專利名稱：用于電攝影術(shù)圖像形成裝置的熔化輥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電攝影術(shù)圖像形成裝置的熔化輥裝置，更具體的是，涉及一種用于電攝影術(shù)圖像形成裝置的可在低電能消耗下瞬時加熱的熔化輥裝置。
背景技術(shù)：
在普通電攝影術(shù)圖像形成裝置，如復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)中，隨著靠近感光器輥的靜電充電輥轉(zhuǎn)動，涂覆在感光器輥表面上的光敏材料被均勻充電。充電后的光敏材料暴露于來自激光掃描裝置(LSU)經(jīng)掃描的激光束中，因此預(yù)設(shè)圖樣的靜電潛像形成在光敏材料上。顯影裝置向光敏材料提供色粉，以將形成在光敏材料上的靜電潛像顯影成可視色粉圖像。預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)移電壓施加給轉(zhuǎn)移輥，該轉(zhuǎn)移輥在感光器輥承載色粉圖像時以預(yù)設(shè)外力與感光器輥接觸。在該狀態(tài)下，隨著復(fù)印紙輸入轉(zhuǎn)移輥和感光器介質(zhì)之間的間隙，形成在光敏材料上的色粉圖像轉(zhuǎn)移到復(fù)印紙上。包括熔化輥的定影裝置瞬時加熱轉(zhuǎn)移了色粉圖像的復(fù)印紙，以將色粉圖像熔化并固定到復(fù)印紙上。通常，鹵素?zé)粲米鞫ㄓ把b置的熱源。鹵素?zé)粼O(shè)置在熔化輥內(nèi)部，并且用輻射熱加熱熔化輥表面達(dá)到目標(biāo)溫度。
在利用鹵素?zé)糇鳛闊嵩吹碾姅z影術(shù)圖像形成裝置的傳統(tǒng)熔化輥裝置中，熔化輥的外表面必須產(chǎn)生熱量；熔化輥因此由來自鹵素?zé)舻妮椛錈嵊蓛?nèi)向外加熱。壓力輥位于熔化輥下面。隨著攜帶粉末形式的色粉圖像的紙張經(jīng)過熔化輥和壓力輥之間時，紙張被預(yù)設(shè)力熱壓，而且色粉圖像由來自熔化輥和壓力輥的熱量和力熔化并固定到復(fù)印紙上。
熱敏電阻可用來檢測熔化輥的表面溫度并將其轉(zhuǎn)化成電信號，溫度自動調(diào)節(jié)器可用于切斷對鹵素?zé)舻碾娫垂┙o。
采用鹵素?zé)糇鳛闊嵩吹膫鹘y(tǒng)熔化輥裝置不需要大量電能，但是當(dāng)圖像形成裝置接通以備圖像形成時需要相當(dāng)長的預(yù)熱時間。換句話說，在電能供給之后，跟隨著的是例如持續(xù)十幾秒至幾分鐘的待機(jī)時段，直到熔化輥的溫度達(dá)到目標(biāo)溫度。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于傳統(tǒng)熔化輥裝置，由于熔化輥由來自熱源的輻射熱加熱，所以熱傳導(dǎo)率較低。特別是，對于因與復(fù)印紙接觸而導(dǎo)致的加熱輥溫度降低而產(chǎn)生的溫度變化的調(diào)整延遲，因此難于均勻控制熔化輥軸向長度的溫度分布。甚至在打印機(jī)操作處于暫停執(zhí)行的待機(jī)模式下，必須周期性地供給電能以保持熔化輥溫度恒定，由此導(dǎo)致不必要的電能消耗。另外，需要耗費大量時間來將待機(jī)模式轉(zhuǎn)換成操作模式以進(jìn)行圖像輸出，這樣所形成的圖像不能快速輸出。
對于傳統(tǒng)熔化輥裝置的另一種設(shè)計是，利用放置在柔性圓柱薄膜管下部中的加熱板，并且壓力輥安裝在加熱板下方。薄膜管被單獨的旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動而且在加熱板和壓力輥之間的部分局部加熱而變形。盡管這種用加熱板局部加熱薄膜管的方法被認(rèn)為在較低電能消耗方面是有利的，但是它不適合高速打印。
下述專利公開了配備有熱管的熔化輥裝置日本專利申請58-163836(1983年9月16日)；3-107438(1991年5月13日)、3-136478(1991年6月7日)；5-135656(1993年6月7日)；6-296633(1994年11月30日)；6-316435(1994年12月20日)；7-65878(1995年3月24日)；7-105780(1995年4月28日)；7-244029(1995年9月22日)；8-110712(1996年5月1日)；10-27202(1998年2月9日)；10-84137(1998年3月30日)；以及10-208635(1998年7月8日)。
這些使用熱管的熔化輥裝置可被瞬時加熱，由此降低了電能消耗。當(dāng)在待機(jī)操作和打印操作之間轉(zhuǎn)換時熔化輥裝置仍具有短期延遲。特別是，日本專利申請5-135656；10-84137；6-29663；10-208635中公開的熔化輥裝置在熔化輥一端采用了不同類型的設(shè)置在定影區(qū)域以外的熱源。對于這些熔化輥裝置中每一種，熱源設(shè)置增加了熔化輥裝置的體積而且需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。因此，需要改進(jìn)這種熔化輥裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。
在日本專利申請58-163836；3-107438；3-136478；6-316435；7-65878；7-105780；以及7-244029中公開的熔化輥裝置的熱源位于熔化輥中，因此由于上述這些裝置增大的體積仍然存在有問題。然而，每個熔化輥設(shè)置有多個區(qū)域熱管，由此使得熔化輥裝置的制造和生產(chǎn)復(fù)雜。此外，熱管的區(qū)域性配置導(dǎo)致熱管接觸部分和熱管非接觸部分之間的溫度偏差。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決技術(shù)領(lǐng)域中的這些和其它問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種電攝影術(shù)圖像形成裝置和方法。
另一個目的是提供一種改進(jìn)的熔化輥和熔化方法。
再一個目的是提供用于電攝影術(shù)圖像形成裝置的熔化輥裝置，其中熔化輥的區(qū)域溫度偏差急劇降低，由此提高了總體的熱分布特性。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于電攝影術(shù)圖像形成裝置的熔化輥裝置，其易于制造并且設(shè)計成使熔化輥裝置尺寸的任何可能的增加最小。
另一個目的是提供一種能夠在較短時間段內(nèi)從其待機(jī)狀態(tài)進(jìn)展到其打印狀態(tài)的熔化輥。
還有一個目的是對電攝影術(shù)方法和裝置提供更多的能量使電攝影術(shù)方法和裝置更有效。
為了實現(xiàn)本發(fā)明這些和其它目的，在第一實施例中提供了熔化方法和熔化輥裝置，該裝置可以在體現(xiàn)為具有兩端均密封的圓柱形熔化輥；熔化輥的內(nèi)部空腔被抽空降低到預(yù)設(shè)壓力水平。熔化輥的內(nèi)部空腔含有預(yù)定量的工作流體；發(fā)熱器設(shè)置在熔化輥中與工作流體接觸。
