專利名稱：加熱輥、加熱帶、圖像加熱裝置和成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加熱輥和一種加熱帶，它們被電磁感應(yīng)產(chǎn)生的渦電流加熱。此外，本發(fā)明涉及一種圖像加熱裝置，其適于在電子照相設(shè)備、靜電成像設(shè)備或諸如此類的成像設(shè)備中用作通過加熱而將未定影圖像熱定影的定影裝置。另外，本發(fā)明涉及一種包含所述圖像加熱裝置的成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般而言，以熱定影裝置為代表的圖像加熱裝置通常使用接觸加熱型裝置例如輥加熱型裝置和帶加熱型裝置。
最近幾年，基于對減少能耗和升溫時間的需要，采用電磁感應(yīng)加熱方法的輥加熱型裝置和帶加熱型裝置已經(jīng)被提出。
圖20中示出了一種傳統(tǒng)圖像加熱裝置，其包含通過電磁感應(yīng)而被加熱的加熱輥(參看例如JP11(1999)-288190A)。
在圖20中，附圖標(biāo)記820表示加熱輥，其包括金屬制支承層824；靜電層823，其由耐熱發(fā)泡橡膠制成，并且整體模制在支承層824的外表面上；由金屬管形成的發(fā)熱層821；以及設(shè)在發(fā)熱層821外表面上的離型層822；這些層以上述順序從內(nèi)向外布置。附圖標(biāo)記827表示壓輥，其由耐熱樹脂制成，并且具有中空圓柱體的形狀。纏有激勵線圈825的鐵氧體磁芯826安置在壓輥827的內(nèi)部。鐵氧體磁芯826通過壓輥827而向加熱輥820施加壓力，從而形成輥隙部829。在加熱輥820和壓輥827沿著箭頭所示的各自方向旋轉(zhuǎn)時，高頻率電流被供應(yīng)通過激勵線圈825。這會導(dǎo)致產(chǎn)生交變磁場H，以使加熱輥820的發(fā)熱層821利用電磁感應(yīng)而被快速加熱到預(yù)定溫度。在這種狀態(tài)下持續(xù)進(jìn)行預(yù)定的加熱操作，記錄材料840被插入并穿過輥隙部829。這樣，形成在記錄材料840上的調(diào)色劑圖像820被定影在記錄材料840上。
此外，除了圖20所示的使用了具有感應(yīng)發(fā)熱層821的加熱輥820的上述輥加熱型裝置以外，使用含有感應(yīng)發(fā)熱層的環(huán)形帶的帶加熱型裝置也已被提出。圖21中示出了一種傳統(tǒng)圖像加熱裝置的實(shí)例，其使用了一根通過電磁感應(yīng)加熱的環(huán)形加熱帶(參看例如JP10(1990)-74007A)。
在圖21中，附圖標(biāo)記960表示作為激勵單元的線圈組件，其產(chǎn)生高頻磁場。附圖標(biāo)記910表示金屬套筒(加熱帶)，其在線圈組件960所產(chǎn)生的高頻磁場作用下發(fā)熱。金屬套筒910是通過在一個由鎳或不銹鋼制成的薄層無縫管體的表面上涂覆碳氟樹脂而形成的。內(nèi)壓輥920插入金屬套筒910的內(nèi)部，外壓輥930安置在金屬套筒910的外側(cè)。外壓輥930推壓內(nèi)壓輥920，而金屬套筒910被夾在它們之間，從而形成輥隙部950。在金屬套筒910、內(nèi)壓輥920和外壓輥930沿著箭頭所示的各自方向旋轉(zhuǎn)時，高頻電流被供應(yīng)給線圈組件960。這樣，金屬套筒960通過電磁感應(yīng)而被快速加熱到預(yù)定溫度。在這種狀態(tài)下保持預(yù)定的加熱，一張記錄材料940插入并通過輥隙部950。這樣，形成在記錄材料940上的調(diào)色劑圖像被定影在記錄材料940上。
在圖20和21所示的使用電磁感應(yīng)加熱方法的各個圖像加熱裝置中，為了進(jìn)一步減少升溫時間，需要減低通過感應(yīng)加熱而被加熱的發(fā)熱層的熱容量，即減小發(fā)熱層的厚度。
然而，在圖20所示的輥加熱型圖像加熱裝置中，為了通過減小發(fā)熱層821的厚度而獲得理想的熱容量，同時發(fā)熱層又能夠使用與供應(yīng)到激勵線圈825的電流的頻率相等的電流，需要將發(fā)熱層厚度減小到小于表皮深度，即基于感應(yīng)電流的流動所限定的厚度。通過如此減小厚度，貫穿發(fā)熱層821并從此泄漏的磁通(漏磁通)增加了，從而在支承層824中產(chǎn)生了渦電流，以使支承層824被加熱。結(jié)果，作為示例，承載著支承層824的軸承被加熱，以導(dǎo)致軸承退化和破裂，而且用于在發(fā)熱層821中產(chǎn)生熱量的功率降低了，從而不理想地導(dǎo)致升溫時間增加，這一點(diǎn)是不利的。
類似地，在圖21所示的帶加熱型圖像加熱裝置中，為了通過減小金屬套筒910的發(fā)熱層的厚度而獲得理想的熱容量，同時又能使用與施加在線圈組件960上的電流頻率相同的電流，要求將厚度減小到小于表皮深度，即基于感應(yīng)電流的流動所限定的厚度。通過如此減小厚度，貫穿發(fā)熱層并從此泄漏的磁通將到達(dá)內(nèi)壓輥920，從而在內(nèi)壓輥920中產(chǎn)生渦電流，以將內(nèi)壓輥920加熱。結(jié)果，作為示例，承載著內(nèi)壓輥920的軸承被加熱，以導(dǎo)致軸承退化和破裂，而且用于產(chǎn)生熱量的功率降低了，從而不理想地導(dǎo)致升溫時間增加，這一點(diǎn)是不利的。
為了防止這些問題，表皮深度應(yīng)當(dāng)減小到小于發(fā)熱層的厚度。然而，為了減小表皮深度，要求電流以更高的頻率施加，因而會導(dǎo)致一些問題，例如激勵電路的成本增加，以及漏電磁波噪音增加。
另外，由于發(fā)熱層在輥隙處在壓輥(圖20所示的壓輥827，圖21所示的外壓輥930)的作用下反復(fù)變形，因此如果發(fā)熱層是通過鎳的電鑄而形成的，則會產(chǎn)生發(fā)熱層的機(jī)械耐用性下降的問題。此外，如果發(fā)熱層是由不銹鋼制成的，則盡管耐用性提高了，但會引起升溫時間增加的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)裝置中的上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種加熱輥和一種加熱帶，它們能夠減少升溫時間，防止軸心被加熱，從而不會引起軸承退化或破裂，同時不需要使用高頻電源來加熱。此外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種圖像加熱裝置，其能夠降低漏電磁波噪音，能夠快速加熱，并且抑制軸承的熱退化。另外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種成像設(shè)備，其能夠?qū)崿F(xiàn)升溫時間的減少并獲得優(yōu)異的定影質(zhì)量。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明具有以下描述的構(gòu)造。
一種根據(jù)本發(fā)明的加熱輥是輥?zhàn)有渭訜彷?，其包括利用電磁感?yīng)產(chǎn)生熱量的發(fā)熱層、絕熱層和支承層，這些層以上述次序從外向內(nèi)設(shè)置。在所述加熱輥中，發(fā)熱層由至少兩層構(gòu)成，它們是由磁性材料形成的第一發(fā)熱層和由非磁性材料形成的第二發(fā)熱層。第一發(fā)熱層的電阻率高于第二發(fā)熱層的電阻率，厚度大于第二發(fā)熱層的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的第一圖像加熱裝置包括前述根據(jù)本發(fā)明的加熱輥；激勵單元，其利用外界激勵來加熱發(fā)熱層；及加壓單元，其壓力接觸加熱輥，以形成輥隙部。在第一圖像加熱裝置中，承載著圖像的記錄材料移經(jīng)輥隙部，以將圖像熱定影。
接下來，一種根據(jù)本發(fā)明的加熱帶包括利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生熱量的發(fā)熱層。在所述加熱帶中，發(fā)熱層由至少兩層構(gòu)成，它們是由磁性材料形成的第一發(fā)熱層和由非磁性材料形成的第二發(fā)熱層；第一發(fā)熱層的電阻率高于第二發(fā)熱層的電阻率，厚度大于第二發(fā)熱層的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的第二圖像加熱裝置包括前述根據(jù)本發(fā)明的加熱帶；激勵單元，其利用外界激勵來加熱發(fā)熱層；支承輥，其從內(nèi)側(cè)接觸并且可旋轉(zhuǎn)地支承著加熱帶；及加壓單元，其從外側(cè)接觸加熱帶，以形成輥隙部。在第二圖像加熱裝置中，承載著圖像的記錄材料移經(jīng)輥隙部，以將圖像熱定影。
另外，一種根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備包括成像單元，其中未定影的圖像被形成在記錄材料上并且被記錄材料承載；及圖像加熱裝置，其將所述未定影的圖像熱定影在記錄材料上。在所述成像設(shè)備中，圖像加熱裝置是根據(jù)本發(fā)明的第一或第二圖像加熱裝置。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-1的圖像加熱裝置的剖視圖。
圖2是沿著圖1中的箭頭II所示方向所作的激勵單元結(jié)構(gòu)圖。
圖3是沿著圖2中的線III-III所作的剖視圖，以顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-1的圖像加熱裝置。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-1的圖像加熱裝置中的加熱輥上的包含發(fā)熱層在內(nèi)的面層部分的局部剖視圖。
圖5是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I的成像設(shè)備的構(gòu)造的剖視圖。
