JP6896662B2 - 固体定着ヒーター及び動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、静電写真式画像印刷装置に関し、より具体的には、印刷装置において基材上に画像を定着させるように構成された固体ヒーターに関する。

電子写真印刷又はコピーとして一般に知られている静電写真式印刷において、重要なプロセスステップは、「定着」として知られている。電子写真プロセスの定着ステップにおいて、用紙などの画像形成基材上に画像様式で配置されたトナーなどの乾式マーキング材料には、基材上に永久にトナーを溶融又は定着させるために熱及び／又は圧力がかけられる。このようにして、耐久性のある汚れのない画像が基材上にレンダリングされる。

市販プリンタにおいて使用される定着装置の最も一般的な設計は、典型的には定着ロール及び加圧ロールと称される２つのロールを含み、それらの間に基材を通過させるためのニップを形成する。典型的には、定着ロールは、さらに、その内部に配置された１つ以上の加熱素子を含み、加熱素子は、電流がそこを通過するのに応答して熱を放射する。熱及び圧力の組み合わせが、例えば、米国特許第５，４５２，０６５号明細書；米国特許第５，４９３，３７３号明細書；及び米国特許第７，４６０，８２２号明細書に示されるように画像を連続的に定着するように、加熱素子からの熱は、定着されるべき画像を有する基材の側に順次接触する定着ロールの表面を通過する。

ベルト定着器は、無端ベルトがベルトガイドのまわりにループされる定着装置の一種である。加圧ローラは、加圧ローラと定着ローラとの間に介在する無端ベルトによってトナー像を有するシートを定着ローラに押し付ける。トナー像の定着温度は、ベルトのループにおいて定着ローラと接触するセンサなどのセンサによって検出されることができる定着ローラの温度に基づいて制御される。定着ローラと加圧ローラとの間に位置する加圧部にはニップ領域が形成されている。ベルト定着器におけるベルトは、典型的には、定着器アセンブリが大抵の場合にカセット内に封入されるため短く、そのような定着器カセットは可能な限り小さいことが望ましい。ベルト定着器の例は、例えば、米国特許第７，２２８，０８２号明細書、米国特許第７，９８６，８９３号明細書及び米国特許第８，１２１，５２８号明細書に示されている。

熱を放射するための１つの構成は、窒化アルミニウムなどのセラミック製の加熱ボードと、加熱ボード上に形成された抵抗トレースとを備えるヒーターによって定着器ベルトを加熱するように構成された抵抗ヒーターであり、加熱ボードは、抵抗トレースから定着器ベルトに熱を伝達する。例えば、抵抗トレースは、窒化アルミニウム表面に設けられ、熱は、その後に抵抗層から窒化アルミニウム表面に移動した後に窒化アルミニウム表面から移動してベルトを加熱しなければならないトレース（抵抗層）において発生された。それは、定着器ベルトによって行われる定着機能を促進するように定着器ベルトに熱を供給するこの複雑な熱伝達であった。例えば、米国特許第７，１９３，１８０号明細書に示されているように、基材と、基材上に形成された第１の抵抗トレースと、第１のトレースと少なくとも部分的に重なるように形成された第２の抵抗トレースとを備えるヒーターによって定着器ベルトを加熱するように構成された抵抗ヒーターが開示されている。定着ロール又はベルトの内部に熱を放射するための他の構成は、加熱ボードを加熱するように構成されたランプを使用することである。これらの定着器の固体ヒーター素子は、時間のかかるプロセスで製造される高コストのベース材料及びインクから構成され、ベルトのストールを防止するための軸方向温度制御及び予熱のための複雑な制御戦略を必要とする。

金属及びセラミック材料は、優れた熱伝導特性と連続的に高温に晒されたときに熱破壊に耐えるための向上した能力とを有することが知られており、それは、定着器ユニットにおいて使用されるものなどの高温発熱素子に使用するために最もよく適合することが知られているこれらの材料である。特定の設計において、加熱ロールは、加熱プロセスにしたがって発生された余分な熱を十分に放散するために追加される。しかしながら、上述した理由及び本願明細書を読んで理解することによって当業者にとって明らかになるであろう以下に述べる他の理由のために、静電写真式印刷における新たな加熱素子設計の必要性が当該技術分野において存在する。そのような設計が加熱ロール及び他の追加の構造の必要性を効果的に仲介する場合には有益であろう。加熱素子の改良された独立制御の必要性も存在する。

以下は、本教示の１つ以上の実施形態又は例のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために簡略化した概要を提示する。この概要は、広範な概要ではなく、本教示の重要な又は重大な要素を特定することも、本開示の範囲を詳しく説明することも意図するものではない。むしろ、その主な目的は、単に後述する詳細な説明の序文として簡略化した形態で１つ以上の概念を提示することにすぎない。さらなる目的及び利点は、図面の説明、本開示の詳細な説明、及び特許請求の範囲においてより明白になるであろう。

例は、定着器ベルトヒーターとしてシリコンウェハを含み、定着器ベルトヒーター全体は、エネルギ生成のための回路経路を形成することができる。本発明者らは、シリコンウェハ材料が今日使用される高価なセラミックと同様の熱伝導特性（図３）を呈することを見出した。シリコンウェハヒーターは、約１５０℃−２５０℃という典型的な定着温度要件をはるかに超える３７０℃−３８０℃の温度に耐えることができる。シリコンウェハヒーターはまた、シリコンウェハとベルトの接触領域との間における低摩耗率にそれ自体役立つ表面特性を有する。