第二實施例中，熔化方法和熔化輥裝置可以在體現(xiàn)為具有軸向相對端均密封的圓柱形熔化輥，熔化輥的內(nèi)部空腔被抽空降低到預(yù)設(shè)壓力水平。熔化輥內(nèi)部空腔含有預(yù)定量的工作流體。擋板將熔化輥內(nèi)部空間分隔成多個單位空間。安置在熔化輥中的發(fā)熱器圍繞著擋板并與工作流體接觸。
對于根據(jù)本發(fā)明第一或第二實施例構(gòu)造而成的熔化輥裝置，優(yōu)選的是，發(fā)熱器構(gòu)造成電阻加熱元件的螺旋狀線圈，電阻加熱線圈兩個引線均通過熔化輥的軸向相對端從熔化輥延伸出來。優(yōu)選的是，發(fā)熱器沿著熔化輥內(nèi)表面螺旋設(shè)置并與該內(nèi)表面直接接觸。為了增強(qiáng)發(fā)熱器對熔化輥內(nèi)壁的接觸力，優(yōu)選的是，發(fā)熱器的外徑大于熔化輥內(nèi)部空腔的內(nèi)徑，因此發(fā)熱器在因直徑差導(dǎo)致的力的作用下被彈性壓縮抵在熔化輥內(nèi)圓柱表面。優(yōu)選熔化輥由銅(Cu)或不銹鋼形成。如果熔化輥由銅形成，則優(yōu)選蒸餾水作為工作流體。液相的加熱介質(zhì)量就是說，含在熔化輥中的液相工作流體可以為熔化輥內(nèi)部圓柱空腔的容積5-50％范圍的量，優(yōu)選為10-15％范圍的容積量。
對于第三實施例中的熔化輥裝置，優(yōu)選擋板構(gòu)造有徑向設(shè)置的多個分隔件。
在根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置的第二實施例，熔化輥裝置可以構(gòu)造有圓柱形熔化輥，該圓柱形熔化輥包括具有第一直徑的外管和具有小于第一直徑的第二直徑的內(nèi)管，內(nèi)管同軸設(shè)置在外管內(nèi)部而在外管和內(nèi)管之間形成環(huán)形空間。熔化輥的環(huán)形空間被抽空降低到預(yù)設(shè)壓力。小于外管和內(nèi)管之間形成的環(huán)形空間容積的預(yù)設(shè)量的工作流體含在熔化輥的環(huán)形空間中。加熱器安裝在內(nèi)管的內(nèi)部或是環(huán)形空間內(nèi)。
對于第三實施例中的熔化輥裝置，優(yōu)選地發(fā)熱器構(gòu)造有設(shè)置在環(huán)形空間中的第一加熱器或/和設(shè)置在內(nèi)管內(nèi)部的第二加熱器。優(yōu)選的是，第一加熱器為螺旋電阻加熱線圈，第二加熱器為鹵素?zé)簟τ诘谌龑嵤├娜刍佈b置，優(yōu)選的是，擋板構(gòu)造有徑向設(shè)置的多個分隔件。仍為優(yōu)選的是，多個擋板將環(huán)形空間分隔成多個單位空間。根據(jù)本發(fā)明的原理，如本發(fā)明第三實施例構(gòu)造的熔化輥裝置可以變化，結(jié)合有第一和第二實施例的熔化輥裝置的一個或多個結(jié)構(gòu)特征。


通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點將變得更加顯而易見。
圖1是普通電攝影術(shù)圖像形成裝置；圖2是電攝影術(shù)圖像形成裝置的傳統(tǒng)熔化輥裝置的剖視圖；圖3示出了結(jié)合了傳統(tǒng)熔化輥裝置的電攝影術(shù)圖像形成裝置的定影裝置的結(jié)構(gòu)；圖4示出了結(jié)合了不同的傳統(tǒng)熔化輥裝置的電攝影術(shù)圖像形成裝置的定影裝置的結(jié)構(gòu)；圖5是結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置第一實施例的電攝影術(shù)圖像形成裝置的定影裝置的剖視圖；圖6是圖5所示熔化輥裝置結(jié)構(gòu)的局部透視圖；圖6A是圖6所示的加熱電阻線圈的局部剖開的剖面圖；
圖6B、6C和6D示出了根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造熔化輥裝置的步驟次序；圖7是示出了圖5和6所示的熔化輥裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖8A是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置第二實施例的剖視圖；圖8B是圖8A所示的熔化輥裝置的局部縱向剖視圖；圖9A是熔化輥裝置傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖9B是圖9A所示的熔化輥裝置的局部縱向剖視圖；圖10A是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置第三實施例的剖視圖；圖10B是圖10A所示的熔化輥裝置的局部縱向剖視圖；圖10C是說明兩個傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和本發(fā)明一個實施例之間對照的兩個坐標(biāo)圖；圖11A是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置第四實施例的剖視圖；圖11B是圖11A所示熔化輥裝置的局部縱向剖視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明原理的熔化輥裝置第五實施例的局部透視圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置第六實施例的局部透視圖；圖14是結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的熔化輥裝置的電子圖像形成裝置的定影裝置的縱向剖視圖；圖15是說明作為溫度增高和熱管工作時間的函數(shù)而示出的工作流體的相變圖；圖16示出熱管和有標(biāo)記以表示液相-氣相改變的熱傳導(dǎo)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖17是示出分別用作工作流體的FC-40和蒸餾水的作為飽和溫度的函數(shù)的飽和壓力變化的曲線圖；圖18是對于鋁、銅和304不銹鋼的熱管材料的作為溫度變化函數(shù)的最終拉伸強(qiáng)力變化的曲線圖；圖19A和19B是說明在FC-40和蒸餾水分別用作工作流體時相對于溫度變化的熱管壁上的最大允許應(yīng)力和最大應(yīng)力變化的曲線圖；圖20A和20B是說明在FC-40和蒸餾水分別用作工作流體時相對于熱管厚度(T)變化的最大應(yīng)力變化的曲線圖；圖21和22是說明對于上述熔化輥裝置第一實施例熔化輥中部相對于時間的溫度變化曲線圖。
具體實施例方式
圖1示出了普通的電攝影術(shù)圖像形成裝置，電攝影術(shù)圖像形成裝置包括排紙器1、鍵板2、控制板蓋3、上蓋板打開按鈕4、紙張指示窗口5、多功能進(jìn)紙托盤6、紙盒7、備用盒8和輔助紙張支架9。
圖2是電攝影術(shù)圖像形成裝置的傳統(tǒng)熔化輥裝置的剖視圖，其使用鹵素?zé)糇鳛闊嵩础D3是圖2中熔化輥的剖視圖，其中鹵素?zé)糇鳛闊嵩矗约皦毫?，和用在傳統(tǒng)電攝影術(shù)圖像形成裝置中的一樣。參照圖2，傳統(tǒng)熔化輥裝置10包括圓柱形熔化輥11以及在熔化輥11中的發(fā)熱器12，諸如鹵素?zé)?。由于熔化?1的外表面必須產(chǎn)生熱量，所以熔化輥11由內(nèi)向外通過來自發(fā)熱器12的輻射熱而加熱。