圖6是用于解釋在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-1的圖像加熱裝置中激勵單元導(dǎo)致加熱輥因電磁感應(yīng)而發(fā)熱的機(jī)理的剖視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-1的圖像加熱裝置中的電磁感應(yīng)加熱部的等價電路圖。
圖8是用于解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-1的圖像加熱裝置中的電磁感應(yīng)加熱部的特性測定方法的示意性剖視圖。
圖9是用于測定根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-1和I-2的圖像加熱裝置中的加熱輥的發(fā)熱層和支承層的各種材料效率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-1的圖像加熱裝置中的銅鍍層的厚度與發(fā)熱量之間關(guān)系的分析結(jié)果曲線圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-1的圖像加熱裝置中的銅鍍層的層形成面和厚度與發(fā)熱量之間關(guān)系的分析結(jié)果曲線圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-3的圖像加熱裝置剖視圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-3的圖像加熱裝置剖視圖。
圖14是用于解釋在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-3的圖像加熱裝置中激勵單元導(dǎo)致加熱輥因電磁感應(yīng)而發(fā)熱的機(jī)理的剖視圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-4的圖像加熱裝置中的加熱輥上的包含發(fā)熱層在內(nèi)的面層部分的局部剖視圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-4的圖像加熱裝置中的銅鍍層的層形成面和厚度與發(fā)熱量之間關(guān)系的分析結(jié)果曲線圖。
圖17是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例II的成像設(shè)備的構(gòu)造的剖視圖。
圖18是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例II-1的圖像加熱裝置的剖視圖。
圖19是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例II-2的圖像加熱裝置的剖視圖。
圖20是示意性地示出了一種傳統(tǒng)圖像加熱裝置的剖視圖，該裝置中包含利用電磁感應(yīng)加熱的加熱輥。
圖21是示意性地示出了一種傳統(tǒng)圖像加熱裝置的剖視圖，該裝置中包含利用電磁感應(yīng)加熱的加熱帶。
具體實(shí)施例方式圖5是根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備的一個例子的剖視圖，其中一個圖像裝置被用作定影裝置。安裝在根據(jù)實(shí)施例I的成像設(shè)備中的圖像加熱裝置是輥加熱型電磁感應(yīng)加熱裝置。下面描述這種裝置的構(gòu)造和操作。
附圖標(biāo)記1表示電子照相感光體(以下稱作“感光鼓”)。感光鼓1被驅(qū)動著沿箭頭所示方向以預(yù)定的圓周速度旋轉(zhuǎn)，其表面上被充電器2均勻地充以負(fù)電荷，以達(dá)到預(yù)定的暗電位V0。
附圖標(biāo)記3表示激光束掃描儀，其將根據(jù)從圖中未示出的圖像讀取裝置、計算機(jī)或諸如此類的主機(jī)裝置輸入的時序數(shù)字像素電信號而被調(diào)節(jié)后的激光束輸出。感光鼓1的如前所述以均勻方式充以電荷的表面被該激光束掃描和曝光，因而曝光部位的絕對電位值降低到明電位VL。這樣，靜電潛像形成在感光鼓1的表面上。
接下來，潛像被顯影器4利用充有負(fù)電荷的粉狀調(diào)色劑反向顯影，因而被顯現(xiàn)出來。
顯影器4包括顯影輥4a，其被驅(qū)動著旋轉(zhuǎn)。一個攜帶著負(fù)電荷的調(diào)色劑薄層形成在顯影輥的外周表面上并且面對著感光鼓1的表面。顯影偏壓施加在顯影輥4a上，該電壓的絕對值低于感光鼓1的暗電位V0，高于明電位VL。因此，顯影輥4a上的調(diào)色劑借助于明電位VL而只被轉(zhuǎn)印到感光鼓1的一部分上，而且一個潛像被顯現(xiàn)出來。
同時，每次有一張紀(jì)錄材料(例如紙)11被從給紙部10進(jìn)給，并且移經(jīng)一對阻力輥12和13。然后，紀(jì)錄材料11被傳送到一個由感光鼓1和與感光鼓接觸的轉(zhuǎn)印輥14構(gòu)成的轉(zhuǎn)印部，該紀(jì)錄材料的傳送受到適宜的時間控制并且與感光鼓的旋轉(zhuǎn)同步。通過施加有轉(zhuǎn)印偏壓的轉(zhuǎn)印輥14的作用，感光鼓1上的調(diào)色劑圖像被一個一個地轉(zhuǎn)印到紀(jì)錄材料11上。移經(jīng)轉(zhuǎn)印部后的紀(jì)錄材料11從感光鼓1上釋放，并且被引入定影裝置15中，在此完成所形成的調(diào)色劑圖像的定影。通過定影處理而定影后的記錄材料11被輸出到排紙架16。
分離了記錄材料后的感光鼓1的表面被一個清理裝置17清理而去除殘余材料，例如轉(zhuǎn)印處理之后殘留的調(diào)色劑，以供后續(xù)的成像過程重復(fù)使用。
上述定影裝置15包括一個加熱輥、一個通過電磁感應(yīng)加熱該加熱輥的激勵單元和一個壓力接觸加熱輥以形成輥隙部的加壓單元。
根據(jù)本發(fā)明的加熱輥可以被適宜地用作上述定影裝置15中的加熱輥，并且是輥?zhàn)有蔚募訜彷仯浒òl(fā)熱層、絕熱層和支承層，這些層以上述次序從外向內(nèi)布置。發(fā)熱層由至少兩個層構(gòu)成，即由磁性材料形成的第一發(fā)熱層和由非磁性材料形成的第二發(fā)熱層。第一發(fā)熱層的電阻率高于第二發(fā)熱層的電阻率，且厚度大于第二發(fā)熱層的厚度。
根據(jù)上面描述的加熱輥，發(fā)熱層由兩層構(gòu)成，而且第二發(fā)熱層由非磁性材料形成。此外，第二發(fā)熱層的電阻率低于第一發(fā)熱層的電阻率，且厚度小于第一發(fā)熱層的厚度。因此，第二發(fā)熱層的表皮電阻增大，而激勵電路又不需要使用高的驅(qū)動頻率。這樣，第二發(fā)熱層能夠有效地用作通過電磁感應(yīng)發(fā)熱的發(fā)熱部分。因此，同發(fā)熱層僅由單層磁性材料形成相比，可以發(fā)出增多了的熱量，而且發(fā)熱效率也提高了，從而可以減少升溫時間。
此外，提供了上面描述的發(fā)熱層，并且發(fā)熱層可被集中加熱。結(jié)果，支承層的發(fā)熱減少了，從而可以防止例如承載著加熱輥的軸承破裂。
此外，不需要利用更高頻率的電流來產(chǎn)生激勵磁場，因此可以防止激勵電路的切換損耗的發(fā)生增多。另外，可以防止激勵電路的成本增加和漏電磁波噪音增大。
此外，發(fā)熱層的厚度可以減小，因此因發(fā)熱層在輥隙部的變形而產(chǎn)生的應(yīng)力的減少與發(fā)熱層厚度的減少成正比。這使得發(fā)熱層的耐用性提高。
此外，發(fā)熱層與絕熱層和支承層整體旋轉(zhuǎn)，因此同帶加熱型裝置相比，還能夠防止加熱層曲折運(yùn)行。
另外，激勵單元可以安置在加熱輥的外側(cè)，因此可以防止構(gòu)成激勵單元的激勵線圈等等受到高溫作用，從而能夠?qū)嵤┓€(wěn)定的加熱。
在此，作為第一發(fā)熱層的構(gòu)成材料的磁性材料指的是鐵磁體，其可行的例子包括鐵、坡莫合金、鉻、鈷、鎳、鐵氧體不銹鋼(SUS430)、馬氏體不銹鋼(SUS416)等等。此外，作為第二發(fā)熱層的構(gòu)成材料的非磁性材料指的是順磁體和抗磁體，其可行的例子包括鋁、金、銀、銅、黃銅、磷青銅、鈦等等。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的上述加熱輥中，第二發(fā)熱層設(shè)在第一發(fā)熱層的外側(cè)。通過將第二發(fā)熱層布置在靠近激勵單元的位置，不論第一發(fā)熱層的材料和厚度如何，均可以確保磁通通過第二發(fā)熱層，從而使得第二發(fā)熱層能夠通過感應(yīng)加熱而被高效加熱。
或者，可在第一發(fā)熱層的每側(cè)均設(shè)有第二發(fā)熱層。這種結(jié)構(gòu)使得感應(yīng)系數(shù)進(jìn)一步降低，以降低磁通的產(chǎn)生。因此，貫穿加熱層然后到達(dá)支承層的磁通減少了，從而減小支承層中的發(fā)熱。此外，漏電磁波噪音也會降低。
此外，優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的上述加熱輥中，第一發(fā)熱層由電阻率為9×10-8Ωm或以上的材料形成，第二發(fā)熱層由電阻率為3×10-8Ωm或以下的材料形成。如果電阻率為3×10-8Ωm或以下的材料的厚度為2至20μm，則該材料的表皮電阻等于鐵的表皮電阻。因此，通過將第二發(fā)熱層構(gòu)造為由低電阻率材料形成的薄層，在增加發(fā)熱量和提高效率方面可以獲得顯著的效果。此外，同沒有第二發(fā)熱層時的情況相比，雖然總體熱容量略有提高，但可以獲得這樣的顯著效果，即發(fā)出多于所需的熱量以補(bǔ)償熱容量的增加，從而可以減少升溫時間。
