CN102566376A - 定影装置及图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在不损失发热效率、抑制成本上升的同时，能够在抑制转动体的宽度方向的温度不均后，没有不均地对图像进行定影的定影装置和图像形成装置。该定影装置包括设置有发热层的加热用转动体，以弓形状来覆盖所述加热用转动体的一部分的励磁线圈，配置在所述励磁线圈的弓的两端部附近里的边缘磁芯，在所述励磁线圈的加热用转动体的反对侧里，将两端面分别与所述边缘磁芯相接后来配置的多个的弓形状磁芯，所述弓形状磁芯的所述两端面被形成为凸曲面。

Description

定影装置及图像形成装置

技术领域

本发明涉及包括感应发热手段的定影装置，及包括该定影装置的图像形成装置，该感应发热手段使用于采用电子照相方式的复印机、打印机、传真机等里，并作为对未定影调色剂图像进行定影的定影装置的热源。

背景技术

在复印机、打印机等的图像形成装置里，为了降低装置的启动时间以实现节能化，一般采用的是电磁感应加热方式的定影装置。

在特开2006-350054号公报(专利文献1)等里，电磁感应加热方式的定影装置包括有作为发热体的支持辊(加热辊)、定影辅助辊(定影辊)、由支持辊和定影辅助辊张架的定影带、借助于定影带与支持辊相向而对的感应加热部(感应加热手段)、借助于定影带与定影辅助辊抵接的加压辊等。感应加热部包括在长度方向里卷绕的线圈部(励磁线圈)，或与线圈部相向而对的磁芯(励磁线圈磁芯)等。

定影带在与感应加热部相向而对的位置里被加热，被加热后的定影带对被搬送到定影辅助辊及加压辊的位置里来的记录媒介上的调色剂像进行加热后定影。

更具体来说是，通过在线圈部里流过高频的交变电流，在线圈部的周围里形成交变电场后，就在支持辊表面附近产生涡电流。当支持辊(发热体)里产生涡电流后，就通过支持辊自身的电阻来产生焦耳热。进而通过该焦耳热来加热卷装在支持辊里的定影带。这种电磁感应加热方式的定影装置因为发热体是通过电磁感应被直接加热的，与以往的卤素加热方式等相比，其热变换效率要高、消耗电力少，并且，能够以较短的启动时间来将定影带的表面温度(定影温度)升温到规定的温度为止。

这种感应加热里所使用的线圈包括有励磁线圈，和将励磁线圈产生的交变磁场引导去发热体的磁芯等。

图12所示是作为现有技术的特开2006-350054号公报所记载的定影装置的截面图。

从线圈25到长尺寸辊状的兼做发热体的支持辊23为止，在线圈长度方向里排列多个的弓形的磁芯26后来将线圈25覆盖成长尺寸的半圆形状以形成磁通路。另外，因为仅有弓形的磁芯26不能充分形成到发热体为止的磁通路，通过使用边缘磁芯26b或中央磁芯26a，来降低交变磁通量的泄漏，并提高发热效率。

这里，弓形的磁芯26的两端部的面被制作为存在于一个平面里，并将这些面与边缘磁芯26b面接触后进行磁接触，但是，一般地在作为磁芯材料的铁素体磁芯中，要使得弓形的磁芯两端部的面存在于一个平面里，其成本就会升高。

这里，磁芯是将铁素体粉压缩成型并烧结后制成的。在烧结时磁芯会收缩，因为弓形的磁芯的两端部是开口的，所以会导致开口部开口更大，该程度也是不均的。因此，为了弓形状的磁芯的两端部在一个面里存在，就需要对较多的弓形状的磁芯追加切屑等的工序，该加工就成为磁芯的成本上升的重要原因了。

另外，如果不进行追加工序就将弓形状的磁芯沿着边缘磁芯来排列的话，由于存在着上述的磁接触良好或不良的部位，就会在支持辊的宽度方向的温度里产生不均。

即，根据弓形状磁芯的形状的个体差，就会有端部的面全体都接触、仅有部分接触，以及隔开间隔地接触等，长度方向上的弓形状磁芯和边缘磁芯的接触状态不同，就会产生磁通路形成良好的部位和不好的部位的不均。这时，磁通路形成良好的部位的发热效率当然要好，而不良部位的泄漏磁通量较多而导致发热效率下降。其结果是，在支持辊的宽度方向的温度里产生不均。

