JP5026749B2 - ドラムヒータシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ドラムヒータシステム及び方法に関する。

いくつかの印刷システムは、加熱されたドラム又はローラシステムを使用して、紙のようなターゲット媒体の上にイメージを形成する。例えば、レーザ印刷によってイメージを形成するために、加熱されたローラを使用してレーザプリンタ溶融器にホットニップ（hot nip）を形成することができる。オフセット固体インク印刷プロセスでは、ターゲット媒体上へのイメージ転写に先立って、加熱されたドラムを使用してイメージ全体を支持し得る。

米国特許第６，７１３，７２８号明細書

印刷システムでは、ホットエアのようなエネルギーの漏れを最小にし、それゆえ熱エネルギーを効率的に保存する加熱アーキテクチュアが望まれる。例えば、ヒータ構造と内部ドラム表面との間のギャップを最小にしてイメージドラム内にタイトにフィットする「オーブンスタイル」のヒータアーキテクチュアは、熱損失の量を低減することができる。さらに、ヒータ素子は約７５０℃〜８５０℃のような高温で動作することができるので、ホットエアがドラムの外に漏れ出ることがあって、プリンタの周囲の部分にダメージを与え得る。そのようなエネルギー損失はまた、エネルギーを浪費してドラムのウォームアップ率を増加させることによって、ドラムの動作を非効率なものにする。

本開示のシステム及び方法によれば、ヒータ構造の壁のようなオーブンスタイルヒータと内部ドラム表面との間のギャップ空間が顕著に低減されることができ、それによって、イメージングドラムからのホットエアの漏れを最小化することによって、熱効率を最大化する。例えば、本開示のシステム及び方法は、オーブンスタイルヒータと内部ドラム表面との間に約１〜５ｍｍのギャップ空間を有することができる。

加えて、ヒータ素子がドラム内で使用されると、ヒータ素子がオン・オフされるときにフリッカが生じることがある。フリッカは、共有回路の上の他のデバイスに可変入力電圧を受領させ得る。白熱照明の場合、この電圧入力の変動は、光の不快な周期的減光を生じさせることがある。これより、顧客満足及び規制上の理由から、フリッカを低減及び制御して規制上の要件を満たす必要がある。これより、本開示のシステム及び方法は、要求されるイメージングドラムの熱制御及び迅速なウォームアップ率を依然として提供する一方で、フリッカを生じさせることなく引き続いて（シーケンス的に）又は一連の動作として制御可能にオン・オフされる複数の小さなヒータ素子を組み込むことによって、上記で論じた問題を防ぐか又は低減し得る。

本開示のシステム及び方法によれば、ドラムヒータシステムは、一つ又はそれ以上の独立して制御されたヒータチャンネルを通じて制御され得る。本開示の様々な例示的な実施形態では、加熱システムは、ドラムの一端及び/又はドラムの他端における加熱を独立して感知し且つ制御し得る。この配置は、インクからの熱入力がアンバランスであっても、イメージングドラムの両端で一様なドラム温度を維持することができる。ドラム熱制御システムの他の構成要素は、冷却空気を制御する冷却ファン、センサ、及びダクトを含んで、ドラム温度を一様に制御する助けとなり得る。イメージングドラムの周辺の周りにおいて一様なドラム温度を維持するために、ドラムは、ヒータからの熱がドラム表面全体に均等に印加されるように、加熱の間にゆっくりと回転又はゆっくりと動くことができる。

ある関連技術のドラムヒータは、上述の問題のためにエネルギー効率がよくない。例えば、関連技術のドラムヒータ、例えば非オーブンタイプのドラムヒータは、ドラムを特定の温度に維持するために、ドラムヒータに過剰電力を引き出させ得る。特に、水晶ハロゲンランプは高価で、高いインラッシュ電流を有する。関連技術のドラムヒータはまた、所望の温度を達成するために、より多くの電力及び時間を必要とし得る。迅速且つ一様にイメージング表面を加熱及び冷却する能力は、効率的な方法で実行されるべきである。これより、関連技術のドラムヒータよりも効率的であるドラムヒータシステム及び方法が必要とされている。

本開示のシステム及び方法によれば、ドラムヒータは、ドラムアセンブリ内に内部的に且つ永久的に搭載され得る。そのような静止して内部に搭載されたヒータオーブンアーキテクチュアは、スピンドラムのために使用され得る。ヒータオーブンはまた、例えばヒータ素子及び搭載ハードウエア、リフレクタ／ラジエータアセンブリ、絶縁壁、支持構造及び電気的接続を含むことができる。ドラムヒータは、マイカのような高融点物質でできた複数のセクションに区分されることができ、短いヒータ素子が各セクションに搭載されることができる。そのようなオーブンスタイルのヒータは非常にコンパクトで、加熱ゾーンと冷却ゾーンとの間の分離が維持されることができるので、ヒータ素子ワイヤに対する良好な保護を提供することができる。