此外，優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的上述加熱輥中，第一發(fā)熱層的厚度為10至100μm，第二發(fā)熱層的厚度為2至20μm。由于具有如此小厚度的第二發(fā)熱層被提供，因此同發(fā)熱層僅由第一發(fā)熱層構(gòu)成時的情況相比，可以獲得以下效果。也就是說，發(fā)熱層的總體熱容量略有提高，但可以獲得這樣的顯著效果，即發(fā)出多于所需熱量以補(bǔ)償熱容量增加，因而可以減少升溫時間。此外，不希望使第一和第二發(fā)熱層各自的厚度大于上述相應(yīng)范圍，因?yàn)榉駝t的話會導(dǎo)致發(fā)熱層的熱容量增加。此外，不希望使第一和第二發(fā)熱層各自的厚度小于上述相應(yīng)范圍，因?yàn)榉駝t的話會導(dǎo)致發(fā)熱層的機(jī)械強(qiáng)度降低。
作為示例，第一發(fā)熱層可以由磁性不銹鋼材料形成，第二發(fā)熱層可以由銅形成。通過使用不銹鋼，可以提高抵抗輥隙部反復(fù)變形的耐用性。此外，設(shè)有銅層，因此同發(fā)熱層只由單層不銹鋼形成時的情況相比，可以顯著增加發(fā)熱量，并且提高發(fā)熱效率。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的上述加熱輥中，支承層可以由非磁性金屬形成。在此，非磁性材料指的是順磁體和抗磁體，其可行的例子包括鋁、黃銅、奧氏體不銹鋼(SUS304)等等。如前所述，發(fā)熱層包括兩層，它們分別由磁性材料和非磁性材料形成，因此感應(yīng)系數(shù)降低了，以減小磁通的產(chǎn)生，從而減少貫穿加熱層然后到達(dá)支承層的磁通。這樣，即使支承層由非磁性金屬材料(更優(yōu)選地，具有低電阻率)即普通使用的金屬材料形成，支承層的發(fā)熱量也可以被限制在最低級別，從而防止軸承等破裂。此外，通過利用普通使用的金屬材料形成內(nèi)芯材料，因此即使支承層的直徑較小，其剛度也會增大，而且可以實(shí)現(xiàn)加熱輥的成本降低。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的上述加熱輥中，支承層可以由電阻率為1Ωm或以上的材料形成。具有這種高電阻率的可行例子包括陶瓷、鐵氧體、PEEK(聚醚醚酮)、PI(聚酰亞胺)等等。在發(fā)熱層的厚度減小以降低熱容量的情況下，來自激勵單元的磁通可以貫穿加熱層然后到達(dá)支承層。然而，即使是在這種情況下，通過利用具有高電阻率的材料形成，也可以使支承層不發(fā)熱。因此，不會在軸承等中發(fā)生破裂。此外，發(fā)熱部分可以被集中加熱，從而可以進(jìn)一步減少升溫時間。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的上述加熱輥中，支承層可以由陶瓷形成。可以使用的陶瓷的例子包括氧化鋁、氧化鋯、氮化鋁、氮化硅、碳化硅等等。由于陶瓷具有高剛性、高耐熱性，因此利用這些陶瓷形成支承層，可以抑制支承層的變形，而且輥隙部可以沿著記錄材料的寬度方向均勻形成。此外，即使是在經(jīng)過了長時間的操作后，輥隙部也可以穩(wěn)定地保持上述狀態(tài)。此外，由于陶瓷是通過模制過程而以相對高的自由度成形的，因此支承層可以容易地形成為理想形狀。此外，由于陶瓷具有高電阻率，因此不會引起發(fā)熱，而且軸承等中不會發(fā)生破裂，同時升溫時間可以減少。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的上述加熱輥中，支承層可以由含有至少一種氧化物磁體的材料形成。氧化物磁體的例子包括鎳鋅鐵氧體、鋇鐵氧體等等。此外，也可以采用由這些材料的鐵氧體粉末與橡膠、塑料等的混合物固化形成的復(fù)合磁體。氧化物磁體是具有高剛性、相對高成形自由度的低價材料。此外，氧化物磁體具有高的透磁率，因此氧化物磁體與激勵單元之間的磁耦合得到加強(qiáng)，從而可以減少升溫時間。此外，盡管要確保磁通通過氧化物磁體，但由于氧化物磁體具有高電阻率，因此支承層不會在激勵磁場作用下發(fā)熱。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的上述加熱輥中，支承層可以由一個旋轉(zhuǎn)軸和一個形成在旋轉(zhuǎn)軸表面上的屏蔽層構(gòu)成，屏蔽層可以由含有至少一種氧化物磁體的材料形成。氧化物磁體的例子包括鎳鋅鐵氧體、鋇鐵氧體等等。此外，也可以采用由這些材料的鐵氧體粉末與橡膠、塑料等的混合物固化形成的復(fù)合磁體。由于屏蔽層由含有氧化物磁體的材料形成，因此屏蔽層的透磁率得到提高。因此，貫穿發(fā)熱層的磁通將進(jìn)入屏蔽層中，從而可以防止磁通進(jìn)入旋轉(zhuǎn)軸中。這樣，不論旋轉(zhuǎn)軸的材料如何，均可以防止旋轉(zhuǎn)軸中發(fā)熱。此外，屏蔽層與激勵單元之間的磁耦合得到加強(qiáng)，因此可以利用感應(yīng)加熱而獲得更高的能量輸出，以使升溫時間減少。
在這種情況下，旋轉(zhuǎn)軸優(yōu)選由非磁性金屬形成。在此，非磁性材料指的是順磁體和抗磁體，其可行的例子包括鋁、黃銅、奧氏體不銹鋼(SUS304)等等。如前所述設(shè)有由含有氧化物磁體的材料形成的屏蔽層，因此通過旋轉(zhuǎn)軸的磁通可以減少。所以，即使是在旋轉(zhuǎn)軸由非磁性金屬材料(更優(yōu)選地，具有低電阻率)即普通使用的金屬材料形成的情況下，旋轉(zhuǎn)軸的發(fā)熱量也可以被限制在最低級別，從而能夠防止軸承等破裂。此外，通過利用普通使用的金屬材料形成旋轉(zhuǎn)軸，因此即使支承層的直徑較小，其剛度也會較大，而且可以實(shí)現(xiàn)加熱輥的成本降低。
根據(jù)本發(fā)明的圖像加熱裝置包含根據(jù)本發(fā)明的上述加熱輥、一個利用外界激勵來加熱發(fā)熱層的激勵單元和一個壓力接觸加熱輥以形成輥隙部的加壓單元。在圖像加熱裝置中，承載著圖像的記錄材料11移經(jīng)輥隙部，以將圖像熱定影。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，圖像加熱裝置可以這樣設(shè)置，即加熱輥可被快速加熱，而不會導(dǎo)致加熱輥的軸承部分破裂，同時還能實(shí)現(xiàn)漏電磁波噪音的降低。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的上述圖像加熱裝置中，激勵單元的驅(qū)動頻率為20kHz至50kHz。采用高于上述范圍的頻率要求使用昂貴的構(gòu)成元件，這會導(dǎo)致激勵電路的成本增加。此外，這會導(dǎo)致切換損耗和漏電磁波噪音增加。此外，采用低于上述范圍的頻率會阻礙薄發(fā)熱層的高效發(fā)熱。
此外，根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備包括一個成像單元，其中未定影的圖像被形成在記錄材料上并且被記錄材料承載，以及一個圖像加熱裝置，其將所述未定影的圖像熱定影在記錄材料上。在成像設(shè)備中，圖像加熱裝置是根據(jù)本發(fā)明的上述圖像加熱裝置。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以獲得這樣的成像設(shè)備，其能夠?qū)崿F(xiàn)升溫時間的減少和獲得優(yōu)異的定影圖像質(zhì)量。
下面通過特定例子(實(shí)例)來描述根據(jù)本發(fā)明的加熱輥和根據(jù)本發(fā)明的用作前述定影裝置15的圖像加熱裝置的實(shí)施例。
(實(shí)施例I-1)圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I-1的作為定影裝置的圖像加熱裝置的剖視圖，該裝置用在圖5所示的前述成像設(shè)備中。圖2是沿著圖1中的箭頭II所示方向所作的激勵單元結(jié)構(gòu)圖。圖3是沿著圖2中的線III-III(一個包含加熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a和激勵線圈36的卷繞中心軸線36a的平面)所作的剖視圖。圖4是加熱輥21中的包含發(fā)熱層22在內(nèi)的面層部分的局部剖視圖。
附圖標(biāo)記21表示加熱輥，其包括由薄導(dǎo)電材料形成的發(fā)熱層22、由具有低導(dǎo)熱率的材料形成的絕熱層23以及作為旋轉(zhuǎn)軸的支承層24，這些層以上述次序從外表面?zhèn)乳_始以彼此緊密接觸的方式設(shè)置。
如圖4所示，發(fā)熱層22由設(shè)在絕熱層23一側(cè)的第一發(fā)熱層51和設(shè)在第一發(fā)熱層51外側(cè)的第二發(fā)熱層52構(gòu)成。一個薄彈性層26形成在第二發(fā)熱層52的表面上，一個離型層27又形成在彈性層26的表面上。
第一發(fā)熱層51由磁性材料優(yōu)選磁性金屬制成。作為實(shí)例，作為第一發(fā)熱層51，采用的是由磁性不銹鋼SUS430(電阻率6×10-7Ωm)形成的厚度為40μm的薄環(huán)帶狀材料。第一發(fā)熱層51的材料并不局限于SUS430，諸如鎳、鐵、鉻等金屬以及這些金屬的合金也可以采用。
第二發(fā)熱層52由非磁性材料形成，其電阻率低于第一發(fā)熱層的電阻率，厚度小于第一發(fā)熱層的厚度。作為實(shí)例，第二發(fā)熱層52是通過在第一發(fā)熱層51的表面上電鍍厚度為5μm的銅(電阻率1.7×10-8Ωm)而形成的。第二發(fā)熱層52的材料并不局限于銅，而是還可以是銀、鋁等等。用于形成第二發(fā)熱層52的方法并不局限于電鍍，第二發(fā)熱層52還可以通過噴鍍等方法形成。
此外，發(fā)熱層22可以利用由包層材料構(gòu)成的環(huán)帶狀材料形成，該包層材料是通過將磁性不銹鋼SUS430結(jié)合到銅上而預(yù)形成的。
彈性層26的設(shè)置是為了提高向記錄材料上的粘附力。作為實(shí)例，彈性層26由硅橡膠形成，其厚度為200μm，硬度為20度(JIS-A)。盡管不帶橡膠層26的結(jié)構(gòu)也不會引起問題，但在產(chǎn)生彩色圖像的情況下希望提供彈性層26。厚度并不局限于200 μm，將彈性層26的厚度設(shè)置在50μm至500μm是理想的。在彈性層26的厚度大于上述范圍時，熱容量變得太大，因此需要更長的升溫時間。在彈性層26的厚度小于上述范圍時，不再能實(shí)現(xiàn)向記錄材料提供粘附力的效果。彈性層26的材料不局限于硅橡膠，其他類型的耐熱橡膠和樹脂也可以采用。
