Воздушный канал и картридж для тонера с его использованием
Настоящая группа изобретений относится главным образом к устройству формирования изображения и, более конкретно, к охлаждению картриджа для тонера в устройстве формирования изображения. Заявленная группа изобретений включает картридж для вмещения тонера, применяемый в устройстве формирования изображения, устройство формирования изображения и воздушный канал в картридже для вмещения тонера. При этом устройство формирования изображения содержит картридж для вмещения материала тонера, вал проявки, имеющий проксимальный и дистальный концы, и J-образное уплотнение, создающее границу между валом проявки и картриджем на каждом из проксимального и дистального концов, содержащее: воздушный канал, расположенный в картридже, прилегающий к валу проявки для проведения воздушного потока через границы, создаваемые J-образным уплотнением для охлаждения вала проявки, причем воздушный канал содержит: удлиненное тело и два сопла, гидравлически соединенные с удлиненным телом, причем каждое из двух сопел сужается в осевом направлении и имеет поперечное сечение в форме неправильного четырехугольника. Технический результат заключается в устранении больших потерь тонера и увеличении объема производства принтера. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая группа изобретений относится главным образом к устройству формирования изображения и, более конкретно, к охлаждению картриджа для тонера в устройстве формирования изображения.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Устройство формирования изображения, такое как лазерный принтер, использует световой луч, который фокусируют, чтобы экспонировать отдельный участок фоторецепторного барабана, или барабана переноса изображения, для притяжения печатного тонера к этим отдельным участкам. Одним из компонентов лазерного принтера является блок фоторецепторного барабана. Блок фоторецепторного барабана изготовлен из фотопроводящего материала, который разряжают световые фотоны, обычно излучаемые лазером. Изначально барабан заряжают при помощи вала заряда. При вращении фоторецепторного барабана принтер направляет лазерный луч по поверхности барабана, разряжая некоторые точки. Таким образом, лазер «рисует» буквы и изображения, подлежащие печати, в виде узора электрических зарядов - скрытого электростатического изображения. Система также может работать либо с положительно заряженным скрытым электростатическим изображением на отрицательно заряженном фоне, либо с отрицательно заряженным скрытым электростатическим изображением на положительно заряженном фоне.
Лазер принтера или блок лазерного сканирования оставляет на фоторецепторном барабане подлежащее печати изображение. Известный блок лазерного сканирования может включать лазер, подвижное зеркало и линзу. Лазер получает данные изображения в пикселях, которые составляют текст и изображения в виде одной горизонтальной линии за раз. Когда луч перемещается по барабану, лазер излучает импульс света для каждого из пикселей, подлежащих печати. Обычно лазер в действительности не перемещает луч. Вместо этого лазер отражает световой луч от подвижного зеркала. Когда зеркало перемещается, световой луч проходит через последовательность линз. Такая система компенсирует искажения изображения, вызванные изменением расстояния между зеркалом и точками, расположенными вдоль барабана. Лазерный блок горизонтально перемещается в одной плоскости при непрерывном вращении фоторецепторного барабана, так что лазерный блок может рисовать следующую линию. Контроллер печати синхронизирует эти действия. В процессе формирования скрытого изображения на фоторецепторном барабане лазер разряжает области, в которых формируется скрытое изображение.
Когда тонер получает электростатический заряд, он притягивается к освещенным участкам барабана переноса изображения. После задания комбинации данных изображения заряженный тонер подают на фотопроводящий барабан. Вследствие разницы зарядов тонер притягивается и прилипает к разряженным областям барабана, но не притягивается к участкам «фона», имеющим одинаковый с ним заряд. Тонер представляет собой электростатически заряженный порошок, содержащий два основных ингредиента: пигмент и полимер. Пигмент обеспечивает цвета, например черный в монохромном принтере или голубой, пурпурный, желтый и черный в цветном принтере, и формирует текст и изображения. Пигмент смешан с частицами полимера, поэтому тонер плавится при прохождении через блок термофиксации. Тонер находится в корпусе картриджа для тонера, маленьком контейнере, встроенном в съемный корпус. Принтер собирает тонер из сборника в корпусе и подает в узел проявки при помощи лопаток и валов переноса. Вал проявки является заряженным вращающимся валом, обычно имеющим ось из проводящего металла и полимерное проводящее покрытие, которое принимает тонер с вала добавления тонера, расположенного рядом с валом проявки. Электрический заряд и механическая чистка позволяют валу проявки собирать частицы тонера с вала добавления тонера. Узел дозирующего лезвия входит в контакт с валом проявки, обеспечивая равномерное нанесение тонера по длине и поверхности вала проявки путем соскабливания, или соскребания излишков тонера с вала проявки. Дозирующее лезвие может также индуцировать заряд на тонере. Это, в свою очередь, обеспечивает равномерную подачу тонера на фотопроводящий барабан. При неравномерном покрытии тонера на валу проявки, слишком толстом, слишком тонком или недостаточном, покрытие фотопроводящего барабана является неравномерным, и степень темноты отпечатка может варьироваться вследствие этих неравномерностей. Это рассматривается как дефект печати.