上記を考慮すると、イメージ転写ドラムのためのオーブンスタイルの加熱システムは、複数の側面を有するヒータボックスを含み得る。このヒータボックスは、例えば３つから５つの側面を含むように構成されることができて、少なくとも一つの開いた側面がイメージ転写ドラムの内部に面している。ヒータオーブンの壁は、オーブンの壁と内部ドラム表面との間に小さなギャップのみが存在するように位置され得る。例えば、ギャップは約２〜３ｍｍであり得る。そのような小さなギャップは、加熱された空気の脱出のようなエネルギー損失を最小化することによって、ヒータシステムの効率を最大化する。

オーブンスタイル加熱システムのヒータボックスの内部のヒータ素子は、支持構造と、その支持構造の周囲のコイルに巻かれた電気ワイヤと、支持構造から離れて延在している電気端子とを含み得る。電気端子は、ファスナによってコイルに接続されることができる。例えば、支持構造はロッドであることができる。

加えて、ワイヤループは、実際のヒータ抵抗ワイヤ素子の無通電巻線を使用して形成され得て、ヒータ素子の内部支持構造を懸架する。無通電巻線は、加熱に使用されないヒータ抵抗ワイヤの付加的な端ループである。この配置は、支持構造における故障を引き起こす典型的な応力（ストレス）を防ぐか又は低減することができる。この応力は、プリンタによって誘起されたプリンタショック及び振動によって、ユーザによって、又は輸送の間に誘起されることがある。加えて、チューブ内への負荷の経路が、支持チューブのカット端の上のような、大量の表面欠陥及び故障開始点を有するチューブ上の敏感な領域から取り除かれ得る。この配置はまた、支持素子の端に与えられるコストのかかる二次的動作又は処理の必要性を排除することができる。素子ワイヤの無通電巻線を使用して低応力の支持界面を提供することは、付加的な部品又はプロセスを必要としないことから極端に低コストである。

支持コイルは、機械的及び電気的な信頼性を改良することができるヒータ素子の冗長な終端であることができる。この配置は、電気フィラメントの配置を制御しながら支持構造が浮上することを許容し得る。結果として、支持ロッドは、使用中の熱的膨張の間に軸方向に負荷を受けない。支持ループはまた、ヒータシステムに応力を生じさせることなく、電気的終端を位置ずれ（ミスアライン）させることを許容し得る。

電気制御ワイヤが各ヒータ素子の両端に取り付けられ且つワイヤのいくつかがオーブンの長さに渡っていると、故障時に、ドラムアセンブリ全体を交換しない限り、壊れたヒータ素子を交換することが困難又は不可能になることがある。いくつかの電気的接続が、リベット留めを介して各ヒータの両端に施される。個別の加熱素子の引き続く除去は、エンドベルがドラムに永久的に固定されるので不可能である。これより、故障が生じたときに加熱素子の容易な除去を可能にするドラムヒータシステム及び方法が必要とされている。

単一の素子の上に左及び右の両ヒータを有する長いヒータ素子が、短い個別のヒータ素子の代わりにドラムヒータシステムに含まれることができる。ヒータは、全ての電気的接続がヒータの一端で確立されていることを意味するシングルエンドであり得る。この配置は、エンドベルスポークを通じて故障した素子を困難なく引き出すことを可能にし得る。ヒータ素子の故障時にドラムアセンブリ全体が交換される必要がないので、これはよりコスト効果の良い設計である。長い素子は、比較的安価な２つの軸方向の高融点支持チューブを使用して構成され得る。２つのヒータコイルは、チューブアセンブリの対向した端に外部から搭載され得て、リード線が内部チューブ経路を介して単一の端に戻り得る。電気ワイヤはキャップに終端し得て、このキャップは、ヒータへの構造的コネクタ及び電力ヒータシステムへの電気的コネクタの両方として機能する。キャップは、オーブンの熱的完全さを維持し得る。ヒータ素子を抜去及び挿入するために、ツールを使用してもよい。

本開示のシステム及び方法によれば、ヒータ素子は、少なくとも第１及び第2の支持構造を含むヒータボックス内部に配置され得て、第1の支持構造は第２の支持構造よりも大きい。電線が第１及び第2の支持構造に沿って配置され得て、コイルが第１及び第2の支持構造の周囲に形成され得る。第1及び第2の端コネクタが第1の支持構造の端に含まれることができて、電線は第2のコネクタのみに終端している。

様々な代替的な実施形態では、高反射性リフレクタがヒータ素子の後ろに配置され得て、熱エネルギーをイメージングドラムの内側に向かって反射する。あるいは、低質量の非効率な反射性の熱シールドを有するヒータオーブンもまた、熱の再放射によるイメージドラムの内側への効率的な熱転送を提供することができる。適切なリフレクタ又はラジエータの選択は、設計の制約及び要件に依存する。

オーブンスタイルのドラムヒータは、内部ドラム表面のより大きな部分がドラム冷却ファンからの対流冷却に対して利用可能であるように、ドラムの内側の比較的小さなセクション又はドラムの内側表面領域を占有し得る。したがって、ドラムファンがオンされると、熱がオーブンの内側にこもって直ぐには除去されないので、熱勾配の管理を改善することができる。

オーブンスタイルヒータシステムはまた、少なくとも２つの回路、2つのチャンネル、及びリレースイッチを含み得る。リレースイッチは、回路を直列又は並列配置に切り替えてヒータ素子を動作するように、動作することができる。