離型層27由碳氟樹脂例如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。作為實(shí)例，離型層27由厚度為30μm的碳氟樹脂層構(gòu)成。
優(yōu)選地，支承層24由非磁性金屬形成。作為實(shí)例，支承層24由電阻率為2.65×10-8Ωm、直徑為20mm的鋁形成。
絕熱層23由具有低導(dǎo)熱率的發(fā)泡彈性體形成。希望絕熱層23的硬度為20至55度(ASKER-C)。作為實(shí)例，絕熱層23由5mm厚的硅橡膠泡沫體(導(dǎo)熱率0.24W/m·K)形成。此外，絕熱層23具有45度(ASKER-C)的硬度及彈性。
作為實(shí)例，加熱輥21的直徑為30mm，且其有效長度使得相對于JIS標(biāo)準(zhǔn)的A4紙頁的寬度(短邊側(cè))具有一定的余量。發(fā)熱層22被形成得其寬度(在加熱輥21的旋轉(zhuǎn)軸中心方向的長度)略小于絕熱層23的寬度(見圖3)。
作為實(shí)例，發(fā)熱層22結(jié)合在絕熱層23上。在這種情況下，由于絕熱層23具有彈性，因此也可以采用這樣的結(jié)構(gòu)，即并非通過結(jié)合，而是將環(huán)帶形狀的發(fā)熱層22配合在絕熱層23的外周上以便固定于此。
圖3是沿著圖2中的線III-III所作的剖視圖，以顯示整個定影裝置從側(cè)面看時的結(jié)構(gòu)。
加熱輥21被以這樣的方式可旋轉(zhuǎn)地保持著，即作為加熱輥21的最下層的支承層24的兩端分別被安裝在側(cè)板29和29’上的軸承28和28’支承著。此外，加熱輥21被未在圖中示出的設(shè)備主體中的驅(qū)動單元通過一個整體固定在支承層24上的齒輪30驅(qū)動。
此外，附圖標(biāo)記36表示構(gòu)成激勵單元的激勵線圈。激勵線圈36被布置得面對著加熱輥21外周的圓柱面。此外，激勵線圈36包括一個繞制了九圈的線束，該線束包含60根線材，每根線材分別是外徑為0.15mm的表面絕緣的銅導(dǎo)線。
激勵線圈36的線束在加熱輥21沿旋轉(zhuǎn)中心軸線21a方向上的圓柱面端部處配置為這樣的形式，即沿著所述端部的外周面呈弧形。線束在除所述端部之外的部分沿著圓柱面的母線方向配置。如圖1中的垂直于加熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a所作剖視圖所示，激勵線圈36的線束被不重疊地(除了加熱輥21的端部外)緊密布置在一個假想圓柱面上，該假想圓柱面環(huán)繞著加熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a形成以覆蓋加熱輥21的圓柱面。此外，如圖3中的沿加熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a所作的剖視圖所示，在與加熱輥21的端部相面對的部位處，激勵線圈36的線束疊加成兩列并因此而強(qiáng)制隆起。這樣，整個激勵線圈36形成馬鞍形。激勵線圈36的卷繞中心是基本上垂直于加熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a的直線，并且大致穿過加熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a的中心點(diǎn)。激勵線圈36被形成得基本上相對于卷繞中心軸線36a對稱。線束被這樣卷繞，即線束的相鄰圈之間通過施加在它們表面上的粘結(jié)劑而彼此粘結(jié)，以保持圖中所示的形狀。激勵線圈36在距離加熱輥21的外周面大約2mm處面對著加熱輥21。在圖1的剖面中，激勵線圈36在相對于加熱輥的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a的大約180度的較大區(qū)域內(nèi)面對著加熱輥21的外周面。
附圖標(biāo)記37表示背面磁芯，其與激勵線圈36一起構(gòu)成了激勵單元。背面線圈37由桿狀中心磁芯38和大致U形磁芯39構(gòu)成。中心磁芯38穿過激勵線圈36的卷繞中心軸線36a并且平行于加熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a。U形磁芯39相對于激勵線圈36在與加熱輥21相反的一側(cè)布置在距激勵線圈36一定距離處。中心磁芯38和U形磁芯39彼此是磁連接的。如圖1所示，U形磁芯39是基本上相對于一個包含加熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a和激勵線圈36的卷繞中心軸線36a的平面對稱的U形的。如圖2和3所示，多個如前所述的U形磁芯39在熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a的方向上彼此相隔一定距離布置。作為實(shí)例，U形磁芯39在熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a的方向上的寬度為10mm，共有七個U形磁芯39彼此相隔26mm的距離布置。U形磁芯39俘獲來自激勵線圈36且泄漏到外界的磁通。
如圖1所示，每個U形磁芯39的兩端分別延伸到不與激勵線圈36相面對的區(qū)域中，從而形成面對著加熱輥21且沒有激勵線圈夾于其間的面對部分F。與面對部分F相反，U形磁芯39上的面對著加熱輥21且有激勵線圈夾于其間的部分稱作透磁部分T。此外，中心磁芯38面對著加熱輥21且沒有激勵線圈夾于其間，并且超過U形磁芯39伸出到加熱輥21的一側(cè)，以形成面對部分N。突出的中心磁芯38的面對部分N插入激勵線圈36的卷繞中心的中空部分中。作為實(shí)例，中心磁芯38的橫截面面積為4mm乘以10mm。
背面磁芯37可以由例如鐵氧體形成。作為背面磁芯37的材料，理想的是具有高透磁性和高電阻率的材料，例如鐵氧體和坡莫合金。然而，具有略低透磁性的材料也可以采用，只要該材料是磁性材料即可。
附圖標(biāo)記40表示絕熱件，其由具有高耐熱性的材料例如PEEK(聚醚醚酮)、PPS(聚苯硫醚)等形成。作為實(shí)例，絕熱件的厚度為1mm。
還請參看圖1，作為加壓單元的壓輥31由一個金屬軸32和一個層合在金屬軸32的表面上的硅橡膠彈性層33構(gòu)成。彈性層33的硬度為50度(JIS-A)，并且以總共大約200N的力而壓力接觸加熱輥21，以形成輥隙部34。
壓輥34的有效長度基本上等于加熱輥21的有效長度，但略大于發(fā)熱層22的寬度(見圖3)。因此，壓力在加熱輥21的絕熱層23與壓輥31之間沿著整個寬度均勻地施加在發(fā)熱層22上。壓輥31是從動輥，其在金屬軸32的兩端被軸承35和35’可旋轉(zhuǎn)地支承著。
由于壓輥31的彈性層33的硬度高于加熱輥21的表面硬度，因此如圖1所示，在輥隙部34，加熱輥21的發(fā)熱層22和絕熱層23變形為沿著壓輥31的外周表面內(nèi)凹的形狀。作為實(shí)例，在輥隙部34，咬入長度Ln(加熱輥21的表面在輥隙部34沿著記錄材料11的運(yùn)行方向變形的部分的長度(見圖1))為大約5.5mm。盡管非常大的壓力被壓輥31施加在加熱輥22上，但輥隙部34的咬入長度Ln在加熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線方向上基本上保持相等。這一點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閷?shí)心支承層24承受壓力，因此加熱輥21相對于旋轉(zhuǎn)中心軸線21a的變形被抑制到最小值；薄發(fā)熱層22通過絕熱層23而被支承層24支承著。
此外，在輥隙部34處，加熱輥21的外表面變形為沿著壓輥31的外表面內(nèi)凹的形狀。因此，從輥隙部34排出的記錄材料11的運(yùn)行方向形成一個相對于加熱輥21的外表面增大了的角度，從而提供了優(yōu)良的剝離性能，以使記錄材料11從加熱輥21上剝離。
作為壓輥31的彈性層33的材料，除了前面所述的硅橡膠，耐熱性的樹脂和橡膠例如碳氟橡膠、碳氟樹脂等也可以采用。此外，為了提高耐磨性和離型性，壓輥31的表面可以涂覆選自樹脂和橡膠例如PFA、PTFE、FEP等的單一材料或混合材料。為了防止熱耗散，希望壓輥31由低導(dǎo)熱率的材料形成。
在圖1中，附圖標(biāo)記41表示溫度探測傳感器，其以與加熱輥21的表面接觸的方式滑動，以探測加熱輥21上的將要進(jìn)入輥隙部34中的部分的表面溫度，并將探測結(jié)果反饋給圖中未示出的控制電路。作為實(shí)例，在操作中，這一功能用于調(diào)節(jié)激勵電路42的激勵功率，以使加熱輥21上的將要進(jìn)入輥隙部34中的部分的表面被控制在170℃的溫度。在本實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)減少升溫時間的目的，發(fā)熱層22被設(shè)計得具有極小的熱容量。
上述加熱輥21以及由激勵線圈36和背面磁芯37構(gòu)成的激勵單元在加熱輥21的發(fā)熱層22中產(chǎn)生渦電流，以使發(fā)熱層22產(chǎn)生熱量。下面參照圖6描述這一功能。為了簡化，雖然實(shí)際上發(fā)熱層22具有雙層結(jié)構(gòu)，但在以下的描述中假設(shè)其具有單層結(jié)構(gòu)。
在圖6中，在特定時刻由激勵線圈36產(chǎn)生的磁通從中心磁芯38上的面對著加熱輥21的面對部分N進(jìn)入加熱輥21的發(fā)熱層22，并且通過發(fā)熱層22。然后，磁通從面對部分F進(jìn)入U形磁芯39，通過U形磁芯39，再返回中心磁芯38。在發(fā)熱層22的厚度大于表皮深度的情況下，由于發(fā)熱層22的磁性，如圖中的虛線D、D’所示，大部分的磁通將通過發(fā)熱層22。因磁通反復(fù)產(chǎn)生和消失這一現(xiàn)象引起的渦電流的大部分因表皮效應(yīng)而只存在于發(fā)熱層22中，因此焦耳熱會產(chǎn)生在發(fā)熱層22中。
