一种加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条的制作方法

1.本发明涉及加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条技术领域，尤其是一种加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条。


背景技术：

2.激光打印文件，顾名思义是指由激光打印机打印出的文件，即激光打印机在计算机的控制下，将一系列字符、图形等数据通过各机械部件的配合，最终形成的输出到纸张等介质上的文件形式。激光打印机与喷墨式打印机或其他类型的打印机相比有三大优势：1、打印效果好；2、打印速度快；3、打印成本低。激光打印机的内部扫描印刷组件的设计制造复杂程度远超过外部机械运行，内部扫描印刷组件是激光打印机得以长期严密工作的关键。
3.激光打印机内部结构主要分为：扫描装置、打印装置、显影装置、定影装置以及传送装置。其中“定影装置”是长时间保存打印文件的主要元件，工作原理是：当粉墨吸附在打印介质上靠的是异性电荷相吸打印介质表面，如果想打印文件保存得更长久，就要通过定影装置的加压热熔方式将粉墨熔化镶嵌在打印介质表面，形成固定的打印文件。
4.目前，定影装置中重要的加热部件有两种：灯管钨丝加热和陶瓷加热条。
5.传统激光打印机中定影器加热装置为灯管发热器，利用钨丝通电发热原理产生热源，而陶瓷加热条比较钨丝发热具有加热速度快、热量均匀、能够缩短首张打印时间、使用寿命长等优良特性，逐渐成为了激光打印机加热部件的首选材料。
6.陶瓷加热条要由陶瓷基板、电极、发热丝、玻璃釉四部分组成，同样利用发热丝通电发热原理提供热源，但相较于灯管，陶瓷基板具有良好的导热性、高热导率、耐高温等特性可以使整个加热装置散热更加快速。
7.虽然陶瓷加热条有诸多优良特性，但在使用中仍存在如何安全可靠的技术难题；基于陶瓷加热条以陶瓷为基板，陶瓷材料耐高温的特性，激光打印机陶瓷加热条表面封装的加热元件为金属发热丝；
8.通常加热条工作温度为180℃～220℃之间，陶瓷加热条封装的发热丝熔断温度点在400℃以上，在发生电流过大等异常问题时，发热丝过高的温度会通过陶瓷基板传递扩散至定影装置的其它有机元件，从而引发起火损坏设备；
9.而通电后发热丝一般在400℃以上才会出现熔断现象，而且每个打印机的发热丝在什么温度下，至少需要多少时间才出现熔断，具有很大的随机性；陶瓷基板因具有优良的耐高温及高热导率等特性，会将温度快速传递至其它介质；发热丝过高的温度会通过陶瓷基板传递扩散至定影装置的其它有机元件，而定影装置部件有较多有机物材料构成，燃点较低，在400度及以上温度的高温条件下极易燃烧，从而引发起火损坏设备，容易造成整个打印机的损毁。
10.陶瓷加热板的极端温度失控问题；通常加热条工作温度为180℃～220℃之间，陶瓷加热条封装的发热丝熔断温度点在400℃以上，在发生电流过大等异常问题时，发热丝过高的温度会通过陶瓷基板传递扩散至定影装置的其它有机元件，从而引发起火损坏设备，
60％，锡5-10％，铅5-10％，钯3-5％，二氧化钛3-5％，氧化硼2-3％，玻璃化学组分10-20％，甲基纤维素5-10％，十八酸5-10％，氟化锡3-5％；实现较低的熔点(270℃-320℃)，当发热丝超出正常工作范围时会在熔断点位熔断，避免因高温引起的打印机燃烧现象。
29.一种加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条的熔断点厚度的工艺设计方法：
30.熔断点横截面积为s，s＝ah，a为截面宽，h为截面高或者称之为厚度，熔断点的长度为l，通过熔断点的电流是i，熔点点位表面温度是θ，环境温度是θ0，熔点点位材料的电阻率是ρ0，电阻温度系数是α；
31.材料热量公式：其中ρ＝ρ0(1+αθ)；
32.根据材料的散热公式：p＝k
t
aτ；
33.p是散热功率；kt是综合散热系数，是热传导、热对流和热辐射的综合参数；a是散热面积；τ是温升，它是材料表面温度θ与环境温度θ0之差，即τ＝θ-θ0；
34.因此，熔断点散发热量为：
35.q2＝k
t
aτt＝k
t
mlτt；
36.其中a不包括两个端面的熔断点展开面积，m为熔断点截面周长，即a＝ml；
