CN1081807C - 图像加热装置 - Google Patents

Abstract

一种图像加热装置，装有：一个具有导电层并设置成与记录介质一起运动的运动部件；一个用于产生磁通量的激发线圈，其中激发线圈产生的磁通量在运动部件中产生涡流而涡流使运动部件生热，其中运动部件的热量加热记录介质上的图像；一个用于导引激发线圈产生的磁通量的磁性部件，其中运动部件和磁性部件形成一个基本上闭合的磁路，其中在从磁性部件向运动部件引导的主磁力线和从运动部件向磁性部件引导的主磁力线之间形成一个角度θ〔弧度〕，该角度θ被确定为0＜θ＜π。

Description

图像加热装置

本发明涉及一种图像加热装置，用于通过利用电磁感应产生的涡流实现加热。更具体地说，该装置涉及一种成像设备如电摄影复印机、印刷机和传真机中的定影装置，或者涉及一种用于加热在记录介质表面上以直接或间接方式通过合适的图像成形工艺方法如电摄影法、静电记录法或磁记录法用热熔树脂的色粉形成的未定影色粉图像的装置，从而将色粉图像作为永久性定影的图像固定在记录介质表面上。

图12是说明先有技术的附图，它是一种作为电摄影法在印刷机上的应用的激光束印刷机的示意截面图。下面说明该设备的操作。

当根据从主计算机送来的图像信息信号调制从扫描器13来的激光束的强度时，在感光鼓11上形成一个静电潜影。激光束的强度和照射斑点直径根据成像设备的分辨率和所需的图像强度予以适当地调整，而感光鼓11上的静电潜影是通过将激光束照射的部分保持在光电位V_L上而将其它部分保持在由主充电器12充电的暗电位V_D上而形成的。感光鼓11沿箭头的方向转动，使得静电潜影相继受显影装置14的显影。显影装置14中的色粉在显影筒1402上形成均匀的色粉层，而色粉厚度和摩擦起电影响由同时是色粉输送辊的显影筒1402和显影刮板1401控制。显影刮板1401通常用金属或树脂制成。在使用树脂刮板的情况下，刮板在适当的接触压力下与显影筒1402接触。随着显影筒1402本身的转动，在显影筒1402上形成的色粉层转到面对感光鼓11，而只有V_L的部分通过外加到显影筒1402上的电压V_dc和由感光鼓11的表面电位形成的电场而受到选择性的显影。感光鼓11上的色粉图像相继地转移到由转移装置15从供纸装置15输送来的一张纸上。转移装置可以是一个如图所示的电晕放电器或是一个转移辊法的装置，在后一装置中通过从电源将电流供给到导电的弹性辊上而将转移电荷外加到纸上从而使纸受到传送。带有转移到纸上的色粉图像的纸随着感光鼓11的转动而进一步输送到定影装置10，后者加热色粉图像并将其压紧为永久性定影的图像。

图12中所示的热辊法至今已广泛地用于以热定影装置为代表的图像加热装置。

但是，热辊法存在这样一个问题，就是定影辊的热容量大，因而要求加热功率高、等待时间长。

因此，有人提出利用产生感应电流来直接加热定影辊的下列建议。

日本实用新型申请公开No.51-109737公开了一种感应热定影装置，用于通过磁通量在定影辊中感应电流来利用焦耳热加热定影辊。

其次，日本专利公报No.5-9027公开了一种利用作为转动体的定影辊的特点的加热技术，装置的结构是沿定影辊转动方向在压紧区的上游处设置一个激发线圈。

此外，美国专利No.5,278,618公开了一个利用热容量减小的定影薄膜代替定影辊并用压紧区附近的激发部件来加热定影薄膜的例子。

但是，日本实用新型申请公开No.51-109737中公开的定影装置具有辐射损失大的缺点，因为由激发线圈产生的交变磁通量的能量被用于提高整个定影辊的温度，而定影能量的密度相对于输入能量是低的，从而导致低效率。