另外，在所制造的弓形状磁芯中，将两端的面的单一性被较大地损失在一定程度里的磁芯作为不良品时，就会增加成本。

作为这些问题的一个解决方法，虽然可以通过在所有的弓形状磁芯和边缘磁芯之间设置间距来对齐接触状态，以减轻因开口部的尺寸不均而导致的长度方向的温度不均，但这样的情况会导致发热效率的显著降低。

【专利文献1】(日本)特开2006350054号公报

发明内容

本发明鉴于上述背景，目的在于提供一种在不降低发热效率、抑制成本上升的同时，能够抑制转动体的宽度方向的温度不均，对图像进行均匀定影的定影装置和图像形成装置。

本发明的技术方案1提供一种定影装置，其包括：

加热用转动体，其设置有发热层；

励磁线圈，其以弓形状来覆盖所述加热用转动体的一部分；

边缘磁芯，其配置在所述励磁线圈的弓的两端部附近；

多个的弓形状磁芯，其在所述励磁线圈的加热用转动体的反对侧里，将两端面分别与所述边缘磁芯相接后来配置，

其特征在于，所述弓形状磁芯的所述两端面被形成为凸曲面。

本发明的技术方案2根据技术方案1所述的定影装置，其特征在于：

所述凸曲面是作为与加热用转动体的转动轴平行的轴的圆柱的面的一部分来形成的。

本发明的技术方案3提供一种图像形成装置，其特征在于包括：

技术方案1或2所述的定影装置。

在本发明的定影装置中，通过将所述弓形状磁芯与所述边缘磁芯相接的面形成为凸曲面后使其曲面为缓坡状(大曲率)，弓形状磁芯和边缘磁芯相接形成的磁通路就与面接触时的磁通路大致相同，因而就能够有效地抑制弓形状磁芯和边缘磁芯的接触附近的磁通量的泄漏，在能够减少加热用转动体的宽度方向的温度不均的发生的同时，还可以利用弓形状磁芯的弓部的尺寸精度较低的磁芯，从而抑制不能使用品的发生，并且，因为不需要对弓形状磁芯的两端部的追加加工，还能够大幅降低制造成本。

更进一步地，通过作为与加热用转动体的转动轴平行的轴的圆柱的面的一部分来形成，就能够有效地抑制弓形状磁芯和边缘磁芯的接触附近的磁通量的泄漏。

在设置了上述定影装置的图像形成装置中，因定影不均导致的问题发生就被预先防止了。

附图说明

图1所示是设置有本发明的定影装置的图像形成装置例的模式图。

图2所示是本发明所涉及的定影装置的模式图。

图3所示是定影带的截面的模式图。

图4所示是本发明的定影装置的感应加热线圈5的构成的模式图。

图5所示是说明本发明的构成及其效果的模式图。

图6所示是本发明所涉及的弓形状磁芯的端面42a附近的模式侧视图。

图7所示是采用定影辊设置有发热层的加热用转动体的定影装置例的模式图。

图8所示是实施例所使用的感应发热线圈附近的模式图。

图9所示是装置的驱动开始后热电偶所观察到的温度变化的典型例的模式图。

图10所示是使用实施例1、比较例1、比较例2的感应发热线圈来进行的实验中的夹持部进口附近的宽度方向温度分布图。

图11所示是实施例1和实施例2的感应发热线圈的升温速度的不同的示意图。

图12所示是以往的定影装置的模式图。

【符号说明】

1加热辊

4定影带

41励磁线圈

42弓形状磁芯

43中央磁芯

44边缘磁芯

45盒体

具体实施方式

以下，根据附图来说明本发明的一个实施方式。

首先，通过图1来对图像形成装置(彩色打印机的例子)全体的构成和动作进行说明。

该打印机包括了用于将黄色、品红色、青色、黑色等四色的调色剂像形成到其分别对应的感光体鼓1Y、1M、1C、1Bk(像载置体)的表面上的电子照相方式的四组图像形成部10Y、10M、10C、10Bk(像形成手段)。

