ 10), das einzelne Windungen der spiralförmigen Heizwicklung trennt, zwischengefügt zwischen der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Wärmerohrs und der inneren, zylindrischen Oberfläche der Aufschmelzrolle;
- (g) Abdichten gegenüberliegender Basisenden des Wärmerohrs mit Endkappen, so dass ein Einlass für ein Arbeitsfluid verbleibt, während beide Endleitungen der Widerstandsheizwicklung, spiralförmig gewickelt um das Wärmerohr, als elektrische Leitungen dienen;
- (h) Einsetzen des Wärmerohrs, das die spiralförmig gewickelte Heizspule trägt, koaxial in den Innenraum des Metallrohrs;
- (i) Befüllen des abgedichteten Wärmerohrs mit einem inerten Gas unter hohem Druck, um schnell den zylindrischen Mantel des Wärmerohrs zu erweitern, bis die Wicklungen des Abstandsteils einen direkten, physikalischen und thermischen Kontakt gleichzeitig mit sowohl der inneren, zylindrischen Oberfläche der Aufschmelzrolle als auch der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Wärmerohrs vornehmen;
- (j) Einfüllen von Fremdgasen von dem Innenvolumen des Wärmerohrs durch Evakuieren, Heizen und Kühlen des Wärmerohrs, um Gase von dem Innenvolumen des Rohrs abzulassen, um ein Vakuum innerhalb des Innenvolumens zu erzeugen;
- (k) Einfüllen mit 5–50 Vol.-% eines Arbeitsfluids (wie beispielsweise entweder FC-40 oder destilliertes Wasser) durch einen Einlass für Arbeitsfluid in den Innenhohlraum des Wärmerohrs;
- (l) Abdichten des Einlasses für das Arbeitsfluid des Wärmerohrs;
- (m) Sprühbeschichtung der Oberfläche des Metallrohrs mit Teflon, und Trocknen und Polieren des Metallrohrs, um eine Schutzbeschichtung auf der Aufschmelzrolle zu bilden;
- (n) Einsetzen einer nicht leitenden Buchse als ein Lager in ein Ende der Aufschmelzrolle; und
- (o) Befestigen einer Zahnradbefestigungskappe, hergestellt aus Metall, wärmebeständigem Kunststoff oder Epoxidharz an einem Ende der Aufschmelzrollenanordnung.
- (a) preparing a metal tube as a material for the fuser roll;
- (b) preparing a metal pipe as the structure for a heat pipe;
- (c) cleaning the exposed surfaces of the metal tube and the metal tube by washing the metal tube and metal tube with distilled water or a volatile liquid;
- (d) cleaning the exposed surfaces of a spiral resistance heating coil by washing the spiral resistance heating coil with distilled water or a volatile liquid;
- (e) optionally inserting a wick formed as a cylinder to line the inner, cylindrical surface of the heat pipe;
- (f) winding the helical resistance heating coil as a helical winding having an outer diameter equal to or slightly greater than the inner diameter of the metal tube into an annular outer cylindrical volume of the heat pipe with a continuous spacer made of a thermally conductive material (e.g. 10) aluminum, separating individual turns of the helical heating coil, interposed between the outer cylindrical surface of the heat pipe and the inner cylindrical surface of the fuser roll;
- (g) sealing opposing base ends of the heat pipe with end caps so that an inlet for a working fluid remains while both end lines of the resistance heating coil spirally wound around the heat pipe serve as electrical leads;
- (h) inserting the heat pipe carrying the spirally wound heating coil coaxially into the interior of the metal pipe;
- (i) filling the sealed heat pipe with an inert gas under high pressure to rapidly expand the cylindrical jacket of the heat pipe until the windings of the spacer make direct, physical and thermal contact simultaneously with both the inner, cylindrical surface of the fuser roll; make outer, cylindrical surface of the heat pipe;
- (j) introducing foreign gases from the interior volume of the heat pipe by evacuating, heating and cooling the heat pipe to vent gases from the interior volume of the tube to create a vacuum within the interior volume;
- (k) charging 5-50 vol% of a working fluid (such as either FC-40 or distilled water) through an inlet for working fluid into the interior cavity of the heat pipe;
- (l) sealing the inlet for the working fluid of the heat pipe;
- (m) spray coating the surface of the metal tube with teflon, and drying and polishing the metal tube to form a protective coating on the fuser roll;
- (n) inserting a non-conductive bushing as a bearing into one end of the fuser roll; and
- (o) attaching a gear mounting cap made of metal, heat-resistant plastic, or epoxy resin to one end of the fuser roll assembly.
