CN1763649A - 图像加热设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种沿其纵向方向具有良好定影性的定影设备和图像形成设备。定影设备包括作为中空旋转构件的电磁感应加热构件和磁通生成构件，磁通生成构件用于通过在电磁感应加热构件中生成磁通而使电磁感应加热构件生成热。定影设备通过将电磁感应加热构件生热所得到的热能给予被输送的记录材料而将调色剂图像定影到记录材料上。电磁感应加热构件沿其纵向方向具有另一个厚度并且在沿纵向方向面向磁通生成装置的表面中具有均匀的直径。

Description

图像加热设备

技术领域

本发明涉及一种用于加热记录材料上图像的图像加热设备。作为图像加热设备，具有用于将未定影的图像定影到记录材料上的定影设备，用于通过重新加热定影在记录材料上的图像而改进图像光泽的赋予光泽设备等。

背景技术

传统上已经提出了感应加热型定影设备，如日本延迟公开专利申请(JP-A)Sho 59-33787所述。在该感应加热型加热装置中，线圈同心地置于由金属导体构成的中空定影辊中并且供给高频电流以生成高频磁场，藉此在定影辊上生成感应涡流，从而使定影辊本身通过定影辊自身的表面电阻而生成焦耳热。同基于卤素加热器的传统定影设备相比，依照感应加热型的定影设备相当大地改善了电热转换效率，这样就可以减少加热时间。

另外，在感应加热型定影设备中，热转换效率随着线圈和定影辊内表面之间间隙的变小而增大，这样就需要在线圈和定影辊内表面之间具有高的距离精度。

另一方面，在传统的卤素加热型定影设备中，定影辊的外径仅仅在两个端部减少，或者如JP-A 2000-29342中所述，在定影辊的内表面配设了一个肋，因此改善定影辊的强度。

即使是在这种结构中，卤素加热器和定影辊内表面之间距离沿定影辊的纵向方向也是不同的，沿定影辊的纵向方向出现的温度的不规则性的程度是它大体上不会影响定影性能。

然而，在其中上述卤素加热器型定影设备的定影辊用在感应加热型定影设备中的情形下，线圈和定影辊内表面之间的距离沿定影辊的纵向方向不同，这样定影辊的温度沿纵向方向就会变得不一致。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种图像加热设备，该图像加热设备能够抑制沿加热旋转构件纵向方向出现温度的不规则性。

本发明的另一个目的是提供一种图像加热设备，该图像加热设备能够抑制沿加热旋转构件的纵向方向出现温度不规则性而又保持加热旋转构件的强度。

本发明的另一个目的是提供一种图像加热设备，该图像加热设备能够抑制沿加热旋转构件的纵向方向出现温度不规则性而又抑制记录材料的输送失败。

依照本发明的一个方面，提供了一种图像加热设备，包括：

用于在夹持部加热记录材料上的图像的加热旋转构件；以及

磁通生成装置，置于所述加热旋转构件中，用于生成磁通，磁通通过感应加热而使所述加热旋转构件生成热；

其特征在于，所述加热旋转构件的外径沿其纵向方向在中央部和两个端部之间存在差异并且具有内径，以在所述加热旋转构件和所述磁通生成装置之间提供沿纵向方向大体上均匀的间隙。

依照本发明的另一个方面，提供了一种图像加热设备，包括：

用于加热记录材料上的图像的加热旋转构件；以及

磁通生成装置，用于生成磁通，磁通通过感应加热使所述加热旋转构件生成热；

其特征在于，所述加热旋转构件具有的纵向剖面形状是在其远离所述磁通生成装置一侧是非直的，但是在其靠近所述磁通生成装置的一侧是直的。

通过阅读本发明的优选实施例的下列说明并参照附图，本发明的这些和其它目的、特征和优点就将更加显而易见。

附图说明

图1是图像加热设备的示意剖视图，图像加热设备包括依照本发明的实施例的电磁感应加热型定影设备。

图2是依照本发明的实施例的定影设备的剖视图。

图3是依照本发明的实施例的定影辊的纵向剖视图。

图4是显示在温度低于居里温度(点)时磁力线状态的示意图。

图5是显示在温度不低于居里温度时磁力线状态的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更具体地描述本发明的优选实施例。在下列实施例中，除非特别说明，否则各个结构构件或装置的尺寸、材料和形状及其相对配置并不会限制本发明的范围。另外，除非特别写明，否则省略了重复的解释。

