CN1504065A - 加热辊、加热带、图像加热装置和成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种加热辊(21)，其包括利用电磁感应产生热量的发热层(22)、绝热层(23)和支承层(24)，这些层以上述次序从外向内设置。发热层(22)由至少两层构成，它们是由磁性材料形成的第一发热层和由非磁性材料形成的第二发热层。第一发热层的电阻率高于第二发热层的电阻率，厚度大于第二发热层的厚度。第一发热层可被有效地用作借助于电磁感应产生热量的发热部分。因此，同发热层(22)只由单层磁性材料形成时的情况相比，发热效率提高了，从而可以减少升温时间。此外，发热层(22)被集中加热，因此支承层(24)的发热量减小了，从而可以防止例如承载着加热辊(21)的轴承破裂。

Description

加热辊、加热带、图像加热装置和成像设备
技术领域
本发明涉及一种加热辊和一种加热带，它们被电磁感应产生的涡电流加热。此外，本发明涉及一种图像加热装置，其适于在电子照相设备、静电成像设备或诸如此类的成像设备中用作通过加热而将未定影图像热定影的定影装置。另外，本发明涉及一种包含所述图像加热装置的成像设备。
背景技术
一般而言，以热定影装置为代表的图像加热装置通常使用接触加热型装置例如辊加热型装置和带加热型装置。
最近几年，基于对减少能耗和升温时间的需要，采用电磁感应加热方法的辊加热型装置和带加热型装置已经被提出。
图20中示出了一种传统图像加热装置，其包含通过电磁感应而被加热的加热辊(参看例如JP11(1999)-288190A)。
在图20中，附图标记820表示加热辊，其包括：金属制支承层824；静电层823，其由耐热发泡橡胶制成，并且整体模制在支承层824的外表面上；由金属管形成的发热层821；以及设在发热层821外表面上的离型层822；这些层以上述顺序从内向外布置。附图标记827表示压辊，其由耐热树脂制成，并且具有中空圆柱体的形状。缠有激励线圈825的铁氧体磁芯826安置在压辊827的内部。铁氧体磁芯826通过压辊827而向加热辊820施加压力，从而形成辊隙部829。在加热辊820和压辊827沿着箭头所示的各自方向旋转时，高频率电流被供应通过激励线圈825。这会导致产生交变磁场H，以使加热辊820的发热层821利用电磁感应而被快速加热到预定温度。在这种状态下持续进行预定的加热操作，记录材料840被插入并穿过辊隙部829。这样，形成在记录材料840上的调色剂图像820被定影在记录材料840上。
此外，除了图20所示的使用了具有感应发热层821的加热辊820的上述辊加热型装置以外，使用含有感应发热层的环形带的带加热型装置也已被提出。图21中示出了一种传统图像加热装置的实例，其使用了一根通过电磁感应加热的环形加热带(参看例如JP10(1990)-74007A)。
在图21中，附图标记960表示作为激励单元的线圈组件，其产生高频磁场。附图标记910表示金属套筒(加热带)，其在线圈组件960所产生的高频磁场作用下发热。金属套筒910是通过在一个由镍或不锈钢制成的薄层无缝管体的表面上涂覆碳氟树脂而形成的。内压辊920插入金属套筒910的内部，外压辊930安置在金属套筒910的外侧。外压辊930推压内压辊920，而金属套筒910被夹在它们之间，从而形成辊隙部950。在金属套筒910、内压辊920和外压辊930沿着箭头所示的各自方向旋转时，高频电流被供应给线圈组件960。这样，金属套筒960通过电磁感应而被快速加热到预定温度。在这种状态下保持预定的加热，一张记录材料940插入并通过辊隙部950。这样，形成在记录材料940上的调色剂图像被定影在记录材料940上。
在图20和21所示的使用电磁感应加热方法的各个图像加热装置中，为了进一步减少升温时间，需要减低通过感应加热而被加热的发热层的热容量，即减小发热层的厚度。
然而，在图20所示的辊加热型图像加热装置中，为了通过减小发热层821的厚度而获得理想的热容量，同时发热层又能够使用与供应到激励线圈825的电流的频率相等的电流，需要将发热层厚度减小到小于表皮深度，即基于感应电流的流动所限定的厚度。通过如此减小厚度，贯穿发热层821并从此泄漏的磁通(漏磁通)增加了，从而在支承层824中产生了涡电流，以使支承层824被加热。结果，作为示例，承载着支承层824的轴承被加热，以导致轴承退化和破裂，而且用于在发热层821中产生热量的功率降低了，从而不理想地导致升温时间增加，这一点是不利的。
类似地，在图21所示的带加热型图像加热装置中，为了通过减小金属套筒910的发热层的厚度而获得理想的热容量，同时又能使用与施加在线圈组件960上的电流频率相同的电流，要求将厚度减小到小于表皮深度，即基于感应电流的流动所限定的厚度。通过如此减小厚度，贯穿发热层并从此泄漏的磁通将到达内压辊920，从而在内压辊920中产生涡电流，以将内压辊920加热。结果，作为示例，承载着内压辊920的轴承被加热，以导致轴承退化和破裂，而且用于产生热量的功率降低了，从而不理想地导致升温时间增加，这一点是不利的。
为了防止这些问题，表皮深度应当减小到小于发热层的厚度。然而，为了减小表皮深度，要求电流以更高的频率施加，因而会导致一些问题，例如激励电路的成本增加，以及漏电磁波噪音增加。
另外，由于发热层在辊隙处在压辊(图20所示的压辊827，图21所示的外压辊930)的作用下反复变形，因此如果发热层是通过镍的电铸而形成的，则会产生发热层的机械耐用性下降的问题。此外，如果发热层是由不锈钢制成的，则尽管耐用性提高了，但会引起升温时间增加的问题。
发明内容
为了解决传统装置中的上述问题，本发明的一个目的是提供一种加热辊和一种加热带，它们能够减少升温时间，防止轴心被加热，从而不会引起轴承退化或破裂，同时不需要使用高频电源来加热。此外，本发明的另一个目的是提供一种图像加热装置，其能够降低漏电磁波噪音，能够快速加热，并且抑制轴承的热退化。另外，本发明的另一个目的是提供一种成像设备，其能够实现升温时间的减少并获得优异的定影质量。
为了达到上述目的，本发明具有以下描述的构造。
一种根据本发明的加热辊是辊子形加热辊，其包括利用电磁感应产生热量的发热层、绝热层和支承层，这些层以上述次序从外向内设置。在所述加热辊中，发热层由至少两层构成，它们是由磁性材料形成的第一发热层和由非磁性材料形成的第二发热层。第一发热层的电阻率高于第二发热层的电阻率，厚度大于第二发热层的厚度。
根据本发明的第一图像加热装置包括前述根据本发明的加热辊；激励单元，其利用外界激励来加热发热层；及加压单元，其压力接触加热辊，以形成辊隙部。在第一图像加热装置中，承载着图像的记录材料移经辊隙部，以将图像热定影。
接下来，一种根据本发明的加热带包括利用电磁感应产生热量的发热层。在所述加热带中，发热层由至少两层构成，它们是由磁性材料形成的第一发热层和由非磁性材料形成的第二发热层；第一发热层的电阻率高于第二发热层的电阻率，厚度大于第二发热层的厚度。
根据本发明的第二图像加热装置包括前述根据本发明的加热带；激励单元，其利用外界激励来加热发热层；支承辊，其从内侧接触并且可旋转地支承着加热带；及加压单元，其从外侧接触加热带，以形成辊隙部。在第二图像加热装置中，承载着图像的记录材料移经辊隙部，以将图像热定影。
另外，一种根据本发明的成像设备包括：成像单元，其中未定影的图像被形成在记录材料上并且被记录材料承载；及图像加热装置，其将所述未定影的图像热定影在记录材料上。在所述成像设备中，图像加热装置是根据本发明的第一或第二图像加热装置。
附图说明
图1是根据本发明实施例I-1的图像加热装置的剖视图。
图2是沿着图1中的箭头II所示方向所作的激励单元结构图。
图3是沿着图2中的线III-III所作的剖视图，以显示根据本发明实施例I-1的图像加热装置。
图4是根据本发明实施例I-1的图像加热装置中的加热辊上的包含发热层在内的面层部分的局部剖视图。
图5是示意性地示出了根据本发明实施例I的成像设备的构造的剖视图。
图6是用于解释在根据本发明实施例I-1的图像加热装置中激励单元导致加热辊因电磁感应而发热的机理的剖视图。