図１は、イメージングシステムの例示的なドラムシステム１０の図である。このドラムシステム１０は、ドラム１４の上に支持された中間転写表面１２、基材ガイド２０、ローラ２３、及びプレヒータプレート２７を含むことができる。ドラムシステム１０は、ドラム１４内に位置するオーブンタイプのヒータシステム１０１をさらに含むことができる。動作中には、１枚の紙のような基材２１は、基材ガイド２０とプレヒータ２７との間を中間転写表面１２まで通過されることができる。中間転写表面１２は、ドラム１４の内部に収容されたオーブンタイプのヒータシステム１０１によって加熱されて、動作中の温度を維持することができる。中間転写表面１２の上のパターンはそれから、中間転写表面１２から基材２１に転写されて、基材２１の上にイメージを形成することができる。

例示的なドラムシステムはまた、ファン５０、温度センサ５２、及び温度コントローラ５３を含むことができる。示されているように、ファン５０及び温度センサ５２は、温度コントローラ５３に結合されることができる。ファン５０は、ドラム１４の温度を制御するために使用され得る。ファン５０は、ドラム１４を通って矢印５１によって示される方向に空気を吹きかける。プレヒータ２７は、任意の従来の温度自動調節装置によって所定の動作温度に設定され得る。温度センサ５２は、ドラム温度を感知して、感知された温度を温度コントローラ５３に送ることができる。もちろん、一つより多くのセンサがシステム内で使用され得て、したがって、温度コントローラ５３はドラムの異なる位置でのドラム温度を受け取ることができる。感知された温度情報に基づいて、温度コントローラ５３は加熱システム及び／又はファン５０を制御し得る。

図２は、図１に示されたドラム１４にて使用されることができるオーブンタイプのヒータシステム４００の例示的な図である。図２に示されているように、ヒータシステム４００は、支持構造によって外部で支持されているか又は支持構造によって内部的に支持されている抵抗性ワイヤコイルであり得る。支持構造は、例えば水晶チューブ又はロッドであり得る。支持構造が任意の高融点材料から構成されることもできることに、留意されたい。例えば、マイカは、ワイヤコイル４０１の温度がマイカのサービス限界より低い場合には、支持構造として使用されることができる。ヒータ素子４０１がワイヤコイルである必要がなく、且つそれらが図２では例示的な理由のみで示されている点に留意されたい。ワイヤコイル４０１は、所望のパワー及びフットプリントを達成するために、キッチントースターにおけるようにボード上に巻かれるか又はあらゆる数の普通の方法で構成され得る。

図２のヒータ素子４０１は、例えば１５０Ｗのヒータ素子であり得て、ヒータ素子４０１の長さは、ドラム長さの半分である受け入れセクションに素子がフィットすることを許容するようなものであることができる。例として、図２のヒータシステム４００は、外径が６．１ｍｍである溶融シリカ支持チューブを含むことができる。カンタルＡＦ（Kanthal AF）又はニクロム８０（Nichrome 80）から製造されたヒータコイルが、チューブの中にスライドされてもよい。任意の適切な合金材料をヒータコイルに対して使用できる点に留意されたい。電気端子がそれから、抵抗性ワイヤの最後のいくつかのコイルに押し付け留め又は溶接され得る。電気的副チャンネルが、一対の素子を直列に使用することによって形成され得る。この副チャンネルは、他の副チャンネルと対になってドラムの左又は右側のいずれかに搭載されて、主電気チャンネルを形成してもよい。他の主チャンネルは、反対側の端に位置され得る。

図３Ａ〜Ｂは、図２のオーブンタイプのヒータシステムにて使用され得るヒータ素子の例示的な図である。ヒータ素子５００は、端子５０１、支持構造としてのロッド又はチューブ５０２、及びコイル５０４を形成する抵抗性ワイヤ５０３を含むことができる。端子５０１は電源に接続され得て、支持ロッド又はチューブ５０２の周囲にコイル５０４に巻かれたワイヤ５０３を電流が通過することによって、熱が生成されることができる。コイル５０４はそれ自身を支持できなくてもよく、且つ高温（例えば小さな体積に高い電力を与えるアプリケーションの間に生成される熱）では不安定になり得るので、ヒータ素子５００は、支持ロッド又はチューブ５０２によって内側から支持され得て、支持ロッド又はチューブ５０２の周りのコイル５０４の巻線が重力によって安定化されることを可能にしてもよい。そのような内部支持構造を使用することによって、ホットエアのポケットがコイル５０４の周りに追い込まれてその温度を上昇させることはなく、可能性として故障を加速させることがない。

電力は、ヒータ素子５００の各端に位置する端子５０１を介してコイル５０４に転送され得る。端子５０１は、単純化された位置合わせを許容し且つ取り付け前に横方向の支持及び安定性をアセンブリ全体に提供する構造を、両端に有することができる。端子５０１の抵抗ワイヤ５０３への実際の電気的接続は、クリンプのようなファスナ５０７、溶接、又はそれらの組み合わせを介してもよい。図３Ｂにより詳細に示されているように、ファスナ５０７は、コイル５０４と接触するＵ字型の端を有するように形成され得る。コイル５０４の各端を電気的に短絡する追加のループ（又は複数のループ）を設けることによって、ヒータ素子５００に対する付加的な支持を提供することができる。追加の支持ループが各端で短絡されると、支持体の内部で電流又は熱は生成されない。ギャップ５０６が形成されて、支持体５０２の熱的な膨張を許容し得る。