在这些图像形成部10Y、10M、10C、10Bk的下方，张架有用于通过各图像形成部来搬送用纸(记录材料)的搬送带20。

各图像形成部10Y、10M、10C、10Bk的感光体鼓1Y、1M、1C、1Bk被分别配置为与搬送带20转动相接，用纸(记录材料)被静电吸附在搬送带20的表面里。

四组图像形成部10Y、10M、10C、10Bk的构造大致相同。因此，这里以配设在用纸的搬送方向最上游侧里的黄色用的图像形成部10Y为代表来说明，并对其他颜色用的图像形成部10M、10C、10Bk赋予同一符号后省略详细说明。

图像形成部10Y在其大致的中央位置里设有与搬送带20转动相接的感光体鼓1Y。在感光体鼓1Y的周围里，使得感光体鼓1Y的表面带电为规定的电位的带电装置2Y，和根据将带电后的鼓表面被颜色分解后的图像信号来曝光，并在鼓表面上形成静电潜像的曝光装置3Y，和将黄色调色剂供给到形成在鼓表面上的静电潜像里后进行显影的显影装置4Y，和将显影后的调色剂像转印到借助于搬送带20搬送来的用纸上的转印辊5Y(转印装置)，和将没有转印而残留在鼓表面里的残留调色剂除去的清洁器6Y，以及未图示的除去残留在鼓表面里的电荷的除电灯等，沿着感光体鼓1Y的转动方向被依次配设。

在搬送带20的图中右下方里，配设了用于将用纸供纸到搬送带20上的供纸机构30。

在搬送带20的图中左侧里，配设了后述的本发明的实施方式所涉及的定影装置40。通过搬送带20搬送来的用纸从搬送带20开始连续地经过定影装置40被搬送到延伸的搬送路径里后来通过定影装置40。

定影装置40对搬送来的用纸，即对处于其表面上转印有各色的调色剂像的状态下的用纸进行加热及加压。然后，将各色的调色剂像熔融后渗透到用纸里以定影。另外，在定影装置40的搬送路径下游侧里借助于排纸辊来排纸。

接着，通过图2来说明本发明所涉及的定影装置。

该定影装置包括兼做发热体的加热辊1(作为设置有发热层的加热用转动体的支持辊)、定影辊3、由加热辊1和定影辊3张架的定影带4、借助于定影带4和加热辊1相向而对的感应加热线圈5，以及借助于定影带抵接到定影辅助辊里的加压辊2。

加热辊1作为不锈钢制芯棒，采用的是由厚度为0.21mm左右的不锈钢层(发热层)构成的中空辊。在芯棒表面形成有厚度为3-15μm左右的铜层，能够提高发热效率。这时，以在铜层的表面里进行防锈的镀镍为好。

作为不锈钢以外的例子，也可以采用居里点在160220℃左右的整磁合金。在整磁合金内部里配置铝部件后，无需特别的控制机构就能在上述居里点附近实现升温停止。

使用整磁合金芯棒时也和不锈钢芯棒同样地，可以通过在芯棒表面里设置铜层以提高发热效率。在设置铜层的时候，由于在提高发热效率的同时，作为其反作用会在规定的居里点以上进行发热，所以，将厚度控制在10μm以下较薄的程度里，就可以对居里点附近进行温度控制了。

定影辊3由不锈钢、碳素钢等的金属制的芯棒3a，和将具有耐热性的硅酮橡胶等做成实心状或发泡状后覆盖芯棒而成的弹性部件3b构成。然后，通过加压辊2的推压力而在加压辊和定影辊之间形成规定宽度的接触部(定影夹持部N)。定影辊3优选的外径为30-80mm左右，其弹性部件层的厚度为3-30mm左右，硬度为10-50°(JIS-A)左右。

通过图3的模型截面图来详细说明定影带4。如图3所示，定影带4是在基材31上依次层积弹性层32和脱模层33而成的。

作为要求于基材31的特性可以列举有张架轮带时的机械强度、柔软性、定影温度时的耐使用的耐热性等。在本发明中，因为是对加压辊1感应加热的，所以基材31以绝缘性的耐热树脂材料为好，可以列举有聚酰亚胺、聚酰亚胺酰胺、PEEK、PES、PPS、氟素树脂等。从热容量、强度的关系出发，厚度优选在10-200μm的范围内。