Электростатическое изображение на фотопроводящем барабане заряжают, так что частицы тонера перемещаются с вала проявки на скрытое изображение на фотопроводящем барабане, создавая на нем изображение, проявленное тонером. Проявленное тонером изображение переносят с фотопроводящего барабана на печатный материал, такой как бумага, или на промежуточную транспортную ленту, которая затем переносит проявленное тонером изображение на печатный материал. Бумага или транспортная лента имеют заряд, противоположный заряду тонера, вследствие чего тонер переносится на бумагу или транспортную ленту. Этот заряд является более сильным, чем заряд электростатического изображения, поэтому бумага или транспортная лента притягивает частицы тонера с поверхности фотопроводящего барабана. Поскольку бумага или транспортная лента перемещаются с той же скоростью, что и барабан, они точно собирают узор изображения.
Одной из часто встречающихся проблем с лазерными принтерами или другими устройствами формирования изображения является утечка тонера. Тонер из сборника может протекать в картридж для тонера и препятствовать надлежащей работе узла. Одной из значительных областей утечки тонера является путь вдоль частей вала проявки, где J-образное уплотнение, расположенное у противоположных концов вала проявки, входит в контакт с возможностью скольжения с валом проявки, в частности, в местах схождения вала проявки, дозирующего лезвия и J-образного уплотнения. Эти места трудно уплотнить из-за допусков, жесткости и прогибов указанных компонентов. Данные исследования рабочего давления тонера, а также вибрации и капельной пробы, показали, что площади вокруг поверхности вала проявки и J-образного уплотнения часто являются путем утечки тонера, особенно в корпусах большого объема.
Граница между валом проявки и J-образным уплотнением, определенная на валу проявки как «свободная зона», создает тепло внутри картриджа для тонера при вращении вала проявки. В существующих конструкциях трение является неизбежным, поскольку J-образное уплотнение должно постоянно контактировать с валом проявки по его окружности. Граница J-образного уплотнения является источником высокого трения, поскольку J-образное уплотнение должно быть изготовлено из пластичного материала, чтобы надежно удерживать тонер в картридже. Граница J-образного уплотнения контактирует с валом проявки, который часто покрыт полимерным или прорезиненным материалом с высоким коэффициентом трения. Следует заметить, что температура вала проявки по его длине значительно выше в свободных зонах, чем в промежуточных положениях, вследствие трения с J-образным уплотнением.
Одним из решений проблемы избыточного тепла на границе J-образного уплотнения являлось нанесение смазочного материала на область свободной зоны, чтобы попытаться снизить коэффициент трения. Однако такой подход имеет существенные недостатки. Любой смазочный материал, нанесенный на J-образное уплотнение или на концы вала проявки, может потенциально загрязнять тонер и портить любое печатное изображение. Кроме того, смазочный материал может проникать в другие области картриджа или принтера, приводя к нежелательному повреждению и препятствуя надлежащей работе узла.
Другое решение проблемы избыточного тепла в J-образном уплотнении состояло в применении направленного воздушного потока, например, от вентилятора, для обдувания воздухом вала проявки по всей длине. Однако такой способ был признан неэффективным для сколько-нибудь значимого снижения температуры вала проявки.
Кроме того, тепло, образованное трением на границе J-образного уплотнения, создает другие проблемы с надлежащей работой лазерного принтера или другого устройства формирования изображения при повышении скорости печати. Поскольку очень важно поддерживать давление между J-образным уплотнением и валом проявки, повышение скорости печати увеличивает количество создаваемого тепла. В известных принтерах скорость печати, составляющая 35 страниц в минуту, является достаточно низкой, так что даже при непрерывной печати тепло, создаваемое у J-образного уплотнения, может рассеиваться в окружающие картридж части и атмосферу, предотвращая неисправности, связанные с выделением тепла. В таком случае картридж для тонера может достигать теплового равновесия и продолжать работать должным образом при охлаждении при помощи ненаправленного механического воздушного потока. Однако более высокие скорости печати, такие как 50 страниц в минуту и более, вызывают чрезмерный нагрев, который локализуется у концов вала проявки вокруг границы J-образного уплотнения. Низкая теплопроводность вала проявки ухудшает тепловые условия, и вокруг свободных зон в осевом направлении вала проявки может быть создан большой температурный градиент.