其次，日本专利公报No.5-9027中公开的定影装置被设计成在局部地方中利用磁通量能量，以便减小辐射损失。但是，因为它利用穿透受热部件的磁通量，所以它必须设置激发用的低频电流，这产生降低能量转换效率的问题。

美国专利No.5,278,618包括定影薄膜作为磁路一部分中的受热部件，但是它要求靠着定影薄膜的磁通量密度极高的磁路，因为该磁路被限制在压紧区面积内，这导致产生磁饱和的问题，从而不能获得足够的效率。

本发明的一个目的是提供一种利用电磁感应提高热量产生效率的图像加热装置。

本发明的另一个目的是提供一种图像加热装置，其中通过一个运动部件和一个磁性部件形成一股基本上闭合的磁流，而在从磁性部件导向运动部件的主磁力线和从运动部件导向磁性部件的主磁力线之间形成一个角度θ〔弧度〕，该角度θ被设置成满足0＜θ＜π。

本发明的又一个目的是提供一种图像加热装置，其中，当沿垂直于运动部件运动方向的方向观看时，该磁性部件为T形形状。

本发明的其它目的将在下述说明中清楚阐述。

图1是作为本发明一个实施例的一种定影装置的截面图；

图2A表示本发明的一个实施例，图2B和2C表示比较的例子；

图3表示定影薄膜的层结构；

图4表示另一种定影薄膜的层结构；

图5是定影装置一部分的透视图；

图6是应用本发明定影装置的一种彩色成像装置的示意图；

图7是常规定影装置的示意截面图；

图8是采用对开式芯子配置方式的定影装置一部分的透视图；

图9是作为本发明另一实施例的一种定影装置的截面图；

图10是作为本发明又一实施例的一种定影装置的截面图；

图11是作为本发明又一实施例的一种定影装置的截面图；

图12表示一种常规的成像装置。

下面参照附图说明本发明的实施例。

(第一实施例)

图1最清楚地表示本发明的特点。图1中标号1表示一个定影薄膜，它是一个作为运动部件的转动加热构件，而标号105表示一个不阻碍磁通量穿透的电绝缘的薄膜导架。定影薄膜1在由薄膜导架105保证的承载稳定性下沿箭头方向转动。标号201表示一个产生交变磁通量用的激发线圈，而标号202表示一个作为高导磁率部件的芯子或一个磁性部件，用于引导由激发线圈201沿定影薄膜1的周面方向产生的交变磁通量，以形成大体上闭合的磁路。在该实施例中芯子是用钛氧体制成的并由薄膜导架105支承。

一个激发电路连接在激发线圈201上，该激发电路被设置成能够向激发线圈201供应50KHz的交流电流。标号3表示一个压紧辊，它是一个作为背撑部件的转动压紧件，通过在一个芯子301上形成厚度2mm的硅酮橡胶层302涂层以增加弹性而制成，它与定影薄膜1形成压紧区N。该压紧辊3也起驱动辊的作用，用于沿记录纸P的输送方向转动而驱动定影薄膜1。

下面参照图3详细说明定影薄膜1。定影薄膜1的制造是在50μm厚的用镍制成的导电层兼加热层101的表面上覆盖硅酮橡胶的弹性层102，并且在弹性层102上再覆盖一个用氟树脂制成的隔离层103。加热层101不限于镍，它可以用一种属于10^-5至10^{- 10}Ω·m的良好导电体的金属、金属化合物和有机导体制成，而更优先地用一种指示具有高导磁率的锆磁性的纯金属如铁、钴等或其化合物制成。当加热层101的厚度减小时，更难紧固足够的磁路，这会使磁通量泄漏到外边并转过来减小加热部件本身的热能。当加热层101变得更厚时，由于热容量增加，升高温度所需的时间会易于变得更长。因此，厚度有适当的值，取决于加热部件所用材料的比热、密度、导磁率和电阻率。在该实施例的情况下，在10至100μm的厚度范围内获得了℃/秒或更大的温度升高速率。如果弹性层102的硬度太高，会产生图像光泽不均匀，因为它不可能跟踪记录介质或色粉层的粗糙度。因此，弹性层102的硬度优选为60°(JIS-A)或更小，而最好为45°(JIS-A)或更小。弹性层102的导热率优选为60°(JIS-A)或更小，而最好为45°(JIS-A)或更小。弹性层102的导热率优选为6×10^-4至2×10^{- 3}〔cal/cm·sec·deg〕。如果导热率λ小于6×10^-4〔cal/cm·sec·deg〕，那么热阻将很大，因而定影薄膜1的表面层中的温度上升将较慢。