图7是根据本发明实施例I-1的图像加热装置中的电磁感应加热部的等价电路图。
图8是用于解释根据本发明实施例I-1的图像加热装置中的电磁感应加热部的特性测定方法的示意性剖视图。
图9是用于测定根据本发明实施例I-1和I-2的图像加热装置中的加热辊的发热层和支承层的各种材料效率的实验结果曲线图。
图10是根据本发明实施例I-1的图像加热装置中的铜镀层的厚度与发热量之间关系的分析结果曲线图。
图11是根据本发明实施例I-1的图像加热装置中的铜镀层的层形成面和厚度与发热量之间关系的分析结果曲线图。
图12是根据本发明实施例I-3的图像加热装置剖视图。
图13是根据本发明实施例I-3的图像加热装置剖视图。
图14是用于解释在根据本发明实施例I-3的图像加热装置中激励单元导致加热辊因电磁感应而发热的机理的剖视图。
图15是根据本发明实施例I-4的图像加热装置中的加热辊上的包含发热层在内的面层部分的局部剖视图。
图16是根据本发明实施例I-4的图像加热装置中的铜镀层的层形成面和厚度与发热量之间关系的分析结果曲线图。
图17是示意性地示出了根据本发明实施例II的成像设备的构造的剖视图。
图18是根据本发明实施例II-1的图像加热装置的剖视图。
图19是根据本发明实施例II-2的图像加热装置的剖视图。
图20是示意性地示出了一种传统图像加热装置的剖视图，该装置中包含利用电磁感应加热的加热辊。
图21是示意性地示出了一种传统图像加热装置的剖视图，该装置中包含利用电磁感应加热的加热带。
具体实施方式
[实施例I]
图5是根据本发明的成像设备的一个例子的剖视图，其中一个图像装置被用作定影装置。安装在根据实施例I的成像设备中的图像加热装置是辊加热型电磁感应加热装置。下面描述这种装置的构造和操作。
附图标记1表示电子照相感光体(以下称作“感光鼓”)。感光鼓1被驱动着沿箭头所示方向以预定的圆周速度旋转，其表面上被充电器2均匀地充以负电荷，以达到预定的暗电位V0。
附图标记3表示激光束扫描仪，其将根据从图中未示出的图像读取装置、计算机或诸如此类的主机装置输入的时序数字像素电信号而被调节后的激光束输出。感光鼓1的如前所述以均匀方式充以电荷的表面被该激光束扫描和曝光，因而曝光部位的绝对电位值降低到明电位VL。这样，静电潜像形成在感光鼓1的表面上。
接下来，潜像被显影器4利用充有负电荷的粉状调色剂反向显影，因而被显现出来。
显影器4包括显影辊4a，其被驱动着旋转。一个携带着负电荷的调色剂薄层形成在显影辊的外周表面上并且面对着感光鼓1的表面。显影偏压施加在显影辊4a上，该电压的绝对值低于感光鼓1的暗电位V0，高于明电位VL。因此，显影辊4a上的调色剂借助于明电位VL而只被转印到感光鼓1的一部分上，而且一个潜像被显现出来。
同时，每次有一张纪录材料(例如纸)11被从给纸部10进给，并且移经一对阻力辊12和13。然后，纪录材料11被传送到一个由感光鼓1和与感光鼓接触的转印辊14构成的转印部，该纪录材料的传送受到适宜的时间控制并且与感光鼓的旋转同步。通过施加有转印偏压的转印辊14的作用，感光鼓1上的调色剂图像被一个一个地转印到纪录材料11上。移经转印部后的纪录材料11从感光鼓1上释放，并且被引入定影装置15中，在此完成所形成的调色剂图像的定影。通过定影处理而定影后的记录材料11被输出到排纸架16。
分离了记录材料后的感光鼓1的表面被一个清理装置17清理而去除残余材料，例如转印处理之后残留的调色剂，以供后续的成像过程重复使用。
上述定影装置15包括一个加热辊、一个通过电磁感应加热该加热辊的激励单元和一个压力接触加热辊以形成辊隙部的加压单元。
根据本发明的加热辊可以被适宜地用作上述定影装置15中的加热辊，并且是辊子形的加热辊，其包括发热层、绝热层和支承层，这些层以上述次序从外向内布置。发热层由至少两个层构成，即由磁性材料形成的第一发热层和由非磁性材料形成的第二发热层。第一发热层的电阻率高于第二发热层的电阻率，且厚度大于第二发热层的厚度。
根据上面描述的加热辊，发热层由两层构成，而且第二发热层由非磁性材料形成。此外，第二发热层的电阻率低于第一发热层的电阻率，且厚度小于第一发热层的厚度。因此，第二发热层的表皮电阻增大，而激励电路又不需要使用高的驱动频率。这样，第二发热层能够有效地用作通过电磁感应发热的发热部分。因此，同发热层仅由单层磁性材料形成相比，可以发出增多了的热量，而且发热效率也提高了，从而可以减少升温时间。
此外，提供了上面描述的发热层，并且发热层可被集中加热。结果，支承层的发热减少了，从而可以防止例如承载着加热辊的轴承破裂。
此外，不需要利用更高频率的电流来产生激励磁场，因此可以防止激励电路的切换损耗的发生增多。另外，可以防止激励电路的成本增加和漏电磁波噪音增大。
此外，发热层的厚度可以减小，因此因发热层在辊隙部的变形而产生的应力的减少与发热层厚度的减少成正比。这使得发热层的耐用性提高。
此外，发热层与绝热层和支承层整体旋转，因此同带加热型装置相比，还能够防止加热层曲折运行。
另外，激励单元可以安置在加热辊的外侧，因此可以防止构成激励单元的激励线圈等等受到高温作用，从而能够实施稳定的加热。
在此，作为第一发热层的构成材料的磁性材料指的是铁磁体，其可行的例子包括铁、坡莫合金、铬、钴、镍、铁氧体不锈钢(SUS430)、马氏体不锈钢(SUS416)等等。此外，作为第二发热层的构成材料的非磁性材料指的是顺磁体和抗磁体，其可行的例子包括铝、金、银、铜、黄铜、磷青铜、钛等等。
优选地，在根据本发明的上述加热辊中，第二发热层设在第一发热层的外侧。通过将第二发热层布置在靠近激励单元的位置，不论第一发热层的材料和厚度如何，均可以确保磁通通过第二发热层，从而使得第二发热层能够通过感应加热而被高效加热。
或者，可在第一发热层的每侧均设有第二发热层。这种结构使得感应系数进一步降低，以降低磁通的产生。因此，贯穿加热层然后到达支承层的磁通减少了，从而减小支承层中的发热。此外，漏电磁波噪音也会降低。
此外，优选地，在根据本发明的上述加热辊中，第一发热层由电阻率为9×10-8Ωm或以上的材料形成，第二发热层由电阻率为3×10-8Ωm或以下的材料形成。如果电阻率为3×10-8Ωm或以下的材料的厚度为2至20μm，则该材料的表皮电阻等于铁的表皮电阻。因此，通过将第二发热层构造为由低电阻率材料形成的薄层，在增加发热量和提高效率方面可以获得显著的效果。此外，同没有第二发热层时的情况相比，虽然总体热容量略有提高，但可以获得这样的显著效果，即发出多于所需的热量以补偿热容量的增加，从而可以减少升温时间。
此外，优选地，在根据本发明的上述加热辊中，第一发热层的厚度为10至100μm，第二发热层的厚度为2至20μm。由于具有如此小厚度的第二发热层被提供，因此同发热层仅由第一发热层构成时的情况相比，可以获得以下效果。也就是说，发热层的总体热容量略有提高，但可以获得这样的显著效果，即发出多于所需热量以补偿热容量增加，因而可以减少升温时间。此外，不希望使第一和第二发热层各自的厚度大于上述相应范围，因为否则的话会导致发热层的热容量增加。此外，不希望使第一和第二发热层各自的厚度小于上述相应范围，因为否则的话会导致发热层的机械强度降低。
作为示例，第一发热层可以由磁性不锈钢材料形成，第二发热层可以由铜形成。通过使用不锈钢，可以提高抵抗辊隙部反复变形的耐用性。此外，设有铜层，因此同发热层只由单层不锈钢形成时的情况相比，可以显著增加发热量，并且提高发热效率。
此外，在根据本发明的上述加热辊中，支承层可以由非磁性金属形成。在此，非磁性材料指的是顺磁体和抗磁体，其可行的例子包括铝、黄铜、奥氏体不锈钢(SUS304)等等。如前所述，发热层包括两层，它们分别由磁性材料和非磁性材料形成，因此感应系数降低了，以减小磁通的产生，从而减少贯穿加热层然后到达支承层的磁通。这样，即使支承层由非磁性金属材料(更优选地，具有低电阻率)即普通使用的金属材料形成，支承层的发热量也可以被限制在最低级别，从而防止轴承等破裂。此外，通过利用普通使用的金属材料形成内芯材料，因此即使支承层的直径较小，其刚度也会增大，而且可以实现加热辊的成本降低。