Следует заметить, что высокие температуры отрицательно воздействуют на способность J-образного уплотнения герметизировать тонер внутри картриджа. По мере увеличения количества тепла, исходящего от областей свободных зон, повышается температура поверхности вала проявки, а также температура тонера в непосредственной близости. При работе принтера со скоростью 50 страниц в минуту температуры, измеренные вокруг границы J-образного уплотнения, составляли до 70°С. Некоторые тонеры могут плавиться при температуре, составляющей приблизительно 46°С. Таким образом, следует заметить, что плавление тонера может происходить в области контакта между J-образным уплотнением и валом проявки, когда скорость работы устройства формирования изображения составляет 50 страниц в минуту или более. В этом случае J-образное уплотнение контактирует с неравномерным слоем расплавленного тонера на валу проявки, а не с абсолютно гладкой поверхностью, которая является необходимым условием получения равномерного и надежного уплотнения. При таком условии тонер может вытекать мимо J-образного уплотнения и из картриджа для тонера.
После начала утечки тонера через J-образное уплотнение потеря тонера почти всегда продолжается с высокой скоростью, пропуская в принтер по несколько граммов тонера в минуту. Такие большие потери тонера сильно влияют на объем производства принтера и могут уменьшать его на несколько тысяч страниц по сравнению с ожидаемым. Кроме того, утечка тонера создает серьезные дефекты печати, поскольку тонер, вытекающий из картриджа для тонера, может проливаться непосредственно на транспортную ленту вблизи от места расположения первичного переноса или на печатный материал.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с настоящим изобретением картридж для вмещения тонера, применяемый в устройстве формирования изображения, содержит вал проявки, уплотнение, создающее границу между валом проявки и тонером, и воздушный канал для проведения воздушного потока через эту границу для охлаждения вала проявки.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением воздушный канал в картридже для вмещения тонера, вала проявки и уплотнения, создающего границу с валом проявки, где вал проявки имеет дистальный и проксимальный концы, каждый из которых имеет по одному уплотнению, содержит удлиненное полое тело, два сопла, гидравлически соединенные с полым телом, причем одно из сопел расположено на дистальном конце вала проявки, а другое на его проксимальном конце.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Указанные и другие отличия и преимущества настоящего изобретения и способ их достижения поможет понять описание вариантов осуществления изобретения, которое будет приведено ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 представлен общий вид электрофотографического принтера в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
На фиг.2 представлен общий вид картриджа для тонера, применяемого в электрофотографическом принтере по фиг.1.
На фиг.3 представлен частично покомпонентный чертеж общего вида блока проявки.
На фиг.4 представлен покомпонентный чертеж общего вида уплотнения блока проявки.
На фиг.5 представлен общий вид воздушного канала и вала проявки в картридже для тонера в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.6 представлен общий вид воздушного канала по фиг.5.
На фиг.7 представлен вид снизу воздушного канала по фиг.6.
На фиг.8 представлен разрез по линии 8-8 воздушного канала по фиг.5.
На фиг.9 представлен разрез по линии 9-9 воздушного канала по фиг.5.
На фиг.10 представлен общий вид картриджа для тонера в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, данный в разрезе для демонстрации воздушного канала по фиг.6.
На фиг.11 представлен график, демонстрирующий температуру уплотнения, применяемого в картридже для тонера в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.12 представлен график, демонстрирующий зависимость скорости воздушного потока и температуры, измеренной в картридже для тонера в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.13 представлен общий вид картриджа для тонера в соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ясно, что изобретение не ограничено деталями конструкции и устройством компонентов, которые будут описаны ниже или представлены на чертежах. Изобретение может иметь другие варианты осуществления, и его можно применять или осуществлять различными способами. Также следует понять, что фразеология и терминология в настоящем документе использована в целях описания, и ее не следует рассматривать как ограничивающую. Применение терминов «включающий», «содержащий» или «имеющий» и их вариантов в настоящем документе предназначено для охвата перечисленных ниже объектов и их эквивалентов, а также дополнительных объектов. Если не указано иначе, термины «соединенный», «связанный» и «установленный» и их варианты широко используются в настоящем документе и охватывают прямые и косвенные соединения, связи и установку. Кроме того, термины «соединенный» и «связанный» и их варианты не ограничены физическими или механическими соединениями и связями.
На фиг.1 представлен общий вид внешнего устройства 10, имеющего лазерный печатающий механизм. Хотя внешнее устройство 10 представлено в виде лазерного принтера, специалисту в данной области техники ясно, что данная конструкция может альтернативно использоваться в интегрированном устройстве, копировальном устройстве, факс-аппарате, автономном устройстве и т.п., имеющем электрофотографический (лазерный) механизм печати. Внешнее устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, выполненное в виде лазерного принтера 10, содержит корпус 12, включающий дверцу 14 первичного доступа, расположенную на верхней передней части корпуса 12. Корпус 12 обычно содержит переднюю поверхность, первую и вторую боковые поверхности, заднюю поверхность (не показана) и нижнюю поверхность, заключающие в себе рабочие механизмы лазерного принтера. На передней поверхности корпуса 12 дверца 14 первичного доступа установлена с возможностью поворота, обеспечивая открывание и доступ для установки или удаления блока 40 проявки (фиг.3). Передняя панель дверцы 14 первичного доступа содержит панель 16 управления, включающую дисплей 18, буквенно-цифровую клавиатуру 20, множество клавиш 22 выбора, а также прорезь 24 для флэш-памяти. Панель 16 управления электронно соединена с контроллером (не показан), который может быть выполнен в виде одного или более микропроцессоров, для управления лазерным принтером 10. Под дверцей 14 первичного доступа расположена дверца 26 вторичного доступа, обеспечивающая доступ к блокам проявки или картриджам 112 для тонера (см. фиг.2). Принтер 10 может работать как в монохромном, так и в цветном режиме. В последнем случае, например, можно применять три дополнительных цвета тонера для обеспечения цветной печати, включающие голубой, желтый или пурпурный, хотя возможно применение других цветов.