37.当熔断点正常工作时，熔断点发热量q1等于散热热量q2，即q1＝q2；
[0038][0039]
整理公式得到：
[0040][0041]
进一步整理：
[0042][0043]
进一步整理：代入m＝2(a+h)
[0044]
整理公式得到：
[0045][0046]
式中：a为发热丝熔断点截面积的宽度，h为熔断点厚度，代入已知的a，得到h。
[0047]
本发明具有如下有益效果：
[0048]
1、本发明针对陶瓷加热条在超温后继续加热超过了工作所需的温度，存在高温及起火的风险；采用在陶瓷加热条上进行温控设计，使得陶瓷加热条在超过设定工作所需温度时能够自行熔断，避免因温度过高引发起火；通常加热条工作温度为180℃～220℃之间，陶瓷加热条封装的发热丝熔断温度点在400℃以上，在发生电流过大等异常问题时，发热丝过高的温度会通过陶瓷基板传递扩散至定影装置的其它有机元件，从而引发起火损坏设备；
[0049]
基于上述问题，提出对陶瓷加热板发热丝印刷局部做变薄设计方案；在通电使用过程中，如出现强电流波动，在电阻率相同情况下，变薄处发热丝单位体积较小，所产生的热量较多，温度相比其他位置升温较快，因此会提前出现熔断现象，这种自熔断点设计能够有效避免陶瓷加热板整体温度过高引起打印机起火损毁；
[0050]
这种熔断点印刷设计在陶瓷发热丝正常工作时的温度要高于其它部位，会影响打印效果；因此通过在熔断点处设置温度平衡模块，吸收熔断点在正常工作时产生的多余热量，平衡其与周围的温度；避免影响打印效果，保持印刷的正常。
[0051]
2、本发明创造根据但陶瓷发热条在使用过程中需要设置测温点，测温点通常会带走局部部分热量，使得测温点温度偏低；因此在陶瓷发热丝熔断点背面的温度平衡模块，把温度平衡模块集成在测温器上；尽量减少或者说降低改造实施的成本；用于平衡熔断点过高的温度，避免熔断点温度过高造成的打印效果不佳问题；同时测温点的形状也可根据自熔断点设计进行改变。
[0052]
3、本发明创造熔断点设计的优点在于可有效预防陶瓷发热板因电流异常出现的温度过高引起的起火问题，有效提高陶瓷发热片的使用安全性，且设计处的背面可焊接测温点，有效解决熔断点局部温度过高引起的陶瓷基板发热器加热温差问题，确保整个陶瓷发热器温度发热均匀性问题。
[0053]
4、本发明采用发热丝局部做变薄设计，使得陶瓷加热条在加热到一定温度时自熔断，且变薄量可以通过材料电阻、电阻率及熔断温度点来进行调控设计，可有效避免温度过高引起的起火现象或其他情况；在熔断点设计的背面可焊接温度平衡模块做测温点，由于测温点会带走局部热量，可有效平衡熔断点设计处的温度过高问题，规避打印过程中局部过热引起的打印色差现象；同时测温点的形状也可根据自熔断点形状设计进行改变。
[0054]
5、本发明通过采用厚度调整，变薄设计形成熔断点；但是目前的发热丝印刷均匀性问题仍然需要考虑，通常陶瓷加热板会印刷两条或两条以上的发热丝，较长的陶瓷基板导致在长度方向印刷的各条发热丝之间存在均匀性差异，由此会产生发热不均匀，出现局部高温或低温现象，在整个基板上产生温差，打印出的纸张字体图案出现整体的明暗色差；为了解决该问题，因此只需要解决发热丝的均匀性问题即可解决发热均匀的问题；而发热丝或者说加热丝为刷涂形成，通过网板印刷生成；因此本发明创造采用这样的一种方式，陶瓷基板上印刷发热丝通过两次印刷形成，第二次印刷相对第一次印刷，加热条或者印刷网板翻转180
°
；以相邻的两次印刷，但是前后翻转，这样就使两者的印刷均匀度得到改善，如果是采用同一网板，这样就可以实现对称式的印刷，这样就把均匀度给平均了，改善了发热丝的均匀度，使整体的长度，尤其是首尾段，对称且均匀。
附图说明
[0055]
图1为本发明实施例的一种加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条的无印刷空缺点的网板主视图；
[0056]
图2为本发明实施例的一种加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条的有无印刷空缺点的网板的主视图；
[0057]
图3为现有技术的激光打印机陶瓷加热条的主视图；
[0058]