在此，表皮深度取決于磁通通過的部件的材料和AC磁場的頻率。計算表明，在使用磁性不銹鋼SUS430且激勵電流的頻率為25kHz的情況下，可以獲得深度為0.25mm的表皮。如果發(fā)熱層22的深度等于或大于該表皮深度，則大部分渦電流將產(chǎn)生在發(fā)熱層22中。因此，磁通幾乎不能到達(dá)支承層24，從而即使是在支承層24由低電阻率的金屬材料形成的情況下，也幾乎不會在支承層24中產(chǎn)生渦電流。因此，支承層24不會發(fā)熱，也不會對發(fā)熱層22的發(fā)熱造成顯著影響。
然而，在發(fā)熱層22的厚度被設(shè)置得大于表皮深度的情況下，發(fā)熱層22的熱容量增加，因此升溫時間不能減少。在本實(shí)施例中，為了降低熱容量，發(fā)熱層22被設(shè)置成其兩層的總厚度為45μm。為了獲得不超過45μm即發(fā)熱層22的厚度的表皮深度，需要使用頻率為大約900kHz的電流。然而，這會引起諸如激勵電路42的切換損耗和成本增加、電磁波噪音泄漏到外界等問題，因而幾乎不能投入到實(shí)際應(yīng)用中。
一般而言，在進(jìn)行電磁感應(yīng)加熱時，具有高表皮電阻值的材料被用作發(fā)熱部分。在25kHz的高頻電流通過激勵線圈而供應(yīng)時，磁性不銹鋼SUS430和鐵分別具有24.4×10-4Ω和9.8×10-4Ω的高表皮電阻值。同時，非磁性材料鋁和銅分別0.51×10-4Ω和0.41×10-4Ω的低表皮電阻值。因此，可以設(shè)想，在分別向這些材料施加磁通的情況下，逆磁場會產(chǎn)生，以引起一股逆電流，從而阻礙磁通通過非磁性金屬，因此不能實(shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)加熱，然而，即使是非磁性材料，在其厚度減小后，其表皮電阻值也會增加。這使得逆磁場的產(chǎn)生被抑制，從而使磁通容易通過非磁性金屬的內(nèi)部，因此能夠?qū)崿F(xiàn)電磁感應(yīng)加熱。
在本發(fā)明中，這種現(xiàn)象被利用，并且通過使用組合的非磁性金屬層和磁性金屬層形成發(fā)熱層22，通發(fā)熱層22由單一的磁性金屬層形成時的情況相比，可以獲得更高效的加熱。
圖7中示出了根據(jù)本實(shí)施例的圖像加熱裝置的電磁感應(yīng)加熱部分中的激勵線圈36和加熱輥22的等價電路圖。附圖標(biāo)記r表示激勵線圈36本身的電阻。此外，附圖標(biāo)記rj表示因激勵線圈36與加熱輥21的支承層24之間的電磁耦合產(chǎn)生的電阻，其對應(yīng)于用于引起支承層24在通過支承層24的磁通的作用下發(fā)熱的電阻。此外，附圖標(biāo)記R表示因激勵線圈36與發(fā)熱層22之間的電磁耦合產(chǎn)生的電阻，其對應(yīng)于用于引起發(fā)熱層發(fā)熱的電阻。附圖標(biāo)記L表示整個電路的電阻。假定電子感應(yīng)加熱部分的效率以η表示，則可以得到方程η＝R/(r+rj+R)×100。
圖8是用于測量各部分的電阻值的裝置的構(gòu)造示意圖，所述各部分對于確定圖像加熱部分的電磁感應(yīng)加熱部分的效率η是必需的。如圖所示，測量儀(LCR測定計)53跨接在激勵線圈36上，而且激勵線圈36在下面三個條件下被測量。第一個條件，在激勵線圈36面對著加熱輥21的狀態(tài)下，激勵線圈36被供應(yīng)頻率在0至200kHz范圍內(nèi)變化的測量用電流，如此獲得的電阻分量表示為Rt。第二個條件，不帶加熱層22的加熱輥面對著激勵線圈36。相對于這種狀態(tài)下的加熱輥21，實(shí)施相同的測量，如此獲得的電阻分量表示為Ru。第三個條件，在加熱輥21不面對著激勵線圈36的狀態(tài)下，實(shí)施相同的測量，如此獲得的電阻分量表示為r。這樣，電阻r指的是激勵線圈36本身的電阻，用于引起發(fā)熱層22發(fā)熱的電阻R可以利用方程R＝Rt-Ru確定出來。此外，用于引起支承層24發(fā)熱的電阻rj可以利用方程rj＝Ru-r確定出來。
上述測量是對一共六種類型的加熱輥進(jìn)行的，這六種類型是由兩種加熱層22與三種支承層24相組合而獲得的。所述兩種加熱層22包括由厚度為40μm的單層SUS430形成的加熱層22，由在厚度為40μm的SUS430層上電鍍厚度為5μm的銅而獲得的雙層結(jié)構(gòu)形成的加熱層22。此外，所述三種支承層24包括分別采用鋁、鐵、陶瓷形式的氧化鋁作為其材料的支承層24。然后，利用每種加熱輥獲得效率η。圖9中示出了測定的結(jié)果。
從這些結(jié)果中可以明顯看出，在支承層24采用任何一種所述材料的情況下，同發(fā)熱層22由單層SUS430形成時的情況相比，由SUS430層和銅鍍層這兩層構(gòu)成的發(fā)熱層22均可獲得更高效率。特別地，在50kHz或以下的低電流頻率區(qū)域，可以顯著提高。此外，作為支承層24的材料，使用鋁比使用鋼能夠獲得更高的效率。
此外，對由SUS430層和形成在其上的銅鍍層構(gòu)成的發(fā)熱層22作了分析，以測定在銅鍍層厚度不同時發(fā)熱量的變化。圖10中示出了測定結(jié)果。所述測定結(jié)果基于這樣的條件，即恒定頻率25kHz的電流被使用，且激勵電路42也具有恒定的電流值。在圖10中，除了發(fā)熱層22中發(fā)熱的總量以外，銅鍍層部分中的發(fā)熱量和SUS430層部分中的發(fā)熱量被分析和示出。從這些結(jié)果中可以明顯看出，如果銅鍍層的厚度在不超過大約25μm范圍內(nèi)，在發(fā)熱層22具有銅鍍層的情況下，發(fā)熱層22中的總發(fā)熱量大于發(fā)熱層22不帶銅鍍層時的情況(銅鍍層的厚度＝0μm)。特別地，如果銅鍍層的厚度在1至20μm范圍內(nèi)，發(fā)熱層22中的總發(fā)熱量顯著增加。此外，銅鍍層越厚，SUS430層中的發(fā)熱量越小。這意味著通過SUS430層的磁通減少了。因此，到達(dá)支承層24的磁通也會減少，從而支承層24的發(fā)熱量減少了。這意味著發(fā)熱層22被高效加熱。
此外，對與發(fā)熱層22有關(guān)的下述情況進(jìn)行了分析，以測定在銅鍍層厚度不同時發(fā)熱量的變化。一種情況是，發(fā)熱層22發(fā)熱層22由40μm的SUS430層和只形成在其外表面上的銅鍍層形成，另一種情況是，發(fā)熱層22發(fā)熱層22由40μm的SUS430層和只形成在其內(nèi)表面上的銅鍍層形成。圖11中示出了測定結(jié)果。所述測定結(jié)果基于這樣的條件，即恒定頻率25kHz的電流被使用，且激勵電路42也具有恒定的電流值。從這些結(jié)果中可以明顯看出，同銅鍍層施加在SUS430層內(nèi)表面上的情況相比，在銅鍍層施加在SUS430層外表面上的情況下可以產(chǎn)生更多的熱量。如果銅鍍層的厚度相同，即發(fā)熱層22的熱容量相同，在銅鍍層(非磁性層)形成在外表面即靠近激勵單元的表面上的情況下，可以獲得發(fā)熱量顯著增加的效果，因此可以更高效地實(shí)現(xiàn)發(fā)熱，以使升溫時間減少。
在被驅(qū)動著旋轉(zhuǎn)時，具有上述構(gòu)造的定影裝置被施加25kHz的800W電能，以從室溫開始升溫。對溫度探測傳感器41的監(jiān)測顯示，從開始供應(yīng)電能起，在經(jīng)過了大約13秒的時間后，加熱輥21的表面溫度達(dá)到170℃。支承層24的發(fā)熱處在最低級別，因此不會引起軸承28和28’(見圖3)中破裂。
在上述實(shí)例中，SUS430被用作第一發(fā)熱層51的材料。然而，在使用諸如鐵、鎳等其他磁性材料的情況下，也可以獲得相同的效果。此外，銅被用作第二發(fā)熱層52的材料。然而，在使用諸如金、銀、鋁等其他非磁性材料的情況下，也可以獲得相同的效果。
在圖5所示的配備了具有前述結(jié)構(gòu)的定影裝置的成像設(shè)備中，被轉(zhuǎn)印了調(diào)色劑圖像的記錄材料11能夠沿著箭頭11a的方向進(jìn)入，如圖1所示，以將記錄材料11上的調(diào)色劑圖像定影。
在本實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)減少升溫時間的目的，發(fā)熱層22發(fā)熱層22的厚度設(shè)置為小于表皮深度，而且該發(fā)熱層22利用電磁感應(yīng)而從外界高效加熱。發(fā)熱層22被形成為薄層(在實(shí)例中總厚度為45μm)。因此，發(fā)熱層22具有低剛度，因而容易沿著壓輥31的外周表面變形，以獲得有益的離型性，從而能夠?qū)⒂涗洸牧?1從發(fā)熱層22上脫離。另外，由于發(fā)熱層22的厚度減小了，即使發(fā)熱層22沿著壓輥31的外周面反復(fù)變形，在變形的發(fā)熱層22中產(chǎn)生的應(yīng)力的減小也會與發(fā)熱層22的厚度減小成正比。因此，發(fā)熱層22具有提高了的耐用性。
此外，一般而言，加熱輥的熱容量越小，經(jīng)過輥隙部時因記錄材料等吸收熱量而導(dǎo)致的加熱輥表面部分的溫度下降越劇烈。另一方面，在本實(shí)施例中，位于發(fā)熱層22外側(cè)的彈性層26和位于發(fā)熱層22內(nèi)側(cè)的絕熱層23儲存了一定的熱量，因此溫度下降得到抑制，從而使得定影能夠以恒定的溫度進(jìn)行。
此外，在本實(shí)施例中，由激勵線圈36和背面磁芯37構(gòu)成的激勵單元設(shè)在加熱輥21的外側(cè)，因此受發(fā)熱部分的影響導(dǎo)致的激勵單元等中的溫度升高能夠得到抑制，從而能夠產(chǎn)生穩(wěn)定量的熱量。
此外，一般而言，在處理速度增加后，為了確保定影所需的咬入長度Ln和咬入壓力，需要在加熱輥21和壓輥31之間產(chǎn)生大的壓力。在本實(shí)施例中，這種壓力被支承層24通過由彈性體構(gòu)成的絕熱層23承載。因此，支承層24的變形被抑制到相對較小量，以使咬入長度Ln在整個寬度方向均勻化，而且可以獲得寬的咬入?yún)^(qū)域。