На фиг.3 представлен общий вид блока 40 проявки. Блок 40 проявки содержит корпус 42, сформированный из первой части 44 корпуса и второй части 46 корпуса. Вдоль, по меньшей мере, одной из сторон корпуса 42 расположена крышка 43. В первой части 44 корпуса содержится тонер, и, по меньшей мере, одна лопатка расположена в ней на вращающейся оси для перемещения тонера из первой части 44 корпуса во вторую часть 46 корпуса. Вал 56 добавления тонера расположен во второй части 46 корпуса или рядом с ней и принимает тонер из нее. Вал 56 добавления тонера покрывает вал D проявителя тонером, который соскабливается или соскребается дозирующим лезвием 54 для формирования ровного слоя тонера на валу D проявки, и, в свою очередь, подает тонер на фоторецепторный барабан, или барабан переноса изображения. Уплотнение 70 препятствует утечке тонера между корпусом 46 проявки и углом 59, образованным держателем 52 дозирующего лезвия и дозирующим лезвием 54, когда оно находится в опущенном положении, а также в процессе работы, когда блок 40 проявки вибрирует и создает внутреннее давление.
Блок 40 проявки включает J-образные уплотнения 70 у концов вала D проявки. Для ясности на фиг.3 представлен покомпонентный чертеж вала D проявки, так что можно видеть J-образные уплотнения 70. Уплотнения 70 являются, по существу, J-образными, для приема вала D проявки, хотя можно применять другие криволинейные формы. J-образные уплотнения 70 описаны в патентной заявке США US 11/959016, озаглавленной «UPPER SEAL FOR INHIBITING DOCTOR BLADE TONER LEAKAGE», и в патентной заявке США US 11/959058, озаглавленной «DEVELOPER ROLL LIP SEAL», каждая из которых подана 18 декабря 2007, и обе принадлежат заявителю по настоящей заявке. Верхняя часть J-образного уплотнения 70 слегка искривлена, по существу, чтобы соответствовать изогнутой форме лезвия 54. Нижняя часть J-образного уплотнения 70 изогнута для приема вала D проявки. Над J-образным уплотнением 70 расположено уплотнение 60 дозирующего лезвия, проходящее в длину параллельно осевому измерению вала D проявки. Кроме того, над J-образным уплотнением 70 расположен узел 50 держателя дозирующего лезвия, содержащий, по меньшей мере, один первый держатель 52 и дозирующее лезвие 54. Как и уплотнение 60 дозирующего лезвия, узел 50 держателя дозирующего лезвия также проходит в направлении, по существу, параллельном осевому измерению вала 56 добавления тонера и вала D проявки. Уплотнение 60 дозирующего лезвия зажато между узлом 50 держателя дозирующего лезвия и J-образным уплотнением 70 или крышкой 43. Дозирующее лезвие 54 входит в контакт с валом D проявки для соскабливания излишков тонера с поверхности вала D проявки, обеспечивая равномерный уровень тонера на барабане переноса изображения, или фоторецепторном барабане, принтера 10. Уплотнение 60 дозирующего лезвия установлено на J-образных уплотнениях 70, препятствуя утечке тонера у концов вала D проявки и между крышкой 43 и корпусом 42 блока проявки. Узел 50 держателя дозирующего лезвия сжимает уплотнение 60 дозирующего лезвия для повышения герметичности в этой области.
На фиг.4 представлен покомпонентный чертеж общего вида узла 38 уплотнения. Для ясности узел 50 держателя дозирующего лезвия и уплотнение 60 дозирующего лезвия показаны в разрезе по частям. Как уже было сказано, узел 50 держателя дозирующего лезвия расположен над уплотнением 60 дозирующего лезвия, расположенным над J-образным уплотнением 70. Узел 50 держателя дозирующего лезвия содержит держатель 52 и лезвие 54, соединенное с держателем 52. Лезвие 54 приварено к держателю 52. Однако держатель 52 может быть соединен с лезвием 54 при помощи закрепляющего состава, такого как эпоксидная смола, цемент, клей и т.п. Лезвие 54 также может быть соединено с держателем 52 при помощи крепежного элемента, или лезвие 54 может быть захвачено или зажато между первым и вторым элементами держателя. Держатель 52 включает проход 58 для соединения узла 50 держателя дозирующего лезвия с корпусом 42. Проход 58 имеет форму овала, чтобы обеспечивать регулировку положения лезвия 54 ближе к валу D проявки или дальше от него. Держатель 52 обычно изготовлен из жесткого материала, такого как сталь, и имеет форму прямоугольника, проходящего от одной стороны корпуса 42 до его противоположной стороны. Нижняя поверхность держателя 52 обычно является гладкой для сцепления с верхней поверхностью уплотнения 60 дозирующего лезвия.