支持ロッド又はチューブ５０２の端は、組み立て中の固定（fastening）プロセスの前または後に、コイル５０４を通過してもよい。コイル５０４は、上述のように、支持ロッド又はチューブ５０２の端を越えて位置され得る。この配置を使用して、電気的端子５０１から支持ロッド又はチューブ５０２までの機械的負荷の経路を縮小するか又は取り除いてもよい。機械的負荷の経路の除去はまた、支持チューブの端におけるクラック又は鋭いエッジによって生じる応力集中のための故障の可能性も、低減又は取り除く。この配置はまた、支持ロッド又はチューブ５０２の脆弱な部分によって生まれる応力を低減し得る。コイル５０４の直径と支持ロッド又はチューブ５０２との間の関係を調整することによって、内部ワイヤ直径と外側チューブ直径との間にクリアランスが確立され得て、応力を増やすことなく端子５０１の間の位置ずれを生成する。コイル５０４のループがヒータ素子５００にて曲がることが許容されるときには、応力が生じ得る。コイル５０４は、支持ロッド又はチューブ５０２に渡って延在し得て、端子５０１と支持ロッド又はチューブ５０２の端との間にギャップを形成する。このギャップは、熱的膨張を補償して、位置ずれの間にクリアランスを提供し、支持ロッド又はチューブ５０２の中を通過していたかもしれない構造的負荷を取り除き（デカップルし）、これによって、支持ロッド又はチューブ５０２あるいはヒータ素子５００の故障を低減し得る。

図２に戻ると、マイカ支持構造又はマイカボックスが、支持構造として及び絶縁体として、加熱システム４００にて使用されることができる。端子５０１は、例えばリベットを使用して、マイカボックスの端及び電気的接続に固定され得る。マイカ壁はまた、左右のチャンネルを個別の副オーブンに分離して、ホットエア及び赤外放射が片側から反対側に横切ることを防ぐ。個別のオーブンの端は、支持構造まで延びてもよい。マイカボックスの端の内部の構造がワイヤガイドを提供して、ワイヤがドラムの回転表面に接触することを防いでもよい。

加熱素子から発せられる赤外エネルギーによって直接に照射されるマイカボックスの底部及び側部は、底部及び側部が熱によって膨れて変形することを防ぐために、保護されるべきである。ステンレススチール又は他の適切な反射性物質の薄い片から形成されたリフレクタ又は絶縁体をバリアとして使用して、膨れ又は変形を防止又は低減することができる。コールド始動のウォームアップの間、ヒータ素子は延長された時間期間の間、駆動され得る。エネルギーのいくらかは放射の形態でドラムに直接に転送され得て、エネルギーのいくらかは対流を介して直接に転送され得る。ドラムの内側表面に直接に転送しない放射は、リフレクタ又は絶縁体にあたり得る。放射のいくらかは、反射してドラムに戻り得る。ステンレススチールの反射率は特に高くはなく、フォトンの顕著な一部が金属に吸収されて熱に変換され得る。ステンレススチールの周囲のマイカボックス及び空気が非常に良い絶縁バリアを生成するので、金属はかなりの温度（例えば４００℃）まで加熱される。リフレクタは再放射することができて、そのときにはエネルギーが内側ドラム表面に向かって戻って、熱を対流を通じて空気に転送することができる。このプロセスは、ステンレススチールの高い融点によって可能にされる。

図２に示されるように、マイカオーブンは、ドラムの軸に沿って存在するクロスピースによって支持され得る。例えば、クロスピース４１０の一端はベアリングピン４１５を含み、これは、ドラム１４の一つのエンドベルの入れ子（ブッシング；bushing）の中にフィットし得る。クロスピース４１０の他端は、エンドベル３０を通ってドラム１４の外に突出し得て、ヒータ素子が１２時の方向を向くように直立して配置されるように、静止して保持される。この位置は、例示的な理由のみによって開示されており、１２時以外の任意の位置が使用され得ることに留意されたい。動作時には、ドラム１４は、ベアリングピン４１５がヒータシステムを所定の位置に保持するためのファスナとして使用されて、ヒータの周囲を回転することができる。

ドラム１４の冷却は、ドラム１４の内側を通じて空気を通すことによって達成され得る。ドラムヒータシステムはまた、ドラム１４の冷却を向上することができる支持バッフル又はその他の構造を、オーブンの外に含むことができる。バッフルは、冷却空気をドラム１４の表面に対して強制通気し得る。バッフルからの空気の速度成分はドラム１４の表面に鉛直であり得て、これより、冷却空気の質量に関連した熱転送率を増やす。

他の代替的な実施形態は、ドラムの一つの箇所に他より多くの熱を届けるヒータ素子及びコントローラを含み得る。例えば、ドラムの端はドラムの中央よりも冷える傾向にあるので、ヒータ素子は、より多くの熱をドラム１４の端に向かって消散させるように構成されることができる。