如前所述，在本實(shí)施例中，提供了一種加熱輥和一種圖像加熱裝置，它們能夠減少升溫時間并且獲得足夠的咬入長度和咬入壓力，從而提供優(yōu)異的定影性能。此外，發(fā)熱層22與絕熱層23和支承層24整體旋轉(zhuǎn)，因此加熱層22的磨損和動態(tài)阻力可以降低。此外，還可以防止發(fā)熱層22曲折運(yùn)行。
(實(shí)施例I-2)下面參照圖1、6和9描述根據(jù)實(shí)施例I-2的作為定影裝置的圖像加熱裝置。在實(shí)施例I-2中，相同的附圖標(biāo)記表示與前面針對實(shí)施例I-1所描述的那些具有相同結(jié)構(gòu)和功能的相同部件，并且不再對它們重復(fù)描述。在本實(shí)施例中，壓輥31、激勵單元36、背面磁芯37等具有與前面針對實(shí)施例I-1所描述的那些相同的結(jié)構(gòu)。
在根據(jù)本實(shí)施例的實(shí)例中，與實(shí)施例I-1相同，發(fā)熱層22由設(shè)在絕熱層23一側(cè)的第一發(fā)熱層51和設(shè)在第一發(fā)熱層51外側(cè)的第二發(fā)熱層52構(gòu)成。在本實(shí)例中，作為第一發(fā)熱層51，采用的是由非磁性不銹鋼SUS304通過塑性成形加工制成的厚度為40μm的環(huán)帶狀材料。盡管SUS304基本上沒有磁性，但塑性成形加工會導(dǎo)致SUS304中產(chǎn)生磁性。此外，同諸如SUS430、鎳等材料相比，SUS304具有抵抗機(jī)械變形方面的優(yōu)異耐用性這一主要性能，因此適宜用作承受反復(fù)機(jī)械變形的感應(yīng)加熱輥。此外，作為實(shí)例，第二發(fā)熱層52是通過在第一發(fā)熱層51上電鍍厚度為5μm的銅而獲得的。
在本實(shí)施例中，支承層24由具有高電阻率的材料(例如陶瓷)形成。作為實(shí)例，支承層24由氧化鋁(電阻率2×1017Ωm)形成。
下面參照圖6描述加熱輥21的發(fā)熱層22在渦電流下加熱的功能。與實(shí)施例I-1相同，由于加熱層22的厚度小于表皮深度，因此由激勵單元產(chǎn)生的磁通將分割為通過發(fā)熱層22的磁通部分(虛線D和D’)和貫穿發(fā)熱層22再通過支承層24的磁通部分(虛線E和E’)。支承層24具有高電阻率，因此即使磁通貫穿支承層24，其也幾乎不會發(fā)熱。因此，可以防止支承層24受熱，從而不會再軸承等中造成破裂。
此外，如圖9所示，在支承層24由具有高電阻率的氧化鋁制成的情況下，特定地講，在電流頻率在20kHz附近的低頻區(qū)域內(nèi)時，能夠獲得極高的效率，從而使得加熱能夠無損耗地高效進(jìn)行。
在被驅(qū)動著旋轉(zhuǎn)時，具有上述構(gòu)造的定影裝置被施加23kHz的800W電能，以從室溫開始升溫。對溫度探測傳感器41的監(jiān)測顯示，從開始供應(yīng)電能起，在經(jīng)過了大約10秒的時間后，加熱輥21的表面溫度達(dá)到170℃。接下來，在紙片材連續(xù)通過時，支承層24兩端部分(軸承28和28’部分)的溫度變?yōu)榇蠹s35℃根據(jù)本實(shí)施例，支承層24由具有高電阻率的材料形成，因此幾乎不會再渦電流下被加熱。因此，軸承等中不會產(chǎn)生破裂。此外，發(fā)熱層22可以被集中加熱，從而進(jìn)一步減少升溫時間。
(實(shí)施例I-3)下面參照圖12和13描述根據(jù)實(shí)施例I-3的作為定影裝置的圖像加熱裝置。在實(shí)施例I-3中，相同的附圖標(biāo)記表示與前面針對實(shí)施例I-1所描述的那些具有相同結(jié)構(gòu)和功能的相同部件，并且不再對它們重復(fù)描述。在本實(shí)施例中，壓輥31、激勵單元36、背面磁芯37等具有與前面針對實(shí)施例I-1所描述的那些相同的結(jié)構(gòu)。
在根據(jù)本實(shí)施例的實(shí)例中，與實(shí)施例I-1相同，發(fā)熱層22由設(shè)在絕熱層23一側(cè)的第一發(fā)熱層51和設(shè)在第一發(fā)熱層51外側(cè)的第二發(fā)熱層52構(gòu)成。在本實(shí)例中，作為第一發(fā)熱層51，采用的是由非磁性不銹鋼SUS304通過塑性成形加工制成的厚度為40μm的環(huán)帶狀材料。盡管SUS304基本上沒有磁性，但塑性成形加工會導(dǎo)致SUS304中產(chǎn)生磁性。此外，同諸如SUS430、鎳等材料相比，SUS304具有抵抗機(jī)械變形方面的優(yōu)異耐用性這一主要性能，因此適宜用作承受反復(fù)機(jī)械變形的感應(yīng)加熱輥。此外，作為實(shí)例，第二發(fā)熱層52是通過在第一發(fā)熱層51上電鍍厚度為5μm的銅而獲得的。
在本實(shí)施例中，如圖12和13所示，支承層24由一個旋轉(zhuǎn)軸53和一個形成在旋轉(zhuǎn)軸53的表面上的屏蔽層54構(gòu)成，屏蔽層54的材料中含有至少一種氧化物磁體。作為實(shí)例，旋轉(zhuǎn)軸53由非磁性材料不銹鋼SUS304形成，一個1mm厚的鐵氧體層形成在旋轉(zhuǎn)軸53的表面上已構(gòu)成屏蔽層54。如圖13所示，屏蔽層54在一個比激勵線圈36的卷繞區(qū)域?qū)挼膮^(qū)域內(nèi)沿加熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a的方向形成。希望屏蔽層54具有1Ωm或以上的電阻率，作為實(shí)例，屏蔽層54的電阻率為6.5Ωm。此外，希望屏蔽層54的相對透磁率為1000或以上，作為實(shí)例，屏蔽層54被設(shè)置成相對透磁率為2200。不論屏蔽層54的厚度大于還是小于上述實(shí)例中采用的值，均可以獲得相同的效果。此外，屏蔽層54利用電鍍方法電鍍鐵氧體薄層而形成。此外，屏蔽層54還可以通過在樹脂中散布鐵氧體粉末而形成，而且只要屏蔽層54由含有至少一種氧化物磁體的材料形成，就能夠獲得相同的效果。
下面參照圖14描述加熱輥21的發(fā)熱層22在渦電流下加熱的功能。與實(shí)施例I-1相同，由于加熱層22的厚度小于表皮深度，因此由激勵單元產(chǎn)生的磁通將分割為通過發(fā)熱層22的磁通部分(虛線D和D’)和貫穿發(fā)熱層22再通過屏蔽層54的磁通部分(虛線E和E’)。屏蔽層54具有磁性，因此可以防止各部分磁通貫穿屏蔽層54再進(jìn)入旋轉(zhuǎn)軸53。此外，屏蔽層54具有高電阻率(例如6.5Ωm)，因此即使磁通通過屏蔽層54，其也幾乎不會發(fā)熱。此外，屏蔽層54在比設(shè)有激勵線圈36的區(qū)域?qū)挼膮^(qū)域內(nèi)沿加熱輥21的旋轉(zhuǎn)中心軸線21a的方向形成。這樣，可以防止磁通從旋轉(zhuǎn)軸53的兩端部分進(jìn)入旋轉(zhuǎn)軸53。因此，可以防止屏蔽層54受熱，從而不會再軸承等中造成破裂。此外，屏蔽層54具有磁性，因此屏蔽層54與激勵單元之間的磁耦合得到加強(qiáng)，從而可以施加更大的功率加熱。這樣，發(fā)熱層22的發(fā)熱能夠達(dá)到充分高的級別，并且能夠減少升溫時間。
如上所述，同支承層24被構(gòu)造成單層不銹鋼或鋁的情況下相比，在支承層24由兩層構(gòu)成，且由具有高電阻率的材料如鐵氧體形成的屏蔽層54構(gòu)成一個靠近激勵線圈36的層時的情況下，能夠減少升溫時間，而且支承層24的發(fā)熱也能夠被抑制。
在被驅(qū)動著旋轉(zhuǎn)時，具有上述構(gòu)造的定影裝置被施加25kHz的800W電能，以從室溫開始升溫。對溫度探測傳感器41的監(jiān)測顯示，從開始供應(yīng)電能起，在經(jīng)過了大約11秒的時間后，加熱輥21的表面溫度達(dá)到170℃。接下來，在紙片材連續(xù)通過時，支承層24兩端部分(軸承28和28’部分)的溫度變?yōu)榇蠹s50℃如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，即使實(shí)在旋轉(zhuǎn)軸53由具有高機(jī)械剛度的低成本金屬材料形成，但由于上面描述的屏蔽層54設(shè)在旋轉(zhuǎn)軸53的表面上，因此磁通會通過屏蔽層54，因此旋轉(zhuǎn)軸53幾乎不會因渦電流而被加熱。因此，不會在軸承等中發(fā)生破裂。此外，發(fā)熱部分可以被集中加熱，從而可以進(jìn)一步減少升溫時間。
在實(shí)施例I-3中，這樣一種結(jié)構(gòu)作為實(shí)例被示出，其中支承層24由旋轉(zhuǎn)軸53和形成在旋轉(zhuǎn)軸53的表面上的屏蔽層54構(gòu)成，屏蔽層54的材料中含有氧化物磁體。然而，整個支承層24可以由含有氧化物磁體的材料形成。氧化物磁體具有高透磁性，因此可以施加大功率的電能，從而減少升溫時間。此外，氧化物磁體具有高電阻率，因此即使是在磁通通過其內(nèi)部時也不會發(fā)熱。
(實(shí)施例I-4)下面參照圖1和15描述根據(jù)實(shí)施例I-4的作為定影裝置的圖像加熱裝置。在實(shí)施例I-4中，相同的附圖標(biāo)記表示與前面針對實(shí)施例I-1所描述的那些具有相同結(jié)構(gòu)和功能的相同部件，并且不再對它們重復(fù)描述。在本實(shí)施例中，壓輥31、激勵單元36、背面磁芯37等具有與前面針對實(shí)施例I-1所描述的那些相同的結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，如圖15所示，發(fā)熱層22是通過在第一發(fā)熱層51的兩側(cè)表面上分別形成第二發(fā)熱層52和52’而構(gòu)成的。第一發(fā)熱層51和第二發(fā)熱層52和52’分別利用與前面針對實(shí)施例I-1所描述的第一發(fā)熱層51和第二發(fā)熱層52的材料相同的材料形成。