Für ein leichteres Verständnis der Arbeitsweise der Aufschmelzrollenanardnung der vorliegenden Erfindung wird das Wärmerohr, das der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, beschrieben. Der Ausdruck „Wärmerohr" bezieht sich auf eine Wärmeübertragungsvorrichtung, die Wärme von einem hoch-wärmedichten Zustand zu einem niedrig-wärmedichten Zustand unter Verwendung der latenten Wärme überführt, die für die Phasenänderung des Arbeitsfluids von seiner flüssigen Phase zu seiner gasförmigen Phase erforderlich ist. Da das Wärmerohr die Phasenänderungs-Eigenschaft des Arbeitsfluids verwendet, ist sein Wärmeleitungskoeffizient höher als derjenige irgendeines bekannten Metalls. Der thermische Wärmeleitungskoeffizient eines Wärmerohrs, das bei Zimmertemperatur arbeitet, ist ein paar hundert Mal größer als diejenige von entweder Silber oder Kupfer, mit einem Wärmeleitungskoeffizient, k, von 400 W/mk.For a lighter one understanding the operation of the Aufschmelzrollenanardnung the present Invention becomes the heat pipe, that is assigned to the present invention. Of the Term "heat pipe" refers to a heat transfer device, the heat from a high-heat-resistant Condition to a low-heat-resistant State using the latent heat transferred to the phase change of the working fluid from its liquid Phase to its gaseous Phase is required. Because the heat pipe the phase change property of the working fluid is used, its heat conduction coefficient higher than that of any known metal. The thermal heat transfer coefficient a heat pipe, working at room temperature is a couple hundred times larger than that of either silver or copper, with a coefficient of thermal conductivity, k, from 400 W / mk.
Tabelle 1 Table 1
4,18 KJ an Energie sind erforderlich, um die Temperatur von 1 kg an Wasser von 25°C auf 26°C anzuheben. Wenn sich die Phase des Wassers von flüssig zu dampfförmig ohne eine Temperatur-Änderung ändert, sind 2,442 KJ an Energie erforderlich. Das Wärmerohr überträgt ungefähr 584 mal mehr latente Wärme über die Flüssig-Dampf-Phasen-Änderung. Für ein Wärmerohr, das bei Zimmertemperatur arbeitet, ist der Wärmeleitfähigkeits-Koeffizient ein paar hundert Mai größer als derjenige entweder von Silber oder Kupfer, die als ausgezeichnete, thermische Leiter bekannt sind. Die thermische Leitfähigkeit eines Wärmerohrs, das ein flüssiges Metall als ein Arbeitsfluid verwendet, arbeitet bei einer hohen Temperatur, die bis zu 108 W/mK beträgt.4.18 KJ of energy are required to raise the temperature of 1 kg of water from 25 ° C to 26 ° C. If the phase of the water changes from liquid to vapor without a temperature change, then 2,442 KJ of energy is required. The heat pipe transmits about 584 times more latent heat through the liquid-vapor phase change. For a heat pipe operating at room temperature, the coefficient of thermal conductivity a few hundred may be greater than that of either silver or copper, which are known as excellent thermal conductors. The thermal conductivity of a heat pipe using a liquid metal as a working fluid operates at a high temperature, which is up to 10 8 W / mK.
Tabelle 2 Table 2
Tabelle 3 stellt eine Vielzahl von geeigneten Arbeitsfluiden für unterschiedliche Arbeitstemperaturbereiche dar.table Figure 3 illustrates a variety of suitable working fluids for different ones Working temperature ranges.
Tabelle 3 Table 3
Man hat herausgefunden, dass verschiedene Dinge beim Auswählen eines Arbeitsfluids zu berücksichtigen sind:
- 1) Kompatibilität mit dem Material des Wärmerohrs, das verwendet wird;
- 2) ein Arbeitsfluid, das eine geeignete Arbeitstemperatur innerhalb des Wärmerohrs besitzt; und
- 3) thermische Leitfähigkeit des Arbeitsfluids.
- 1) compatibility with the material of the heat pipe that is used;
- 2) a working fluid having a suitable working temperature within the heat pipe; and
- 3) thermal conductivity of the working fluid.