图4为本发明实施例的一种加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条的后视图；
[0059]
图5为本发明实施例的一种加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条的主视图；
[0060]
图6为本发明实施例的陶瓷加热丝的网板1的主视图；
[0061]
图7为本发明实施例的陶瓷加热丝的网板2的主视图；
[0062]
图中：1、电极 2、发热丝 3、玻璃釉 4、陶瓷基板 5、熔断点 6、温度平衡模块 7、印刷空缺点 8、低温浆料发热丝。
具体实施方式
[0063]
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0064]
如图1、2、4、5所示的一种加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条，包括陶瓷基板4、电极1、发热丝2、玻璃釉3，发热丝2上设置熔断点5；熔断点5的厚度小于其它非熔断点位置的厚度。
[0065]
本发明提供的一种技术方案，还具有以下的技术特征：
[0066]
在本发明的一个实施例中，熔断点的厚度小于等于其它非熔断点厚度的70％，适合于大多数的发热丝材料，以及现有的加热条要求。
[0067]
在本发明的一个实施例中，陶瓷基板上印刷发热丝通过两次印刷形成，第一次或第二次印刷中靠近发热丝末端位置处有印刷空缺点，印刷空缺点在当前次印刷中不印刷，印刷后的发热丝对应印刷空缺点位置为熔断点；采用缺口印刷形成，结构简单，设计方便，不影响生产设备的改造，极大降低成本。
[0068]
在本发明的一个实施例中，熔断点的厚度为其他位置厚度的50％，第一次和第二次采用的为同一个网板，或两次的网板厚度相同，有利于消除印刷的厚度误差，改善均匀度。
[0069]
在本发明的一个实施例中，第二次相对第一次，加热条翻转180
°
，采用翻转来减小印刷误差，使加热丝的厚度均匀。
[0070]
在本发明的一个实施例中，所述的熔断点上端背面设置有温度平衡模块，温度平衡模块用于吸收熔断点热量，效果好，构思巧妙。
[0071]
在本发明的一个实施例中，所述的温度平衡模块为测温点，测温点的形状和熔断点形状配套设置，有利于结合现有的结构，实施本发明创造的结构，并实现该效果。
[0072]
在本发明的一个实施例中，所述的熔断点的长度在0.1-5mm之间，具有实际应用的工艺价值。
[0073]
在本发明的一个实施例中，所述的熔断点设置在打印机条发热丝末端段，末端段的长度小于等于发热丝整体的4/5，以电极端为起始端。
[0074]
在本发明的一个实施例中，熔断点厚度为0.0175mm-0.021mm，满足现有生产条件，并可结合打印机加热条进行灵活运用实施。
[0075]
在本发明的一个实施例中，一种加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条刷涂工艺，陶瓷基板上印刷加热丝通过两次印刷形成，第二次印刷相对第一次印刷，加热条或者印刷网板翻转180
°
；工艺效果好，均匀度好，在原有设备的基础上以最小化改造实施，来实现均匀度提升。
[0076]
在本发明的一个实施例中，第一次或第二次印刷中靠近加热丝末端位置处有印刷
空缺点，印刷空缺点在当前次印刷中不印刷，印刷空缺点对应在加热丝上的位置为熔断点；生产效率高，成本低效果好。
[0077]
在本发明的一个实施例中，本发明提供的一种设计熔断点的材料及厚度的工艺方法技术方案，还具有以下技术特征：
[0078]
一种加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条的熔断点，包含如下组分，银30-60％，锡5-10％，铅5-10％，钯3-5％，二氧化钛3-5％，氧化硼2-3％，玻璃化学组分10-20％，甲基纤维素5-10％，十八酸5-10％，氟化锡3-5％。
[0079]
一种加热均匀且安全的激光打印机陶瓷加热条的熔断点厚度的工艺设计方法：
[0080]
熔断点横截面积为s，s＝ah，a为截面宽，h为截面高或者称之为厚度，熔断点的长度为l，通过熔断点的电流是i，熔点点位表面温度是θ，环境温度是θ0，熔点点位材料的电阻率是ρ0，电阻温度系数是α；
[0081]