图1是图像形成设备的示意剖视图，图像形成设备包括依照本发明的实施例的电磁感应型定影设备。图2是依照该实施例的定影设备的剖视图。

首先将描述图像形成设备100的结构和操作。使用者将原件O放在原件支撑玻璃板101上且依照预定的放置标准将图像形成表面向下并且使用原件挤压板102覆盖原件O。当按下开始复制键时，图像光电读出器(读出器部)103包括运动光学系统，该系统启动从而在原件支撑玻璃板101上原件O的向下的图像表面上实施图像信息的光读出处理。

旋转鼓型电子照相光敏构件(下文中被称作“光敏鼓”)104沿箭头所表示的顺时针方向以预定的圆周速度可旋转地驱动。在旋转过程中，光敏鼓104由充电设备105均匀地充电至预定的极性和预定电势并且光敏鼓104的均匀充电表面暴露于图像写入设备106发出的成像曝光光线L之下。因此，均匀充电表面在曝光光线部的电势就会减弱，从而在光敏鼓104的表面上形成与曝光光线图案相对应的静电潜像。

该实施例中的图像写入设备106是激光扫描仪并且输出依照由上述光电读出器103所读出的原件图像信息的时间序列电数字信号所调制的激光，从而在旋转光敏鼓104的均匀充电表面上执行扫描曝光，以形成与原件图像信息相对应的静电潜像。

然后，静电潜像由显影设备107显影为调色剂图像并且由转印设备108从光敏鼓104的表面上静电转印到记录材料S上，记录材料S从供给机构部以预定的控制定时供给到其中光敏鼓104和转印设备108彼此相对放置的转印部。

该实施例中，用于在记录材料上形成调色剂图像的图像形成部由光敏鼓104、充电设备105、图像写入设备106、显影设备107和转印设备构成。

在该实施例中，供给机构部是由第一至第四盒型供给部109-112、多用(MP)托盘113和反向再供给部114构成。记录材料S从这些部分可选地供给到转印部。对齐辊115以预定的定时向转印部供给记录材料。

调色剂图像在转印部从光敏鼓104转印到记录材料S上，该记录材料S和光敏鼓104分开并且输送到定影设备116上，在定影设备116上执行未定影调色剂图像的定影处理，然后由排出(输出)辊117排出(输出)到位于图像形成设备外部的排出(输出)托盘118上。

另一方面，在与记录材料S分开之后，光敏鼓104的表面通过移除污染物例如转印残留调色剂等而被清洁并且然后用于后续的图像形成。

接下来将参照图2描述作为图像加热设备的固定设备。

如图2所示，作为加热旋转构件的定影辊80具有中空形状并且由轴承可旋转地支撑在前侧板和后侧板之间。

可以使用铁或铁镍合金作为用于定影辊80的材料。在定影辊80的外表面上形成了未显示的调色剂释放层。该实施例中，调色剂释放层由厚度为30微米的PTFE形成。

加热组件1置于定影辊80中并且由作为磁通生成装置的激励线圈5、励磁芯(水平部)6a、励磁芯(垂直部)6b和支架7构成。

优选将具有高磁导率和低剩余磁通密度的材料例如坡莫合金用于励磁芯6a和6b。加热组件的结构并不限于这种结构，而是可以为任何结构，只要它能够使定影辊80产生磁通而由感应加热而导致定影辊80生热即可。

作为压力旋转构件的压力辊8是置于定影辊80下方平行并且可选转地支撑在轴承之间的弹性构件。另外，压力辊8由未显示的推压装置以预定的挤压力挤压在定影辊80的下表面上，因此形成具有预定宽度的作为加热部的定影夹持部N。另外，压力辊8具有如下结构：硅橡胶层形成在铁制芯金属的外表面上并且调色剂释放层形成在最外部的表面上。

通过从驱动电源向固定到定影辊80一个端部上的定影辊齿轮传递旋转力，定影辊80可以沿图2中以箭头A表示的方向以预定的圆周速度可旋转地驱动。压力辊8由定影辊80的旋转而沿箭头B的方向旋转。

从功率控制设备(励磁电路)通过线圈供给线向位于定影辊80内布置的加热组件1的激励线圈5供电。该实施例中会供给10千赫兹的高频电流，藉此使定影辊80在激励线圈生成的磁通(交变磁场)的作用下通过感应加热(由于涡流损失导致的焦耳热)而生成热。定影辊80的温度由温度检测装置32例如热敏电阻检测，并且检测温度信号输入控制电路中。

控制电路控制从上述功率控制设备向激励线圈5供给的功率，这样从温度检测装置32输入的定影辊80的检测温度就保持在预定的定影温度(该实施例中为200℃)。因此，可以将定影辊80的温度保持在预定的定影温度上。