Wenn eine Aufschmelzrolle vom Typ eines Wärmerohrs aus rostfreiem Stahl (SUS) oder Kupfer (Cu) gebildet wird, sind geeignete Arbeitsfluide im Hinblick auf die Kompatibilität mit dem Material des Wärmerohrs und der Arbeitstemperatur begrenzt. FC-40 besitzt eine Atmosphäre oder einen geringen Sättigungsdruck bei einer Arbeitstemperatur von 165°C und wird dahingehend angesehen, dass es ein relativ geeignetes Material ist.If a heat roll type stainless steel heat roll (SUS) or copper (Cu) are suitable working fluids in terms of compatibility with the material of the heat pipe and limited to the working temperature. FC-40 has an atmosphere or a low saturation pressure at a working temperature of 165 ° C and is considered to that it is a relatively suitable material.
FC-40 ist dahin bekannt, dass es nicht toxisch ist, nicht entzündbar ist und mit den meisten Metallen kompatibel ist. FC-40 besitzt auch ein Null-Ozon-Verarmungs-Potenzial. Dementsprechend werden die Thermodynamiken von FC-40 als ein Arbeitsfluid, die Beziehung zwischen der Sättigungstemperatur und dem Druck, durch Formel (1) ausgedrückt: wobei A = 8,2594, und B = 2310, und die Temperatur T ist in Grad Celsius gemessen.FC-40 is known to be non-toxic, non-flammable and compatible with most metals. FC-40 also has zero ozone depletion potential. Accordingly, the thermodynamics of FC-40 as a working fluid, the relationship between the saturation temperature and the pressure, are expressed by Formula (1): where A = 8.2594, and B = 2310, and the temperature T is measured in degrees Celsius.
Tabelle 4 Table 4
In Hinblick auf einen sicheren Betrieb des Wärmerohrs werden geeignete Materialien für das Wärmerohr und die Dicke seiner Endkappe entsprechend dem Code der American Society of Mechanical Engineers (d. h. ASME) bestimmt, was ein Sicherheitsmessstandard für Druckbehälter ist. Zum Beispiel werden, falls die Dicke eines zylindrischen Wärmerohrs innerhalb von 10% seines Durchmessers liegt, maximale Spannungen, aufgebracht auf die Wand (σmax(1)) und die halbsphärische Endkappe (σmax(2)) des Wärmerohrs, ausgedrückt als: wobei ΔP die Differenz im Druck zwischen der Innenseite und der Außenseite des Wärmerohrs ist, d0 der Außendurchmesser des Wärmerohrs ist, t1 die Dicke des Wärmerohrs ist und t2 die Dicke der Endkappe ist.With regard to safe operation of the heat pipe, suitable materials for the heat pipe and the thickness of its end cap are determined according to the code of the American Society of Mechanical Engineers (ie ASME), which is a safety measurement standard for pressure vessels. For example, if the thickness of a cylindrical heat pipe is within 10% of its diameter, maximum stresses applied to the wall (σ max (1) ) and the semi-spherical end cap (σ max (2) ) of the heat pipe are expressed as: where ΔP is the difference in pressure between the inside and outside of the heat pipe, d 0 is the outside diameter of the heat pipe, t 1 is the thickness of the heat pipe, and t 2 is the thickness of the end cap.
Gemäß dem ASME-Code ist die maximale, zulässige Spannung bei einer beliebigen Temperatur gleich zu 0,25-mal der maximalen Endzugfestigkeit bei dieser Temperatur. Falls der Dampfdruck eines Arbeitsfluids in dem Bereich des Wärmerohrs arbeitet, ist die Temperatur gleich zu dem Sättigungsdampfdruck des Arbeitsfluids, wobei die Differenz im Druck (ΔP) gleich zu der Differenz zwischen dem Dampfdruck und Atmosphärendruck ist.According to the ASME code is the maximum, allowed Voltage at any temperature equal to 0.25 times the maximum ultimate tensile strength at this temperature. If the vapor pressure working fluid in the area of the heat pipe is the Temperature equal to the saturation vapor pressure of the working fluid, the difference in pressure (ΔP) being equal to the difference between the vapor pressure and atmospheric pressure is.