隔离层103不仅可以用选自氟树脂的材料如PFA(全氟烷氧基树脂)、PTFE(聚四氟乙烯)和FEP(氟化乙烯-丙烯)制成，而且可以用具有良好可剥离性和高热阻的材料如硅酮树脂、硅酮橡胶和氟橡胶制成。隔离层103的厚度优选为20至100μm。如果隔离层103的厚度小于20μm，就会出现由于涂层薄膜的涂敷不均匀而使某些部分形成的可剥离性差的问题和耐用性不够的问题。如果隔离层的厚度大于100μm，就会出现导热性变坏的问题。特别是，当隔离层为树脂基层时，其硬度变得太高，这损害弹性层102的效果。

其次，如图4中所示，可以在定影薄膜1的层结构中设置一个绝热层104。绝热层104的优选材料包括绝热树脂如氟树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚酰胺-聚酰亚胺树脂、PEEK(聚醚醚酮)树脂、PES(聚醚砜)树脂、PPS(聚苯硫醚)树脂、PFA(全氟烷氧基)树脂、PTFE(聚四氟乙烯)树脂和FEP(氟化乙烯-丙烯)树脂。绝热层104的厚度优选为10至1000μm。如果绝热层104的厚度小于10μm，那么绝热效果会减小而耐用性也会不够。另一方面，如果厚度大于1000μm，那么高导磁率芯子202和绝热层104之间的距离对于足够的磁通量到达加热层101来说就会太长了。当设置绝热层104时，可以稳定地加热，因为它可以防止激发线圈201和芯子202由于加热层101产生的热而升高温度。

激发线圈201应当能产生加热所需的足够的·交变磁通量。为此，必须使阻抗分量低而感抗分量高。在该实施例中，激发线圈201的芯线是由一束细线组成的对高频为φ1的芯线，它围绕压紧区N绕12圈。

激发线圈201利用由激发电路供给的交流电流产生交变磁通量，而该交变磁通量被导入芯子202，以便在定影薄膜1的加热层101中感生涡流。该涡流通过加热层101的比电阻产生焦耳热，该焦耳热可以穿过弹性层102和隔离层103加热被载带到压紧区N的记录介质P和该记录介质P上的色粉T。

本发明的特征在于，为了高效地加热一个适合于定影步骤的位置，利用上述交变磁通量的能量，沿定影薄膜1的周面方向导引磁通量，以便限定磁力线的方向而不存在定影薄膜1的磁饱和，还不存在空气短路。

在该实施例中芯子202的形状如图2A中所示，使得在一定时刻的一个角度为介于方向(A)和方向(B)之间的π/2(弧度)，方向(A)为从芯子202向定影薄膜1辐射的磁通量的方向，而方向(B)为从定影薄膜1向芯子202入射的磁通量的方向。

也就是，当沿垂直于定影薄膜1的运动方向的方向观看时，该实施例的芯子202为T形形状。

芯子202的T形下部中的直线形板状构件(第一部分)202a的一个端部与紧压区N中的定影薄膜1紧密相对，而该T形上部中的一个直线形板状构件(第二部分)202b的两端与沿定影薄膜1的运动方向的紧压区上游和下游的定影薄膜1紧密相对。按照这种配置，定影薄膜1和芯子202形成基本上闭合的磁流。