參照圖3，壓力輥13位于熔化輥11下方，壓力輥13具有由特氟隆形成的涂層11a。壓力輥13受到彈簧組件13a的彈性支承，由預(yù)定力將通過熔化輥11和壓力輥子13之間的紙張14壓向熔化輥11。當(dāng)復(fù)印紙14以粉末形式承載色粉圖像14a在熔化輥11和壓力輥13之間時，復(fù)印紙14被預(yù)定力熱壓。換句話說，色粉圖像14a通過來自熔化輥11和壓力輥13的熱量和外力熔化并固定到復(fù)印紙14上。
熱敏電阻15用于檢測熔化輥11的表面溫度并將該表面溫度轉(zhuǎn)化成電信號，用于切斷對諸如鹵素?zé)舻陌l(fā)熱器12的電能供給的溫度自動調(diào)節(jié)器16設(shè)置在熔化輥11附近。當(dāng)熔化輥11的表面溫度超過給定的臨界值時，溫度自動調(diào)節(jié)器16截斷到發(fā)熱器12的電源。熱敏電阻15檢測熔化輥11的表面溫度并且將檢測結(jié)果傳送至打印機(jī)的控制器(未示出)。控制器根據(jù)檢測出的熔化輥11的表面溫度來控制對發(fā)熱器12的鹵素?zé)舻碾娔芄┙o，以將表面溫度保持在給定范圍。溫度自動調(diào)節(jié)器16起到熔化輥11和周圍元件的熱保護(hù)作用，當(dāng)熱敏電阻15和控制器不能控制熔化輥11的溫度時，溫度自動調(diào)節(jié)器工作。
利用鹵素?zé)糇鳛闊嵩吹膫鹘y(tǒng)熔化輥裝置不必消耗大量電能，但是當(dāng)圖像形成裝置接通以形成圖像時需要相當(dāng)長的升溫時間。換句話說，在電能供給之后，接著有待機(jī)時間例如幾十秒至幾分鐘，直到熔化輥11的溫度達(dá)到目標(biāo)溫度。對于傳統(tǒng)熔化輥裝置來說，由于熔化輥由來自熱源的輻射熱加熱，所以傳熱率較低。特別是，因與復(fù)印紙接觸導(dǎo)致的熱輥溫度降低而產(chǎn)生的溫度變化校正延遲，從而難于均勻地控制熔化輥11的溫度分布。甚至在打印機(jī)操作暫停執(zhí)行的待機(jī)模式下，必須周期性的提供電能，以保持熔化輥溫度恒定，由此導(dǎo)致不必要的電能消耗。另外，需要耗費大量時間來將待機(jī)模式轉(zhuǎn)換成操作模式以進(jìn)行圖像輸出，這樣所形成的圖像不能快速輸出。
圖4是運用于電攝影術(shù)圖像形成裝置的傳統(tǒng)熔化輥裝置的剖視圖。加熱板22安放在柔性圓柱形薄膜管21的下部中，壓力輥23安裝在加熱板22下方。薄膜管21被單獨的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動而且局部加熱并在加熱板22和壓力輥23之間的部分變形。由加熱板22局部加熱薄膜管21的方法在低電能消耗方面是有利的。然而，對于高速復(fù)印，局部加熱方法是不合適的。
結(jié)合了本發(fā)明熔化輥裝置第一實施例的電攝影術(shù)圖像形成裝置的定影機(jī)構(gòu)示于圖5中，而圖6是圖5的詳細(xì)示出了熔化輥裝置結(jié)構(gòu)的透視圖，圖7是圖5和6的熔化輥裝置的縱向剖視圖。
同時參照圖5、6和6A，定影裝置200包括熔化輥裝置210和壓力輥220，其中熔化裝置210在承載色粉圖像231a的復(fù)印紙排出方向上轉(zhuǎn)動，即圖5中可見的順時針方向，壓力輥220與熔化輥裝置210接觸逆時針轉(zhuǎn)動。熔化輥裝置210包括具有外保護(hù)圓柱層211的圓柱形熔化輥212，外保護(hù)圓柱層通過特氟隆涂覆而形成在其表面上，發(fā)熱器213設(shè)置在熔化輥212中。用于感知熔化輥212表面溫度的熱敏電阻230安裝在熔化輥212頂部上。
熱敏電阻230與保護(hù)層211直接接觸并傳感保護(hù)層211的溫度。由熔化輥212的內(nèi)圓柱形空腔242形成的內(nèi)部空間抽空至預(yù)定的真空水平。發(fā)熱器213可以為由螺旋電阻加熱線圈構(gòu)成的螺旋繞組，其沿著內(nèi)部空腔242設(shè)置并與熔化輥212內(nèi)圓柱形壁直接接觸。發(fā)熱器213包括由電阻材料制成的發(fā)熱線213a，這種材料如鐵鉻(Fe-Cr)或鎳鉻(Ni-Cr)線圈，以及由氧化鎂(MgO)形成的電絕緣覆蓋層213c以保護(hù)發(fā)熱線213a。發(fā)熱器213的絕緣覆蓋層213b防止發(fā)熱線213a的變形或特性改變，而變形或特性改變易于發(fā)生一段時間，或者由將要在下文描述的工作流體214中的溫度變化引起。由惰性材料如不銹鋼制成的外層213b形成包繞絕緣層213c的保護(hù)外套。多個軸向間隔開的電絕緣體213d將近乎軸向間隔的線213a保持在與外套213b間隔開的層213c中央內(nèi)。
如圖6B、6C和6D所示，熱管212內(nèi)圓柱表面246的徑向相對內(nèi)壁之間距離為d1，而熱管212外圓柱表面的之間為d2。線圈213的外圓柱直徑大于d1而稍小于d2。如圖6C所示，在線圈213的軸向相對端有力F作用于電極215，以將線圈213的直徑降低到d3，其小于d1，而線圈213插入熱管212的內(nèi)空腔242中。如圖6D所示，在除去力F時，線圈213各圈的其它表面與熱管212的內(nèi)圓周表面246直接熱接觸；實質(zhì)上，力F的去除允許線圈213的圓柱外徑d1等于熱管212的內(nèi)徑。線圈213的相鄰圈之間的間距x1、x2不必相等。然而重要的是，線圈213的各圈外表面的大部分或全部與熱管212的內(nèi)圓柱表面246直接熱接觸。
工作流體214含在熔化輥212的密封的內(nèi)部空間中，在該空間中設(shè)置了發(fā)熱器213。工作流體214的體積含量為5-50％，優(yōu)選的是，是熔化輥212的內(nèi)部容積242的5-15％的體積含量。工作流體214在熱管原理的基礎(chǔ)上防止了轉(zhuǎn)動熔化輥212的局部表面溫度偏差，該溫度偏差是由發(fā)熱器213的存在引起的，并且工作流體起到熱介質(zhì)的作用，它能夠在比現(xiàn)有傳統(tǒng)裝置更短的時間內(nèi)均勻加熱熔化輥212的全部圓柱容積。如果工作流體214的容積量小于熔化輥212的容積大約為5％，則易發(fā)生干透現(xiàn)象，此現(xiàn)象中，工作流體沒有全部蒸發(fā)而且在已經(jīng)發(fā)生蒸發(fā)之后沒有立即液化。
熔化輥212可以由不銹鋼(如304SS)或銅(Cu)制成。如果熔化輥212由不銹鋼制成，則可以使用除了水(蒸餾水)之外的大多數(shù)眾所周知的工作流體。FC-40(從3M公司可得)對于取代水作為工作流體214來說是最優(yōu)選的方案。同時，如果熔化輥212由銅形成，則幾乎所有眾所周知的工作流體均可以使用。水(如，蒸餾水)對于銅制成的熔化輥212是最優(yōu)選的工作流體。
參照圖7，罩件218聯(lián)接到熔化輥212的軸向相對的兩端上，以密封熔化輥212的內(nèi)部圓柱空腔并由此形成真空密閉的內(nèi)部空間242。線圈213的軸向相對終端形成電極215，其軸向延伸通過并超過罩件218，以可操作的配合電觸頭如滑環(huán)(未示出)，而滑環(huán)又提供電流通過線圈213。非傳導(dǎo)性刷216和齒輪結(jié)合罩件217還可以安裝在熔化輥212的外圓柱表面上。電極215電連接到發(fā)熱器213的電傳導(dǎo)端引線上。盡管將發(fā)熱器213結(jié)構(gòu)和電極215聯(lián)接到電源上的電連接未詳細(xì)說明，但是該結(jié)構(gòu)可以容易完成。