さらに、ある実施形態は接地されたグリッドを使用し得て、ホットエアと放射の大半とが放出されることを許容する接地されたグリッドでオーブンの頂部を覆う。この接地されたグリッドは安全要素として含まれることができて、動作のためには必要とされない。例えば、この接地されたグリッドは、加熱コイルが壊れるか又は接続が外れて非接地のドラムに接触しても、ユーザがショックを受けることから保護することができる。存在する場合には、この接地されたグリッドは、例えばヒータ素子から５ｍｍ離れて位置されることができる。

ドラムヒータは、ドラムの加熱を制御するチャンネルも含むことができる。本開示の様々な例示的な実施形態では、加熱システムは、ドラム１４の一方の側及び／又はドラム１４の他の側の加熱を独立して制御してもよい。この制御プロセスを使用することによって、ドラム表面、例えばドラム表面に沿った様々なゾーンは、より一様に加熱されることができる。図１に示されるファン５０及びセンサ５２を使用して、ドラムの熱の一様性を制御する手助けとしてもよい。

図４Ａ〜Ｂは、ヒータシステムと共に使用され得る熱的安全カットオフ回路の例示的な図である。温度ヒューズ６０４、６０５、６５５、６５６、６５７、及び６５８は、安全性の理由のために使用されることができる。２つの主チャンネル、例えば左及び右が、使用され得る。図面に示されている各々の回路は、一つの主チャンネルに対応することができる。図４Ａに示されているように、線間電圧が、２つのチャンネルにおいてドラムの上方に向けられ得る。温度ヒューズ６０４及び６０５は、主チャンネルに対して直列に配置されることができて、以下により詳細に説明されるように、対応するヒータ回路の上方に配置され得る。さらに、２つが示されているが、任意の数の温度ヒューズが使用され得る。線間電圧は、それから電源又はその他の電力管理回路ボードに戻ってもよく、リレー６０６がヒータ回路を直列又は並列構成に切り替える。図４Ｂに示されているように、温度ヒューズ６５５〜６５８は主チャンネルに配置されることができる。温度ヒューズ６５５〜６５８は再び、対応するヒータ素子の上方に配置されることができる。この配置は、ヒータ素子が２３０ボルト配置に構成されると、４つのヒューズ６５５〜６５８（直列に配置された２つのヒューズ）を使用する結果となり得る。図４Ａ及び４Ｂの両方において、リレー６０６は、ヒータ回路を直列又は並列配置に切り替えるように動作する。

上述のように、熱的ヒューズ又はカットオフ６０４、６０５、６５５、６５６、６５７、及び６５８は、ヒータ回路に隣接して配置されて過剰な熱状態を感知することができる。例えば、温度ヒューズは、図１に示される基材ガイド２０の上又は中に配置されることができる。カットオフをイメージングドラム１４に接近した熱的近傍に配置することによって、温度ヒューズは過剰な熱状態を感知して、加熱素子を電気的に切り離すように作用することができる。

図５は、第２の例示的なオーブンスタイルのヒータシステムの例示的な図である。図５に示されているように、このヒータシステム１００は、スピンドラムに使用された内部搭載されたヒータオーブンであり得る。ヒータシステム１００は、ヒータ素子１０２、搭載ハードウエア１０３、リフレクタ／ラジエータアセンブリ１０４、絶縁壁１０５、支持構造１０６、及び電気的接続１０７を含み得る。ヒータシステム１００はまた、４つのヒータ素子１０２も含むことができる。４つのヒータ素子１０２は例示的な理由のためのみで示されており、任意の数のヒータ素子を使用することができることに留意されたい。電気的接続１０７は、各ヒータ素子１０２の両端１０２ａにて形成されることができる。

図５に示されているように、代替的な実施形態は、マイカ及びステンレススチールの代わりに、陽極酸化されたアルミニウムのような高反射性材料で形成されたリフレクタを使用し得る。陽極酸化されたアルミニウムの反射率はステンレススチールの反射率よりもはるかに高いので、フォトンの大部分は内部ドラム表面に向かって反射して戻る。これより、ある場合の高反射率表面の効率は、絶縁されている非効率なリフレクタよりも良好であり得る。高反射率表面の使用は、その全体的な効率をさらに改善するためにそれとともに使用される絶縁体の使用を排除するものではない。

図２及び図５において、リベットが電気的接続１０７と共に使用されると、エンドベルがドラムに永久的に固定されているので、個別のヒータ素子１０２の引き続く取り外しが不可能であり得る。これより、図６に示されたヒータ素子２００を使用して、取り外しプロセスを単純化してもよい。

図６は、図５に示されているヒータシステム１００にて使用され得る第２のヒータ素子の例示的な図である。図６に示されているように、このヒータ素子２００は２つのチューブ２０１及び２０２を使用して形成され得る。チューブ２０１及び２０２は、水晶から形成され得る。チューブ２０１は、チューブ２０２よりも小さな直径を有してもよい。図６のチューブ２０１及び２０２は同軸に配置されて示されているが、ヒータ素子２００は、２つの別個のヒータチャンネルに対してシングルエンドのデバイスを含んで形成され得る。ヒータコイル２０３は、大きな方のチューブ２０２の外側に形成され得る。電線２０４が左のチャンネルに対して形成されて、小さい方のチューブ２０１の中心を通過する。左のチャンネルに対する帰還電線２０５は、小さな方のチューブ２０１の外径と大きな方のチューブ２０２の内径との間を通る。