通过这种配置，形成了用图中虚线表示的主磁力线(在激发电流的峰值时)，在定影薄膜1中紧压区附近的一个适当范围受到加热，可以减小由于辐射引起的能量损失，而对加热起作用的磁通量密度受到控制，从而防止产生无效的感应磁场。

作为一个比较的例子，如图2B中所示θ值为0(弧度)，在采用薄的定影薄膜1作为转动的加热部件的情况下，在定影薄膜1中将出现磁饱和，在芯子之间的空气中将出现磁路，加热效率将下降，而加热区域将变窄，定切使得难以向定影步骤供给能量。当θ值大于π/6(弧度)时，此种趋向变得较缓和，从而进一步获得更好的结构。

如果如图2C中所示θ值为π(弧工)，磁路变长，从而减小磁通量密度，还使得难以获得快速的温度上升，而且由于加热区增大而使辐射损失增大到不可忽略的程度。当θ值调整到小于5π/6(弧度)时，此种趋向变得较缓和，从而进一步获得更好的结构。

当在这样结果的基础上选择θ时建立了该实施例。

也即，θ〔弧度〕被限定为0＜θ＜π；

优选的情况为π/6＜θ＜5π/6。

图5是图1中所示芯子(部分省去)202、激发线圈201和薄膜导架(下半部)105的透视图，而且这些构件沿垂直于定影薄膜运动方向的方向延伸。

激发线圈201沿薄膜导架105的内表面围绕芯子202的第一部分202a(见图2A)安装，并从芯子202的纵向端部缠绕到另一端。

这些芯子202、激发线圈201和薄膜导架105的纵向长度对应于具有最大待用尺寸的记录介质宽度。

下面说明的是一个例子的操作效果，其中该实施例的图像加热装置被用作一种四色成像装置的定影装置，同时说明该成像装置的操作。

图6是一种应用本发明的电摄影彩色印刷机的截面图。标号11表示一个由有机光敏元件制成的感光鼓，12表示一个对感光鼓11均匀充电用的充电装置，而13表示一个激光光学箱，用于当从未示出的图像信号发生器将信号转换成激光的通/断时在感光鼓11上形成一个静电潜影。标号1101是激光，而1102是一个镜子。感光鼓11上的静电潜影通过显影装置14在其上面选择性地沉积色粉而受到显影。显影装置14由黄色Y、深红色M和深蓝色C的彩色显影剂与黑色显影剂B组成，通过这些显影剂一种颜色一种颜色地将潜影显影在感光鼓11上获得一种彩色图像，后者相继地将色粉图像叠加在中间转印鼓16上。该中间转印鼓16在一个金属鼓上有一个中等电阻的弹性层和一个高电阻的表面层，并在该金属鼓上外加一个偏置电位，以便通过电位差从感光鼓11转移色粉图像。另一方面，通过一个输送辊从纸盒中送出的记录介质P被送入转移辊15和中间转印鼓16之间，与感光鼓11上的静电潜影同步。转移辊15从记录介质P的背面供给一种与色粉的电荷极性相反的电荷，由此将中间转移鼓16上的色粉图像转移到记录介质P上。然后热定影装置20将热和压力施加在载带未定影色粉图像的记录介质P上，从而将图像永久性地定影在记录介质P上。然后记录介质被传送到一个传送盘(未示出)上。残留在感光鼓11上的色粉和纸粉用清除器17除去，而残留在中间转移鼓16上的色粉和纸粉用清除器18除去。感光鼓11重复充电的步骤和充电后的步骤。

所用的定影装置20是上面讨论的图像加热装置，而记录介质P在压紧区内受到加热从而使色粉图像定影，然后在压紧区的出口处分开。

当上述结构与图7中所示的使用加热整个定影辊的常规图像加热装置相比较时，上述结构能够将等待时间缩短60秒或更多，而在印刷期间将消耗的电力节省20％或更多。

根据上面说明的该实施例，高导磁率部件调整通过转动加热部件的磁通量的范围和密度，以提高能量转换效率，同时它通过具体限定加热部位来减少辐射损失，从而提高对定影步骤产生作用的能量比例。