在操作使用過程中，具有上述結(jié)構(gòu)的熔化輥裝置210由單獨的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動。出于此目的，可以設(shè)置附加部件。例如，齒輪結(jié)合罩件217是附加部件，可聯(lián)接到用于轉(zhuǎn)動熔化輥裝置210所需的旋轉(zhuǎn)正齒輪上。
在根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的電攝影術(shù)圖像形成裝置的定影裝置200中，隨著電流通過電極215，即來自電源供給流入發(fā)熱器213，當(dāng)電流流經(jīng)發(fā)熱器213的螺旋線圈時，發(fā)熱器213由于電阻產(chǎn)生熱量，而且熔化輥212由內(nèi)向外由所產(chǎn)生的熱量加熱。同時，含在熔化輥212中的工作流體214受熱蒸發(fā)。發(fā)熱器213產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到熔化輥212的圓柱壁，同時熔化輥212主體被蒸發(fā)的工作流體均勻加熱。結(jié)果，熔化輥212的表面溫度在相當(dāng)短的時間周期內(nèi)達(dá)到目標(biāo)熔化溫度。由穿孔層或銅或不銹鋼的金屬篩網(wǎng)制成的吸液芯244形成為圓柱形作為毛細(xì)管；吸液芯244可以沿著內(nèi)圓周表面246設(shè)置在線圈213相鄰繞阻之間。用于熔化輥212的合適材料在表2中列出。上述的FC-40或水(蒸餾水)，或者表3中列出的材料可用作工作流體214。當(dāng)選擇水(蒸餾水)作為工作流體214時，熔化輥裝置可以低成本制造而不影響環(huán)境。一旦熔化輥子212的溫度達(dá)到色粉圖像熔化的目標(biāo)熔化溫度時，色粉圖像轉(zhuǎn)移(即，永久粘結(jié))到復(fù)印紙上。當(dāng)已經(jīng)轉(zhuǎn)移有色粉圖像的復(fù)印紙吸收來自熔化輥212的熱量時，熔化輥212的內(nèi)部空腔242中蒸發(fā)的工作流體轉(zhuǎn)變成其液相。液化的工作流體可以接著再次被發(fā)熱器212加熱而蒸發(fā)，從而熔化輥212的溫度可以保持于預(yù)定的溫度。
如果色粉的熔化溫度范圍在160-180℃，則根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的熔化輥裝置可以在大約十秒鐘之內(nèi)達(dá)到目標(biāo)溫度。所以，響應(yīng)由熱敏電阻230感知的熔化輥212的表面溫度，熔化輥212的表面溫度通過將電流脈沖式施加給線圈213而被保持在預(yù)定溫度范圍內(nèi)。如果熱敏電阻230和控制器不能正確控制表面溫度，使得熔化輥212的表面溫度突然升高，則緊密可操作地接近于熔化輥212圓柱表面的溫度自動調(diào)節(jié)器240感知熔化輥212的表面溫度，并且切斷對線圈213的電流供給，以防過熱。電能供給操作可以根據(jù)目標(biāo)溫度改變。人們將認(rèn)識到，電能供給操作可以被周期性電能接通/切斷控制或負(fù)載周期率這樣的控制技術(shù)控制。
具有該構(gòu)型的熔化輥裝置可以通過下述步驟制造(a)制備作為熔化輥材料的金屬管；(b)通過用蒸餾水或揮發(fā)的液體清洗金屬管而清潔金屬管的暴露表面；(c)通過用蒸餾水或揮發(fā)的液體清洗螺旋電阻加熱線圈而清潔螺旋電阻加熱線圈的暴露表面；(d)將螺旋電阻加熱線圈插入金屬管的環(huán)形內(nèi)部圓柱形容積中，該螺旋電阻加熱線圈彎曲成螺旋線圈，其外徑等于或稍大于金屬管的內(nèi)徑；(d′)可選的是，將吸液芯插入加熱線圈的相鄰圈之間；
(e)用端部罩件密封金屬管的相對基端，因此保持住工作流體的進(jìn)入量，而電阻加熱線圈的兩個端部引線延伸通過金屬管作為電引線；(f)通過抽空、加熱及冷卻金屬管而將外來氣體從內(nèi)部容積排出，以將氣體從管道內(nèi)部容積排出，而在內(nèi)部容積中產(chǎn)生真空；(g)通過工作流體入口將5-50％容積的工作流體(如FC-40或蒸餾水)注入(h)密封金屬管的工作流體入口；(i)用特氟隆噴涂金屬管表面，而且干燥并拋光金屬管；(j)將作為軸承的非傳導(dǎo)襯套插入金屬管的一端；以及(k)在由金屬管形成的熔化輥一端安裝由金屬、熱阻塑料或環(huán)氧制成的齒輪安裝罩件。
在制造熔化輥裝置的過程中，在螺旋電阻加熱線圈插入(若使用吸液芯則插入吸液芯)之后當(dāng)用端部罩件218在軸向相對基端焊接罩住金屬管時，氬氣經(jīng)由工作流體入口注入金屬管的內(nèi)部空腔242中，目的是防止熱管氧化。在將工作流體射入金屬管之前，外來氣體從內(nèi)部容積242中排出，而且內(nèi)部容積抽空并且在真空下重復(fù)加熱及冷卻，以至于從金屬管的內(nèi)部容積中排出所有氣體，由此基本上除去粘結(jié)到金屬管內(nèi)壁的所有異物。例如，在排出內(nèi)部空腔242的一種方法中，金屬管必須加熱到250℃的溫度，并且內(nèi)部壓力為40大氣壓。在室溫下，內(nèi)部空腔242應(yīng)該具有恰當(dāng)壓力；就是說，應(yīng)該在空腔242內(nèi)無分子。
圖8A是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置第二實施例的剖視圖，圖8B是圖8A中熔化輥裝置的局部縱向剖視圖。參照圖8A和8B，外管312形成外表面，該外管的外表面形成有涂覆了諸如特氟隆材料的保護(hù)層311。內(nèi)管314同軸設(shè)置在外管312的中部，內(nèi)管314的外徑小于外管312的內(nèi)徑。容納工作流體214和發(fā)熱器313的環(huán)形空間318形成在外管312和內(nèi)管314之間。發(fā)熱器313沿外管312的內(nèi)圓柱形表面形成。環(huán)形空間的較低部分充滿了工作流體214。內(nèi)管314的內(nèi)部圓柱容積314a可為實心的、中空的或者抽空的圓柱形空腔。
圖9A是傳統(tǒng)熔化輥裝置的不同結(jié)構(gòu)的剖視圖，而且圖9B是圖9A中熔化輥裝置的局部剖開的縱向剖視圖。熔化輥裝置的該結(jié)構(gòu)不同于熔化輥裝置的其它結(jié)構(gòu)之處在于發(fā)熱器313a的位置。再次參照圖9A和9B，外管21形成有涂覆保護(hù)層21a的外表面。內(nèi)管31同軸設(shè)置在中空圓柱形空腔外管21的中部，內(nèi)管31的外徑小于外管21的內(nèi)徑。用于工作流體33的中空環(huán)形空間38形成在外管21內(nèi)部圓柱形表面和內(nèi)管31的外部圓柱形表面之間。用于通過輻射加熱內(nèi)管31的內(nèi)表面的發(fā)熱器12設(shè)置在內(nèi)管31中部。發(fā)熱器12是輻射熱量發(fā)生裝置，如鹵素?zé)?。?nèi)管31由來自發(fā)熱器12的輻射熱加熱，因此與內(nèi)管31外圓柱表面接觸的工作流體33汽化并蒸發(fā)，就是說，從液相變成氣相。