此外，在根据本发明的上述加热辊中，支承层可以由电阻率为1Ωm或以上的材料形成。具有这种高电阻率的可行例子包括陶瓷、铁氧体、PEEK(聚醚醚酮)、PI(聚酰亚胺)等等。在发热层的厚度减小以降低热容量的情况下，来自激励单元的磁通可以贯穿加热层然后到达支承层。然而，即使是在这种情况下，通过利用具有高电阻率的材料形成，也可以使支承层不发热。因此，不会在轴承等中发生破裂。此外，发热部分可以被集中加热，从而可以进一步减少升温时间。
此外，在根据本发明的上述加热辊中，支承层可以由陶瓷形成。可以使用的陶瓷的例子包括氧化铝、氧化锆、氮化铝、氮化硅、碳化硅等等。由于陶瓷具有高刚性、高耐热性，因此利用这些陶瓷形成支承层，可以抑制支承层的变形，而且辊隙部可以沿着记录材料的宽度方向均匀形成。此外，即使是在经过了长时间的操作后，辊隙部也可以稳定地保持上述状态。此外，由于陶瓷是通过模制过程而以相对高的自由度成形的，因此支承层可以容易地形成为理想形状。此外，由于陶瓷具有高电阻率，因此不会引起发热，而且轴承等中不会发生破裂，同时升温时间可以减少。
此外，在根据本发明的上述加热辊中，支承层可以由含有至少一种氧化物磁体的材料形成。氧化物磁体的例子包括镍锌铁氧体、钡铁氧体等等。此外，也可以采用由这些材料的铁氧体粉末与橡胶、塑料等的混合物固化形成的复合磁体。氧化物磁体是具有高刚性、相对高成形自由度的低价材料。此外，氧化物磁体具有高的透磁率，因此氧化物磁体与激励单元之间的磁耦合得到加强，从而可以减少升温时间。此外，尽管要确保磁通通过氧化物磁体，但由于氧化物磁体具有高电阻率，因此支承层不会在激励磁场作用下发热。
此外，在根据本发明的上述加热辊中，支承层可以由一个旋转轴和一个形成在旋转轴表面上的屏蔽层构成，屏蔽层可以由含有至少一种氧化物磁体的材料形成。氧化物磁体的例子包括镍锌铁氧体、钡铁氧体等等。此外，也可以采用由这些材料的铁氧体粉末与橡胶、塑料等的混合物固化形成的复合磁体。由于屏蔽层由含有氧化物磁体的材料形成，因此屏蔽层的透磁率得到提高。因此，贯穿发热层的磁通将进入屏蔽层中，从而可以防止磁通进入旋转轴中。这样，不论旋转轴的材料如何，均可以防止旋转轴中发热。此外，屏蔽层与激励单元之间的磁耦合得到加强，因此可以利用感应加热而获得更高的能量输出，以使升温时间减少。
在这种情况下，旋转轴优选由非磁性金属形成。在此，非磁性材料指的是顺磁体和抗磁体，其可行的例子包括铝、黄铜、奥氏体不锈钢(SUS304)等等。如前所述设有由含有氧化物磁体的材料形成的屏蔽层，因此通过旋转轴的磁通可以减少。所以，即使是在旋转轴由非磁性金属材料(更优选地，具有低电阻率)即普通使用的金属材料形成的情况下，旋转轴的发热量也可以被限制在最低级别，从而能够防止轴承等破裂。此外，通过利用普通使用的金属材料形成旋转轴，因此即使支承层的直径较小，其刚度也会较大，而且可以实现加热辊的成本降低。
根据本发明的图像加热装置包含根据本发明的上述加热辊、一个利用外界激励来加热发热层的激励单元和一个压力接触加热辊以形成辊隙部的加压单元。在图像加热装置中，承载着图像的记录材料11移经辊隙部，以将图像热定影。
根据这种结构，图像加热装置可以这样设置，即加热辊可被快速加热，而不会导致加热辊的轴承部分破裂，同时还能实现漏电磁波噪音的降低。
优选地，在根据本发明的上述图像加热装置中，激励单元的驱动频率为20kHz至50kHz。采用高于上述范围的频率要求使用昂贵的构成元件，这会导致激励电路的成本增加。此外，这会导致切换损耗和漏电磁波噪音增加。此外，采用低于上述范围的频率会阻碍薄发热层的高效发热。
此外，根据本发明的成像设备包括一个成像单元，其中未定影的图像被形成在记录材料上并且被记录材料承载，以及一个图像加热装置，其将所述未定影的图像热定影在记录材料上。在成像设备中，图像加热装置是根据本发明的上述图像加热装置。
根据这种结构，可以获得这样的成像设备，其能够实现升温时间的减少和获得优异的定影图像质量。
下面通过特定例子(实例)来描述根据本发明的加热辊和根据本发明的用作前述定影装置15的图像加热装置的实施例。
(实施例I-1)
图1是根据本发明实施例I-1的作为定影装置的图像加热装置的剖视图，该装置用在图5所示的前述成像设备中。图2是沿着图1中的箭头II所示方向所作的激励单元结构图。图3是沿着图2中的线III-III(一个包含加热辊21的旋转中心轴线21a和激励线圈36的卷绕中心轴线36a的平面)所作的剖视图。图4是加热辊21中的包含发热层22在内的面层部分的局部剖视图。
附图标记21表示加热辊，其包括：由薄导电材料形成的发热层22、由具有低导热率的材料形成的绝热层23以及作为旋转轴的支承层24，这些层以上述次序从外表面侧开始以彼此紧密接触的方式设置。
如图4所示，发热层22由设在绝热层23一侧的第一发热层51和设在第一发热层51外侧的第二发热层52构成。一个薄弹性层26形成在第二发热层52的表面上，一个离型层27又形成在弹性层26的表面上。
第一发热层51由磁性材料优选磁性金属制成。作为实例，作为第一发热层51，采用的是由磁性不锈钢SUS430(电阻率：6×10-7Ωm)形成的厚度为40μm的薄环带状材料。第一发热层51的材料并不局限于SUS430，诸如镍、铁、铬等金属以及这些金属的合金也可以采用。
第二发热层52由非磁性材料形成，其电阻率低于第一发热层的电阻率，厚度小于第一发热层的厚度。作为实例，第二发热层52是通过在第一发热层51的表面上电镀厚度为5μm的铜(电阻率：1.7×10-8Ωm)而形成的。第二发热层52的材料并不局限于铜，而是还可以是银、铝等等。用于形成第二发热层52的方法并不局限于电镀，第二发热层52还可以通过喷镀等方法形成。
此外，发热层22可以利用由包层材料构成的环带状材料形成，该包层材料是通过将磁性不锈钢SUS430结合到铜上而预形成的。
弹性层26的设置是为了提高向记录材料上的粘附力。作为实例，弹性层26由硅橡胶形成，其厚度为200μm，硬度为20度(JIS-A)。尽管不带橡胶层26的结构也不会引起问题，但在产生彩色图像的情况下希望提供弹性层26。厚度并不局限于200 μm，将弹性层26的厚度设置在50μm至500μm是理想的。在弹性层26的厚度大于上述范围时，热容量变得太大，因此需要更长的升温时间。在弹性层26的厚度小于上述范围时，不再能实现向记录材料提供粘附力的效果。弹性层26的材料不局限于硅橡胶，其他类型的耐热橡胶和树脂也可以采用。
离型层27由碳氟树脂例如PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)、FPE(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)等等形成。作为实例，离型层27由厚度为30μm的碳氟树脂层构成。
优选地，支承层24由非磁性金属形成。作为实例，支承层24由电阻率为2.65×10-8Ωm、直径为20mm的铝形成。
绝热层23由具有低导热率的发泡弹性体形成。希望绝热层23的硬度为20至55度(ASKER-C)。作为实例，绝热层23由5mm厚的硅橡胶泡沫体(导热率：0.24W/m·K)形成。此外，绝热层23具有45度(ASKER-C)的硬度及弹性。
作为实例，加热辊21的直径为30mm，且其有效长度使得相对于JIS标准的A4纸页的宽度(短边侧)具有一定的余量。发热层22被形成得其宽度(在加热辊21的旋转轴中心方向的长度)略小于绝热层23的宽度(见图3)。
作为实例，发热层22结合在绝热层23上。在这种情况下，由于绝热层23具有弹性，因此也可以采用这样的结构，即并非通过结合，而是将环带形状的发热层22配合在绝热层23的外周上以便固定于此。
图3是沿着图2中的线III-III所作的剖视图，以显示整个定影装置从侧面看时的结构。
加热辊21被以这样的方式可旋转地保持着，即作为加热辊21的最下层的支承层24的两端分别被安装在侧板29和29’上的轴承28和28’支承着。此外，加热辊21被未在图中示出的设备主体中的驱动单元通过一个整体固定在支承层24上的齿轮30驱动。