半導体技術の使用により、公知の製造プロセス又は所望の導電性（例えば、０．００５−１００Ω−ｃｍ）を呈する再生シリコンウェハによって形成されるシリコンウェハヒーターの製造が使用されることができる。さらに、電子写真装置のプリンタからこの機能要件を除去するという利点を提供する温度の自己調整／制御に使用するために、シリコンウェハに回路が一体化されることができる。この設計により、素子の熱的検出は、外部サーミスタ、制御回路、及び熱サイクルを排除することがそれゆえに必要とされない。全てのシリコンウェハ回路部品（例えば、サーミスタ、抵抗器、ダイオード、トランジスタ）は、実際のヒーター素子の一部とすることができる。これらの回路の多くは、単一シリコンウェハ素子上又は内に配置されることができ、それゆえに、独立して制御される温度ブロックのマトリクスを形成する。これらの素子のサイズに起因して、そのようなシリコンウェハヒーターは、従来の定着器システムよりも低コストで製造されて操作されることができる。

本開示において具現化される上述の及び／又は他の態様及びユーティリティは、画像をシート上に印刷するように構成された印刷装置を提供することによって達成されることができる。印刷装置は、画像を処理してシート上に印刷するための画像形成装置と、画像を現像するための画像現像装置と、画像をシート上に転写するための転写装置と、定着装置とを含むことができる。定着装置は、定着器及び加圧ロールを含むことができる。定着器は、ヒーター及び定着器ベルトを含むことができ、ヒーターは、ニップにおいて定着器ベルトを接触させて加熱するように構成された第１の側と、ニップから遠位の第２の側においてシリコンウェハに取り付けられた回路とを有するシリコンウェハを有する。回路は、シリコンウェハを介して熱を発生させて定着器ベルトを加熱するように構成されることができる。加圧ロールは、シート上に画像を永久的に定着させるようにシートが搬送されるニップを定着器ベルトと加圧ロールとの間に形成することができる。

本願明細書に示される態様によれば、印刷装置において使用可能な例示的な定着装置は、シート上に画像を永久的に定着させるようにシートが搬送される定着器ベルトと加圧ロールとの間のニップにおいて定着器ベルトを加熱するように構成されたヒーターを含むことができ、ヒーターは、ニップにおいて定着器ベルトを接触させて加熱するように構成された第１の側を有するシリコンウェハと、ニップから遠位の第２の側においてシリコンウェハに取り付けられ、定着器ベルトを加熱するようにシリコンウェハを介して熱を発生させるように構成された回路とを有する。回路は、複数の発熱集積回路を含むことができ、各発熱集積回路は、発熱集積回路からシリコンウェハの第１の側までシリコンウェハの一部を加熱するように構成されている。発熱集積回路は、例えば、エッチングによってシリコンウェハ内に形成されることができ、各発熱集積回路は、絶縁された抵抗加熱素子である。発熱集積回路は、ニップを横断する任意のシートの幅よりも長い長さを有する固体シリコンウェハアレイ・ヒーターを形成するアレイ状に製造されることができる。各集積回路は、例えば、定着器ベルトを加熱するシリコンウェハ内の所望の温度を維持するために加熱オン状態と加熱オフ状態との間で交互に自動的に切り替えることにより、シリコンウェハに発生したその熱量を自己制御するように意図的に設計されることができる。

本願明細書に示される態様によれば、印刷装置において使用可能な定着器を動作させる方法は、ニップを介してシートを搬送することと、シリコンウェハに取り付けられた回路としての複数の集積回路によってシリコンウェハの第１の側を加熱することであって、複数の集積回路のそれぞれが各集積回路とシリコンウェハの第１の側との間においてシリコンウェハの一部を加熱するように構成されていることと、ベルトを介して加熱されたシリコンウェハによってニップにおいてシート上に画像を定着させることとを含む。加熱ステップは、シリコンウェハにエッチングされた複数の集積回路によってシリコンウェハの第１の側を加熱することを含むことができ、複数の集積回路は、シートの幅よりも長い長さを有するアレイ状に配置される。本方法はまた、定着器ベルトを加熱するシリコンウェハ内の所望の温度を維持するために加熱オン状態と加熱オフ状態との間で交互に自動的に切り替える集積回路のそれぞれによって印加される熱量を集積回路が自己制御することを含むことができる。

例示的な実施形態が本願明細書に記載される。しかしながら、本願明細書に記載された装置及びシステムの特徴を組み込む任意のシステムは、例示的な実施形態の範囲及び精神に包含されることが想定される。

同様の参照符号が同様又は同一の要素を示す以下の図面を参照して、開示された装置、機構及び方法の様々な例示的な実施形態が詳細に記載される。

図１は、本開示の定着装置の実施形態を含む例示的なトナー像形成静電写真式装置の関連要素を示す立面図である。 図２は、図１の定着装置の拡大概略側面図である。 図３は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム及びシリコンの分析特性を記載する表である。 図４は、例示的な実施形態にかかるシリコンウェハの平面図である。 図５は、例示的な実施形態にかかる集積回路加熱素子の概略図である。 図６は、例示的な実施形態にかかる定着装置の断面図である。