圖10A是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置的第三實施例的剖視圖，而圖10B是圖10A中熔化輥裝置局部縱向剖視圖。熔化輥裝置的該第三實施例可被認(rèn)為是均由本發(fā)明原理構(gòu)造的第一和第二實施例的熔化輥組件的組合。參照圖10A和10B，外管312形成有用如特氟隆材料涂覆的保護(hù)層311的外表面。內(nèi)管314同軸設(shè)置在外管312的中空中部，內(nèi)管314的外徑小于外管312的內(nèi)徑。環(huán)形空間318內(nèi)含有工作流體214，第一發(fā)熱器313設(shè)置在外管312和內(nèi)管314之間。用于通過輻射加熱而加熱內(nèi)管314內(nèi)壁的第二發(fā)熱器313a同軸設(shè)置在內(nèi)管314的中空中部。第二發(fā)熱器313a是輻射熱量發(fā)生裝置如鹵素?zé)?。?nèi)管313由來自發(fā)熱器313a的輻射熱加熱，因此與內(nèi)管314外表面接觸的工作流體214蒸發(fā)并呈現(xiàn)其汽相。第一發(fā)熱器313沿外管312內(nèi)圓柱表面形成并且直接加熱外管312的內(nèi)圓柱表面，而且還直接加熱工作流體214，并且一旦在熔化輥裝置從其待機(jī)模式下解除時使得工作流體214蒸發(fā)。在外管312和內(nèi)管314之間的中空環(huán)形空間318中的工作流體214同時被第一發(fā)熱器313和第二發(fā)熱器313a加熱而蒸發(fā)。現(xiàn)在參照圖10C，根據(jù)本發(fā)明第三實施例的熔化輥裝置可以在與前述其它實施例相比非常短的時間周期內(nèi)有效加熱。
圖10C通過比較這些輥達(dá)到操作溫度時所需的時間，說明了兩種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥組件實施例的相對性能。曲線A說明了構(gòu)造有圖2所示的鹵素?zé)嵩礋舻娜刍?。該結(jié)構(gòu)需要兩至三分鐘的時間，以使加熱輥的外表面到達(dá)185℃的操作溫度。曲線B代表圖9A、9B所示的間接加熱結(jié)構(gòu)的性能；該結(jié)構(gòu)需要二十至三十秒鐘的時間，以使加熱輥外表面達(dá)到185℃。曲線C說明了如圖10A、10B所示構(gòu)造的一個實施例；該實施例需要近似于十二秒鐘的時間，以達(dá)到185℃的操作溫度。另外，不象由曲線A表示的鹵素?zé)嵩礋艚M件和曲線B表示的間接加熱的組件，在根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的實施例中的熔化輥外部圓周表面的軸向長度上的溫差小于2攝氏度，而在多數(shù)情況下，在軸向長度上小于1攝氏度。對比之下，鹵素?zé)嵩礋艉烷g接加熱的結(jié)構(gòu)在軸向長度上的溫差變化超過2攝氏度，其終端端部比熔化輥中心部分冷2攝氏度。
圖11A是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置第四實施例的剖視圖，而圖11B是圖11A中熔化輥組件局部縱向剖視圖。第四實施例的熔化輥裝置的中空環(huán)形內(nèi)部空間318被多個弧形間隔開的徑向幅片315分開，徑向幅片315在內(nèi)管314的外圓周表面之間徑向延伸，跨過內(nèi)部空間318到達(dá)外管312的內(nèi)圓柱表面。熔化輥裝置的內(nèi)部空間由此分成多個分散區(qū)，根據(jù)實施例的結(jié)構(gòu)，可以或不必連接，以使工作流體214的汽相在各區(qū)之間通過。外管312的外部圓周表面具有涂覆有保護(hù)層311的外表面。內(nèi)管314的外徑基本上小于外管312的內(nèi)徑，并且軸向位于外管312的中部，因此保持工作流體214的中空環(huán)形空間318設(shè)置在外管312和內(nèi)管314之間。該環(huán)形空間318被多個擋板315分隔成單位空間，擋板軸向安置在外管312的中空中心孔中，多個徑向延伸的葉片315形成徑向設(shè)置成預(yù)定角度的環(huán)形空間318的區(qū)段擋板。工作流體214容納在每個單位空間中。用于通過輻射加熱內(nèi)管314內(nèi)表面的發(fā)熱器313a同軸安裝在內(nèi)管314的中部。發(fā)熱器313a是輻射熱產(chǎn)生裝置如鹵素?zé)簟?nèi)管314被來自發(fā)熱器313a的輻射熱加熱，因此與內(nèi)管314外表面接觸的工作流體214蒸發(fā)。工作流體214將熱量通過在每個單位空間中蒸發(fā)和冷凝循環(huán)而轉(zhuǎn)移至外管312。擋板315可以形成為單獨部件或者為與內(nèi)管214的外表面結(jié)合的形式。工作流體214分布在每個單位空間中，因此與外管312內(nèi)表面接觸的工作流體214在每個單位空間中蒸發(fā)并冷凝。
圖12是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置第五實施例的局部透視圖。外管312的外圓柱形表面涂覆有諸如特氟隆材料的保護(hù)層311。內(nèi)管314的外徑小于外管312的內(nèi)徑，并且內(nèi)管314同軸設(shè)置在外管312的中部，因此，用于工作流體214的環(huán)形空間318形成在外管312和內(nèi)管314之間。環(huán)形空間被多個徑向設(shè)置成預(yù)定角度的徑向延伸的擋板315分隔成單位空間，而且工作流體214含在每個單位空間中。由熱傳導(dǎo)材料如不銹鋼制成的圓柱形外套317包圍著擋板幅片315的徑向外端并且將線圈313與單位空間內(nèi)的工作流體214分隔開。圍繞內(nèi)管314的外套317和擋板315被形成為螺旋電阻發(fā)熱器的第一發(fā)熱器313包圍。用于通過輻射加熱內(nèi)管314內(nèi)表面的第二發(fā)熱器313a設(shè)置在內(nèi)管314的中部。第二發(fā)熱器313a是輻射熱發(fā)生裝置，如鹵素?zé)簟?nèi)管314由來自第二發(fā)熱器313a的輻射熱加熱，使得在熔化輥裝置從其待機(jī)狀態(tài)解除以準(zhǔn)備在可印刷介質(zhì)上印刷圖像之后，與內(nèi)管314外表面接觸的工作流體214蒸發(fā)。第一發(fā)熱器313還與外管312的內(nèi)表面接觸；外管312以及工作流體213被第一發(fā)熱器313加熱。工作流體213通過蒸發(fā)和冷凝循環(huán)在每個單位空間中將熱量轉(zhuǎn)移到外管312。擋板315可以形成為單獨部件或者形成為與外套317的內(nèi)表面組合形式。盡管外管312和內(nèi)管314之間的環(huán)形空間318被擋板315分隔，但是在具體實施例中，工作流體214可以流經(jīng)擋板315和外管312之間的小孔或間隙。在該實施例的其它實施方式中，外套317將工作流體限定在不同的單位空間中并防止在單位空間之間流動。
圖13是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置第六實施例的局部透視圖，運用了上述的第一實施例中的熔化輥裝置。圖13中的熔化輥裝置包括圓柱形熔化輥312，其外表面涂覆了特氟隆保護(hù)層311；發(fā)熱器313，位于熔化輥312的內(nèi)部空間318中；以及擋板316，具有多個徑向排列的分隔幅片316a，以將內(nèi)部空間分成子空間，形成了外部圓柱外套。擋板316的最大外徑小于熔化輥212的內(nèi)徑，并且擋板被螺旋纏繞的發(fā)熱器313圍繞。