同じ経路が、右のチャンネルの帰還電線２０６に対して利用されることができる。右側のチャンネルの通電電線２０７は、チューブの外部であることができる。４つの電線２０４〜２０７は、ヒータ素子２００の一方の側に位置する端コネクタ２０８にて終端され得る。ヒータ素子２００の他端は、オプションの機械的コネクタ２０９を含み得て、ヒータ素子２００がマウントに適切に配置されるようにそれを所定の位置にガイドする助けとなり得る。端コネクタ２０８及び２０９は、ヒータシステム１００の熱的な完全さを維持するために、セラミック材料で構成されてもよい。図６におけるヒータ素子２００は、２つのチャンネルがお互いに干渉しないことを確実にするスペーサ２１０を含み得る。

図７Ａ〜Ｅは、図６のヒータ素子を形成するための方法の例示的な図である。図７Ａに示されているように、左のコイル２０３ａの電線２０４は、小さなコイル２０１に挿入され得る。それから、図７Ｂに示されるように、左側に対する大きなチューブ２０２ａは、小さなチューブ２０１の上に挿入されてコイル２０３ａの中にすべり込まれ得る。図７Ｃに示されるように、スペーサセグメント２１０がそれから、小さなチューブ２０１及び電線２０５の上方にスリップされ得る。図７Ｄに示されるように、右側コイル２０３ｂの電線２０６は、別の大きなチューブ２０２ｂに挿入され得る。この構成はそれから、図７Ｅに示されるように、小さなチューブ２０１及び電線２０５の両方の上に挿入され得る。端コネクタ２０８及び２０９の少なくとも一方が、電線２０４〜２０７が端コネクタの一つで終端するように、ピン又は平坦ブレードのスタイルのコネクタに終端しているリード線で、所定の位置に固定され得る。端子線を有する端コネクタはそれから、電源に接続され得る。端コネクタはそれから、加熱システム１００に対する構造的な完全さを提供し、電気コネクタとして機能し得る。端コネクタ２０８及び２０９は、例えば接着剤で固定され得る。

図６及び図７Ａ〜Ｅに示されるヒータ素子２００は、ヒータ素子２００が動作し損なうと、ドラムのエンドベルスポーク領域のような開口を通したアクセスを介して、容易に取り外され得る。ヒータシステムの端のポートは、サービス担当者が、イメージングドラムアセンブリ全体の取り外し及び交換を行うことなく、電気的に接続を外されたヒータ素子を取り外してそれを新しいもので置き換えることを可能にし得る。長いヒータ素子を置き換えるときには、ヒータシステム１００の遠い／ブラインド端における搭載形状をサーチする必要がないように、ツールを使用してもよい。

オーブンタイプのヒータシステムを含み電気ケーブルから制御される一つ又はそれ以上のヒータ素子チャンネルを有するドラムが、イメージングドラムの内部を加熱するために使用され得る。ドラムヒータは一つ又はそれ以上の主ヒータチャンネルを有し得て、これらのヒータチャンネルの各々は２つ又はそれ以上の副チャンネルに区分され得る。主ヒータチャンネルは、ドラムの異なる領域に選択的に熱を印加するために使用され得る。例えば、ヒータシステム１００（図５）及び４００（図２）は、多量の印刷が主としてドラムの一端又は他端で行われる期間の間に、勾配制御を援助するための右及び左のチャンネルを有し得る。複数のチャンネルはまた、フリッカを許容可能なレベルまで低減する助けになり得る。

サーミスタのような熱感知デバイスがドラムの各端に配置されて、温度を感知し得る。感知された温度はそれから、２つのヒータチャンネルに結合されたコントローラに送られることができて、コントローラはヒータに伝達される平均電力を調節し得る。さらに、サーミスタの一つがドラムの一つ又は両方の端が過熱していることを感知すると、加熱システムの冷却のためにファンがオンされ得る。ドラムの一部が過熱されていなくても、冷却空気はドラム全体を冷却し得る。この状況では、過熱されていないドラムの端のヒータ素子が、冷却を補償するためにオンされなければならないかもしれない。

上記で論じられたヒータシステム１００及び４００は、２つの６００Ｗのチャンネルを含み得る。この配置は、フリッカ問題を適切なレベルに低減しながら、比較的速いウォームアップ率を許容する。各々の主チャンネルは、２つの副チャンネルを有し得る。これらの副チャンネルは、抵抗が等しくない副チャンネルの場合のように別個に延在してもよく、あるいは、抵抗が等しい副チャンネルの場合のように、直列又は並列に結合されて８７〜２６５ＶＡＣからの動作を可能にすることができる。ヒータを２３０ＶＡＣで駆動するときには直列配置が使用され得る一方で、並列の場合は１１５ＶＡＣに対してである。各々の副チャンネルは、等しい抵抗を有して且つ定格３００Ｗであり得る。２つより多くの副チャンネルから構成される主チャンネルもまた、精神及び範囲を逸脱することなく可能であることに留意されたい。