如上所述，定影辊80和压力辊8可旋转地驱动，并且在其上携带未定影调色剂图像的记录材料S在定影辊80的温度控制在预定定影温度的状态下导入定影夹持部N。

当在定影辊80和压力辊8之间在辊之间的定影夹持部N上输送记录材料S时，定影设备116加热并且定影调色剂图像到记录材料S上。

分离爪30具有抑制通过定影夹持部N的记录材料S围绕定影辊80缠绕并且使记录材料S与定影辊80分开的功能。

图3是定影辊80沿纵向方向的剖视图。在此，宽度P比图像形成设备中推荐使用的最大尺寸片材的宽度略大并且在该实施例中为330毫米。定影辊80在沿垂直于定影辊80纵向方向的方向中在整个纵向方向上具有大体上圆形的横截面。

定影辊80具有的纵向剖面形状是定影辊80沿纵向方向具有恒定的内径。另一方面，定影辊80在其外表面具有略微反向凸的形状(弯曲)，这样就它就可以在片材由定影辊80输送过程中防止出现片材的褶皱。换句话说，可以改善输送性能。

更具体地，当定影辊80沿纵向方向在中央部的外径为D1并且定影辊80沿纵向方向在两个端部的内径是D2时，满足关系：D1＜D2。外径等于从旋转中心(参考点)到定影辊80的外圆周表面的直径(半径)的两倍的值。这对内径来说也是正确的。

顺便提及一下，在其中定影辊80以较小厚度形成以降低预热时间时，定影辊的强度就易于降低。为了抑制定影辊强度的降低，定影辊的外径可以沿纵向方向变化。

接下来将描述感应加热型定影设备的加热原理。从磁通(磁场)生成装置生成的磁力线集中地通过定影辊80的表面部，如图4所示，并且其密度与从定影辊80的表面的深度(集肤效应)呈指数地降低。在此，在从定影辊80的表面到其中涡流的值降低至表面处电流密度值的0.368倍的点处的深度被称为“穿透深度δ”并且由下面的公式(1)表示：

δ＝5.03(ρ/μf)^1/2    ...(1)，

其中f表示磁通生成装置的励磁电流频率，μ表示电磁感应加热构件的相对磁导率，并且ρ表示电磁感应加热构件的电阻率。

另外，表面电阻Rs由下面的公式(2)表示：

Rs＝ρ/δ     ...(2)。

定影辊80会由于表面电阻Rs而由焦耳热加热。

顺便提及一下，在电磁感应加热型定影设备中，在其中定影辊的厚度小于穿透深度δ的情形下，从线圈生成的磁力线完全通过定影辊80并且泄漏在定影辊80外部，如图5所示。

漏通量不会不利地影响图像形成设备的外部，但是在其中对信号线或生热敏感的构件置于定影设备相邻区域的情形中，需要设法使构件和线圈之间的距离增大或放置磁通屏蔽构件。该实施例中，如下文所述，会适当地设置定影辊的厚度。

定影辊80的内圆周表面和夹持在支架7中的激励线圈5的外圆周表面之间的距离大约为3.3毫米并且沿纵向方向大体上恒定。顺便提及一下，定影辊80的内圆周表面和激励线圈5的外圆周表面之间的距离沿纵向方向至少在定影辊80的最大图像加热区域P中大体上恒定。

因此，在具有高加热效率的电磁感应加热型定影设备中，可以将沿定影辊80纵向方向的温度分布保持在恒定的水平上。因此，不会出现沿定影辊80的纵向方向的温度的不规则性，这样就可以改进定影性能。顺便提及一下，在定影辊80中，支架7由图像形成设备的前侧板和后侧板固定。

在该实施例中，定影辊80具有39毫米的内径d，在中央部的外径D1为40.245毫米，并且在两个端部的外径D2为40.3毫米。下文中将更详细地描述这些值。

定影辊80由温度检测装置32进行温度控制，使其辊表面的温度为200℃。因此，在待机时或是在片材通过操作过程中片材通过区域中温度就不会超过铁的居里温度。

为此，从磁通生成装置生成的磁力线就穿入定影辊80中穿透深度δ，穿透深度δ是以下面的方式按照上文所述的公式(1)进行计算的。

在该实施例中，定影辊80由铁形成并且在其温度达到居里温度之间具有值为80的相对磁导率μ，并且电阻ρ为1.28×10^-7欧姆·米。另外，励磁电流频率f为8000赫兹。因此，由如上所述的公式(1)可知，δB＝5.03(ρ/μf)^1/2＝0.00012米＝0.12毫米。为此，由内径d和中央部外径D1计算得来的最小厚度t_min优选地大于穿透深度δ，这样优选满足下列的公式(3)：