Лезвие 54 проходит от держателя 52 к периферийной поверхности вала D проявки для соскабливания излишков тонера с наружной поверхности вала D проявки. Лезвие 54 обычно имеет форму прямоугольника, размеры которого по длине и по ширине, по существу, параллельны направлению осевого измерения вала D проявки. Лезвие 54 включает переднюю поверхность 55 и заднюю поверхность 57. Лезвие 54 является прямым в естественном положении, но для приложения «соскребающего» усилия к валу D проявки имеет небольшой изгиб вследствие контакта с валом D проявки при установке. Кроме того, лезвие 54 имеет вырезы N у концов лезвия для удаления всего тонера с концов вала D проявки, когда печать не осуществляется. Лезвие 54 может также принимать электрический потенциал для придания валу D проявки заряда необходимой полярности при работе. Нижняя поверхность держателя 52 входит в контакт с верхней поверхностью 62 уплотнения 60 дозирующего лезвия таким образом, чтобы захватить уплотнение 60 между узлом 50 дозирующего лезвия и J-образным уплотнением 70. Лезвие 54 может быть изготовлено из фосфористой бронзы для обеспечения необходимой упругости и электропроводности, или, альтернативно, может быть изготовлено из закаленной нержавеющей стали для обеспечения необходимой упругости, а также для сопротивления коррозии, которая может разрушать вал D проявки. Также можно применять другие материалы.
Концевая часть 61 уплотнения 60 дозирующего лезвия показана над одним из J-образных уплотнений 70. Уплотнение 60 дозирующего лезвия имеет первый и второй концы 61 (фиг.3). Как уже было сказано, уплотнение 60 дозирующего лезвия проходит между концами 61 в направлении, в основном параллельном осевому измерению вала D проявки и вала 56 добавления тонера. Уплотнение 60 дозирующего лезвия изготовлено из пеноматериала, обеспечивая деформируемое уплотнение между узлом 50 держателя и J-образным уплотнением 70 или крышкой 43, а также вокруг корпуса 42 рядом с J-образным уплотнением 70 и между держателем 52 и лезвием 54. Концы 61 расположены на верхней посадочной поверхности 73 J-образного уплотнения 70. Часть уплотнения 60 дозирующего лезвия между концами 61 опирается на крышку 43 корпуса 42 (фиг.3).
Уплотнение 60 дозирующего лезвия имеет верхнюю поверхность 62, нижнюю поверхность 63 и множество сторон, проходящих между верхней и нижней поверхностями 62, 63. Вдоль передней части уплотнения 60 дозирующего лезвия, по направлению к дозирующему лезвию 54, как единое целое выполнен выступ 64, проходящий от конца 61 уплотнения дозирующего лезвия. На наружном конце выступа 64 имеется концевая поверхность 65 уплотнения 60 дозирующего лезвия. Перпендикулярно концевой поверхности 65 выступа 64 рядом с лезвием 54 имеется продлевающая выступ поверхность 66. Под углом к продлевающей выступ поверхности 66 находится наклонная или коническая поверхность 68. Наклонная поверхность 68 соединяет продлевающую выступ поверхность 66 и переднюю поверхность 69 уплотнения, которая проходит от уплотнения 60 дозирующего лезвия до противоположного конца 61 (не показан) уплотнения 60 дозирующего лезвия. Таким образом, выступ 64, в основном, проходит от наклонной поверхности 68 в направлении, по существу, перпендикулярном передней поверхности 69 уплотнения. Все вместе, поверхности 69, 68, 66 определяют выемку, в которую входит внутренняя уплотнительная стенка 78 верхнего седла J-образного уплотнения 70. Концевая стенка 67 является зубчатой и опирается на наружную уплотнительную стенку 82 верхнего седла. Как уже было сказано, уплотнение 60 дозирующего лезвия проходит по ширине, что соответствует ширине листа для печати, и перпендикулярно направлению пути подачи листа, к противоположному концу уплотнения 60.