材料热量公式：其中ρ＝ρ0(1+αθ)；
[0082]
根据材料的散热公式：p＝k
t
aτ；
[0083]
p是散热功率；kt是综合散热系数，是热传导、热对流和热辐射的综合参数；a是散热面积；τ是温升，它是材料表面温度θ与环境温度θ0之差，即τ＝θ-θ0；
[0084]
因此，熔断点散发热量为：
[0085]
q2＝k
t
aτt＝k
t
mlτt；
[0086]
其中a不包括两个端面的熔断点展开面积，m为熔断点截面周长，即a＝ml；
[0087]
当熔断点正常工作时，熔断点发热量q1等于散热热量q2，即q1＝q2；
[0088][0089]
整理公式得到：
[0090][0091]
进一步整理：
[0092][0093]
进一步整理：代入m＝2(a+h)
[0094]
整理公式得到：
[0095][0096]
式中：a为发热丝熔断点截面积的宽度，h为熔断点厚度，代入已知的a，得到h。
[0097]
在本发明的一个实施例中，厚度尺寸可根据电流大小和选取的发热丝材质进行调整，该涂刷厚度并非是恒定值，根据不同机型、不同要求、不同发热丝材质，会对熔断点涂刷厚度进行调整；
[0098]
横截面尺寸可根据电流大小和选取的发热丝材质进行调整，本设计正常工作温度为180℃-220℃，熔断温度范围为350℃-400℃。
[0099]
本发明实施时，实施要点如下：
[0100]
1、现有技术中，陶瓷加热条，如图3所示主要由陶瓷基板、电极、发热丝、玻璃釉四部分组成，同样利用发热丝通电发热原理提供热源，但相较于灯管，陶瓷基板具有良好的导热性、高热导率、耐高温等特性可以使整个加热装置散热更加快速。但目前陶瓷加热条仍存在陶瓷加热板的极端温度失控问题。通常加热条工作温度为180℃～220℃之间，陶瓷加热条封装的发热丝熔断温度点在400℃以上，在发生电流过大等异常问题时，发热丝过高的温度会通过陶瓷基板传递扩散至定影装置的其它有机元件，从而引发起火损坏设备；
[0101]
基于上述问题，提出对陶瓷加热板发热丝印刷局部做变薄设计方案；在通电使用过程中，如出现强电流波动，在电阻率相同情况下，变薄处发热丝单位体积较小，所产生的热量较多，温度相比其他位置升温较快，因此会提前出现熔断现象，这种自熔断点设计能够有效避免陶瓷加热板整体温度过高引起打印机起火损毁；
[0102]
这种熔断点印刷设计在陶瓷发热丝正常工作时的温度要高于其它部位，会影响打印效果；因此通过在熔断点处设置温度平衡模块，吸收熔断点在正常工作时产生的多余热量，平衡其与周围的温度；避免影响打印效果，保持印刷的正常。
[0103]
2、本发明创造根据但陶瓷发热条在使用过程中需要设置测温点，测温点通常会带走局部部分热量，使得测温点温度偏低；因此在陶瓷发热丝熔断点背面的温度平衡模块，把温度平衡模块集成在测温器上；尽量减少或者说降低改造实施的成本；用于平衡熔断点过高的温度，避免熔断点温度过高造成的打印效果不佳问题；同时测温点的形状也可根据自熔断点设计进行改变。
[0104]
3、本发明创造熔断点设计的优点在于可有效预防陶瓷发热板因电流异常出现的温度过高引起的起火问题，有效提高陶瓷发热片的使用安全性，且设计处的背面可焊接测温点，有效解决熔断点局部温度过高引起的陶瓷基板发热器加热温差问题，确保整个陶瓷发热器温度发热均匀性问题。
[0105]
4、本发明采用发热丝局部做变薄设计，使得陶瓷加热条在加热到一定温度时自熔断，且变薄量可以通过材料电阻、电阻率及熔断温度点来进行调控设计，可有效避免温度过高引起的起火现象或其他情况；在熔断点设计的背面可焊接温度平衡模块做测温点，由于测温点会带走局部热量，可有效平衡熔断点设计处的温度过高问题，规避打印过程中局部过热引起的打印色差现象；同时测温点的形状也可根据自熔断点形状设计进行改变。
[0106]
5、本发明通过采用厚度调整，变薄设计形成熔断点；但是目前的发热丝印刷均匀性问题仍然需要考虑，通常陶瓷加热板会印刷两条或两条以上的加热丝，较长的陶瓷基板导致在长度方向印刷的各条加热丝之间存在均匀性差异，由此会产生发热不均匀，出现局部高温或低温现象，在整个基板上产生温差，打印出的纸张字体图案出现整体的明暗色差；为了解决该问题，因此只需要解决加热丝的均匀性问题即可解决发热均匀的问题；而加热丝或者说发热丝为刷涂形成，通过网板印刷生成；因此本发明创造采用这样的一种方式，陶瓷基板上印刷加热丝通过两次印刷形成，第二次印刷相对第一次印刷，加热条或者印刷网板翻转180