對于下面所述的與發(fā)熱層22相關(guān)的情況進(jìn)行了分析，以測定在銅鍍層的厚度不同時發(fā)熱層22中的發(fā)熱量和電感(L)的整體變化。一種情況是，發(fā)熱層22由40μm的SUS430層和形成在其外表面上的銅鍍層形成(對應(yīng)于實(shí)施例I-1)，另一種情況是，發(fā)熱層22發(fā)熱層22由40μm的SUS430層和分別形成在其兩側(cè)表面上的銅鍍層形成(對應(yīng)于實(shí)施例I-4)。圖16中示出了測定結(jié)果。所述測定結(jié)果基于這樣的條件，即恒定頻率25kHz的電流被使用，且激勵電路42也具有恒定的電流值。從這些結(jié)果中可以明顯看出，在發(fā)熱量方面，在SUS430層的每個表面分別被施加了銅鍍層的情況下，發(fā)熱量的最大值略低于只在SUS430層的外表面施加銅鍍層時的情況。然而，在銅鍍層的厚度位于不超過大約15μm的范圍內(nèi)，發(fā)熱量大于發(fā)熱層22不帶銅鍍層時的情況(銅鍍層的厚度＝0μm)。此外，對于電感L，可以看到，在SUS430層的每個表面分別被施加了銅鍍層的情況下，電感L小于只在SUS430層的外表面施加銅鍍層時的情況。其結(jié)果是，磁通的產(chǎn)生減少了，因而到達(dá)支承層24的磁通也會減少。這樣，支承層24的發(fā)熱會減少，漏電磁波噪音也會降低。
在前面描述的各實(shí)施例I-1至I-4中，這樣一種結(jié)構(gòu)作為實(shí)例被示出，其中激勵單元由馬鞍形激勵線圈36和背面磁芯37構(gòu)成。然而，根據(jù)本發(fā)明的激勵單元并不局限于上述這種，而是只要能夠產(chǎn)生交變磁場即可。此外，這樣一種結(jié)構(gòu)作為實(shí)例被示出，其中加壓單元由可旋轉(zhuǎn)的壓輥31構(gòu)成然而，根據(jù)本發(fā)明的加壓單元并不局限于上述這種。例如，也可以采用加壓導(dǎo)塊，其被鎖定就位并且壓力接觸加熱輥21。
圖17是根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備的一個例子的剖視圖，其中一個圖像加熱裝置被用作定影裝置。安裝在根據(jù)實(shí)施例II的成像設(shè)備中的圖像加熱裝置是帶加熱型電磁感應(yīng)加熱裝置。下面描述這種裝置的構(gòu)造和操作。
在圖17中，附圖標(biāo)記115表示電子照相感光體(以下稱作“感光鼓”)。感光鼓115被驅(qū)動著沿箭頭所示方向以預(yù)定的圓周速度旋轉(zhuǎn)，其表面上被充電器116均勻地充以負(fù)電荷，以達(dá)到預(yù)定的暗電位V0。此外，附圖標(biāo)記117表示激光束掃描儀，其根據(jù)圖像信息信號而輸出激光束118。感光鼓115的充電表面被該激光束118掃描和曝光。這樣，曝光部位的絕對電位值降低到明電位VL，以形成靜電潛像。潛像被顯影器119利用充有負(fù)電荷的粉狀調(diào)色劑顯影，因而被顯現(xiàn)出來。
顯影器119包括顯影輥120，其被驅(qū)動著旋轉(zhuǎn)。在其外周表面上的形成了調(diào)色劑薄層的顯影輥120面對著感光鼓115。顯影偏壓施加在顯影輥120上，該電壓的絕對值低于感光鼓115的暗電位V0，高于明電位VL。
同時，每次有一張紀(jì)錄材料11被從給紙部121進(jìn)給，并且移經(jīng)一對阻力輥122。然后，紀(jì)錄材料11被傳送到一個由感光鼓115和轉(zhuǎn)印輥123構(gòu)成的輥隙部，該紀(jì)錄材料的傳送受到適宜的時間控制并且與感光鼓的旋轉(zhuǎn)同步。通過施加有轉(zhuǎn)印偏壓的轉(zhuǎn)印輥123的作用，感光鼓115上的調(diào)色劑圖像被一個一個地轉(zhuǎn)印到紀(jì)錄材料11上。在紀(jì)錄材料11從感光鼓115上釋放后，感光鼓115的外周表面被一個清理裝置124清理而去除殘余材料，例如轉(zhuǎn)印處理之后殘留的調(diào)色劑，以供后續(xù)的成像過程重復(fù)使用。
附圖標(biāo)記125表示定影導(dǎo)向件，其用于將轉(zhuǎn)印有圖像的記錄材料11引導(dǎo)到定影裝置126。記錄材料11從感光鼓115上釋放并被傳送到定影裝置126中，在此完成所述轉(zhuǎn)印調(diào)色劑圖像的定影。此外，附圖標(biāo)記127表示排紙導(dǎo)向件，其用于將移經(jīng)定影裝置126后的記錄材料11引導(dǎo)到設(shè)備外側(cè)。用于引導(dǎo)記錄材料11的定影導(dǎo)向件125和排紙導(dǎo)向件127由諸如ABS等樹脂或諸如鋁等非磁性金屬材料制成。通過定影程序而定影了圖像后的記錄材料11被排放到排紙架128。
附圖標(biāo)記129、130和131表示設(shè)備主體底板、主體頂板和主體框架，它們構(gòu)成了一個單元，該單元決定了設(shè)備主體的強(qiáng)度。這些強(qiáng)力部件由這樣的材料形成，其中磁性材料鋼作為基材，其上電鍍有鋅。
附圖標(biāo)記132表示用于在設(shè)備中產(chǎn)生氣流的冷卻風(fēng)扇。此外，附圖標(biāo)記133表示由非磁性材料例如鋁形成的線圈罩，其被構(gòu)造得覆蓋著構(gòu)成定影裝置126的激勵線圈36和背面磁芯37。
上述定影裝置126包括加熱帶，其具有利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生熱量的發(fā)熱層；激勵單元，其利用外界激勵來加熱所述發(fā)熱層；支承輥，其從內(nèi)側(cè)接觸并且可旋轉(zhuǎn)地支承著加熱帶；以及加壓單元，其從外側(cè)接觸加熱帶，以形成輥隙部。在定影裝置126中，攜帶著圖像的記錄材料11移經(jīng)輥隙部，以將圖像熱定影。
加熱帶的發(fā)熱層由至少兩個層構(gòu)成，即由磁性材料形成的第一發(fā)熱層和由非磁性材料形成的第二發(fā)熱層。第一發(fā)熱層的電阻率高于第二發(fā)熱層的電阻率，且厚度大于第二發(fā)熱層的厚度。
根據(jù)上面描述的加熱帶，發(fā)熱層由兩層構(gòu)成，而且第二發(fā)熱層由非磁性材料形成。此外，第二發(fā)熱層的電阻率低于第一發(fā)熱層的電阻率，且厚度小于第一發(fā)熱層的厚度。因此，第二發(fā)熱層的表皮電阻增大，而激勵電路又不需要使用高的驅(qū)動頻率。這樣，第二發(fā)熱層能夠有效地用作通過電磁感應(yīng)發(fā)熱的發(fā)熱部分。因此，同發(fā)熱層僅由單層磁性材料形成相比，可以發(fā)出增多的熱量，而且發(fā)熱效率也提高了，從而可以減少升溫時間。
此外，由于提供了上面描述的發(fā)熱層，因此發(fā)熱層被集中加熱。結(jié)果，支承輥的發(fā)熱減少了，從而可以防止例如承載著支承輥的軸承破裂。
此外，不需要利用更高頻率的電流來產(chǎn)生激勵磁場，因此可以防止激勵電路的切換損耗增大。另外，可以防止激勵電路的成本增加和漏電磁波噪音增大。
此外，發(fā)熱層的厚度可以減小，因此因發(fā)熱層在輥隙部的變形而產(chǎn)生的應(yīng)力的減少與發(fā)熱層厚度的減少成正比。這使得發(fā)熱層的耐用性提高。
另外，激勵單元可以安置在加熱帶的外側(cè)，因此可以防止構(gòu)成激勵單元的激勵線圈等等受到高溫作用，從而能夠?qū)嵤┓€(wěn)定的加熱。
在此，作為第一發(fā)熱層的構(gòu)成材料的磁性材料指的是鐵磁體，其可行的例子包括鐵、坡莫合金、鉻、鈷、鎳、鐵氧體不銹鋼(SUS430)、馬氏體不銹鋼(SUS416)等等。此外，作為第二發(fā)熱層的構(gòu)成材料的非磁性材料指的是順磁體和抗磁體，其可行的例子包括鋁、金、銀、銅、黃銅、磷青銅、鈦等等。
此外，根據(jù)本發(fā)明的可被用作前述定影裝置126的圖像加熱裝置包含根據(jù)本發(fā)明的上述加熱帶、一個利用外界激勵來加熱發(fā)熱層的激勵單元、一個從內(nèi)側(cè)接觸并且可旋轉(zhuǎn)地支承著加熱帶的支承輥以及一個從外側(cè)接觸加熱帶以形成輥隙部的加壓單元。在圖像加熱裝置中，承載著圖像的記錄材料11移經(jīng)輥隙部，以將圖像熱定影。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，圖像加熱裝置可以這樣設(shè)置，即加熱帶可被快速加熱，而不會導(dǎo)致支承輥的軸承部分破裂，同時還能實(shí)現(xiàn)漏電磁波噪音的降低。
另外，根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備包括一個成像單元，其中未定影的圖像被形成在記錄材料上并且被記錄材料承載，以及一個圖像加熱裝置，其將所述未定影的圖像熱定影在記錄材料上。在成像設(shè)備中，圖像加熱裝置是根據(jù)本發(fā)明的上述圖像加熱裝置。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以獲得這樣的成像設(shè)備，其能夠?qū)崿F(xiàn)升溫時間的減少和獲得優(yōu)異的定影圖像質(zhì)量。
下面通過特定例子(實(shí)例)來描述根據(jù)本發(fā)明的用作前述定影裝置126的圖像加熱裝置的實(shí)施例。
(實(shí)施例II-1)圖18是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例II-1的作為定影裝置的圖像加熱裝置的剖視圖，該裝置用在圖17所示的前述成像設(shè)備中。在本實(shí)施例中，相同的附圖標(biāo)記表示與前面針對實(shí)施例I-1所描述的那些具有相同結(jié)構(gòu)和功能的相同部件，并且不再對它們重復(fù)描述。在本實(shí)施例中，由激勵單元36和面磁芯37構(gòu)成的激勵單元、絕熱件40和壓輥31具有與前面針對實(shí)施例I-1所描述的那些相同的結(jié)構(gòu)。
在圖18中，薄加熱帶140是環(huán)帶，其包括第一發(fā)熱層、第二發(fā)熱層、彈性層和離型層，這些層以上述次序從內(nèi)向外設(shè)置。
第一發(fā)熱層由磁性材料優(yōu)選由磁性金屬制成。作為實(shí)例，作為第一發(fā)熱層，采用的是由磁性不銹鋼SUS430(電阻率6×10-7Ωm)形成的厚度為40μm的薄環(huán)帶狀材料。第一發(fā)熱層的材料并不局限于SUS430，諸如鎳、鐵、鉻等金屬以及這些金屬的合金可以采用。