上述のように、各々の主ドラムヒータチャンネルは２つの別個のヒータ副チャンネルを有し得る。２つの別個のヒータ副チャンネルは、２つの動作モードを可能にし得る。例えば、２つの素子ワイヤは、１１５Ｖで並列（モード１）及び２３０Ｖで直列（モード２）にて動作し得る。使用される切り替え機構は、二極／二重投入リレーであることができて、これはプリンタエレクトロニクスから切り替え信号を受領する。モード１は、一つの主チャンネルあたり１１５Ｖで６００Ｗを提供し得て、米国及び日本のような線間電圧が低い国で動作することができる。モード２は、一つのチャンネルあたり２３０Ｖで６００Ｗを提供し得て、欧州及びオーストラリアのような線間電圧が高い国で動作し得る。

上述したヒータシステム１００及び４００は、一つの主チャンネルあたり２つの独立した素子ワイヤを含むように構成され得る。ワイヤの一つは１１５Ｖ動作のみのために使用され得て、他のワイヤは２３０Ｖ動作のみのために使用され得る。この配置で、２３０Ｖヒータシステムは、低電力レベルにより適してフリッカを低減する持続ヒータとして、１１５Ｖ環境で使用され得る。この配置は、一つの主チャンネルにつき２つの物理的ヒータ素子のみからの３つの使用可能な熱束を許容する。直列／並列構造では、素子ワイヤ自身が同じ直径及び同じ長さを有し得て、構造を単純化し得る。同じサイズの素子ワイヤは、より高い信頼性を提供し得る。さらに、直列／並列構造は、中間の直径を有する２つの等しいサイズのワイヤを結果としてもたらすか、又は、より大きなワイヤより直径が小さい（且つ非常に弱い）他のワイヤよりも直径が大きい（且つより強い）一つのワイヤを含み得る。

モード１は公称１１５Ｖの電線を含み、これは全ての低電圧動作（８７Ｖ〜１３２Ｖ）のために使用される。モード２は公称２３０Ｖの電線を含み、これは全ての高電圧動作（１９８Ｖ〜２６５Ｖ）のために使用される。これより、モード１及びモード２の両方が主チャンネル毎に６００ワットを提供し得る。２つのチャンネルを使用するとき、合計１２００ワットの電力が、コールドスタートからのウォームアップの間にドラムを加熱するために利用可能である。数値的な値は描写的のみであることに留意されたい。以下の表１は、モード１及び２のために使用され得る電流、電圧、及び抵抗の例を示している。

様々な例示的な実施形態では、印刷システム全体が、遭遇する可能性がある任意の線間電圧で動作するように構成され得る。例えば、印刷システムは、８７Ｖ（日本の低い線）と２６５Ｖ（欧州及びオーストラリアの高い線）との間で動作する自動切替え電源を有して構成され得て、印加された線間電圧を自動的に検出する。印刷システムが、延長された時間期間（プリンタの全寿命まで）の間にこの電圧範囲にて動作するように構成され得る一方で、印刷システムのヒータシステムは、この電圧範囲で動作する必要はない。ドラム加熱システムはこの線間電圧に接続され得るが、ヒータシステムのＲＭＳ電圧は「ＡＣサイクルドロップ」を通じて低減され得る。この構成は、ヒータシステムを、線間電圧にかかわらず（平均して）その定格電力又はそれ以下に保つことができる。これより、６００ワットチャンネルの各々は、印刷システムの動作線間電圧にかかわらず、最大６００ワットしか見ない可能性がある。

印刷システムにて制御された電力を提供するためのＡＣ電力線間電圧の使用は、変換なしに直接に負荷に印加されることができ、大きな電力容量があるので、費用対効果が非常に良くなることができる。いくつかのカラープリンタ印刷システムでは、ＡＣ電力の代わりにＤＣ電力が使用されると、大きな電力要求が製品コスト全体に加わり得る。これより、制御されたＡＣ電力は、代替案であり得る。なぜなら、「ゼロクロス検出器」を使用することによって、どれだけ多くの線サイクルが負荷（ヒータ）に送られるかを制御するために、トライアックが使用され得るからである。例えば、モード１（１１５Ｖチャンネル）では、線間電圧が１１５ＶＡＣであれば全サイクルが通過を許容され得る。線間電圧が１４０ＶＡＣであれば、そのときには、サイクルの一部のみが負荷へ通過することを許容され得る。線間電圧１００ボルトの１００オームのヒータシステムは、全サイクル動作では、１アンペアを流して１００ワットを生成し得る。

１４０ボルトでは、同じヒータシステムは１．４アンペアを流して、瞬間的に１９６ワットを提供する。しかし、このヒータシステムは、２サイクルのうちの約１サイクルのみしかオンし得ず、結果としてヒータへの平均電力は単に１００ワットになる。ヒータシステムへのサイクルの一部を制御することによって、電力システムは、任意の線間電圧の下で同じ有効電力を使用し得る。それゆえ、ヒータ素子及びトライアックは、ピークの定常状態電流及びワット数ではなく、高い線間電圧までのピーク過渡電流とワットとを取るように構成され得る。