在该实施例中，芯子202可以用小块体如图8中所示的长方形小块体组合而构成。在这种情况下，该结构是柔性的，对强的压力产生应变或热应变，因而可防止芯子发生破裂。此外，一种结构形状复杂的芯子可以以低的成本制成。

该实施例中说明了四色成像装置，但本发明可应用于单色的或一次行程的多色成像装置。在这种情况下在定影薄膜1中可以省去弹性层102。

(第二实施例)

图9是表示本发明的另一实施例的示意截面图，图中相同的标号表示上述实施例中说明过的相同的部件。

该实施例对上述第一实施例中的芯子202采用小块体配置，其中面向定影薄膜1的部分203用具有高居里温度的磁性材料制成，而与定影薄膜1隔开的部分204用具有较低的居里温度但导磁率高的磁性材料制成。通常可以买到的此种磁性材料包括用作前者的磁铁矿石和用作后者的锰铁氧体。

这种配置的优点是，即使由定影薄膜1产生的热量转移给芯子，芯子也不会损失磁性而达到良好的导热性，而且通过受热影响较小的部分204中高导磁率的磁性材料可以获得强的磁通量。

也就是，该实施例是以这样一种方式实施的，就是利用不同居里点的磁性材料的组合制成高导磁率部件，这使得有可能根据温度分布选择磁性材料，从而能够防止导磁率下降。

因为本发明的特征在于芯子做成与定影薄膜1形成闭合的磁路，所以芯子需要具有面对高温的定影薄膜1的部分。因此，该实施例改进了这种情况下抵抗芯子203温度上升的性能。

(第三实施例)

图10是表示本发明另一实施例的示意截面图，图中相同的标号表示上述实施例中说明过的相同的部件。标号106表示分开的薄膜导架的上部。

该实施例利用一个双极芯子205来将磁通量集中在想要的部分中。在该实施例中进出芯子205的磁力线的角度θ选定为π/3。因为该情况中加热区是靠近压紧区N和压紧区N前后的区域，所以感应加热的能量大部分都消耗在定影步骤中，从而可以减小功率消耗。

图11表示该实施例θ＝2π/5的发展的例子。因为芯子206向着定影薄膜的转动中心凸出，所以它有大的曲率，由此即使用薄的材料也能得到足够的导磁率。此外，加热部分中心移到压紧区N的相对于定影薄膜1的转动方向上游侧，因此通过定影薄膜1的转动运动肯定能将热量转移到记录介质上。

该配置能够使记录介质冷却分离，这能够防止出现分离失效、色粉污斑等等。

因为该实施例可以向定影薄膜1提供高的磁通量，所以它适合于使用较厚的定影薄膜。

上面说明了本发明的几个实施例，但应当注意到，本发明绝不限于上述几个实施例，而是可以在本发明的技术思想范围内采取各种配置和进行修改。

Claims (28)

1.一种图像加热装置，包括：

一个具有导电层(101)并设置成与记录介质一起运动的定影膜(1)；

一个用于产生磁通量的激发线圈，其特征在于，

其中由上述激发线圈(201)产生的磁通量在上述定影膜(1)中产生涡流，而该涡流使上述定影膜产生热量，

其中上述定影膜的热量加热记录介质上的图像；

一个用于导引由上述激发线圈(201)产生的磁通量的磁性部件(202)，

其中上述定影膜(1)和上述磁性部件(202)形成一个基本上闭合的磁路，

其中在从上述磁性部件(202)向上述定影膜引导的主磁力线和从上述定影膜(1)向上述磁性部件(202)引导的主磁力线之间形成的角度θ〔弧度〕被确定为0＜θ＜π。

2.根据权利要求1的图像加热装置，其中优选为π/6＜θ＜5π/6。

3.根据权利要求1的图像加热装置，其中上述磁性部件是一个高导磁率部件。

4.根据权利要求1的图像加热装置，其中上述磁性部件有一个第一部分(202a)和一个第二部分(202b)，它们的端部与上述定影膜相对。

5.根据权利要求4的图像加热装置，其中上述第一部分和上述第二部分为直线形板状部件。

6.根据权利要求4的图像加热装置，它有一个压紧辊(3)，用于与上述定影膜一起形成一个压紧区，其中上述第一部分的端部与上述压紧区相对，而上述第二部分的端部在上述压紧区的沿上述定影膜运动方向的上游和下游处与上述定影膜相对。