°
；以相邻的两次印刷，但是前后翻转，这样就使两者的印刷均匀度得到改善，如果是采用同一网板，这样就可以实现对称式的印刷，这样就把均匀度给平均了，改善了加热
丝的均匀度，使整体的长度，尤其是首尾段，对称且均匀。
[0107]
在本发明的一个实施例中，本技术采用两次涂刷技术，将第一遍涂刷完毕的加热条调转180
°
，再采用有熔断点的印刷模板再次印刷，最大程度上保证印刷的两条加热丝单位体积内印刷量一致，确保两条加热丝在工作时产生的热量一致；其次，本设计采用的基板为氧化铝基板，具有良好的耐高温性、高热导率，使用寿命长不容易损坏，且有自熔断保护机制，能够有效保障打印机条的安全可靠使用。
[0108]
在本发明的一个实施例中，关于熔断点的位置的技术要求、及对应不同的技术效果，其相对的距离或者位置比例，要求如下：
[0109]
熔断点设置点应与测温点位置保持一直(测温点在熔断点背面)，测温点的设置则是根据打印机设备结构设计而定，一般熔断点在打印机条二十分之三处(电极端为起始端)，熔断点会尽可能设置在打印机条发热丝边缘位置。特殊说明：熔断点的设置点对打印机加热条无实质影响，可根据打印机机构任意调整熔断点位置。
[0110]
在本发明的一个实施例中，断点位在不同位置对于加热丝的熔断无影响，不同位置处不改变熔断点工作原理，但一需要与测温点相对应；对应的，熔断点厚度、长度的变化根据设计工艺进行推导可得。
[0111]
在本发明的一个实施例中，对应的，现有的应用发热丝材料的技术要求如上实施例，如果更换别的可以应用的材料，所对应的调整如下，具体的如更换其他材质发热丝，制备工艺与本专栏所述工艺相一致；按本技术中的公式，根据发热丝材料的属性以及应用的打印机型号，可以计算处熔断点设计宽度、长度，设计方法与本设计发明相一致。
[0112]
如图6、7，在本发明的一个实施例中，在陶瓷基板上印刷加热丝先采用陶瓷加热丝网板1进行第一遍印刷(印刷方向从左向右)，形成两条加热丝雏形(红色表示网板形状，同时也是形成的加热丝形状)，网板1中在靠近加热丝末端位置留有空缺点，空缺点采用网板2涂刷低熔点电阻丝浆料，形成熔断点，印刷厚度根据实际要求进行调整。然后将已印刷有电阻丝浆料和熔断点电阻丝浆料的陶瓷基板、和网板1反转180
°
，再次采用陶瓷加热网板1(印刷方向仍从左到右)进行二次印刷，网板1中在靠近加热丝末端位置处同样有预留印刷空缺点，印刷完毕的空缺点加热丝厚度仅保留第一次印刷厚度，该点即为所设置的熔断点；网板2上设置低温浆料发热丝8。
[0113]
根据所涂刷的电阻丝材料物理特性、设定的熔断温度以及工作时的电流可任意设计熔断点位电阻丝厚度以及宽度。因此设计中所使用的两张网板厚度可以根据要求进行调整，同时实现熔断点印刷厚度的可设计变更，如熔断设计处厚度为其他位置厚度的50％，则两张网板膜厚一致即可，若此设计处厚度为其他位置厚度的40％，则第二张网板的印刷厚度为第一张网板厚度的1.5倍。非熔断点的涂刷厚度一般设置为0.025mm-0.030mm，熔断点截面宽度一般设置为1.0mm-2.0mm，熔断点厚度一般设置为0.0175mm-0.021mm。特别说明：熔断点截面的宽度、厚度选择与电阻丝材质、电流、环境温度以及设定熔断温度有关。
[0114]
除熔断点处，两条加热丝通过二次反向印刷保证了加热丝具有相同厚度和印刷量，能够有效避免因板材较长导致的印刷不均匀所带来的温差问题。因熔断点处采用单次印刷，厚度相对较薄，在实际使用过程中，该点位加热丝相对体积较小、电阻较大，所产生的热量相较于其它位置温度较高，当电流较大时，该点位温度会先于其它位置到达熔断温度点熔断，从而避免整个陶瓷加热基板温度过高造成起火现象。这种熔断点印刷设计在陶瓷
发热丝正常工作时的温度要高于其它部位，会影响打印效果。但陶瓷发热条在使用过程中需要设置测温点，测温点位置位于熔断点背面的陶瓷基板表面(如图4所示)，测温点通常会带走该处部分热量，用于平衡熔断点过高的温度，使得测温点温度偏低，避免熔断点温度过高造成的打印效果不佳问题。
[0115]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。