弹性层32的目的是为了获得没有光泽不均的均匀图像而将柔软性赋予到轮带表面里后形成的，由具有5-50°(JIS-A)的橡胶硬度的弹性材料构成，厚度优选为50-500μm。这里，因为要求在定影温度时的耐热性，所以，作为材质可以列举有硅酮橡胶、氟硅橡胶等。

作为使用于脱模层33的材料，可以列举有PTFE、PFA及FEP等的氟素树脂，或它们的树脂的混合物，或是在耐热性树脂里分散有氟素系树脂而成。

将脱模层33覆盖弹性层32时，可以不使用硅油等就能够防止调色剂脱模性和纸粉粘结(无油化)。但是，由于这些具有脱模性的树脂一般没有橡胶材料那样的弹性，在弹性层32上形成过厚的脱模层33就会损失轮带表面的柔软性而产生光泽不均。为了兼顾脱模性和柔软性，脱模层33的膜厚度为5-50μm，优选是10-30μm。

另外，根据需要，也可以在各层之间设置底层(primer)，或在基材的内面里设置用于提高滑动时的耐久性的层。

在基材31里也以具有发热层为好。例如，也可以在由聚酰亚胺构成的基层上形成3-15μm的Cu层来作为发热层。

加压辊2包括由金属制的圆筒部件构成的芯棒2a、高耐热性的弹性层2b以及脱模层2c，并借助于定影带推压定影辊后形成定影夹持部N。加压辊的外径在30-80mm左右，弹性层的厚度在0.3-5mm左右，硬度在2050°(Asker硬度)左右。因为需要耐热性，所以材质采用的是硅酮橡胶。更进一步地，为了提高两面印刷时的脱模性，在弹性部件4b上形成有10-100μm左右的使用了氟素树脂的脱模层4c。

通过使得加压辊的弹性层的硬度大于定影辊的弹性层，就成为加压辊咬入到定影辊(及定影带)里了，通过这种咬入，记录材料6(保持有未定影调色剂T)就在夹持部出口处具有不会沿着定影带的表面的曲率，从而能够提高记录材料对定影辊的脱模性，并能够预先防止堵纸发生等的问题。

图4所示是本发明的定影装置的感应加热线圈5的构成。感应加热线圈由盒体45和励磁线圈41及磁芯构成。而磁芯则进一步分割成弓形状磁芯42(被多个地配置在图面的跟前和里面)和两个边缘磁芯44，及中央磁芯43，包围线圈地构成后就形成了到加热辊1(设置有发热层的加热用转动体)去的磁通路。

励磁线圈41是将具有绝缘包覆的直径为0.05mm-0.2mm左右的导线，以50-500根左右捻合后的利兹线卷绕5-15次而成的。利兹线的表面里具有融解层，通过在通电加热或恒温槽的加热，融解层固化后卷绕的线圈的形状就得到保持了。这里，也可以采用没有融解层的利兹线来卷绕线圈，并通过挤压成形来赋予其形状。由于利兹线需要超过定影温度以上的耐热性，所以，在裸线的绝缘包覆材料里采用的是聚酰亚胺酰胺、聚酰亚胺等的兼有耐热性和绝缘性的树脂。

如上所述形成的励磁线圈41通过硅粘结剂被粘结到盒体45里。由于盒体45里需要在定影温度以上的耐热性，所以是使用耐热性高的树脂PET或液晶聚合物等来形成的。

磁芯的材质使用的是Mn-Zn系铁素体、Ni-Zn系铁素体等。

铁素体磁芯是将粉体压缩成型并烧结后制成的。在烧结的过程中，由于磁芯会收缩，并且特别是弓形磁芯在开口部和连结部的收缩不同，所以，较多的是开口部会打开。由于这里也存在着不均，所以就在两端部的端面和边缘磁芯44接触时会产生个体差。

弓形状磁芯和边缘磁芯的接触面积约大，泄漏磁通量就减少并提高发热效率，该部分的加热辊的温度就容易上升。因此，接触状态不同的弓形状磁芯混在一起就会损害加热辊1的长度方向的温度均匀性，从而导致定影不均的发生。