Под уплотнением 60 дозирующего лезвия J-образное уплотнение 70 содержит верхнее седло 72, опору 74 вала проявки, которая имеет, по существу, J-образную форму, и зависит от верхнего седла 72. J-образное уплотнение 70 может быть изготовлено путем формования, например, литья под давлением, компрессионного формования или других известных способов формования полимера, такого как термоэластопласт, имеющий торговое наименование SANTOPRENE. Опора 74 имеет переднюю поверхность 75, содержащую множество канавок 76, выполняющих несколько функций. Канавки 76 «счищают» тонер на валу D проявки и захватывают тонер между канавками для предотвращения утечки. Канавки 76 также направляют тонер к области хранения в результате вращения вала D проявки (фиг.3). Канавки 76 расположены под углом, который может составлять от приблизительно нуля до приблизительно сорока пяти градусов, к боковой стенке опоры 74.
Верхнее седло 72 содержит посадочную поверхность 73, внутреннее уплотнение верхнего седла, или уплотнительную стенку 78, и наружное уплотнение верхнего седла, или уплотнительную стенку 80, причем выступ 64 может быть плотно установлен в верхнем седле 72 для сцепления J-образного уплотнения 70 и уплотнения 60 дозирующего лезвия. Посадочная поверхность 73 также содержит проход 73а, выполненный для приема установочного штыря для правильного расположения J-образного уплотнения 70 по отношению к корпусу 42.
Внутренняя уплотнительная стенка 78 верхнего седла проходит вверх от поверхности 73 верхнего седла. Внутренняя уплотнительная стенка 78 верхнего седла расположена под острым углом к наружному уплотнению 80, который соответствует углу наклонной поверхности 68, так что внутренняя уплотнительная стенка 78 верхнего седла и наклонная поверхность 68 создают уплотняющий контакт друг с другом. Кроме того, внутренняя уплотнительная стенка 78 верхнего седла входит в выемку, определенную поверхностями 66, 68, 69.
Как известно, законы теплопередачи обеспечивают три основных способа переноса тепла из одного места в другое: конвекция, проводимость и излучение. В случае с лазерным принтером 10, представленным на фиг.1, самым эффективным способом удаления тепла является конвекция. Ограниченное пространство внутри лазерного принтера 10 не предоставляет много возможностей отвода тепла от вала D проявки. Вал D проявки является сравнительно толстым и сравнительно плохим проводником тепла, поэтому вал D проявки очень слабо поддерживает теплопередачу. Соответствующие компоненты вала D проявки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения изготовлены из отформованных полимерных частей, которые также являются сравнительно плохими проводниками тепла. Поскольку пространство, отведенное внутри лазерного принтера 10, уменьшено, чтобы обеспечить компактный размер, внутри картриджа 112 для тонера не хватает места для дополнительных компонентов. Охлаждение при помощи излучения внутри картриджа 112 нецелесообразно, поскольку самая высокая рабочая температура внутри картриджа 112 для тонера обычно недостаточно высока, чтобы получить ощутимую выгоду.
В соответствии с фиг.5 воздушный канал 128 расположен в картридже 112 для тонера рядом с валом D проявки и направляет воздух в проксимальную и дистальную свободные зоны 130, 132 вала D проявки через проксимальное и дистальное сопла 140, 142. Ниже приведено уравнение переноса тепла путем конвекции:
где q - интенсивность теплопередачи,
h - коэффициент теплопередачи,
А - площадь поверхности,
ΔТ - разность температур между поверхностью и окружающим воздухом.
Как показывает Уравнение 1, теплопередача увеличивается с увеличением разности температур. В случае с валом D проявки разность температур между окружающим воздухом и поверхностью вала D проявки значительно больше в свободных зонах 130, 132, чем в других частях вала D проявки. Кроме того, коэффициент теплопередачи h увеличивается со скоростью воздуха. Таким образом, следует заметить, что наиболее эффективное охлаждение вала D проявки осуществляется тогда, когда подачу воздуха в свободные зоны 130, 132 осуществляют с наибольшей возможной скоростью.
Воздушный канал 128 переносит окружающий воздух через картридж 112 для тонера и направляет его на проксимальный и дистальный концы 146, 144 вала D проявки, не загораживая путь для лазерного луча через принтер 10, чтобы максимизировать скорость воздуха в свободных зонах 130, 132. Уравнение, определяющее прохождение потока через воздушный канал 128, известно как уравнение Бернулли, и описывает рабочие условия в любой точке прямого канала при равномерном потоке и при пренебрежении трением.
где р - давление в любой точке канала,
ρ - плотность материала внутри канала (в данном случае воздуха),
v - скорость внутри канала в рассматриваемой точке,
g - гравитационная сила в этой точке,
h - высота рассматриваемой точки.
Поскольку уравнение Бернулли (Уравнение 2) описывает любую точку в воздушном канале 128, плотность воздуха внутри воздушного канала 128 является приблизительно постоянной, а высота в любой точке внутри воздушного канала 128 равна приблизительно нулю. Таким образом, уравнение Бернулли (Уравнение 2) можно упростить для соотнесения скорости воздуха на входе и выходе воздушного канала 128 для заданной разности давления и получить следующее уравнение:
где v1 - скорость на входе канала,
v2 - скорость на выходе канала,
ρ - плотность воздуха,
Δр - разность давлений между входом и выходом (рабочая разность давлений, обеспеченная вентилятором).