δ(min)＝(D1-d)/2＝t_min    ...(3)。

另外，依照初步的研究，已经确认，当定影辊的厚度大于1.0毫米时，磁性感应加热型的铁制定影辊80的预热时间会超过30秒。为此，本发明中的定影辊的内径d和中央部外径D1优选地满足下列公式(4)：

(Dl-d)/2＝1.0mm    ...(4)。

因此，这些直径d和D1和穿透深度δ可以优选满足下列公式(5)：

δ(mm)＝(D1-d)/2＝1.0mm    ...(5)。

另外，传统上已知，当片材通过操作中，在两个端部上的外径适当地大于辊中央部的外径，即，通过向定影辊提供反向室形(reversechamber shape)来防止薄片材(纸)褶皱。

依照初步研究，已经确认可以通过下面的公式(6)来防止片材褶皱：

0.02mm＝(D2-D1)/2＝0.15mm      ...(6)。

更具体地，可以通过使辊在两个端部的圆周速度高于在中央部的圆周速度来实现消除片材褶皱的效果。因此，片材褶皱预防效果取决于辊(定影辊和压力辊)的外径。

同时，从确保定影性能的观点来说，压力辊8以总压力为90千克力挤压在定影辊80上。另外，依照初步研究，定影辊80的最小厚度tmin需要满足下面的公式(6)以确保定影辊80的强度。

t_min＝0.5mm    ...(7)。

在该实施例的定影设备116中，定影辊优选形成如下形状：d＝39毫米，D1＝40.245毫米，并且D2＝40.3毫米，该形状能够减小预热时间并且沿纵向方向在定影辊80的表面保持温度分布而又满足上述情况(公式)。

顺便提及一下，在该实施例中使用铁作为用于定影辊的材料，但是还可以使用能够有效地防止在非片材通过部中温度升高的磁性调节合金。在此，磁性调节合金是指具有在高温下可以失去磁性这一特性的合金，失去磁性时的温度被称为居里温度。铁-镍磁性调节合金的居里温度取决于镍在合金中的含量而改变。

例如，可以制备由铁-镍合金形成的定影辊，且铁-镍合金具有的混合比可以提供值为220℃的居里温度(失去磁性时的温度)。通过使用这种磁性调节合金，可以将定影辊80的居里温度设置成期望值。因此，不需要使用复杂的结构并且降低生产率例如降低通过量，通过将定影辊80中非片材通过部的温度恒定保持在大约220℃，即可解决定影辊在非片材通过部中的温度高于预定温度这样一个问题。

顺便提及一下，在上述实施例中，将用于在记录材料上定影未定影图像的定影设备描述为图像加热设备的一个实例，但是本发明还适用于通过重新加热定影在记录材料上的图像而改进图像虚像的赋予光泽设备。

如上文所述，依照本发明的结构，可以实现定影辊沿纵向方向的良好的温度分布而又可以确保在记录材料输送性能和定影辊强度方面的改进。

尽管参照在此公开的结构对本发明进行了说明，但是它不应限于所述的细节，并且该申请应该涵盖可能出于改进的目的或是在下列权利要求的范围中的这种改进或改变。

Claims (7)

1.一种图像加热设备，包括：

用于在夹持部加热记录材料上的图像的加热旋转构件；以及

磁通生成装置，置于所述加热旋转构件中，用于生成磁通，磁通通过感应加热而使所述加热旋转构件生成热；

其特征在于，所述加热旋转构件的外径沿其纵向方向在中央部和两个端部之间存在差异并且具有内径，以在所述加热旋转构件和所述磁通生成装置之间提供沿纵向方向大体上均匀的间隙。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加热旋转构件的内径沿纵向方向大体上均匀。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述加热旋转构件的外径在两个端部处大于在中央部的外径。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述加热旋转构件满足下列关系：

δ＜(D1-d)/2＝1.0，

0.02＝(D2-D1)/2＝0.15，

其特征在于，D1表示所述加热旋转构件沿纵向方向在中央部的外径(毫米)，D2表示所述加热旋转构件沿纵向方向在两个端部的外径(毫米)，d表示所述加热旋转构件的内径(毫米)，并且δ表示所述加热旋转构件的穿透深度(毫米)。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述磁通生成装置包括通过通电而生成磁通的线圈。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加热旋转构件在加热下将图像定影到记录材料上。

7.一种图像加热设备，包括：

用于加热记录材料上的图像的加热旋转构件；以及

磁通生成装置，用于生成磁通，磁通通过感应加热使所述加热旋转构件生成热；

其特征在于，所述加热旋转构件具有的纵向剖面形状是在其远离所述磁通生成装置一侧是非直的，但是在其靠近所述磁通生成装置的一侧是直的。

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