在本发明中，是通过将弓形状磁芯的两端部的端面形成为凸曲面，来解决上述问题的。根据图5来模式地说明本发明的效果。图5所示是将弓形状磁芯放置在平面里的模式图。

图5的模式图中的左上和左下图所示是以往的弓形状磁芯，即两端部的端面为平面，而右上和右下图所示是本发明所涉及的弓形状磁芯，即两端部的端面为凸曲面，左上和右上图所示是制作成所需形状时的情况，左下和右下所示是制作成两端比所需形状更为打开的状态时的情况。

通过这些模式图可以知道，相对于以往的两端部的端面为平面的弓形状磁芯中，形成为所需形状的弓形状磁芯(面接触)和形成为比所需形状更为打开的弓形状磁芯(仅是角的棱线部接触)对两端部的一个平面的接触状态的大为不同，可以知道的是，在本发明所涉及的弓形状磁芯中，形成为所需形状的弓形状磁芯和形成为比所需形状更为打开的弓形状磁芯对两端部的一个平面的接触状态是相同的，后者中，弓形状磁芯的两端打开的大小对泄漏磁通量的发生量的大小的影响变小，即使混合使用有两端的打开度不同的弓形状磁芯，因为在加热辊的宽度方向上的加热温度不均变小，所以就不需要弓形状磁芯的打开程度的检查、端面的后加工或对两端打开较大的进行抽去，从而能够实现低成本。

这里，如果将弓形状磁芯的两端的凸曲面的曲率做得很小，泄漏磁通量就会在所有的情况下都变多，因此，以较大的曲率为好。该曲率对应于设想的弓形状磁芯的两端部的打开，以事先讨论后决定为好。

另外，弓形状磁芯的两端的端面形状是与加热用转动体转动轴平行的轴的圆柱的面(图6模式地显示弓形状磁芯的端面42a附近的侧视图)，由此，与边缘磁芯的接触就可以是线状接触，从而就能够进一步减少泄漏磁通量的发生量。

上述弓形状磁芯的形状虽然是以槽型为例示的，但边缘磁芯的形状不限于此，在能够获得作为磁芯的性能的范围内，可以自由地选择半圆形等。

如上所述，虽然是以借助于定影带来将夹持部加热到定影所需温度里的定影带式定影装置为例来说明的，但也可以在不使用定影带，而是通过加热定影辊来将夹持部加热到定影所需温度里的定影装置里。这种定影装置的一例如图7所示。

定影辊3′是设置有发热层的加热用转动体，是从外侧开始依次层积了套筒(是以下顺序的三层构造：最外层由氟素树脂或耐热性树脂或它们的混合物所形成的脱模层，接着是由弹性材料构成的弹性层，以及发热层)3a′，将具有耐热性的硅酮橡胶等形成实心状或发泡状的弹性部件3b′，以及不锈钢、碳素钢等金属制的芯棒3c′而形成的。在本例中，套筒3a′在轴方向的移动是通过未图示的法兰来防止的，但也可以是粘结在弹性部件3b′里。发热层可以由厚度为10-100μm的不锈钢或整磁合金来构成。另外，在本例中，感应加热线圈5和图5所示具有相同的构造。

在该定影装置中，感应加热发热层3c′通过感应加热线圈5被加热后，夹持部N就被加热到定影所需的温度里，从而对记录材料6上的未定影调色剂进行定影。

【实施例】

图8的模式图所示的是将以下实施例所使用的感应发热线圈组装到定影带式定影装置(图2所示的概要)里时的感应发热线圈附近的状态。在该感应发热线圈中，采用宽度为10mm的弓形状磁芯42，以20mm的间隔在长度方向(加热辊1(加热用转动体)的转动轴方向)里配置11个。

<实施例1>

弓形状磁芯42的弓高度为25mm、弓宽度为60mm、厚度为2.5mm，两端部的端面被制作成平行于加热辊的轴的圆柱(R1.25(mm))的侧面形状，但是，对于其宽度尺寸(设计值)，实际试做的磁芯是在60.5-63mm之间有偏差的。