Из Уравнения 3 специалисту в данной области техники ясно, что увеличение разности давлений в воздушном канале 128 увеличивает выходную скорость. Однако увеличение разности давлений в воздушном канале 128 снижает скорость потока.
На фиг.5-9 представлены схематические чертежи воздушного канала 128 в картридже 112 для тонера, включающего удлиненное тело 138 и дистальное сопло 142 и проксимальное сопло 140. На фиг.5 видно, что дистальное сопло 142 расположено у дистального конца 144 вала D проявки, а проксимальное сопло 140 расположено у проксимального конца 146 вала D проявки. Удлиненное тело 138 воздушного канала 128 гидравлически соединено с камерой повышенного давления/коллектором 152 через горловую часть 148. Камера повышенного давления/коллектор 152 гидравлически соединены с воздухом из вентилятора или другого воздуходувного устройства 150, расположенного в лазерном принтере 10. Вентилятор 150 подает воздух с заданной скоростью в удлиненное тело 138 и в проксимальное и дистальное сопла 140, 142. Воздух из проксимального и дистального сопел 140, 142 проходит через проксимальную и дистальную свободные зоны 130, 132 вала D проявки рядом с его дистальным и проксимальным концами 144, 146. Камера повышенного давления/коллектор 152 в соответствии с приведенным вариантом осуществления настоящего изобретения имеет только один вал D проявки и один воздушный канал 128, соединенные через горловую часть 148, так, как это видно в монохромном лазерном принтере 10. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения по фиг.13, как будет более подробно описано ниже, камера повышенного давления/коллектор 152 соединяет множество валов D проявки через горловые части 148 и обеспечивает гидравлическое соединение с вентилятором или воздуходувным устройством 150.
В соответствии с фиг.5 и 8 проксимальное и дистальное сопла 140, 142, в общем, сужаются по оси в направлении от удлиненного тела 138. Поперечное сечение дистального сопла 142 имеет форму неправильного четырехугольника. Следует заметить, что поперечное сечение проксимального сопла 140 является зеркальным отображением поперечного сечения дистального сопла 142. В соответствии с фиг.5 и 9 поперечное сечение тела 138 имеет в основном форму, по существу, правильного прямоугольника по его осевой длине. Следует заметить, что воздушный канал 128 обеспечивает воздушный поток от вентилятора 150 через дистальную и проксимальную свободные зоны 130, 132 для охлаждения вала D проявки. Как показано на фиг.7, проксимальное и дистальное сопла 140, 142 имеют отверстия 156, 154, чтобы воздух от вентилятора 150 выходил через свободные зоны 130, 132. Наконечники проксимального и дистального сопел 140, 142, в которых расположены отверстия 156, 154, не входят в контакт со свободными зонами 130, 132 вала D проявки, но находятся в непосредственной близости от них, так что воздух из них может проходить через вал D проявки.
На фиг.11-13 представлены результаты испытания, которое проводили путем выдувания узкой струи воздуха, приблизительно той же ширины, что проксимальная и дистальная свободные зоны 130, 132, на вал D проявки, имеющий конфигурацию, аналогичную конфигурации вала проявки в блоке проявки цветного принтера модели С782 от компании Lexmark International, Inc., вращающегося со скоростью, соответствующей скорости печати, составляющей 50 страниц в минуту. Как показано на фиг.11 и 12, это испытание показало, что поверхностная температура вала D проявки падает при увеличении скорости воздуха. Вал D проявки окружен таким образом, что над ним не проходит окружающий воздух. Все полученные разности температур являлись прямым результатом воздушного потока, выходящего из воздушного канала 128. Результаты испытания изображены на графике по фиг.12, который показывает, что для повышенных скоростей воздуха температура вала D проявки понижается при повышении скорости воздуха.
На фиг.13 представлен вариант осуществления настоящего изобретения в цветном лазерном принтере, который применяли для испытания и который включает четыре воздушных канала 200, 202, 204, 206 с геометрией и размещением по фиг.5-9. Воздушные каналы 200, 202, 204, 206 гидравлически соединены с вентилятором 150. Кривая 208 на фиг.11 представляет температуру J-образного уплотнения 70 при скорости 750 футов в минуту; кривая 210 представляет температуру при 1000 футов в минуту; кривая 212 представляет температуру при 1500 футов в минуту; и кривая 214 представляет температуру при 2000 футов в минуту. Фигура 12 показывает, что воздушный поток из воздушных каналов 200, 202, 204, 206 асимптотически снижает рабочую температуру вала D проявки с 68°С до 46°С, измеренную в 2 мм от конца задней части лезвия 54, когда скорость воздуха повышается до 1500 футов в минуту и более, причем при более высоких скоростях воздуха происходит лишь небольшое снижение температуры.