Die
Die
Unter
Vergleichen der Ergebnisse der
Verglichen mit einer herkömmlichen Bilderzeugungsvorrichtung in Bezug auf die Rate einer Temperaturerhöhung, ist, für eine Bilderzeugungsvorrichtung, die eine der verschiedenen, möglichen Anordnungen für eine Aufschmelzrollenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt, kein Erfordernis für eine kontinuierliche Energieversorgung der Aufschmelzrollenanordnung während des Standby-Zustands vorhanden. Obwohl die Energie dann zugeführt wird, wenn die Bildung eines Bildes beginnt, kann die Aufschmelzrollenanordnung, aufgebaut gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Bild bilden, d. h. kann noch ein Tonerbild aufschmelzen, und zwar unter einer hohen Geschwindigkeit, schneller als eine heutige Anordnung.Compared with a conventional one Image forming apparatus with respect to the rate of temperature increase, for one Image forming device, one of the various possible Arrangements for a Melting roller assembly according to the present invention Invention, no requirement for a continuous power supply the Aufschmelzrollenanordnung during standby state. Although the energy is then supplied when the formation of an image begins, the fuser roll assembly, constructed according to the present Invention to form an image, d. H. can still melt a toner image, at a high speed, faster than today's Arrangement.
Wenn das Volumen des Arbeitsfluids mehr als 50 Vol.-% beträgt, wird die Rate einer Temperaturerhöhung unpraktikabel langsam. Dabei tritt, falls das Volumen des Arbeitsfluids geringer als 5 Vol.-% beträgt, ein Austrocknungsphänomen entweder auf, oder es wird wahrscheinlich, dass es auftritt, und zwar aufgrund der unzureichenden Zufuhr des Arbeitsfluids, so dass die Aufschmelzrolle entweder nicht gut funktioniert oder nicht insgesamt als Wärmerohr funktioniert.If the volume of the working fluid is more than 50% by volume the rate of a temperature increase impractically slow. This occurs if the volume of the working fluid is less than 5 vol.%, a dehydration phenomenon either on, or it will likely happen, and although due to the insufficient supply of the working fluid, so that the melting roll either does not work well or not altogether as a heat pipe works.
In einer Aufschmelzrollenanordnung, aufgebaut gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, kann elektrische Energie bei einer Spannung von 90–240 Volt und einer Frequenz von 50–70 Hz, ebenso wie bei höheren Frequenzen, angelegt werden.In a fuser roll assembly constructed in accordance with the principles of the present invention Invention, can generate electrical energy at a voltage of 90-240 volts and a frequency of 50-70 Hz, as well as higher ones Frequencies are created.
Wie vorstehend beschrieben ist, umfasst die Aufschmelzrollenanordnung, aufgebaut gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Heizspule und ein Arbeitsfluid in dem Körper der metallischen Aufschmelzrolle, die eine ausgezeichnete Leitfähigkeit besitzt, so dass die Oberfläche der Aufschmelzrolle augenblicklich auf eine Soll-Aufschmelztemperatur erwärmt werden kann, um Tonerbilder zu fixieren, die auf ein Druckpapier übertragen worden sind. Verglichen mit einer herkömmlichen Aufschmelzrollenanordnung vom Typ einer Halogenlampe oder vom Typ mit einer direkten Oberflächenerwärmung, die eine auf Palladium (Pd), Ruthenium (Ru) oder Kohlenstoff (C) basierende Heizeinheit verwendet, kann die Aufschmelzrolle der vorliegenden Erfindung eine Soll-Aufschmelztemperatur innerhalb einer kürzeren Zeitperiode mit einem verringerten Energieverbrauch erreichen, und die Oberflächentemperatur der Aufschmelzrolle kann gleichförmig beibehalten werden. Die Aufschmelzrollenanordnung der vorliegenden Erfindung benötigt weder eine Aufwärm- noch eine Standby-Periode, und demzufolge benötigt irgendeine Bilderzeugungsvorrichtung, wie beispielsweise ein Drucker, eine Kopiermaschine, oder ein Faksimile, ausgestattet mit der Aufschmelzrollenanordnung der vorliegenden Erfindung, keine Energieversorgung zu der Aufschmelzrolle, um für ein Drucken bereit zu sein. Demzufolge wird der gesamte Energieverbrauch der Bilderzeugungsvorrichtung verringert. Zusätzlich basiert die Aufschmelzrollenanordnung der vorliegenden Erfindung auf dem Prinzip eines Wärmerohrs, so dass die Temperaturverteilung in der Längsrichtung der Aufschmelzrolle gleichförmig kontrolliert werden kann, um dadurch optimal die Toneraufschmelz-Charakteristika zu verbessern.As described above, the fuser roller assembly constructed according to the present invention comprises The present invention, a heating coil and a working fluid in the body of the metallic fuser roll, which has excellent conductivity, so that the surface of the fuser roll can be heated instantaneously to a desired reflow temperature to fix toner images that have been transferred to a printing paper. As compared with a conventional fusing roller assembly of a halogen lamp type or a direct surface heating type using a palladium (Pd), ruthenium (Ru) or carbon (C) based heating unit, the fuser roll of the present invention can attain a target reflow temperature within a range achieve a shorter time period with a reduced energy consumption, and the surface temperature of the fuser roll can be uniformly maintained. The fuser roll assembly of the present invention requires neither a warm-up nor a standby period, and accordingly, any image forming apparatus such as a printer, a copying machine, or a facsimile equipped with the fuser roll assembly of the present invention does not require power supply to the fuser roll for a print ready to be. As a result, the total energy consumption of the image forming apparatus is reduced. In addition, the fuser roll assembly of the present invention is based on the principle of a heat pipe so that the temperature distribution in the longitudinal direction of the fuser roll can be uniformly controlled, thereby optimally improving the toner fusing characteristics.