本願明細書に開示された装置、システム及び方法の実例が以下に提供される。装置、システム、及び方法の実施形態は、以下に記載される例の任意の１つ以上を、及びその任意の組み合わせを含むことができる。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されることができ、以下に記載される実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの例示的な実施形態は、本開示が完璧且つ完全であり、且つ本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。したがって、例示的な実施形態は、本願明細書に記載された装置、機構及び方法の精神及び範囲内に含まれることができる全ての代替例、変更例、及び均等物を包含するように意図される。

開示されたプリンタ及び定着システムは、従来の制御システムの適切な動作によって動作されて制御されることができる。多くの先行特許及び商品によって教示されるように、イメージング、印刷、紙の取り扱い、及び他の制御機能と、従来の又は汎用マイクロプロセッサのためのソフトウェア命令を有するロジックとをプログラミングして実行することは周知であり且つ好ましい。そのようなプログラミング又はソフトウェアは、当然のことながら、特定の機能、ソフトウェアの種類、及び利用されるマイクロプロセッサ又は他のコンピュータシステムに依存して変化することができるが、コンピュータ技術のソフトウェアの一般的知識とともに、本願明細書において提供されるもの、及び／又は従来の機能の予備知識などの機能の説明にとって利用可能であるか又はそれらから過度の実験なしに容易にプログラミング可能である。あるいは、任意の開示された制御システム又は方法は、標準的な論理回路又は単一チップＶＬＳＩ設計を使用して、部分的又は完全にハードウェアで実装されてもよい。

周知の出発材料、処理技術、構成要素、装置及び他の周知の詳細の記載は、本開示の詳細を不必要に不明瞭にしないように、単に要約又は省略されることができることを最初に指摘する。それゆえに、他の方法で詳細が周知である場合、それらの詳細に関連する選択肢を提案又は決定するために本開示の適用に委ねる。本願明細書に示される特定の構成要素の取り付け、構成要素の作動、又は構成要素の駆動システムの多くは単に例示にすぎず、同一の新規な動作及び機能が多くの他の既知の又は容易に利用可能な代替手段によって提供されることができることは、各エンジニアなどによって理解されるであろう。

量に関連して使用される修飾語「約」は、記載された値を含み、文脈によって示される意味を有する（例えば、少なくとも特定量の測定値に関連する誤差の程度を含む）。特定値を使用する場合、同様にその値を開示しているものとして考える必要がある。

本願明細書における任意の数値範囲を参照する場合、そのような範囲は、記載された範囲の最小値と最大値との間の全ての数及び／又は分数を含むように理解される。文脈上他が明確に示されていない限り、同じことが本願明細書に記載された数値的特性及び／又は要素的範囲に互いに適用される。

用語「印刷媒体」、「印刷基材」、「印刷シート」及び「シート」は、一般に、事前に切断されるものであるか又はウェブ供給されるものであるかにかかわらず、紙、ポリマー、マイラー材料、プラスチック、又は他の適切な物理的印刷媒体基材、シート、ウェブなど、画像用の通常は柔軟な物理的シートを指す。

本願明細書において使用される用語「印刷装置」、「イメージング機」又は「印刷システム」は、ディジタル複写機若しくはプリンタ、スキャナ、画像印刷機、電子写真装置、静電装置、ディジタルプロダクションプレス、文書処理システム、画像再生機、製本機、ファクシミリ装置、複合機、又はいくつかのマーキングエンジン、供給機構、走査アセンブリ、並びに紙フィーダ、フィニッシャなどの他の印刷媒体処理ユニットを含むことができる一般に印刷処理などを行うのに有用な装置を指す。「印刷システム」は、シート、ウェブ、基材などを取り扱うことができる。印刷システムは、任意の表面などにマークを付けることができ、入力シート上のマークを読み取る任意の機械又はそのような機械の任意の組み合わせである。

本願明細書において使用される用語「回路」は、１つ以上の別個の素子の形態又はそれ以外にかかわらず、限定されるものではないが、所定領域における熱出力などの所望の電気出力又は物理的結果を得るための所定の電気的特性を有する任意の構造を指す。

ここで図１を参照すると、静電写真式又はトナー印刷装置８が示されている。周知のように、像形成可能面１２を有し且つ方向１３に回転可能な電荷受容体又は感光体１０は、帯電装置１４によって均一に帯電され、表面１２上に静電潜像を形成するように露光装置１６によって像様に露光される。その後、潜像は、例えばそのような潜像に帯電トナー粒子２２を供給するための現像ロール２０を含む現像装置１８によって現像される。現像ロール２０は、当該技術分野において周知である磁気ブラシロール又はドナーロールなどの様々な設計のいずれかとすることができる。帯電トナー粒子２２は、潜像の適切に帯電した領域に付着する。そして、感光体１０の表面は、矢印１３によって示されるように、一般に符号３０として示される転写領域に移動する。同時に、所望の画像が印刷されることになる印刷シート２４がシート供給スタック３６から引き出され、シート経路４０に沿って転写領域３０に搬送される。