7.根据权利要求6的图像加热装置，其中上述激发线圈(201)围绕上述第一部分缠绕。

8.根据权利要求1的图像加热装置，其中上述磁性部件(202)分为多个块体。

9.根据权利要求8的图像加热装置，其中上述多个块体具有不同的居里点。

10.根据权利要求9的图像加热装置，其中上述多个块体具有各自的居里点，距上述定影膜远的一侧的块体的居里点比距定影膜近的一侧的块体的居里点要低。

11.根据权利要求1的图像加热装置，其中上述磁性部件沿垂直于上述定影膜运动方向的方向是细长形的。

12.根据权利要求11的图像加热装置，其中上述激发线圈是沿上述磁性部件的纵向方向缠绕的。

13.根据权利要求1的图像加热装置，其中上述定影膜是一个循环薄膜。

14.根据权利要求1的图像加热装置，它有一个压紧辊，用于与上述定影膜一起形成一个压紧区，其中上述压紧区对记录介质上的未定影色粉图像进行定影。

15.一种图像加热装置，包括：

一个具有导电层并设置成与记录介质一起运动的定影膜(1)；

一个用于产生磁通量的激发绕圈(201)，其特征在于，

其中由上述激发线圈(201)产生的磁通量在上述定影膜(1)中产生涡流，而该涡流使上述定影膜产生热量，

其中上述定影膜的热量加热记录介质上的图像；

一个用于导引由上述激发线圈(201)产生的磁通量的磁性部件(202)，

其中当沿垂直于上述定影膜的运动方向的方向观看时上述磁性部件为T形形状。

16.根据权利要求15的图像加热装置，其中上述磁性部件是一个高导磁率部件。

17.根据权利要求15的图像加热装置，其中上述磁性部件有一个第一部分(202a)和一个第二部分(202b)，它们的端部与上述定影膜相对。

18.根据权利要求17的图像加热装置，其中上述第一部分和上述第二部分为直线形板状部件。

19.根据权利要求17的图像加热装置，它有一个压紧辊，用于与上述定影膜一起形成一个压紧区，其中上述第一部分的端部与上述压紧区相对，而上述第二部分的端部在上述压紧区的沿上述定影膜运动方向的上游和下游处与上述定影膜相对。

20.根据权利要求19的图像加热装置，其中上述激发线圈(201)围绕上述第一部分缠绕。

21.根据权利要求15的图像加热装置，其中上述磁性部件(202)分为多个块体。

22.根据权利要求21的图像加热装置，其中上述多个块体具有不同的居里点。

23.根据权利要求22的图像加热装置，其中上述多个块体具有各自的居里点，距上述定影膜远的一侧的块体的居里点比距定影膜近的一侧的块体的居里点要低。

24.根据权利要求15的图像加热装置，其中上述磁性部件沿垂直于上述定影膜运动方向的方向是细长形的。

25.根据权利要求24的图像加热装置，其中上述激发线圈是沿上述磁性部件的纵向方向缠绕的。

26.根据权利要求15的图像加热装置，其中上述定影膜是一个循环薄膜。

27.根据权利要求15的图像加热装置，它有一个压紧辊，用于与上述定影膜一起形成一个压紧区，其中上述压紧区对记录介质上的未定影色粉图像进行定影。

28.根据权利要求15的图像加热装置，其中上述定影膜和上述磁性部件形成一个基本上闭合的磁路。

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