Zusätzlich kann die Aufschmelzrollenanordnung der vorliegenden Erfindung einfach in einem großen Maßstab hergestellt werden und kann eine sichere Betriebsweise sicherstellen. Die Teile der Aufschmelzrollenanordnung sind mit anderen, kommerziell erhältlichen Teilen kompatibel. Die Qualität der Aufschmelzrollenanordnung kann einfach kontrolliert werden. Ein Hochgeschwindigkeitsdrucker kann mit der Aufschmelzrollenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.In addition, can the fuser roll assembly of the present invention is simple produced on a large scale and can ensure safe operation. The parts the fuser roll assembly are available with other, commercially available Share compatible. The quality the melting roll arrangement can be easily controlled. A high-speed printer can work with the fuser roll assembly according to the present Invention executed become.
Die Aufschmelzrollenanordnung und das Verfahren zum Herstellen der Aufschmelzrollenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung führt zu den folgenden Vorteilen.The A fuser roll assembly and the method of making the fuser roll assembly according to the present invention Invention leads to the following advantages.
Erstens kann die Aufschmelzrollenanordnung durch einfache, automatisierte Vorgänge hergestellt werden.First For example, the fuser roll assembly can be simple, automated operations getting produced.
Zweitens sind die Temperaturvariationen in der axialen oder Längsrichtung des Wärmerohrs klein (innerhalb des Bereichs von ±1°).Secondly are the temperature variations in the axial or longitudinal direction of the heat pipe small (within the range of ± 1 °).
Drittens kann ein Hochgeschwindigkeitsdrucker einfach mit der Aufschmelzrollenanordnung ausgeführt werden.thirdly For example, a high-speed printer can easily work with the fuser roll assembly accomplished become.
Viertens können die Wärmequelle und das Wärmerohr, die die Hauptelemente der Aufschmelzrollenanordnung sind, als getrennte Einheiten gebildet werden, so dass die Aufschmelzrollenanordnung einfach in großem Maßstab hergestellt werden kann und einen sicheren Betrieb garantiert. Die Teile der Aufschmelzrollenanordnung sind mit anderen, kommerziell erhältlichen Teilen kompatibel. Die Qualität der Aufschmelzrollenanordnung kann einfach kontrolliert werden.Fourth can the heat source and the heat pipe, which are the main elements of the Aufschmelzrollenanordnung, as a separate Units are formed so that the Aufschmelzrollenanordnung easy in big scale can be manufactured and guarantees safe operation. The Parts of the fuser roll assembly are commercial with others available Share compatible. The quality the melting roll arrangement can be easily controlled.
Fünftens ist, aufgrund von kontinuierlichen Verdampfungs- und Kondensationszyklen des Arbeitsfluids, enthalten in dem abgedichteten Wärmerohr, obwohl sich der Druck innerhalb des Wärmerohrs bei einer hohen Temperatur (eine Atmosphäre oder geringer bei 165°C für FC-40) erhöht, das Risiko einer Explosion oder einer ernsthaften Deformation sehr niedrig.Fifth, is due to continuous evaporation and condensation cycles the working fluid contained in the sealed heat pipe, although the pressure inside the heat pipe is at a high temperature (an atmosphere or lower at 165 ° C for FC-40) elevated, the risk of explosion or serious deformation very much low.
Während diese Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen davon dargestellt und beschrieben worden ist, wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass verschiedene Änderungen in der Form und in Details darin vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, zu verlassen.While these Invention in particular with reference to preferred embodiments which has been illustrated and described will be understood by those skilled in the art It can be seen in the relevant field that various changes in the form and in details can be made in it, without the scope of the invention as defined by the appended claims is to leave.
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