此外，附图标记36表示构成激励单元的激励线圈。激励线圈36被布置得面对着加热辊21外周的圆柱面。此外，激励线圈36包括一个绕制了九圈的线束，该线束包含60根线材，每根线材分别是外径为0.15mm的表面绝缘的铜导线。
激励线圈36的线束在加热辊21沿旋转中心轴线21a方向上的圆柱面端部处配置为这样的形式，即沿着所述端部的外周面呈弧形。线束在除所述端部之外的部分沿着圆柱面的母线方向配置。如图1中的垂直于加热辊21的旋转中心轴线21a所作剖视图所示，激励线圈36的线束被不重叠地(除了加热辊21的端部外)紧密布置在一个假想圆柱面上，该假想圆柱面环绕着加热辊21的旋转中心轴线21a形成以覆盖加热辊21的圆柱面。此外，如图3中的沿加热辊21的旋转中心轴线21a所作的剖视图所示，在与加热辊21的端部相面对的部位处，激励线圈36的线束叠加成两列并因此而强制隆起。这样，整个激励线圈36形成马鞍形。激励线圈36的卷绕中心是基本上垂直于加热辊21的旋转中心轴线21a的直线，并且大致穿过加热辊21的旋转中心轴线21a的中心点。激励线圈36被形成得基本上相对于卷绕中心轴线36a对称。线束被这样卷绕，即线束的相邻圈之间通过施加在它们表面上的粘结剂而彼此粘结，以保持图中所示的形状。激励线圈36在距离加热辊21的外周面大约2mm处面对着加热辊21。在图1的剖面中，激励线圈36在相对于加热辊的旋转中心轴线21a的大约180度的较大区域内面对着加热辊21的外周面。
附图标记37表示背面磁芯，其与激励线圈36一起构成了激励单元。背面线圈37由杆状中心磁芯38和大致U形磁芯39构成。中心磁芯38穿过激励线圈36的卷绕中心轴线36a并且平行于加热辊21的旋转中心轴线21a。U形磁芯39相对于激励线圈36在与加热辊21相反的一侧布置在距激励线圈36一定距离处。中心磁芯38和U形磁芯39彼此是磁连接的。如图1所示，U形磁芯39是基本上相对于一个包含加热辊21的旋转中心轴线21a和激励线圈36的卷绕中心轴线36a的平面对称的U形的。如图2和3所示，多个如前所述的U形磁芯39在热辊21的旋转中心轴线21a的方向上彼此相隔一定距离布置。作为实例，U形磁芯39在热辊21的旋转中心轴线21a的方向上的宽度为10mm，共有七个U形磁芯39彼此相隔26mm的距离布置。U形磁芯39俘获来自激励线圈36且泄漏到外界的磁通。
如图1所示，每个U形磁芯39的两端分别延伸到不与激励线圈36相面对的区域中，从而形成面对着加热辊21且没有激励线圈夹于其间的面对部分F。与面对部分F相反，U形磁芯39上的面对着加热辊21且有激励线圈夹于其间的部分称作透磁部分T。此外，中心磁芯38面对着加热辊21且没有激励线圈夹于其间，并且超过U形磁芯39伸出到加热辊21的一侧，以形成面对部分N。突出的中心磁芯38的面对部分N插入激励线圈36的卷绕中心的中空部分中。作为实例，中心磁芯38的横截面面积为4mm乘以10mm。
背面磁芯37可以由例如铁氧体形成。作为背面磁芯37的材料，理想的是具有高透磁性和高电阻率的材料，例如铁氧体和坡莫合金。然而，具有略低透磁性的材料也可以采用，只要该材料是磁性材料即可。
附图标记40表示绝热件，其由具有高耐热性的材料例如PEEK(聚醚醚酮)、PPS(聚苯硫醚)等形成。作为实例，绝热件的厚度为1mm。
还请参看图1，作为加压单元的压辊31由一个金属轴32和一个层合在金属轴32的表面上的硅橡胶弹性层33构成。弹性层33的硬度为50度(JIS-A)，并且以总共大约200N的力而压力接触加热辊21，以形成辊隙部34。
压辊34的有效长度基本上等于加热辊21的有效长度，但略大于发热层22的宽度(见图3)。因此，压力在加热辊21的绝热层23与压辊31之间沿着整个宽度均匀地施加在发热层22上。压辊31是从动辊，其在金属轴32的两端被轴承35和35’可旋转地支承着。
由于压辊31的弹性层33的硬度高于加热辊21的表面硬度，因此如图1所示，在辊隙部34，加热辊21的发热层22和绝热层23变形为沿着压辊31的外周表面内凹的形状。作为实例，在辊隙部34，咬入长度Ln(加热辊21的表面在辊隙部34沿着记录材料11的运行方向变形的部分的长度(见图1))为大约5.5mm。尽管非常大的压力被压辊31施加在加热辊22上，但辊隙部34的咬入长度Ln在加热辊21的旋转中心轴线方向上基本上保持相等。这一点可以实现，因为：实心支承层24承受压力，因此加热辊21相对于旋转中心轴线21a的变形被抑制到最小值；薄发热层22通过绝热层23而被支承层24支承着。
此外，在辊隙部34处，加热辊21的外表面变形为沿着压辊31的外表面内凹的形状。因此，从辊隙部34排出的记录材料11的运行方向形成一个相对于加热辊21的外表面增大了的角度，从而提供了优良的剥离性能，以使记录材料11从加热辊21上剥离。
作为压辊31的弹性层33的材料，除了前面所述的硅橡胶，耐热性的树脂和橡胶例如碳氟橡胶、碳氟树脂等也可以采用。此外，为了提高耐磨性和离型性，压辊31的表面可以涂覆选自树脂和橡胶例如PFA、PTFE、FEP等的单一材料或混合材料。为了防止热耗散，希望压辊31由低导热率的材料形成。
在图1中，附图标记41表示温度探测传感器，其以与加热辊21的表面接触的方式滑动，以探测加热辊21上的将要进入辊隙部34中的部分的表面温度，并将探测结果反馈给图中未示出的控制电路。作为实例，在操作中，这一功能用于调节激励电路42的激励功率，以使加热辊21上的将要进入辊隙部34中的部分的表面被控制在170℃的温度。在本实施例中，为了实现减少升温时间的目的，发热层22被设计得具有极小的热容量。
上述加热辊21以及由激励线圈36和背面磁芯37构成的激励单元在加热辊21的发热层22中产生涡电流，以使发热层22产生热量。下面参照图6描述这一功能。为了简化，虽然实际上发热层22具有双层结构，但在以下的描述中假设其具有单层结构。
在图6中，在特定时刻由激励线圈36产生的磁通从中心磁芯38上的面对着加热辊21的面对部分N进入加热辊21的发热层22，并且通过发热层22。然后，磁通从面对部分F进入U形磁芯39，通过U形磁芯39，再返回中心磁芯38。在发热层22的厚度大于表皮深度的情况下，由于发热层22的磁性，如图中的虚线D、D’所示，大部分的磁通将通过发热层22。因磁通反复产生和消失这一现象引起的涡电流的大部分因表皮效应而只存在于发热层22中，因此焦耳热会产生在发热层22中。
在此，表皮深度取决于磁通通过的部件的材料和AC磁场的频率。计算表明，在使用磁性不锈钢SUS430且激励电流的频率为25kHz的情况下，可以获得深度为0.25mm的表皮。如果发热层22的深度等于或大于该表皮深度，则大部分涡电流将产生在发热层22中。因此，磁通几乎不能到达支承层24，从而即使是在支承层24由低电阻率的金属材料形成的情况下，也几乎不会在支承层24中产生涡电流。因此，支承层24不会发热，也不会对发热层22的发热造成显著影响。
然而，在发热层22的厚度被设置得大于表皮深度的情况下，发热层22的热容量增加，因此升温时间不能减少。在本实施例中，为了降低热容量，发热层22被设置成其两层的总厚度为45μm。为了获得不超过45μm即发热层22的厚度的表皮深度，需要使用频率为大约900kHz的电流。然而，这会引起诸如激励电路42的切换损耗和成本增加、电磁波噪音泄漏到外界等问题，因而几乎不能投入到实际应用中。
一般而言，在进行电磁感应加热时，具有高表皮电阻值的材料被用作发热部分。在25kHz的高频电流通过激励线圈而供应时，磁性不锈钢SUS430和铁分别具有24.4×10-4Ω和9.8×10-4Ω的高表皮电阻值。同时，非磁性材料铝和铜分别0.51×10-4Ω和0.41×10-4Ω的低表皮电阻值。因此，可以设想，在分别向这些材料施加磁通的情况下，逆磁场会产生，以引起一股逆电流，从而阻碍磁通通过非磁性金属，因此不能实现电磁感应加热，然而，即使是非磁性材料，在其厚度减小后，其表皮电阻值也会增加。这使得逆磁场的产生被抑制，从而使磁通容易通过非磁性金属的内部，因此能够实现电磁感应加热。