転写領域３０において、印刷シート２４は、この時点でトナー粒子をその上に担持している感光体１０の表面１２と接触するか又は少なくとも近接する。転写領域３０におけるコロトロン又は他の帯電源３２は、感光体１０上のトナー像を印刷シート２４に静電的に転写させる。そして、印刷シート２４は、当該技術分野において周知のように、本開示の高精度加熱及び定着装置２００を有する定着ステーションを含む後続ステーションに送られた後、排出トレイ６０に送られる。表面１２から印刷シート２４へのトナー像のそのような転写に続き、例えばクリーニングブレード４６を含むトナー像露出表面クリーニング装置４４により、表面１２上に残っている任意の残留トナー粒子が除去される。

さらに示されるように、印刷装置８は、好ましくは、中央処理装置（ＣＰＵ）、電子記憶装置１０２及びディスプレイ若しくはユーザインターフェース（ＵＩ）１００を有するプログラム可能で内蔵型の専用ミニコンピュータである、参照符号９０によって一般に示されるコントローラ又は電子制御サブシステム（ＥＳＳ）を含む。ＵＩ１００において、ユーザは、印刷されることになる複数の異なる所定サイズのシートのうちの１つを選択することができる。センサ、ルックアップテーブル２０２及び接続部の助けを借りる従来のＥＳＳ９０は、生成及び定着されたトナー像の画素数などの画像データを読み取り、捕捉し、準備し、処理することができる。そのため、それは、本開示の定着装置２００を含む印刷装置８の構成要素用の主制御システム及び他のサブシステムである。

ここで図２を参照すると、本開示の定着装置２００は、詳細に示されており、静電写真式印刷装置８における未定着トナー像２１３の均一且つ高品質の加熱に適している。示されているように、装置２００は、定着器ベルト２１０などの定着ロール部材と定着ニップ２０６を形成して取り付けられた回転可能な加圧部材又はロール２０４を含む。ヒーター９０Ａは、定着器ベルト２１０の内径と接触して配置されている。ヒーター９０Ｂは、設計構成によって必要に応じてオプションである。それゆえに、その上に未定着トナー像２１３を担持するコピーシート２４は、高品質定着のために定着ニップ２０６を介して矢印２１１の方向に供給されることができる。

定着システムの特定の構成に限定されるものではないが、開示された例は、定着器ベルトがベルト支持体（例えば、ベルトガイド、ローラ）及び定着器ベルト表面に熱を与えるための固定熱源のまわりに駆動されるベルト式定着システムにおいて特に使用可能とすることができる。開示された例によれば、例えば、定着器表面に放射加熱を提供するように取り付けられることができる石英ランプ又はセラミック加熱ボードを有する代わりに、集積回路（ＩＣ）のアレイ、大規模半連続抵抗素子又は同様の構成のいずれかの形態とすることができる電気回路（例えば、電極）を有するシリコンウェハは、ベルトが比較的軟らかい対向加圧部材（例えば、加圧ロール）とニップを形成する点でベルトに押圧されることができ、ニップは、このベルト式定着装置が集積構成要素を構成することができる画像形成装置のために確立される定着要件に応じたニップ長を有する。定着器ベルトは、コピーシート及び加圧ロールとの相互作用に応じてシリコンウェハヒーター素子の表面を横切って平行移動するように付勢されている。

定着器ベルト２１０の例は、ポリマー材料から構成される少なくとも１つの層を含むことができる。例えば、定着器ベルト２１０は、内面を形成するベース層と、ベース層を覆う中間層と、中間層を覆う外面を形成する外層とを含むことができる。内層は、ポリイミドなどから構成されることができ、中間層は、シリコンなどの順応性材料から構成されることができ、外層は、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））などの低摩擦特性を有するフルオロポリマーから構成されることができる。定着器ベルト２１０は、定着装置２００内で弾性変形されるのを可能とする厚さ及び材料組成を有する。

他の例において、定着器ベルト２１０は、金属又は金属合金（例えば、鋼鉄、ステンレス鋼）を含むことができる。金属又は金属合金は、中間層を形成する弾性材料（例えば、シリコン）によってコーティングされることができる。低摩擦特性を有する材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＴＥ）、ペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ））が定着器ベルト２１０の外層を形成するために中間層上に塗布されることができる。

ヒーター材料としてのシリコンの追加の利点は、材料自体に回路を生成するための機会である。これは、固体定着ヒーターとしてのシリコンウェハの使用を可能とする。本願明細書において使用される用語「固体」は、電流を切り替えて増幅するように特別に設計された、電流が固体素子及び固体物質内の化合物に閉じ込められている固体物質から完全に構築されたそれらの回路又は装置を指す。本願明細書において言及される固体は、アクティブ及びパッシブ部品を有する半導体基材を含むことができる。アクティブ部品は、無線などの「固体」装置を記載するときに通常関連する用語であるトランジスタ及びダイオードを含む。パッシブ部品のみを有する装置（例えば、抵抗器、コンデンサ、インダクタ）は、固体物質から構成されるが、これらの装置は、増幅又は整流機能を何ら有しないため、「固体」とはみなされない。上述した従来の定着ヒーターを含むこれらのパッシブ装置は、固体装置−トランジスタに導入する前に数十年も真空管に使用されてきた。