从这些试做品的弓形状磁芯中，将弓形开度最大的弓形状磁芯(弓宽度为60mm)配置在被配设在边缘磁芯的中央里的弓形状磁芯的两边的位置里，而在其他配置位置里，就将弓宽度在60.5mm以上61mm以下的弓形状磁芯随机地排列后来形成感应发热线圈。

作为励磁线圈使用的是裸线直径为φ0.15mm的利兹线，将100根捻合根数一起捻合后作为励磁线圈。

<实施例2>

与实施例1同样，但是，将两端部的端面作为平行于加热辊的轴的圆柱(R5(mm))的侧面形状，由弓宽度为63mm的两个弓形状磁芯和弓宽度在60.5mm以上61mm以下的弓形状磁芯来形成感应发热线圈。

<比较例1>

与实施例1同样，但是，采用两端部为平面的弓形状磁芯，由弓宽度为63mm的两个弓形状磁芯和弓宽度在60.5mm以上61mm以下的弓形状磁芯来形成感应发热线圈。

<比较例2>

与比较例1同样，但是，在配置弓宽度为63mm的弓形状磁芯的部位里，是将其两端切削后使得与边缘磁芯的接触变为面接触地来配置后形成感应发热线圈。

<评价>

使用上述制作的感应发热线圈来进行加热实验。

即，使用理光公司的复印机imagioC5000，将设置在复印机本体里的感应加热线圈与上述所制作的感应发热线圈交换，并设置用于对该定影装置的夹持部进口附近的定影带的表面温度进行测定的热电偶后来进行实验。

这里，图9所示是从装置的驱动开始后由上述热电偶观察到的温度变化的典型例。

首先，驱动开始后，升温到目标温度的200℃，到达200℃时(驱动结束)，就开始通过纸张，并在通过纸张页数达到50张时结束通过纸张，并停止加热及定影带驱动。

图10所示是使用实施例1、比较例1、比较例2的感应发热线圈来进行的实验中，50张纸刚通过后的夹持部进口附近的宽度方向温度分布。

相对于本发明的实施例在长度方向里能够获得均匀的温度分布，在比较例1中，在使用开口部的开度较大的弓形状磁芯的部位里确认有温度的下降，而在比较例2中，在使用切削后的弓形状磁芯的部位里确认有温度的上升。还有，在该实验中虽然是以配置在宽度方向中央附近里的弓形状磁芯来进行的，但是，在宽度方向端部附近配置比较例1所使用的两端部打开的弓形状磁芯时，可以推测温度下降会达到不能进行图像定影的程度。

接着，对实施例1的感应发热线圈和实施例2的感应发热线圈进行比较。

图11所示是从驱动开始后的宽度方向中央部分的温度变化情况。

如图11所示，与实施例1相比，根据端部的圆筒形状的直径要大的实施例2可以获得更快的升温速度。这可以判断为是因为实施例2的感应发热线圈和实施例1的感应发热线圈相比磁的泄漏要少的缘故。

如上所述，通过使用本发明所涉及的定影装置，能够提高宽度方向的温度均匀性，另外，通过增大弓形状磁芯的端部的曲率(R尺寸)，还能够提高发热效率。

还有，本发明虽然是以图示来说明实施方式的，但是，本发明不局限于前述各实施方式，在本发明的技术思想的范围内，除了前述各实施方式所示之外，还可以对前述各实施方式进行适当的变更，专利说明书的公开内容不局限于上述的说明。

本专利申请的基础和优先权要求是2010年12月17日、在日本专利局申请的日本专利申请JP2010-281886其全部内容在此引作结合。

Claims (3)

1.一种定影装置，其包括：

加热用转动体，其设置有发热层；

励磁线圈，其以弓形状来覆盖所述加热用转动体的一部分；

边缘磁芯，其配置在所述励磁线圈的弓的两端部附近；

多个的弓形状磁芯，其在所述励磁线圈的加热用转动体的反对侧里，将两端面分别与所述边缘磁芯相接后来配置，

其特征在于，所述弓形状磁芯的所述两端面被形成为凸曲面。

2.根据权利要求1所述的定影装置，其特征在于：

所述凸曲面是作为与加热用转动体的转动轴平行的轴的圆柱的面的一部分来形成的。

3.一种图像形成装置，其特征在于包括：

权利要求1或2所述的定影装置。

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