在本发明中，这种现象被利用，并且通过使用组合的非磁性金属层和磁性金属层形成发热层22，通发热层22由单一的磁性金属层形成时的情况相比，可以获得更高效的加热。
图7中示出了根据本实施例的图像加热装置的电磁感应加热部分中的激励线圈36和加热辊22的等价电路图。附图标记r表示激励线圈36本身的电阻。此外，附图标记rj表示因激励线圈36与加热辊21的支承层24之间的电磁耦合产生的电阻，其对应于用于引起支承层24在通过支承层24的磁通的作用下发热的电阻。此外，附图标记R表示因激励线圈36与发热层22之间的电磁耦合产生的电阻，其对应于用于引起发热层发热的电阻。附图标记L表示整个电路的电阻。假定电子感应加热部分的效率以η表示，则可以得到方程η＝R/(r+rj+R)×100。
图8是用于测量各部分的电阻值的装置的构造示意图，所述各部分对于确定图像加热部分的电磁感应加热部分的效率η是必需的。如图所示，测量仪(LCR测定计)53跨接在激励线圈36上，而且激励线圈36在下面三个条件下被测量。第一个条件，在激励线圈36面对着加热辊21的状态下，激励线圈36被供应频率在0至200kHz范围内变化的测量用电流，如此获得的电阻分量表示为Rt。第二个条件，不带加热层22的加热辊面对着激励线圈36。相对于这种状态下的加热辊21，实施相同的测量，如此获得的电阻分量表示为Ru。第三个条件，在加热辊21不面对着激励线圈36的状态下，实施相同的测量，如此获得的电阻分量表示为r。这样，电阻r指的是激励线圈36本身的电阻，用于引起发热层22发热的电阻R可以利用方程R＝Rt-Ru确定出来。此外，用于引起支承层24发热的电阻rj可以利用方程rj＝Ru-r确定出来。
上述测量是对一共六种类型的加热辊进行的，这六种类型是由两种加热层22与三种支承层24相组合而获得的。所述两种加热层22包括：由厚度为40μm的单层SUS430形成的加热层22，由在厚度为40μm的SUS430层上电镀厚度为5μm的铜而获得的双层结构形成的加热层22。此外，所述三种支承层24包括分别采用铝、铁、陶瓷形式的氧化铝作为其材料的支承层24。然后，利用每种加热辊获得效率η。图9中示出了测定的结果。
从这些结果中可以明显看出，在支承层24采用任何一种所述材料的情况下，同发热层22由单层SUS430形成时的情况相比，由SUS430层和铜镀层这两层构成的发热层22均可获得更高效率。特别地，在50kHz或以下的低电流频率区域，可以显著提高。此外，作为支承层24的材料，使用铝比使用钢能够获得更高的效率。
此外，对由SUS430层和形成在其上的铜镀层构成的发热层22作了分析，以测定在铜镀层厚度不同时发热量的变化。图10中示出了测定结果。所述测定结果基于这样的条件，即恒定频率25kHz的电流被使用，且激励电路42也具有恒定的电流值。在图10中，除了发热层22中发热的总量以外，铜镀层部分中的发热量和SUS430层部分中的发热量被分析和示出。从这些结果中可以明显看出，如果铜镀层的厚度在不超过大约25μm范围内，在发热层22具有铜镀层的情况下，发热层22中的总发热量大于发热层22不带铜镀层时的情况(铜镀层的厚度＝0μm)。特别地，如果铜镀层的厚度在1至20μm范围内，发热层22中的总发热量显著增加。此外，铜镀层越厚，SUS430层中的发热量越小。这意味着通过SUS430层的磁通减少了。因此，到达支承层24的磁通也会减少，从而支承层24的发热量减少了。这意味着发热层22被高效加热。
此外，对与发热层22有关的下述情况进行了分析，以测定在铜镀层厚度不同时发热量的变化。一种情况是，发热层22发热层22由40μm的SUS430层和只形成在其外表面上的铜镀层形成，另一种情况是，发热层22发热层22由40μm的SUS430层和只形成在其内表面上的铜镀层形成。图11中示出了测定结果。所述测定结果基于这样的条件，即恒定频率25kHz的电流被使用，且激励电路42也具有恒定的电流值。从这些结果中可以明显看出，同铜镀层施加在SUS430层内表面上的情况相比，在铜镀层施加在SUS430层外表面上的情况下可以产生更多的热量。如果铜镀层的厚度相同，即发热层22的热容量相同，在铜镀层(非磁性层)形成在外表面即靠近激励单元的表面上的情况下，可以获得发热量显著增加的效果，因此可以更高效地实现发热，以使升温时间减少。
在被驱动着旋转时，具有上述构造的定影装置被施加25kHz的800W电能，以从室温开始升温。对温度探测传感器41的监测显示，从开始供应电能起，在经过了大约13秒的时间后，加热辊21的表面温度达到170℃。支承层24的发热处在最低级别，因此不会引起轴承28和28’(见图3)中破裂。
在上述实例中，SUS430被用作第一发热层51的材料。然而，在使用诸如铁、镍等其他磁性材料的情况下，也可以获得相同的效果。此外，铜被用作第二发热层52的材料。然而，在使用诸如金、银、铝等其他非磁性材料的情况下，也可以获得相同的效果。
在图5所示的配备了具有前述结构的定影装置的成像设备中，被转印了调色剂图像的记录材料11能够沿着箭头11a的方向进入，如图1所示，以将记录材料11上的调色剂图像定影。
在本实施例中，为了实现减少升温时间的目的，发热层22发热层22的厚度设置为小于表皮深度，而且该发热层22利用电磁感应而从外界高效加热。发热层22被形成为薄层(在实例中总厚度为45μm)。因此，发热层22具有低刚度，因而容易沿着压辊31的外周表面变形，以获得有益的离型性，从而能够将记录材料11从发热层22上脱离。另外，由于发热层22的厚度减小了，即使发热层22沿着压辊31的外周面反复变形，在变形的发热层22中产生的应力的减小也会与发热层22的厚度减小成正比。因此，发热层22具有提高了的耐用性。
此外，一般而言，加热辊的热容量越小，经过辊隙部时因记录材料等吸收热量而导致的加热辊表面部分的温度下降越剧烈。另一方面，在本实施例中，位于发热层22外侧的弹性层26和位于发热层22内侧的绝热层23储存了一定的热量，因此温度下降得到抑制，从而使得定影能够以恒定的温度进行。
此外，在本实施例中，由激励线圈36和背面磁芯37构成的激励单元设在加热辊21的外侧，因此受发热部分的影响导致的激励单元等中的温度升高能够得到抑制，从而能够产生稳定量的热量。
此外，一般而言，在处理速度增加后，为了确保定影所需的咬入长度Ln和咬入压力，需要在加热辊21和压辊31之间产生大的压力。在本实施例中，这种压力被支承层24通过由弹性体构成的绝热层23承载。因此，支承层24的变形被抑制到相对较小量，以使咬入长度Ln在整个宽度方向均匀化，而且可以获得宽的咬入区域。
如前所述，在本实施例中，提供了一种加热辊和一种图像加热装置，它们能够减少升温时间并且获得足够的咬入长度和咬入压力，从而提供优异的定影性能。此外，发热层22与绝热层23和支承层24整体旋转，因此加热层22的磨损和动态阻力可以降低。此外，还可以防止发热层22曲折运行。
(实施例I-2)
下面参照图1、6和9描述根据实施例I-2的作为定影装置的图像加热装置。在实施例I-2中，相同的附图标记表示与前面针对实施例I-1所描述的那些具有相同结构和功能的相同部件，并且不再对它们重复描述。在本实施例中，压辊31、激励单元36、背面磁芯37等具有与前面针对实施例I-1所描述的那些相同的结构。
在根据本实施例的实例中，与实施例I-1相同，发热层22由设在绝热层23一侧的第一发热层51和设在第一发热层51外侧的第二发热层52构成。在本实例中，作为第一发热层51，采用的是由非磁性不锈钢SUS304通过塑性成形加工制成的厚度为40μm的环带状材料。尽管SUS304基本上没有磁性，但塑性成形加工会导致SUS304中产生磁性。此外，同诸如SUS430、镍等材料相比，SUS304具有抵抗机械变形方面的优异耐用性这一主要性能，因此适宜用作承受反复机械变形的感应加热辊。此外，作为实例，第二发热层52是通过在第一发热层51上电镀厚度为5μm的铜而获得的。
在本实施例中，支承层24由具有高电阻率的材料(例如陶瓷)形成。作为实例，支承层24由氧化铝(电阻率2×1017Ωm)形成。