図４は、ダイ４１０を含む複数のダイを含むシリコンウェハ４００の例示的な平面図である。本願明細書において使用される場合、用語「ウェハ」は、集積回路及び他のマイクロ電子装置などの「ダイ」の製造に使用されるシリコン結晶などの電子グレードの半導体材料の薄いスライスを指す。当該技術分野において周知のように、ウェハは、ドーピング又はイオン注入、エッチング、様々な材料の蒸着、及びフォトリソグラフィパターニングなどの製造処理ステップを使用してその内部及びその上にダイが製造される基材としての役割を果たす。図４において、ダイのそれぞれは、ダイが製造されることができる潜在的な製造領域４２０内の小さな矩形によって表される。矩形４１０は、１つの特定のダイを表している。本願明細書において使用される場合、用語「ダイ」は、所定の機能回路が製造されることができる半導体材料の小さなブロックを指す。典型的には、複数のダイがウェハ４００の内部及び／又はその上に生成される。用語「ダイ」、「マイクロチップ」、「チップ」及び「集積回路」は、本願明細書においては互換的に使用され、「集積回路」は、一般的な目的を達成するために、半導体材料の小片に接続された電子部品（例えば、抵抗器、トランジスタ、コンデンサ）の電子回路を指す。

シリコンウェハ４００は、多片に切断（又は「ダイシング」）されることができる。具体的には、ウェハは、例示的な定着ヒーターを形成するダイ４１０の群又はアレイ４２０に切断されることができ、ダイは、分離された加熱素子である。アレイ４２０は、当該技術分野において周知であるように、例えば、機械的ソーイングによって（通常はダイシングソーと称される機械による）又はレーザ切断により、スクライブ及び破断することによって分離（又は「ダイシング」）されることができる。他のダイ４１０のアレイもまた、ウェハ４００からダイシングされることができ、アレイのサイズは、ダイ４１０の任意の特定のサイズ又は個数に限定されるものではない。

ヒーター素子の寸法は、単に例示にすぎず、任意の特定の寸法に範囲を限定するものではないことが理解される。例によれば、ヒーター９０Ａは、ダイのシリコンウェハアレイ４２０を含む。アレイ４２０は、約３５０ｍｍにわたる長さ及び約１２ｍｍの上下幅を有することができる。例において、アレイ４２０は、定着ニップ２０６を通って供給される印刷シートの幅を少なくとも覆うように印刷装置によって印刷される任意の印刷シート２４の幅よりも長い長さを有することができる。ヒーターは、定着ニップ２０６を通って矢印２１１の方向に供給される印刷シート２４の幅にわたって印刷シートを定着するために定着器ベルト２１０を十分に加熱するようにヒーター９０Ａの長さに沿って延在することができる１つのアレイ４２０を含むことができる。シリコンウェハは、ここでは長さが少なくとも約３５０ｍｍのシリコンウェハアレイを考慮に入れることができるサイズで合理的に製造されているにすぎない。ヒーターはまた、定着のために印刷シート全体の加熱を確実にするためにヒーターの長さに沿って結合された複数のアレイ４２０を含むことができる。

さらに図４を参照すると、ウェハ４００は、定着器ベルト２１０の内面に接触するように構成され且つニップ２０６において定着器ベルトを加熱する平滑面（図２）と、平滑面とは反対側のウェハの粗面に取り付けられた回路（例えば、集積回路（ＩＣ））とを有し、回路は、定着器ベルトを加熱するようにウェハの平滑面を介して熱を発生させるように構成されている。集積回路と平滑面との間のシリコンウェハは、約１ミルの厚さよりも薄くすることができ、シリコン材料の高い導電性に起因して、個々の回路から発生した熱は、定着器ベルト２１０まで容易に通過する。シリコン材料はまた、シリコン表面の局所加熱をより均一な状態にする傾向があるという利点を提供する。ウェハアレイ４２０は、電荷キャリアがシリコンウェハ内に完全に閉じ込められている固体物質から完全に構築された発熱回路を含むため、固体ヒーターである。

電気回路がシリコンウェハアレイ４２０とともに構成及び／又は形成されることができる無数の方法がある。個々の電気回路は、従来のヒーター構成要素の表面を加熱するために電気トレースが提供される従来の回路と同様にみえることができる。抵抗素子及びアレイの組み合わせが提供されてもよく、自己生成型及び／又は自己制御型であってもよい。従来の定着加熱バー構成要素を超える利点は、シリコンウェハ４００にエッチングされた発熱集積回路として個々に「ピクセル化」された電気回路の能力にある。熱回路を回避するために熱を放散する方法を決定する代わりに、発熱回路は、放散機構が定着器ベルトに熱を伝達する際に熱を生成（発生）するように設計されている。