印刷システムにおけるヒータ素子の抵抗及び電力は、ヒータの要件に依存して、いくらかの公称電圧で特定され得る。例えば、電圧は１１５Ｖ又は２３０Ｖであり得る。高い線間電圧は、標準の線間電圧よりも約１０％高いところで規定される。例えば、米国では電子デバイスは１２０Ｖで動作し、高い線間電圧は約１３２Ｖとして規定される。ヒータシステムは、１１５Ｖモードと２３０Ｖモードとの両方で動作し得て、各モードが感じる最大電圧がそれらの範囲の各々に対する高い線間電圧である。１１５Ｖラインは１３２ＶＡＣのピークＲＭＳ電圧を越えるものは感じるべきではなく、２３０Ｖラインは２６４ピークＲＭＳ電圧を越えるものは感じるべきではない。モード１及びモード２に対してそれぞれ１１５Ｖより低いか又は２３０Ｖよりも低い任意の電圧は、全サイクルがヒータシステムに送られる結果をもたらし得る。電圧が１１５Ｖ又は２３０Ｖの線間電圧を越えて（１３２Ｖ又は２６４Ｖまで）増加すると、サイクルドロップが印刷システムへのサイクル数を低減し得て、結果としてそれぞれ１１５Ｖ又は２３０Ｖのそれに等価なワット数をもたらし得る。

上述のヒータシステムは、非常に信頼性が高い。これより、このヒータシステムは、例えば、高デューティーサイクルのネットワークプリンタであって300,000から300万プリントの間のサービス寿命を有して５年間に渡って使用され続けることが期待されるイメージングシステムにて使用されることができる。直列及び／又は並列動作の複数のヒータチャンネルの使用は、フリッカを低減し、ウォームアップ時間を減らし、信頼性を増加させる。これは、このヒータシステムが、短い間隔に対して、より高いワット数ではなく、それらの定格のワット数で動作し得るからである。複数のヒータチャンネルは、反復されるウォームアップ及びサイクルドロップによって引き起こされる熱的／機械的な応力を低減し得る。

イメージングシステムのドラムシステムの例示的な図である。 ドラムにて使用されるオーブンタイプのヒータシステムの例示的な図である。 図２のオーブンタイプのヒータシステムにて使用されるヒータ素子の例示的な図である。 図２のオーブンタイプのヒータシステムにて使用されるヒータ素子の例示的な図である。 ヒータシステムのために使用され得る温度ヒューズ回路の例示的な図である。 ヒータシステムのために使用され得る温度ヒューズ回路の例示的な図である。 第２のオーブンスタイルヒータシステムの例示的な図である。 第２のオーブンスタイルのヒータシステムにて使用され得る第２のヒータ素子の例示的な図である。 図６におけるヒータ素子を形成するための方法の例示的な図である。 図６におけるヒータ素子を形成するための方法の例示的な図である。 図６におけるヒータ素子を形成するための方法の例示的な図である。 図６におけるヒータ素子を形成するための方法の例示的な図である。 図６におけるヒータ素子を形成するための方法の例示的な図である。

符号の説明

１０ ドラムシステム、１２ 中間転写表面、１４ ドラム、２０ 基材ガイド、２１ 基材、２３ ローラ、２７ プレヒータプレート、３０ エンドベル、５０ ファン、５２ 温度センサ、５３ 温度コントローラ、４００ ヒータシステム。

Claims (3)

1. イメージングドラムのための加熱システムであって、
   前記イメージングドラムの内側に位置し、内部ドラム表面に面して開いた側部を含むヒータボックスと、
   前記ヒータボックスに位置した少なくとも一つのヒータ素子と、を備え、
   前記ヒータ素子は、さらに、
   中央の支持構造の上に配置された第１及び第２の支持構造であって、前記第１の支持構造が前記第２の支持構造から離れた一端に端コネクタを有する、第１及び第２の支持構造と、
   前記第１の支持構造の周囲に形成された第１のコイルと、
   前記第２の支持構造の周囲に形成された第２のコイルであって、前記第２のコイルの一端が、前記第２の支持構造を通って前記端コネクタに向かって前記中央支持構造の内部に延在している電線に結合されている、第２のコイルと、を含む、
   加熱システム。
2. 請求項１に記載の加熱システムであって、
   前記ヒータボックス内に位置する複数のヒータ素子と、
   少なくとも２つのヒータ回路と、
   前記ヒータ回路にそれぞれ対応する少なくとも２つのチャネルと、
   前記ヒータ回路を直列接続または並列接続に切り替えて前記複数のヒータ素子を動作させるように、動作するリレースイッチと、をさらに備える、
   加熱システム。
3. 請求項１に記載の加熱システムであって、
   少なくとも一つのヒータ素子は、支持構造と、前記支持構造の一部に巻きつけられた加熱素子と、前記支持構造の端に位置した電気端子であって、各々が、前記巻きつけられた加熱素子の無通電な巻線によって前記支持構造に結合されている締め具を含む、電気端子と、をさらに備える、加熱システム。
   
   

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