盡管第六實施例中的熔化輥裝置具有由擋板316的間隔件316a分隔成多個單位空間的內(nèi)部空間318，但是工作流體可以流經(jīng)擋板316a和內(nèi)管314的內(nèi)表面之間的開孔319。
在上述實施例中，沒有說明電能施加給發(fā)熱器所經(jīng)過的電極或者用于轉(zhuǎn)動并支承發(fā)熱器的結(jié)構(gòu)，這是由于這些結(jié)構(gòu)可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員容易實現(xiàn)。
圖14是電攝影術(shù)圖像形成裝置的定影裝置結(jié)構(gòu)的示意圖，運用了根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置。線圈313的軸向相對端部延伸經(jīng)過端部罩件218而形成電極215；電極215聯(lián)接到熔化輥裝置400的兩個端部上，以提供電流通過發(fā)熱器313(以及如果存在的第二發(fā)熱器313a)。電極215電連接到發(fā)熱器313上并可能滑動地接觸由傳導(dǎo)性材料如碳制成的電刷(未示出)，電刷又連接跨接者電源。電刷可被彈簧彈性支承，使得電刷推向電極215。根據(jù)熔化輥裝置400的溫度控制的溫度自動調(diào)節(jié)器由電信號線連接在電刷和電源之間。
隨著電流由電源施加給發(fā)熱器313(以及如果存在的第二發(fā)熱器313a)，由線圈313內(nèi)阻產(chǎn)生電阻熱，以加熱熔化輥主體。同時，加熱含在熔化輥中的工作流體，直到工作流體蒸發(fā)為止。熔化輥內(nèi)表面由來自發(fā)熱器的熱量以及蒸發(fā)的(即，汽相)工作流體加熱，使得熔化輥的主體可以均勻快速加熱到目標(biāo)熔化溫度(如，185℃)。熔化輥主體圓柱形外表面的表面溫度由單獨的熱敏電阻檢測，施加給發(fā)熱器的電流量根據(jù)所檢測的溫度而調(diào)整。
為了容易理解根據(jù)本發(fā)明的熔化輥裝置的操作，將描述本發(fā)明的熱管。術(shù)語熱管指的是熱轉(zhuǎn)移裝置，其利用工作流體從其液相到其汽相相變所需的潛熱將熱量從高熱密度狀態(tài)轉(zhuǎn)移到低熱密度狀態(tài)。由于熱管利用工作流體的相變特性，所以其熱傳導(dǎo)系數(shù)高于任何公知的金屬。在室溫下操作的熱管的熱傳導(dǎo)系數(shù)大于熱傳導(dǎo)系數(shù)為k為400W/mk的銀或銅幾百倍。
圖15是說明作為溫度升高和熱管工作時間之間函數(shù)的工作流體相變的曲線。表1示出了熱管和其它熱量傳導(dǎo)材料的有效熱傳導(dǎo)率。表1

需要4.18kJ的能量以將1kg水的溫度從25℃升高到26℃。當(dāng)水的物相從液相轉(zhuǎn)變成汽相而沒有溫度變化時，需要2,442Kj的能量。通過液-汽相變，熱管轉(zhuǎn)移大約584倍更大的潛熱。對于熱管工作在室溫下，熱傳導(dǎo)系數(shù)大于公知為最優(yōu)的熱導(dǎo)體的銀或銅幾百倍。利用液態(tài)金屬作為工作流體在高溫下工作的熱管的熱傳導(dǎo)率達(dá)到108W/Mk。
圖16示出了結(jié)合了吸液芯的熱管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以在熱管的內(nèi)部中形成毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，并且其熱傳導(dǎo)方法根據(jù)液相至汽相和汽相至液相而改變。電阻加熱線圈(未在圖16中單獨示出)和吸液芯設(shè)置在圓柱形狀中并且直接安裝在熱管的內(nèi)部圓周表面。表2示出了用于各種工作流體的被推薦和未被推薦的熱管材料。
表2

表3示出了對于不同工作溫度范圍的各種合適的工作流體。
表3

我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在選擇工作流體時有幾種考慮因素1)與熱管使用的材料相適應(yīng)；2)在熱管中具有合適工作溫度的工作流體；以及3)工作流體的熱傳導(dǎo)率。
當(dāng)熱管類型的熔化輥由不銹鋼(SUS)或銅(Cu)制成時，合適的工作流體在與熱管材料相適應(yīng)方面和與工作溫度相適應(yīng)方面有限制。FC-40在工作溫度165℃下為一個大氣壓力或者更小的飽和壓力，并且被認(rèn)為是相當(dāng)合適的材料。
公知的FC-40是無毒、不易燃的，而且與大多數(shù)金屬相容。FC-40還具有零臭氧耗盡傾向。根據(jù)作為工作流體的FC-40的熱力學(xué)，飽和溫度和壓力之間的關(guān)系由下式(1)表示log10P(torr)=A-B(T+273).......(1)]]>
其中，A＝8.2594，B＝2310，溫度T是以攝氏度測量的。
圖7是示出FC-40和水作為工作流體的飽和壓力相對于飽和溫度變化的曲線。表4示出從圖15得到的在特定飽和溫度下的FC-40的飽和壓力。
表4

關(guān)于熱管的安全操作，用于熱管的合適材料和其端部罩件厚度根據(jù)美國機(jī)械工程師協(xié)會(i.e.，ASME)代碼確定，該代碼是用于壓力容器的安全測量標(biāo)準(zhǔn)。例如，如果圓柱形熱管的厚度在其直徑的10％以內(nèi)，那么施加到壁上的最大應(yīng)力(σmax(1))和熱管半球形端部罩件(σmax(2))表示如下σmax(1)=ΔPd02t1]]>σmax(2)=ΔPd02t2........(2)]]>其中ΔP是熱管內(nèi)部和外部的壓力差，d0是熱管的外徑，t1是熱管的厚度，t2是端部罩件的厚度。
根據(jù)ASME代碼，在任意溫度下的最大允許應(yīng)力為在該溫度下的最大臨界拉伸強(qiáng)度的0.25倍。如果在熱管范圍內(nèi)的工作流體的蒸氣壓力等于工作流體的飽和蒸氣壓力，則壓力差(ΔP)等于蒸氣壓力和大氣壓力之間的差值。
圖18是對于不同熱管材料的作為溫度變化函數(shù)的臨界拉伸強(qiáng)度變化的曲線，其中具有由鋁(Al)、銅(Cu)和304號不銹鋼(SS304)制成的熱管的熔化輥的三種不同構(gòu)型，溫度范圍在大約0℃和大約500℃之間。圖19A是對于由鋁、銅和304不銹鋼構(gòu)造而成的熱管，當(dāng)FC-40用作工作流體時，最大允許應(yīng)力和作用在熱管壁上的最大應(yīng)力相對于溫度變化的圖線。圖18B是對于由鋁、銅和304不銹鋼構(gòu)造而成的熱管，當(dāng)蒸餾水用最工作流體且溫度范圍在大約0℃和大約500℃之間時，作用在銅熱管壁上的最大應(yīng)力相對于溫度變化的圖線。如圖19A所示，不銹鋼(SS304)的最大允許應(yīng)力大大地大于銅或鋁的最大允許應(yīng)力。對于熱管要確保無工作流體泄漏的安全操作，以及由不銹鋼(SS304)構(gòu)造而成的端部罩件的工作溫度達(dá)到大約400℃。