集積回路は、特定の定着温度設定値（例えば、約１５０℃−２５０℃）を定義することができるシリコンウェハアレイ４２０上に作製されることができる。回路は、画像を定着するためのベルトを加熱するために選択された材料を介してエネルギを生成するために使用可能とすることができる。図５は、ダイ４１０のうちの１つを形成するためにシリコンウェハ４００の内部又はその上に製造されることができる例示的な集積回路５００の概略図である。回路５００は、抵抗又はジュール加熱によって電気を熱に変換する加熱素子である。電圧源５１０からの電流は、トランジスタ５２０（例えば、ＮＰＮトランジスタ）を通過し、負荷抵抗器５３０（例えば、５００Ω）と遭遇し、回路の加熱をもたらす。集積回路５００はまた、シリコンウェハに発生するその熱量を自己制御又は自己調整するように意図的に設計されている。図５からわかるように、回路５００の加熱は、トランジスタ５２０がスイッチオンされている間は継続する。

回路５００は、サーミスタ５４０、５５０を含む。特定の理論に限定されるわけではないが、例示的な集積回路５００において、サーミスタ５４０は、温度が上昇するのにともない抵抗が増加する正温度係数（ＰＴＣ）サーミスタ（例えば、１０ＫΩ）であり、サーミスタ５５０は、温度が上昇するのにともない抵抗を減少させる負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタ（例えば、１ＫΩ）である。ＰＴＣサーミスタ５４０は、低レベルの電流を形成してＰＴＣトランジスタが効果的にオフであるときに二次加熱手段の形成を回避するように例えば１０ＫΩなどに高く設定されることができる。これは、以下により詳細に記載されるように、ＮＴＣサーミスタ５５０の抵抗が加温負荷抵抗器５３０と同等未満に到達するか又は低下するまでトランジスタ５２０が動作するのを可能とする。

最初に、ＮＴＣサーミスタ５５０が抵抗器５３０より高く設定されていると、トランジスタ５２０は飽和して「オン」になり、回路５００及び周囲のシリコンは加熱される。回路温度が上昇すると、ＮＴＣサーミスタ５５０の抵抗は減少する。最終的に、温度が上昇すると、ＮＴＣサーミスタ５５０の抵抗は、負荷抵抗器５３０の抵抗未満に低下する。これが起こると、トランジスタ５２０は、「オフ」に切り替えられ、電流は抵抗器５３０を流れない。代わりに、電流は、サーミスタ５４０からサーミスタ５５０へと流れる。回路５００は、抵抗器５３０を流れる電流なしにその加熱された温度から冷却され、温度が低下するのにともないＮＴＣサーミスタ５５０の抵抗を順次増加させる。トランジスタ５２０が「オン」に戻るとすぐに、このＮＴＣサーミスタの抵抗の増加は、抵抗が抵抗器５３０の設定抵抗値を超えて上昇するまで継続し、電流が再度抵抗器５３０を流れると回路５００は熱くなる。当然のことながら、回路温度が上昇すると、ＮＴＣサーミスタの抵抗は再度低下し、最終的に抵抗器５３０の設定抵抗値を下回り、トランジスタを「オフ」にする。加熱オン状態と加熱オフ状態との間におけるこの自動交互切り替えは、ヒーター９０Ａ（図２）についての定着温度などの所望の温度まわりに集積回路５００の温度振動を維持する。それゆえに、この集積回路５００の自己制御特徴は、定着器ベルトを加熱するようにシリコンウェハ内の所望の温度を維持することができる。

複数の個々の発熱回路のうち各個々の発熱回路５００は、特定の温度で動作し且つ固体ヒーター素子の設計に応じてその個々の温度に対して自己調整するように設計されている点で自己制御することができる。実施形態において、例えば、上述したように、例えば、定着装置によって紙媒体に定着されるように形成されている画像に対する異なるサイズ、組成、及び材料における所望の熱入力能力ベースの差異を構成するために発熱素子のそれぞれについての特定の温度設定値を変更するために電気バイアスが印加されることができる。

図６は、図１及び図２の定着装置２００と同様の印刷装置において使用可能な例示的な定着装置６００を示している。図６に示される定着装置６００の実施形態は、例えば、印刷装置８における定着装置２００の場所において使用されることができる。印刷装置８は、様々なサイズ及び重さを有するコート又は非コート（普通）紙などの様々な媒体から印刷物を生成するために使用されることができる。

定着装置６００は、外面６１２及び内面６１４を有する連続定着器ベルト２１０と、外面６２２と接触する外面６１６を有する加圧ロール２０４とを含む。加圧ロール２０４の外面６１６及び定着器ベルト２１０の外面６１２は、ニップ２０６を形成する。例において、加圧ロール２０４は、駆動ロールであり、定着器ベルト２１０は、加圧ロール２０４との係合によって自由回転して駆動される。加圧ロール２０４は、ベルトを反時計まわりに回転させてニップ２０６を介して媒体を搬送させるように時計まわりに回転することができる。

示された加圧ロール２０４は、コア６１８と、コア上に設けられた内層６２０と、内層上に設けられた外層６２２とを含む。コア６１８は、金属、金属合金、又は耐久性のあるプラスチックを含むことができ、内層６２０は、シリコンなどの弾性材料から構成され、外層６２２は、テフロン（登録商標）などの低摩擦材料から構成される。