Приведенное выше описание некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения представлено только в иллюстративных целях. Его нельзя рассматривать как исчерпывающее или ограничивающее изобретение конкретными описанными этапами и/или формами, и ясно, что возможны многие варианты и модификации настоящего изобретения. Сущность настоящего изобретения ограничена прилагаемой формулой изобретения.
1. Картридж для вмещения тонера, применяемый в устройстве формирования изображения, содержащий:
- вал проявки;
- уплотнение, создающее границу с валом проявки и тонером, и
- воздушный канал в указанном картридже для проведения воздушного потока через эту границу для охлаждения вала проявки и уплотнения, причем воздушный канал содержит:
- удлиненное тело, и
- два сопла, гидравлически соединенные с удлиненным телом,
причем каждое из двух сопел сужается в осевом направлении и имеет поперечное сечение в форме неправильного четырехугольника.
2. Картридж по п.1, отличающийся тем, что удлиненное тело воздушного канала имеет, по существу, правильное прямоугольное сечение.
3. Картридж по п.2, отличающийся тем, что удлиненное тело воздушного канала имеет горловую часть для гидравлического соединения с воздуходувным устройством.
4. Картридж по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит воздуходувное устройство, гидравлически соединенное с воздушным каналом, для нагнетания воздуха через воздушный канал для охлаждения вала проявки.
5. Картридж по п.1, отличающийся тем, что вал проявки имеет дистальный и проксимальный концы, и уплотнение расположено у каждого из этих концов, причем одно из сопел расположено у дистального конца вала проявки, а другое - у его проксимального конца.
6. Картридж по п.1, отличающийся тем, что он содержит множество картриджей, имеющих множество валов проявки и множество J-образных уплотнений, создающих между ними J-образные границы, и дополнительно содержит множество воздушных каналов, каждый из которых проводит воздушный поток через каждую из границ J-образных уплотнений.
7. Устройство формирования изображения, содержащее картридж для вмещения материала тонера, вал проявки, имеющий проксимальный и дистальный концы, и J-образное уплотнение, создающее границу между валом проявки и картриджем на каждом из проксимального и дистального концов, содержащее:
- воздушный канал, расположенный в картридже, прилегающий к валу проявки для проведения воздушного потока через границы, создаваемые J-образным уплотнением для охлаждения вала проявки, причем воздушный канал содержит:
- удлиненное тело, и
- два сопла, гидравлически соединенные с удлиненным телом, причем каждое из двух сопел сужается в осевом направлении и имеет поперечное сечение в форме неправильного четырехугольника.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что дополнительно содержит воздуходувное устройство, гидравлически соединенное с воздушным каналом, для нагнетания воздуха через воздушный канал для охлаждения вала проявки.
9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что одно из двух сопел расположено у ближнего к дистальному концу вала проявки J-образного уплотнения, а другое из двух сопел расположено у ближнего к проксимальному концу вала проявки J-образного уплотнения.
10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что удлиненное тело воздушного канала имеет, по существу, правильное прямоугольное сечение.
11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что картридж содержит множество картриджей, имеющих множество валов проявки и множество J-образных уплотнений на их концах, создающих с ними границы, и дополнительно содержит множество воздушных каналов, причем один из этих воздушных каналов связан с одним валом проявки, и каждый из воздушных каналов проводит воздушный поток через границы J-образных уплотнений.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит коллектор, обеспечивающий гидравлическое соединение со множеством воздушных каналов.
13. Воздушный канал в картридже для вмещения тонера, вала проявки и двух уплотнений, создающих границу с валом проявки, причем вал проявки имеет дистальный и проксимальный концы, и одно из каждой пары уплотнений расположено у каждого из этих концов, причем воздушный канал содержит:
- удлиненное полое тело, расположенное в этом картридже, и
- два сопла, гидравлически соединенные с этим удлиненным полым телом, причем одно из сопел расположено у дистального конца вала проявки, а другое расположено у проксимального конца вала проявки, и
- внутренняя часть удлиненного полого тела гидравлически соединена с воздуходувным устройством и с двумя соплами.
14. Воздушный канал по п.13, отличающийся тем, что удлиненное полое тело включает горловую часть для гидравлического соединения с воздуходувным устройством.
15. Воздушный канал по п.13, отличающийся тем, что он дополнительно содержит:
- множество удлиненных полых тел, расположенных в соответствующем множестве картриджей; и
- множество пар сопел, причем каждая из пар связана с каждым из удлиненных полых тел, и
- коллектор, гидравлически соединенный со входами во множество удлиненных полых тел и с воздуходувным устройством.
16. Воздушный канал по п.15, отличающийся тем, что множество картриджей имеет множество валов проявки и множество J-образных уплотнений, создающих между ними J-образные границы, причем каждый из воздушных каналов проводит воздушный поток через каждую из соответствующих границ J-образных уплотнений.