圖20A和20B分別是FC-10和蒸餾水用作工作流體時，溫度范圍在大于150℃至小于500℃之間，作用在銅熱管上的最大應(yīng)力相對于管厚度變化的圖線。如圖20A和20B所示，盡管熱管的厚度分別當(dāng)FC-10用作工作流體時從0.8mm至1.5mm，當(dāng)蒸餾水用作工作流體時從1.0mm至1.8mm，但是施加在熱管上的最大應(yīng)力在操作溫度大于約165℃且小于200℃時沒有太多變化。
圖21和22是對于上述第一實施例的熔化輥裝置的相對于時間(在0秒至65秒之間的時段)在熔化輥中部測量的溫度變化(在0℃至400℃之間)曲線。熔化輥裝置具有由銅制成的熔化輥，并且含有蒸餾水用作工作流體。熔化輥厚度為1.0mm，外徑為17.85mm，長度為258mm。該試驗在熔化輥轉(zhuǎn)速為47rpm下進(jìn)行，并且螺旋電阻加熱線圈阻抗為32Ω，電壓為200V，瞬時最大電能消耗為大約1.5Kw。螺旋電阻加熱線圈與熔化輥的內(nèi)圓柱表面直接接觸。
圖21示出了含有占據(jù)熔化輥內(nèi)容積10％的蒸餾水用作工作流體的熔化輥裝置的測量結(jié)果。圖22示出了含有占據(jù)熔化輥30％的蒸餾水的熔化輥裝置的測量結(jié)果。參照圖21，該原型花費8至12秒以將熔化輥溫度從大約22℃的室溫升高到大約175℃的操作溫度，但是不到14秒就達(dá)到200℃。參照圖22，它花費13秒將熔化輥溫度從大約22℃的室溫升高到175℃，但是只需22秒就達(dá)到200℃。
比較圖21和22的結(jié)果，很顯然，溫度升高速率隨著含在熔化輥密封內(nèi)部中的工作流體的容積率而變化。根據(jù)在各種條件下進(jìn)行的實驗結(jié)果，熔化輥在具有占據(jù)熔化輥內(nèi)部空間5-50％的工作流體量下可工作。溫度升高速率在熔化輥只有5-15％的容積中充滿了工作流體時較高。
與傳統(tǒng)圖像形成裝置在溫度升高速率方面進(jìn)行比較，對于本發(fā)明熔化輥裝置來說，對于采取其可行設(shè)計其中之一的圖像形成裝置，不需要在待機(jī)狀態(tài)下連續(xù)向熔化輥裝置供給電能。盡管在圖像形成開始時供給電能，但是與同一時期使用的設(shè)備相比，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造而成的熔化輥裝置可以在高速下形成圖像，即仍然可以熔化色粉圖像。
當(dāng)工作流體的容積超過50％時，溫度升高速率變得不切實際的慢。同時，如果工作流體的容積小于5％時，由于工作流體不充分地供給，干透現(xiàn)象或者發(fā)生或者易于發(fā)生，因此熔化輥也不能起作用或者根本不能作為熱管起作用。
在根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的熔化輥裝置中，電能可以提供為90-240伏，頻率為50-70赫茲以及更高頻。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的熔化輥裝置包括加熱線圈和具有極優(yōu)良傳導(dǎo)率的在金屬熔化輥主體中的工作流體，因此熔化輥表面可被瞬時加熱到目標(biāo)熔化溫度，以固定已經(jīng)轉(zhuǎn)移到復(fù)印紙上的色粉圖像。與傳統(tǒng)鹵素?zé)粜突蚴褂免Z(Pd)、釕(Ru)或碳(C)為基的加熱器的直接表面加熱型熔化輥裝置相比較，本發(fā)明熔化輥可以在較短時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)熔化溫度，而且電能消耗降低，而且熔化輥的表面溫度可被均勻維持。本發(fā)明的熔化輥裝置不需要預(yù)熱和待機(jī)時間，而且配備有本發(fā)明熔化輥裝置的任何圖像形成裝置，如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)或傳真機(jī)也不需要向熔化輥提供電能以準(zhǔn)備打印。因此，圖像形成裝置的總電能消耗降低。此外，本發(fā)明的熔化輥裝置是在熱管原理基礎(chǔ)上的，因此熔化輥的縱向上的溫度分布可被均勻控制，由此較優(yōu)的提高了色粉熔化特性。
此外，本發(fā)明熔化輥裝置可大批量容易生產(chǎn)，而且確保安全操作。熔化輥裝置的部件與其它商業(yè)可用的部件相容。熔化輥裝置的質(zhì)量容易控制。高速打印機(jī)可以采用本發(fā)明熔化輥裝置實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的熔化輥裝置以及制造熔化輥裝置的方法具有下述優(yōu)點。
首先，熔化輥裝置可用簡單自動方法制造。
其次，熱管軸向或縱向上的溫度變化較小(在1℃的范圍內(nèi))。
第三，高速打印機(jī)可用熔化輥裝置容易地實現(xiàn)。
第四，作為熔化輥裝置主要部件的熱源和熱管成形為單獨裝置，因此熔化輥裝置可以大批量容易制造而且確保安全操作。熔化輥裝置的部件與其它商業(yè)可用部件相容。熔化輥裝置的質(zhì)量容易控制。
第五，由于含在密封熱管中的工作流體連續(xù)蒸發(fā)和冷凝循環(huán)，盡管熱管內(nèi)部壓力在高溫(對于FC-40為一個大氣壓力或低于165℃)下增加，爆炸或嚴(yán)重變形的風(fēng)險極低。
盡管已經(jīng)針對本發(fā)明優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了具體描述和說明，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不脫離權(quán)利要求書所確定的本發(fā)明思想和范圍的前提下，各種形式和細(xì)節(jié)上的變化均是可行的。
權(quán)利要求
1.一種熔化輥裝置，包括圓柱形熔化輥，其具有形成內(nèi)部空腔的軸向相對端部，內(nèi)部空腔密封并被抽空降低到預(yù)設(shè)壓力；設(shè)置在所述端部之間所述內(nèi)部空腔內(nèi)的發(fā)熱器，所述發(fā)熱器與所述熔化輥在所述熔化輥內(nèi)部圓柱形表面軸向長度上直接接觸；以及工作流體，含在熔化輥中與所述發(fā)熱器直接接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的熔化輥裝置，其特征在于，所述發(fā)熱器包括螺旋纏繞在所述內(nèi)部空腔內(nèi)的電阻加熱線圈，電阻加熱線圈的軸向相對端從所述熔化輥延伸出來通過所述熔化輥的不同的所述端部。
3.如權(quán)利要求1所述的熔化輥裝置，其特征在于，發(fā)熱器的外徑大于熔化輥內(nèi)徑，發(fā)熱器壓力接觸熔化輥的內(nèi)部圓柱形壁。
4.如權(quán)利要求2所述的熔化輥裝置，其特征在于，發(fā)熱器的外徑大于熔化輥內(nèi)徑，發(fā)熱器壓力接觸熔化輥的內(nèi)部圓柱形壁。
5.如權(quán)利要求1所述的熔化輥裝置，其特征在于，熔化輥由銅制成。
6.如權(quán)利要求1所述的熔化輥裝置，其特征在于，熔化輥由不銹鋼制成。
7.如權(quán)利要求1所述的熔化輥裝置，其特征在于，工作流體為蒸餾水。
8.如權(quán)利要求1所述的熔化輥裝置，其特征在于，含在所述熔化輥內(nèi)的所述工作流體量范圍為所述內(nèi)部空腔容積的5-50％。
9.如權(quán)利要求1所述的熔化輥裝置，其特征在于，含在所述熔化輥內(nèi)的所述工作流體量范圍為所述內(nèi)部空腔容積的5-15％。