定着装置６００は、さらに、定着器ベルト２１０の内部に位置するヒーター９０Ａを有する定着器６１０を含む。ヒーター９０Ａは、固定され且つ定着器ベルト２１０に沿って軸方向（長手方向）に延在するダイ４１０のシリコンウェハアレイ４２０を含む。例において、ウェハアレイ４２０は、ニップ２０６に位置し、ニップに対して回転される定着器ベルト２１０を加熱するように構成されている。ウェハアレイ４２０は、ベルト対向面を有する平滑面６３０と、反対側の粗面６３２とを含み、ベルト対向面は、定着器ベルト２１０の内面６１４と接触するように構成されている。シリコンウェハアレイ４２０は、熱伝導によって定着器ベルト２１０を加熱する。平滑面６３０のベルト対向面は、平面とすることができ、実質的に、ベルト対向面全体は、定着器ベルト２１０の内面６１４に接触することができる。シリコンから構成される平滑面６３０は、低摩擦係数を有することが知られており、シリコンウェハアレイ４２０のベルト対向面と定着器ベルトの内面６１４との間の摩擦を最小化する。

定着器ベルト２１０は、定着器ベルトの内側に位置する定着器ハウジング６４０によって支持されている。定着器ハウジング６４０は、定着ロール２１０の軸方向（長手方向）に沿って延在しており、定着器ベルト２１０の内面６１４の一部と接触する外側ガイド面６４２を含む。定着器ハウジング６４０は、シリコンウェハアレイ４２０及び定着器ベルト２１０から定着器ハウジング６４０への熱伝達を低減するために低熱伝導率を有する材料（すなわち、断熱材）から構成されることができる。

シリコンウェハアレイ４２０は、例えば、ベルト幅方向において軸方向に３５０ｍｍと同じ程度だけ、ベルト対向面がニップ幅方向に約１２ｍｍのオーダーとすることができるように構成されることができる。シリコンウェハアレイ４２０は、定着装置の電気回路と制御回路との間のインターフェースとしての配線構成要素６５０及びシリコンウェハアレイ４２０における集積回路４１０についての支持も提供しつつ、その後にアレイ４２０及び定着器ベルト２１０への構造的支持を提供することができる定着器ハウジング６４０に取り付けられることができる。定着器ハウジング６４０は、ニップ２０６において適切なニップ圧力を加えるように、必要な構造的支持及び加圧ロール２０４によって加えられる力に対する相手方を提供するように取り付けられることができる。それゆえに、定着器ハウジング６４０は、熱の付与を容易とするように定着器ベルト２１０の内面６１４に対してシリコンウェハアレイ４２０を押圧することができる。

動作時、印刷媒体２４は、ニップ２０６に供給される。図２及び図６は、ニップ２０６に向かってプロセス方向Ａに移動する印刷媒体を示している。印刷媒体２４は、例えば、少なくとも１つのトナー像を有する紙シートとすることができる。ニップ２０６において、加圧ロール２０４の外面６１６及び定着器ベルト２１０の外面６１２は、印刷媒体の反対面と接触する。定着器ベルト２１０は、印刷媒体にマーキング材料を定着させるために十分に高い温度までマーキング材料を加熱するように十分な熱エネルギを印刷媒体２４に供給する。例において、シリコンウェハアレイ４２０のヒーターは、ニップにおいて定着器ベルト２１０を接触させて加熱するように構成された平滑面と、ニップから遠位の粗面においてシリコンウェハに取り付けられた回路とを有する。回路は、定着温度までシリコンウェハの平滑面及び定着器ベルトを加熱するようにシリコンウェハを介して熱を発生させ、印刷媒体上に画像を定着させる。回路は、ピクセル化された加熱回路としてシリコンウェハアレイに形成された複数の集積回路を含むことができ、集積回路のそれぞれは、各集積回路とシリコンウェハの第１の面との間においてシリコンウェハの一部を加熱するように構成されている。集積回路は、例えば、定着器ベルトを加熱するシリコンウェハ内の所望の温度を維持するように加熱オン状態と加熱オフ状態との間において自動的に交互に切り替えることにより、複数の集積回路のそれぞれによってシリコンウェハに印加される熱を自動的に自己制御することができる。

以前に、当業者は、熱が制御されていない場合、シリコンベースの集積回路において熱破壊の可能性があるため、高温環境に適用できるように設計されたシリコンウェハを容易に考慮しないであろう。上述したように、広範な実験により、中間グレードのシリコンウェハは、それらがそのような使用のために考慮されるのを可能とする許容可能な熱耐性能力を有することが判明された。典型的なシリコンベースＩＣ回路設計において、熱除去を最小化して促進するように発熱を維持することなどの設計パラメータは、シリコンベースＩＣ回路の熱破壊をもたらす発熱性を回避するために公知であった。これに関して、それは、定着のために必要とされる上昇した温度プロファイルに応じてそのようなシリコンベース集積回路を駆動するために典型的なシリコンベースの集積回路に関する通常の考慮に反対して実行される。

Claims (20)