下面参照图6描述加热辊21的发热层22在涡电流下加热的功能。与实施例I-1相同，由于加热层22的厚度小于表皮深度，因此由激励单元产生的磁通将分割为通过发热层22的磁通部分(虚线D和D’)和贯穿发热层22再通过支承层24的磁通部分(虚线E和E’)。支承层24具有高电阻率，因此即使磁通贯穿支承层24，其也几乎不会发热。因此，可以防止支承层24受热，从而不会再轴承等中造成破裂。
此外，如图9所示，在支承层24由具有高电阻率的氧化铝制成的情况下，特定地讲，在电流频率在20kHz附近的低频区域内时，能够获得极高的效率，从而使得加热能够无损耗地高效进行。
在被驱动着旋转时，具有上述构造的定影装置被施加23kHz的800W电能，以从室温开始升温。对温度探测传感器41的监测显示，从开始供应电能起，在经过了大约10秒的时间后，加热辊21的表面温度达到170℃。接下来，在纸片材连续通过时，支承层24两端部分(轴承28和28’部分)的温度变为大约35℃
根据本实施例，支承层24由具有高电阻率的材料形成，因此几乎不会再涡电流下被加热。因此，轴承等中不会产生破裂。此外，发热层22可以被集中加热，从而进一步减少升温时间。
(实施例I-3)
下面参照图12和13描述根据实施例I-3的作为定影装置的图像加热装置。在实施例I-3中，相同的附图标记表示与前面针对实施例I-1所描述的那些具有相同结构和功能的相同部件，并且不再对它们重复描述。在本实施例中，压辊31、激励单元36、背面磁芯37等具有与前面针对实施例I-1所描述的那些相同的结构。
在根据本实施例的实例中，与实施例I-1相同，发热层22由设在绝热层23一侧的第一发热层51和设在第一发热层51外侧的第二发热层52构成。在本实例中，作为第一发热层51，采用的是由非磁性不锈钢SUS304通过塑性成形加工制成的厚度为40μm的环带状材料。尽管SUS304基本上没有磁性，但塑性成形加工会导致SUS304中产生磁性。此外，同诸如SUS430、镍等材料相比，SUS304具有抵抗机械变形方面的优异耐用性这一主要性能，因此适宜用作承受反复机械变形的感应加热辊。此外，作为实例，第二发热层52是通过在第一发热层51上电镀厚度为5μm的铜而获得的。
在本实施例中，如图12和13所示，支承层24由一个旋转轴53和一个形成在旋转轴53的表面上的屏蔽层54构成，屏蔽层54的材料中含有至少一种氧化物磁体。作为实例，旋转轴53由非磁性材料不锈钢SUS304形成，一个1mm厚的铁氧体层形成在旋转轴53的表面上已构成屏蔽层54。如图13所示，屏蔽层54在一个比激励线圈36的卷绕区域宽的区域内沿加热辊21的旋转中心轴线21a的方向形成。希望屏蔽层54具有1Ωm或以上的电阻率，作为实例，屏蔽层54的电阻率为6.5Ωm。此外，希望屏蔽层54的相对透磁率为1000或以上，作为实例，屏蔽层54被设置成相对透磁率为2200。不论屏蔽层54的厚度大于还是小于上述实例中采用的值，均可以获得相同的效果。此外，屏蔽层54利用电镀方法电镀铁氧体薄层而形成。此外，屏蔽层54还可以通过在树脂中散布铁氧体粉末而形成，而且只要屏蔽层54由含有至少一种氧化物磁体的材料形成，就能够获得相同的效果。
下面参照图14描述加热辊21的发热层22在涡电流下加热的功能。与实施例I-1相同，由于加热层22的厚度小于表皮深度，因此由激励单元产生的磁通将分割为通过发热层22的磁通部分(虚线D和D’)和贯穿发热层22再通过屏蔽层54的磁通部分(虚线E和E’)。屏蔽层54具有磁性，因此可以防止各部分磁通贯穿屏蔽层54再进入旋转轴53。此外，屏蔽层54具有高电阻率(例如6.5Ωm)，因此即使磁通通过屏蔽层54，其也几乎不会发热。此外，屏蔽层54在比设有激励线圈36的区域宽的区域内沿加热辊21的旋转中心轴线21a的方向形成。这样，可以防止磁通从旋转轴53的两端部分进入旋转轴53。因此，可以防止屏蔽层54受热，从而不会再轴承等中造成破裂。此外，屏蔽层54具有磁性，因此屏蔽层54与激励单元之间的磁耦合得到加强，从而可以施加更大的功率加热。这样，发热层22的发热能够达到充分高的级别，并且能够减少升温时间。
如上所述，同支承层24被构造成单层不锈钢或铝的情况下相比，在支承层24由两层构成，且由具有高电阻率的材料如铁氧体形成的屏蔽层54构成一个靠近激励线圈36的层时的情况下，能够减少升温时间，而且支承层24的发热也能够被抑制。
在被驱动着旋转时，具有上述构造的定影装置被施加25kHz的800W电能，以从室温开始升温。对温度探测传感器41的监测显示，从开始供应电能起，在经过了大约11秒的时间后，加热辊21的表面温度达到170℃。接下来，在纸片材连续通过时，支承层24两端部分(轴承28和28’部分)的温度变为大约50℃
如上所述，根据本实施例，即使实在旋转轴53由具有高机械刚度的低成本金属材料形成，但由于上面描述的屏蔽层54设在旋转轴53的表面上，因此磁通会通过屏蔽层54，因此旋转轴53几乎不会因涡电流而被加热。因此，不会在轴承等中发生破裂。此外，发热部分可以被集中加热，从而可以进一步减少升温时间。
在实施例I-3中，这样一种结构作为实例被示出，其中支承层24由旋转轴53和形成在旋转轴53的表面上的屏蔽层54构成，屏蔽层54的材料中含有氧化物磁体。然而，整个支承层24可以由含有氧化物磁体的材料形成。氧化物磁体具有高透磁性，因此可以施加大功率的电能，从而减少升温时间。此外，氧化物磁体具有高电阻率，因此即使是在磁通通过其内部时也不会发热。
(实施例I-4)
下面参照图1和15描述根据实施例I-4的作为定影装置的图像加热装置。在实施例I-4中，相同的附图标记表示与前面针对实施例I-1所描述的那些具有相同结构和功能的相同部件，并且不再对它们重复描述。在本实施例中，压辊31、激励单元36、背面磁芯37等具有与前面针对实施例I-1所描述的那些相同的结构。
在本实施例中，如图15所示，发热层22是通过在第一发热层51的两侧表面上分别形成第二发热层52和52’而构成的。第一发热层51和第二发热层52和52’分别利用与前面针对实施例I-1所描述的第一发热层51和第二发热层52的材料相同的材料形成。
对于下面所述的与发热层22相关的情况进行了分析，以测定在铜镀层的厚度不同时发热层22中的发热量和电感(L)的整体变化。一种情况是，发热层22由40μm的SUS430层和形成在其外表面上的铜镀层形成(对应于实施例I-1)，另一种情况是，发热层22发热层22由40μm的SUS430层和分别形成在其两侧表面上的铜镀层形成(对应于实施例I-4)。图16中示出了测定结果。所述测定结果基于这样的条件，即恒定频率25kHz的电流被使用，且激励电路42也具有恒定的电流值。从这些结果中可以明显看出，在发热量方面，在SUS430层的每个表面分别被施加了铜镀层的情况下，发热量的最大值略低于只在SUS430层的外表面施加铜镀层时的情况。然而，在铜镀层的厚度位于不超过大约15μm的范围内，发热量大于发热层22不带铜镀层时的情况(铜镀层的厚度＝0μm)。此外，对于电感L，可以看到，在SUS430层的每个表面分别被施加了铜镀层的情况下，电感L小于只在SUS430层的外表面施加铜镀层时的情况。其结果是，磁通的产生减少了，因而到达支承层24的磁通也会减少。这样，支承层24的发热会减少，漏电磁波噪音也会降低。
在前面描述的各实施例I-1至I-4中，这样一种结构作为实例被示出，其中激励单元由马鞍形激励线圈36和背面磁芯37构成。然而，根据本发明的激励单元并不局限于上述这种，而是只要能够产生交变磁场即可。此外，这样一种结构作为实例被示出，其中加压单元由可旋转的压辊31构成然而，根据本发明的加压单元并不局限于上述这种。例如，也可以采用加压导块，其被锁定就位并且压力接触加热辊21。
[实施例II]
图17是根据本发明的成像设备的一个例子的剖视图，其中一个图像加热装置被用作定影装置。安装在根据实施例II的成像设备中的图像加热装置是带加热型电磁感应加热装置。下面描述这种装置的构造和操作。