10.一種熔化輥裝置，包括圓柱形熔化輥，其具有形成內(nèi)部空腔的軸向相對端部，內(nèi)部空腔密封并被抽空降低到預(yù)設(shè)壓力；設(shè)置在所述端部之間所述內(nèi)部空腔內(nèi)的發(fā)熱器，所述發(fā)熱器與所述熔化輥在所述熔化輥內(nèi)部圓柱形表面軸向長度上直接接觸；工作流體，含在熔化輥中與所述發(fā)熱器直接接觸，擋板，將所述內(nèi)部空腔分隔成多個單位空間。
11.如權(quán)利要求10所述的熔化輥裝置，其特征在于，所述發(fā)熱器包括螺旋纏繞在所述內(nèi)部空腔內(nèi)的電阻加熱線圈，電阻加熱線圈的軸向相對端從所述熔化輥延伸出來通過所述熔化輥的不同的所述端部。
12.如權(quán)利要求10所述的熔化輥裝置，其特征在于，所述擋板包括多個徑向延伸的幅片。
13.如權(quán)利要求10所述的熔化輥裝置，其特征在于，發(fā)熱器的外徑大于熔化輥內(nèi)徑，發(fā)熱器壓力接觸熔化輥的內(nèi)部圓柱形壁。
14.如權(quán)利要求10所述的熔化輥裝置，其特征在于，熔化輥由銅形成。
15.如權(quán)利要求10所述的熔化輥裝置，其特征在于，熔化輥由不銹鋼形成。
16.如權(quán)利要求10所述的熔化輥裝置，其特征在于，工作流體是蒸餾水。
17.如權(quán)利要求10所述的熔化輥裝置，其特征在于，含在所述熔化輥內(nèi)的所述工作流體量范圍為所述內(nèi)部空腔容積的5-50％。
18.如權(quán)利要求10所述的熔化輥裝置，其特征在于，含在所述熔化輥內(nèi)的所述工作流體量范圍為所述內(nèi)部空腔容積的5-15％。
19.一種熔化輥裝置，包括圓柱形熔化輥，包括具有內(nèi)部第一直徑的外管，以及具有小于所述第一直徑的外部第二直徑的內(nèi)管，在所述外管和所述內(nèi)管之間形成環(huán)形空間，所述環(huán)形空間被抽空降低到預(yù)設(shè)壓力；設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)的發(fā)熱器；以及含在所述環(huán)形空間內(nèi)的工作流體，流體量小于所述環(huán)形空間的容積。
20.如權(quán)利要求19所述的熔化輥裝置，其特征在于，發(fā)熱器包括設(shè)置在所述環(huán)形空間中與所述外管直接接觸的第一發(fā)熱器。
21.如權(quán)利要求19所述的熔化輥裝置，其特征在于，第一發(fā)熱器為螺旋纏繞在所述環(huán)形空間中的電阻加熱線圈。
22.如權(quán)利要求20所述的熔化輥裝置，其特征在于，第一發(fā)熱器沿著外管內(nèi)部圓柱形表面設(shè)置并與該表面直接接觸。
23.如權(quán)利要求19所述的熔化輥裝置，其特征在于，所述發(fā)熱器包括設(shè)置在所述環(huán)形空間中的第一發(fā)熱器和設(shè)置在所述內(nèi)管中的第二發(fā)熱器。
24.如權(quán)利要求20所述的熔化輥裝置，其特征在于，所述第一發(fā)熱器包括螺旋纏繞的電阻加熱線圈，所述第二發(fā)熱器包括鹵素?zé)簟?br> 25.如權(quán)利要求19所述的熔化輥裝置，其特征在于，內(nèi)管和外管由銅制成。
26.如權(quán)利要求19所述的熔化輥裝置，其特征在于，內(nèi)管和外管由不銹鋼制成。
27.如權(quán)利要求19所述的熔化輥裝置，其特征在于，工作流體是蒸餾水。
28.如權(quán)利要求19所述的熔化輥裝置，其特征在于，含在所述熔化輥內(nèi)的所述工作流體量范圍為所述環(huán)形空間所述容積的5-50％。
29.如權(quán)利要求19所述的熔化輥裝置，其特征在于，含在所述熔化輥內(nèi)的所述工作流體量范圍為所述環(huán)形空間所述容積的5-15％。
30.如權(quán)利要求19所述的熔化輥裝置，其特征在于，還包括多個將所述環(huán)形空間分隔成多個單位空間的擋板。
31.一種熔化輥裝置，包括圓柱形熔化輥，其具有密封形成內(nèi)部空腔的軸向相對端部，內(nèi)部空腔被抽空到預(yù)設(shè)壓力；設(shè)置在所述熔化輥所述內(nèi)部空腔內(nèi)的發(fā)熱器，所述發(fā)熱器螺旋纏繞與所述熔化輥內(nèi)部圓柱形壁直接接觸；含在所述內(nèi)部空腔內(nèi)的一定量的工作流體；涂覆了熔化輥外部圓柱表面的保護(hù)層，所述保護(hù)層容易與色粉圖像分離；以及聯(lián)接到所述發(fā)熱器上的電極，能夠施加通過所述發(fā)熱器的電壓。
32.如權(quán)利要求31所述的熔化輥裝置，其特征在于，發(fā)熱器是電阻加熱線圈。
33.如權(quán)利要求31所述的熔化輥裝置，其特征在于，電阻加熱線圈表面涂覆有保護(hù)層。
34.如權(quán)利要求33所述的熔化輥裝置，其特征在于，保護(hù)層由氧化鎂制成。
35.如權(quán)利要求31所述的熔化輥裝置，其特征在于，施加到發(fā)熱器上的電壓范圍為90-240伏。
36.如權(quán)利要求31所述的熔化輥裝置，其特征在于，施加到發(fā)熱器上的電壓頻率范圍為50-70赫茲。
37.一種制造熔化輥裝置的方法，包括形成圓柱形熔化輥，其內(nèi)部空腔在所述輥的軸向相對端之間軸向延伸；將纏繞成螺旋的加熱線圈插入所述內(nèi)部空腔中；抽空所述內(nèi)部空腔；用工作流體局部充滿所述內(nèi)部空腔；以及密封所述空腔，而同時保持穿過所述加熱線圈的電連接性。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括形成具有內(nèi)部第一直徑的所述內(nèi)部空腔的所述熔化輥；纏繞所述加熱線圈，使其在將所述加熱線圈插入所述內(nèi)部空腔之前，具有大于所述第一直徑的外部第二直徑；在所述插入過程中減小所述第二直徑；以及在所述插入之后，釋放所述加熱線圈以確保所述第二直徑。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括將內(nèi)管安放在所述內(nèi)部空腔中，所述加熱線圈設(shè)置在所述熔化輥和所述內(nèi)管之間。
40.如權(quán)利要求37所述的熔化輥裝置，其特征在于，還包括將所述內(nèi)部空腔分隔成多個區(qū)段，每個區(qū)段含有大量所述工作流體。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于熱管原理的結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)的熔化輥裝置。該熔化輥裝置包括具有熱管結(jié)構(gòu)的熔化輥,以及在熔化輥內(nèi)部的電阻加熱器和/或鹵素?zé)?因此熔化輥表面可被瞬時加熱到目標(biāo)熔化溫度。熔化輥裝置可在較短時間段內(nèi)加熱到目標(biāo)熔化溫度,而不需要預(yù)熱和待機(jī)時間,因此電能消耗降低。
文檔編號F16C13/00GK1360231SQ0113740
公開日2002年7月24日 申請日期2001年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月22日
發(fā)明者李慶雨, 金兌圭 申請人:三星電子株式會社