1. 印刷装置において使用可能な定着装置において、シート上に画像を永久的に定着させるように前記シートが搬送される定着器ベルトと加圧ロールとの間のニップにおいて前記定着器ベルトを加熱するように構成されたヒーターを備え、前記ヒーターが、前記ニップにおいて前記定着器ベルトを接触させて加熱するように構成された第１の側を有するシリコンウェハと、前記ニップから遠位の第２の側において前記シリコンウェハに取り付けられ、前記定着器ベルトを加熱するように前記シリコンウェハを介して熱を発生させるように構成された回路とを有し、
   前記回路が、複数の発熱集積回路を含み、各発熱集積回路が、前記発熱集積回路から前記シリコンウェハの前記第１の側まで前記シリコンウェハの一部を加熱するように構成されている、定着装置。
2. 前記発熱集積回路が前記シリコンウェハにエッチングされる、請求項１に記載の定着装置。
3. 各発熱集積回路が絶縁された抵抗加熱素子を含む、請求項１に記載の定着装置。
4. 前記複数の発熱集積回路が、前記シートの幅よりも長い長さを有するアレイ状に配置される、請求項１に記載の定着装置。
5. それぞれの集積回路が、前記シリコンウェハに発生したその熱量を自己制御するように構成される、請求項１に記載の定着装置。
6. 前記定着器ベルトを加熱する前記シリコンウェハ内の所望の温度を維持するために加熱オン状態と加熱オフ状態との間で交互に自動的に切り替える前記集積回路のそれぞれによって発生された熱量を前記集積回路が自己制御する、請求項５に記載の定着装置。
7. 前記ヒーターが固体ヒーターである、請求項１に記載の定着装置。
8. 前記シリコンウェハの前記第１の側が、前記シリコンウェハの前記第２の側よりも平滑である、請求項１に記載の定着装置。
9. シート上に画像を印刷するように構成された印刷装置において、
   前記シート上に画像を処理して印刷するための画像形成装置と、
   前記画像を現像するための現像装置と、
   前記シート上に前記画像を転写するための転写装置と、
   ヒーター及び定着器ベルトを有し、
   前記ヒーターがニップにおいて前記定着器ベルトを接触させて加熱するように構成された第１の側を有するシリコンウェハと、前記ニップから遠位の第２の側において前記シリコンウェハに取り付けられ、前記定着器ベルトを加熱するように前記シリコンウェハを介して熱を発生させるように構成された回路とを有し、前記回路が、複数の発熱集積回路を含み、各発熱集積回路が、前記発熱集積回路から前記シリコンウェハの前記第１の側まで前記シリコンウェハの一部を加熱するように構成されている定着器と、
   シート上に画像を永久的に定着させるように前記シートが搬送されるニップを前記定着器ベルトと加圧ロールの間に形成する加圧ロールとを備える、印刷装置。
10. 前記発熱集積回路が前記シリコンウェハにエッチングされる、請求項９に記載の印刷装置。
11. 各発熱集積回路が絶縁された抵抗加熱素子を含む、請求項９に記載の印刷装置。
12. 前記複数の発熱集積回路が、前記シートの幅よりも長い長さを有するアレイ状に配置される、請求項９に記載の印刷装置。
13. それぞれの集積回路が、前記シリコンウェハに発生したその熱量を自己制御するように構成される、請求項９に記載の印刷装置。
14. 前記定着器ベルトを加熱する前記シリコンウェハ内の所望の温度を維持するために加熱オン状態と加熱オフ状態との間で交互に自動的に切り替える前記集積回路のそれぞれによって発生された熱量を前記集積回路が自己制御する、請求項１３に記載の印刷装置。
15. 前記ヒーターが固体ヒーターである、請求項９に記載の印刷装置。
16. 前記シリコンウェハの前記第１の側が、前記シリコンウェハの前記第２の側よりも平滑である、請求項９に記載の印刷装置。
17. 定着器が、シート上に画像を永久的に定着させるように前記シートが搬送されるニップを定着器ベルトと加圧ロールとの間に形成するように構成された前記定着器ベルトを有し、前記定着器が、前記ニップにおいて前記定着器ベルトを接触させて加熱するように構成された第１の側を有するシリコンウェハを有するヒーターと、前記ニップから遠位の第２の側において前記シリコンウェハに取り付けられた回路とを含み、前記回路が前記定着器ベルトを加熱するように前記シリコンウェハを介して熱を発生させるように構成された、印刷装置において使用可能な前記定着器を動作させる方法において、
    ａ）前記ニップを介してシートを搬送することと、
    ｂ）前記シリコンウェハに取り付けられた回路としての複数の集積回路によって前記シリコンウェハの前記第１の側を加熱することであって、前記複数の集積回路のそれぞれが各集積回路と前記シリコンウェハの前記第１の側との間において前記シリコンウェハの一部を加熱するように構成されていることと、
    ｃ）前記ベルトを介して加熱された前記シリコンウェハによって前記ニップにおいて前記シート上に画像を定着させることとを備える、方法。
18. 前記ステップｂ）が、前記シリコンウェハにエッチングされた複数の集積回路によって前記シリコンウェハの前記第１の側を加熱することを含み、前記複数の集積回路が、前記シートの幅よりも長い長さを有するアレイ状に配置される、請求項１７に記載の方法。
19. さらに、前記複数の集積回路のそれぞれによって前記シリコンウェハに印加される熱を前記集積回路が自動的に自己制御することを備える、請求項１７に記載の方法。
20. 前記定着器ベルトを加熱する前記シリコンウェハ内の所望の温度を維持するために加熱オン状態と加熱オフ状態との間で交互に自動的に切り替える前記集積回路のそれぞれによって印加された熱量を前記集積回路が自己制御する、請求項１９に記載の方法。

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