在图17中，附图标记115表示电子照相感光体(以下称作“感光鼓”)。感光鼓115被驱动着沿箭头所示方向以预定的圆周速度旋转，其表面上被充电器116均匀地充以负电荷，以达到预定的暗电位V0。此外，附图标记117表示激光束扫描仪，其根据图像信息信号而输出激光束118。感光鼓115的充电表面被该激光束118扫描和曝光。这样，曝光部位的绝对电位值降低到明电位VL，以形成静电潜像。潜像被显影器119利用充有负电荷的粉状调色剂显影，因而被显现出来。
显影器119包括显影辊120，其被驱动着旋转。在其外周表面上的形成了调色剂薄层的显影辊120面对着感光鼓115。显影偏压施加在显影辊120上，该电压的绝对值低于感光鼓115的暗电位V0，高于明电位VL。
同时，每次有一张纪录材料11被从给纸部121进给，并且移经一对阻力辊122。然后，纪录材料11被传送到一个由感光鼓115和转印辊123构成的辊隙部，该纪录材料的传送受到适宜的时间控制并且与感光鼓的旋转同步。通过施加有转印偏压的转印辊123的作用，感光鼓115上的调色剂图像被一个一个地转印到纪录材料11上。在纪录材料11从感光鼓115上释放后，感光鼓115的外周表面被一个清理装置124清理而去除残余材料，例如转印处理之后残留的调色剂，以供后续的成像过程重复使用。
附图标记125表示定影导向件，其用于将转印有图像的记录材料11引导到定影装置126。记录材料11从感光鼓115上释放并被传送到定影装置126中，在此完成所述转印调色剂图像的定影。此外，附图标记127表示排纸导向件，其用于将移经定影装置126后的记录材料11引导到设备外侧。用于引导记录材料11的定影导向件125和排纸导向件127由诸如ABS等树脂或诸如铝等非磁性金属材料制成。通过定影程序而定影了图像后的记录材料11被排放到排纸架128。
附图标记129、130和131表示设备主体底板、主体顶板和主体框架，它们构成了一个单元，该单元决定了设备主体的强度。这些强力部件由这样的材料形成，其中磁性材料钢作为基材，其上电镀有锌。
附图标记132表示用于在设备中产生气流的冷却风扇。此外，附图标记133表示由非磁性材料例如铝形成的线圈罩，其被构造得覆盖着构成定影装置126的激励线圈36和背面磁芯37。
上述定影装置126包括：加热带，其具有利用电磁感应产生热量的发热层；激励单元，其利用外界激励来加热所述发热层；支承辊，其从内侧接触并且可旋转地支承着加热带；以及加压单元，其从外侧接触加热带，以形成辊隙部。在定影装置126中，携带着图像的记录材料11移经辊隙部，以将图像热定影。
加热带的发热层由至少两个层构成，即由磁性材料形成的第一发热层和由非磁性材料形成的第二发热层。第一发热层的电阻率高于第二发热层的电阻率，且厚度大于第二发热层的厚度。
根据上面描述的加热带，发热层由两层构成，而且第二发热层由非磁性材料形成。此外，第二发热层的电阻率低于第一发热层的电阻率，且厚度小于第一发热层的厚度。因此，第二发热层的表皮电阻增大，而激励电路又不需要使用高的驱动频率。这样，第二发热层能够有效地用作通过电磁感应发热的发热部分。因此，同发热层仅由单层磁性材料形成相比，可以发出增多的热量，而且发热效率也提高了，从而可以减少升温时间。
此外，由于提供了上面描述的发热层，因此发热层被集中加热。结果，支承辊的发热减少了，从而可以防止例如承载着支承辊的轴承破裂。
此外，不需要利用更高频率的电流来产生激励磁场，因此可以防止激励电路的切换损耗增大。另外，可以防止激励电路的成本增加和漏电磁波噪音增大。
此外，发热层的厚度可以减小，因此因发热层在辊隙部的变形而产生的应力的减少与发热层厚度的减少成正比。这使得发热层的耐用性提高。
另外，激励单元可以安置在加热带的外侧，因此可以防止构成激励单元的激励线圈等等受到高温作用，从而能够实施稳定的加热。
在此，作为第一发热层的构成材料的磁性材料指的是铁磁体，其可行的例子包括铁、坡莫合金、铬、钴、镍、铁氧体不锈钢(SUS430)、马氏体不锈钢(SUS416)等等。此外，作为第二发热层的构成材料的非磁性材料指的是顺磁体和抗磁体，其可行的例子包括铝、金、银、铜、黄铜、磷青铜、钛等等。
此外，根据本发明的可被用作前述定影装置126的图像加热装置包含根据本发明的上述加热带、一个利用外界激励来加热发热层的激励单元、一个从内侧接触并且可旋转地支承着加热带的支承辊以及一个从外侧接触加热带以形成辊隙部的加压单元。在图像加热装置中，承载着图像的记录材料11移经辊隙部，以将图像热定影。
根据这种结构，图像加热装置可以这样设置，即加热带可被快速加热，而不会导致支承辊的轴承部分破裂，同时还能实现漏电磁波噪音的降低。
另外，根据本发明的成像设备包括一个成像单元，其中未定影的图像被形成在记录材料上并且被记录材料承载，以及一个图像加热装置，其将所述未定影的图像热定影在记录材料上。在成像设备中，图像加热装置是根据本发明的上述图像加热装置。
根据这种结构，可以获得这样的成像设备，其能够实现升温时间的减少和获得优异的定影图像质量。
下面通过特定例子(实例)来描述根据本发明的用作前述定影装置126的图像加热装置的实施例。
(实施例II-1)
图18是根据本发明实施例II-1的作为定影装置的图像加热装置的剖视图，该装置用在图17所示的前述成像设备中。在本实施例中，相同的附图标记表示与前面针对实施例I-1所描述的那些具有相同结构和功能的相同部件，并且不再对它们重复描述。在本实施例中，由激励单元36和面磁芯37构成的激励单元、绝热件40和压辊31具有与前面针对实施例I-1所描述的那些相同的结构。
在图18中，薄加热带140是环带，其包括第一发热层、第二发热层、弹性层和离型层，这些层以上述次序从内向外设置。
第一发热层由磁性材料优选由磁性金属制成。作为实例，作为第一发热层，采用的是由磁性不锈钢SUS430(电阻率：6×10-7Ωm)形成的厚度为40μm的薄环带状材料。第一发热层的材料并不局限于SUS430，诸如镍、铁、铬等金属以及这些金属的合金可以采用。
第二发热层由非磁性材料形成，其电阻率低于第一发热层的电阻率，厚度小于第一发热层的厚度。作为实例，第二发热层是通过在第一发热层的表面上电镀厚度为5μm的铜(电阻率：1.7×10-8Ωm)而形成的。第二发热层的材料并不局限于铜，而是还可以是银、铝等等。用于形成第二发热层的方法并不局限于电镀，第二发热层还可以通过喷镀等方法形成。
弹性层的设置是为了提高向记录材料11上的粘附力。作为实例，弹性层由硅橡胶形成，其厚度为200μm，硬度为20度(JIS-A)。尽管不带橡胶层的结构也不会引起问题，但在产生彩色图像的情况下希望提供弹性层。厚度并不局限于200μm，将弹性层的厚度设置在50μm至500μm是理想的。在弹性层的厚度大于上述范围时，热容量变得太大，因此需要更长的升温时间。在弹性层的厚度小于上述范围时，不再能实现向记录材料提供粘附力的效果。弹性层的材料不局限于硅橡胶，其他类型的耐热橡胶和树脂也可以采用。
离型层由碳氟树脂例如PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)、FPE(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)等等形成。作为实例，离型层由厚度为30μm的碳氟树脂层构成。
附图标记150和160分别表示直径为20mm的支承辊和直径为20mm且具有低导热率的定影辊。定影辊160上涂覆有硅橡胶，所述硅橡胶是低硬度(ASKER-C 45度)的弹性泡沫体。弹性带140以预定的张紧力悬挂在支承辊150和定影辊160之间。加热带140能够沿箭头140a所示的方向旋转。用于防止加热带140曲折运行的肋(未示出)设在支承辊150的两端。
作为加压件的压辊31通过定影带140而压力接触定影辊160，从而在加热带140与压辊31之间形成辊隙部34。
支承辊150由绝热层152和支承层151构成，这两个层以上述次序从外向内设置。支承层151由具有高电阻率的材料形成。具体地讲，支承层151的电阻率为1×10-5Ωm或以上。另外，支承层151的相对透磁率优选为1000或以上。作为实例，支承层151由铁氧体形成，该铁氧体为氧化物磁体，其电阻率为6.5Ωm，相对透磁率为2200，且支承层的直径为20mm。此外，希望绝热层152由发泡弹性体形成，该发泡弹性体具有低导热率且硬度为20至55度(ASKER-C)。作为实例，绝热层由5mm厚的硅橡胶泡沫体形成，其硬度为45度(ASKER-C)，并且具有弹性。
根据本实施例，来自激励单元的交变磁场在加热带140的发热层中产生涡电流，以使发热层通过感应发热而产生热量。被引起发热了的加热带140在辊隙部34处加热记录材料11和形成在记录材料11上的调色剂图像9，以将调色剂图像9定影在记录材料11上。
发热层具有上述两层结构，因此发热效率可以提高，从而可以减少升温时间。此外，发热层被集中加热，因此支承层151的发热量会减少，从而可以防止例如支承着支承辊150的轴承破裂。
作为实例，在被驱动着旋转时，具有上述构造的定影装置被施加25kHz的800W电能，以从室温开始升温。对温度探测传感器41的监测显示，从开始供应电能起，在经过了大约13秒的时间后，加热带140的表面温度达到170℃。支承辊150的支承层151中没有产生热量，因此支承辊150的轴承等中不会发生破裂。
作为根据本实施例的加热带140的发热层，可以采用前面针对实施例I-1至I-4描述的加热辊21的发热层22的结构。根据这种结构，可以获得与实施例I-1至I-4中相同的效果。
此外，作为根据本实施例的支承辊150的支承层151和绝热层152，可以采用前面针对实施例I-1至I-4描述的加热辊21的支承层24和绝热层23的结构。根据这种结构，可以获得与实施例I-1至I-4中相同的效果。
另外，本实施例中描述了这样一种结构，其中发热层设在加热带140中，且只有发热带140通过感应加热而产生热量。然而，利用发热带140和支承辊150均通过感应加热而产生热量的结构，也能获得相同的效果。在这种情况下，例如，如果支承辊150是由铁合金例如碳钢等形成的细管构成的，则发热带140和支承辊150均会通过感应加热而产生热量。在这种情况下，尽管因支承辊150的热容量的增加而导致升温时间加长，但可以获得以下效果。也就是说，在宽度小于加热带140的宽度的记录材料11连续通过的情况下，只有一部分加热带140上的热量被记录材料11带走，从而导致在加热带140宽度方向上的温度变化。这种温度变化可以通过在支承辊150宽度方向上的导热而被减弱。
(实施例II-2)
下面通过例子来描述根据本发明实施例II-2的用作图17所示成像设备中的定影装置126的图像加热装置。
图19是根据本发明实施例II-2的作为定影装置的图像加热装置的剖视图。在本实施例中，相同的附图标记表示与前面针对实施例I-1所描述的那些具有相同结构和功能的相同部件，并且不再对它们重复描述。在本实施例中，由激励单元36和面磁芯37构成的激励单元、绝热件40和压辊31具有与前面针对实施例I-1所描述的那些相同的结构。此外，加热带140和支承辊150与前面针对实施例II-1所描述的那些相同。
本实施例与实施例II-1不同之处在于，加热带140悬挂在支承辊150和加热带导向件170之间，支承辊150通过定影带140而压力接触定影辊160。加热带导向件170由例如具有优异滑动性能的树脂形成。
与实施例II-1相同，根据实施例II-2，来自激励单元的交变磁场在加热带140的发热层中产生涡电流，以使发热层通过感应发热而产生热量。被引起发热了的加热带140在辊隙部34处加热记录材料11和形成在记录材料11上的调色剂图像9，以将调色剂图像9定影在记录材料11上。
发热层具有上述两层结构，因此发热效率可以提高，从而可以减少升温时间。此外，发热层被集中加热，因此支承层151的发热量会减少，从而可以防止例如支承着支承辊150的轴承破裂。
作为实例，在被驱动着旋转时，具有上述构造的定影装置被施加25kHz的800W电能，以从室温开始升温。对温度探测传感器41的监测显示，从开始供应电能起，在经过了大约11秒的时间后，加热带140的表面温度达到170℃。支承辊150的支承层151中没有产生热量，因此支承辊150的轴承等中不会发生破裂。
作为根据本实施例的加热带140的发热层，可以采用前面针对实施例I-1至I-4描述的加热辊21的发热层22的结构。根据这种结构，可以获得与实施例I-1至I-4中相同的效果。
此外，作为根据本实施例的支承辊150的支承层151和绝热层152，可以采用前面针对实施例I-1至I-4描述的加热辊21的支承层24和绝热层23的结构。根据这种结构，可以获得与实施例I-1至I-4中相同的效果。
在前面描述的实施例II-1和II-2中，这样一种结构作为实例被示出，其中激励单元由马鞍形激励线圈36和背面磁芯37构成。然而，根据本发明的激励单元并不局限于上述这种，而是只要能够产生交变磁场即可。此外，这样一种结构作为实例被示出，其中加压单元由可旋转的压辊31构成然而，根据本发明的加压单元并不局限于上述这种。例如，也可以采用加压导块，其被锁定就位并且压力接触加热带140。
本申请中公开的实施例用于解释本发明的各个技术方面，而不是将本发明限定于此。在不脱离权利要求书中提出的本发明精神和范围的前提下，本发明可以以其他形式实施，并且本发明可以在更宽的范围内解释。

Claims (17)

1.一种加热辊，其为辊子形，包括利用电磁感应产生热量的发热层、绝热层和支承层，这些层以上述次序从外向内设置；
其中，所述发热层由至少两层构成，它们是由磁性材料形成的第一发热层和由非磁性材料形成的第二发热层；
第一发热层的电阻率高于第二发热层的电阻率；
第一发热层的厚度大于第二发热层的厚度。
2.根据权利要求1所述的加热辊，其特征在于，
第二发热层设在第一发热层的外侧。
3.根据权利要求1所述的加热辊，其特征在于，
第二发热层设在第一发热层的每一侧。
4.根据权利要求1所述的加热辊，其特征在于，
第一发热层由电阻率为9×10-8Ωm或以上的材料形成，第二发热层由电阻率为3×10-8Ωm或以下的材料形成。
5.根据权利要求1所述的加热辊，其特征在于，
第一发热层的厚度为10至100μm，第二发热层的厚度为2至20μm。
6.根据权利要求1所述的加热辊，其特征在于，
第一发热层由磁性不锈钢材料形成，第二发热层由铜形成。
7.根据权利要求1所述的加热辊，其特征在于，
支承层由非磁性金属形成。
8.根据权利要求1所述的加热辊，其特征在于，
支承层由电阻率为1Ωm或以上的材料形成。
9.根据权利要求1所述的加热辊，其特征在于，
支承层由陶瓷形成。
10.根据权利要求1所述的加热辊，其特征在于，
支承层由含有至少一种氧化物磁体的材料形成。
11.根据权利要求1所述的加热辊，其特征在于，
支承层由旋转轴和形成在旋转轴表面上的屏蔽层构成，屏蔽层由含有至少一种氧化物磁体的材料形成。
12.根据权利要求11所述的加热辊，其特征在于，
旋转轴由非磁性金属形成。
13.一种图像加热装置，包括：
根据权利要求1所述的加热辊；
激励单元，其利用外界激励来加热发热层；及
加压单元，其压力接触加热辊，以形成辊隙部；
其中，承载着图像的记录材料移经辊隙部，以将图像热定影。
14.根据权利要求13所述的图像加热装置，其特征在于，
激励单元的驱动频率为20kHz至50kHz。
15.一种加热带，包括利用电磁感应产生热量的发热层；
其中，所述发热层由至少两层构成，它们是由磁性材料形成的第一发热层和由非磁性材料形成的第二发热层；
第一发热层的电阻率高于第二发热层的电阻率；
第一发热层的厚度大于第二发热层的厚度。
16.一种图像加热装置，包括：
根据权利要求15所述的加热带；
激励单元，其利用外界激励来加热发热层；
支承辊，其从内侧接触并且可旋转地支承着加热带；及
加压单元，其从外侧接触加热带，以形成辊隙部；
其中，承载着图像的记录材料移经辊隙部，以将图像热定影。
17.一种成像设备，包括：
成像单元，其中未定影的图像被形成在记录材料上并且被记录材料承载；及
图像加热装置，其将所述未定影的图像热定影在记录材料上；
其中，所述图像加热装置是根据权利要求13或16所述的图像加热装置。
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