第二發(fā)熱層由非磁性材料形成，其電阻率低于第一發(fā)熱層的電阻率，厚度小于第一發(fā)熱層的厚度。作為實(shí)例，第二發(fā)熱層是通過在第一發(fā)熱層的表面上電鍍厚度為5μm的銅(電阻率1.7×10-8Ωm)而形成的。第二發(fā)熱層的材料并不局限于銅，而是還可以是銀、鋁等等。用于形成第二發(fā)熱層的方法并不局限于電鍍，第二發(fā)熱層還可以通過噴鍍等方法形成。
彈性層的設(shè)置是為了提高向記錄材料11上的粘附力。作為實(shí)例，彈性層由硅橡膠形成，其厚度為200μm，硬度為20度(JIS-A)。盡管不帶橡膠層的結(jié)構(gòu)也不會引起問題，但在產(chǎn)生彩色圖像的情況下希望提供彈性層。厚度并不局限于200μm，將彈性層的厚度設(shè)置在50μm至500μm是理想的。在彈性層的厚度大于上述范圍時，熱容量變得太大，因此需要更長的升溫時間。在彈性層的厚度小于上述范圍時，不再能實(shí)現(xiàn)向記錄材料提供粘附力的效果。彈性層的材料不局限于硅橡膠，其他類型的耐熱橡膠和樹脂也可以采用。
離型層由碳氟樹脂例如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。作為實(shí)例，離型層由厚度為30μm的碳氟樹脂層構(gòu)成。
附圖標(biāo)記150和160分別表示直徑為20mm的支承輥和直徑為20mm且具有低導(dǎo)熱率的定影輥。定影輥160上涂覆有硅橡膠，所述硅橡膠是低硬度(ASKER-C 45度)的彈性泡沫體。彈性帶140以預(yù)定的張緊力懸掛在支承輥150和定影輥160之間。加熱帶140能夠沿箭頭140a所示的方向旋轉(zhuǎn)。用于防止加熱帶140曲折運(yùn)行的肋(未示出)設(shè)在支承輥150的兩端。
作為加壓件的壓輥31通過定影帶140而壓力接觸定影輥160，從而在加熱帶140與壓輥31之間形成輥隙部34。
支承輥150由絕熱層152和支承層151構(gòu)成，這兩個層以上述次序從外向內(nèi)設(shè)置。支承層151由具有高電阻率的材料形成。具體地講，支承層151的電阻率為1×10-5Ωm或以上。另外，支承層151的相對透磁率優(yōu)選為1000或以上。作為實(shí)例，支承層151由鐵氧體形成，該鐵氧體為氧化物磁體，其電阻率為6.5Ωm，相對透磁率為2200，且支承層的直徑為20mm。此外，希望絕熱層152由發(fā)泡彈性體形成，該發(fā)泡彈性體具有低導(dǎo)熱率且硬度為20至55度(ASKER-C)。作為實(shí)例，絕熱層由5mm厚的硅橡膠泡沫體形成，其硬度為45度(ASKER-C)，并且具有彈性。
根據(jù)本實(shí)施例，來自激勵單元的交變磁場在加熱帶140的發(fā)熱層中產(chǎn)生渦電流，以使發(fā)熱層通過感應(yīng)發(fā)熱而產(chǎn)生熱量。被引起發(fā)熱了的加熱帶140在輥隙部34處加熱記錄材料11和形成在記錄材料11上的調(diào)色劑圖像9，以將調(diào)色劑圖像9定影在記錄材料11上。
發(fā)熱層具有上述兩層結(jié)構(gòu)，因此發(fā)熱效率可以提高，從而可以減少升溫時間。此外，發(fā)熱層被集中加熱，因此支承層151的發(fā)熱量會減少，從而可以防止例如支承著支承輥150的軸承破裂。
作為實(shí)例，在被驅(qū)動著旋轉(zhuǎn)時，具有上述構(gòu)造的定影裝置被施加25kHz的800W電能，以從室溫開始升溫。對溫度探測傳感器41的監(jiān)測顯示，從開始供應(yīng)電能起，在經(jīng)過了大約13秒的時間后，加熱帶140的表面溫度達(dá)到170℃。支承輥150的支承層151中沒有產(chǎn)生熱量，因此支承輥150的軸承等中不會發(fā)生破裂。
作為根據(jù)本實(shí)施例的加熱帶140的發(fā)熱層，可以采用前面針對實(shí)施例I-1至I-4描述的加熱輥21的發(fā)熱層22的結(jié)構(gòu)。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以獲得與實(shí)施例I-1至I-4中相同的效果。
此外，作為根據(jù)本實(shí)施例的支承輥150的支承層151和絕熱層152，可以采用前面針對實(shí)施例I-1至I-4描述的加熱輥21的支承層24和絕熱層23的結(jié)構(gòu)。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以獲得與實(shí)施例I-1至I-4中相同的效果。
另外，本實(shí)施例中描述了這樣一種結(jié)構(gòu)，其中發(fā)熱層設(shè)在加熱帶140中，且只有發(fā)熱帶140通過感應(yīng)加熱而產(chǎn)生熱量。然而，利用發(fā)熱帶140和支承輥150均通過感應(yīng)加熱而產(chǎn)生熱量的結(jié)構(gòu)，也能獲得相同的效果。在這種情況下，例如，如果支承輥150是由鐵合金例如碳鋼等形成的細(xì)管構(gòu)成的，則發(fā)熱帶140和支承輥150均會通過感應(yīng)加熱而產(chǎn)生熱量。在這種情況下，盡管因支承輥150的熱容量的增加而導(dǎo)致升溫時間加長，但可以獲得以下效果。也就是說，在寬度小于加熱帶140的寬度的記錄材料11連續(xù)通過的情況下，只有一部分加熱帶140上的熱量被記錄材料11帶走，從而導(dǎo)致在加熱帶140寬度方向上的溫度變化。這種溫度變化可以通過在支承輥150寬度方向上的導(dǎo)熱而被減弱。
(實(shí)施例II-2)下面通過例子來描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例II-2的用作圖17所示成像設(shè)備中的定影裝置126的圖像加熱裝置。
圖19是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例II-2的作為定影裝置的圖像加熱裝置的剖視圖。在本實(shí)施例中，相同的附圖標(biāo)記表示與前面針對實(shí)施例I-1所描述的那些具有相同結(jié)構(gòu)和功能的相同部件，并且不再對它們重復(fù)描述。在本實(shí)施例中，由激勵單元36和面磁芯37構(gòu)成的激勵單元、絕熱件40和壓輥31具有與前面針對實(shí)施例I-1所描述的那些相同的結(jié)構(gòu)。此外，加熱帶140和支承輥150與前面針對實(shí)施例II-1所描述的那些相同。
本實(shí)施例與實(shí)施例II-1不同之處在于，加熱帶140懸掛在支承輥150和加熱帶導(dǎo)向件170之間，支承輥150通過定影帶140而壓力接觸定影輥160。加熱帶導(dǎo)向件170由例如具有優(yōu)異滑動性能的樹脂形成。
與實(shí)施例II-1相同，根據(jù)實(shí)施例II-2，來自激勵單元的交變磁場在加熱帶140的發(fā)熱層中產(chǎn)生渦電流，以使發(fā)熱層通過感應(yīng)發(fā)熱而產(chǎn)生熱量。被引起發(fā)熱了的加熱帶140在輥隙部34處加熱記錄材料11和形成在記錄材料11上的調(diào)色劑圖像9，以將調(diào)色劑圖像9定影在記錄材料11上。
發(fā)熱層具有上述兩層結(jié)構(gòu)，因此發(fā)熱效率可以提高，從而可以減少升溫時間。此外，發(fā)熱層被集中加熱，因此支承層151的發(fā)熱量會減少，從而可以防止例如支承著支承輥150的軸承破裂。
作為實(shí)例，在被驅(qū)動著旋轉(zhuǎn)時，具有上述構(gòu)造的定影裝置被施加25kHz的800W電能，以從室溫開始升溫。對溫度探測傳感器41的監(jiān)測顯示，從開始供應(yīng)電能起，在經(jīng)過了大約11秒的時間后，加熱帶140的表面溫度達(dá)到170℃。支承輥150的支承層151中沒有產(chǎn)生熱量，因此支承輥150的軸承等中不會發(fā)生破裂。
作為根據(jù)本實(shí)施例的加熱帶140的發(fā)熱層，可以采用前面針對實(shí)施例I-1至I-4描述的加熱輥21的發(fā)熱層22的結(jié)構(gòu)。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以獲得與實(shí)施例I-1至I-4中相同的效果。
此外，作為根據(jù)本實(shí)施例的支承輥150的支承層151和絕熱層152，可以采用前面針對實(shí)施例I-1至I-4描述的加熱輥21的支承層24和絕熱層23的結(jié)構(gòu)。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以獲得與實(shí)施例I-1至I-4中相同的效果。
在前面描述的實(shí)施例II-1和II-2中，這樣一種結(jié)構(gòu)作為實(shí)例被示出，其中激勵單元由馬鞍形激勵線圈36和背面磁芯37構(gòu)成。然而，根據(jù)本發(fā)明的激勵單元并不局限于上述這種，而是只要能夠產(chǎn)生交變磁場即可。此外，這樣一種結(jié)構(gòu)作為實(shí)例被示出，其中加壓單元由可旋轉(zhuǎn)的壓輥31構(gòu)成然而，根據(jù)本發(fā)明的加壓單元并不局限于上述這種。例如，也可以采用加壓導(dǎo)塊，其被鎖定就位并且壓力接觸加熱帶140。
本申請中公開的實(shí)施例用于解釋本發(fā)明的各個技術(shù)方面，而不是將本發(fā)明限定于此。在不脫離權(quán)利要求書中提出的本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明可以以其他形式實(shí)施，并且本發(fā)明可以在更寬的范圍內(nèi)解釋。
權(quán)利要求
1.一種加熱輥，其為輥?zhàn)有?，包括利用電磁感?yīng)產(chǎn)生熱量的發(fā)熱層、絕熱層和支承層，這些層以上述次序從外向內(nèi)設(shè)置；其中，所述發(fā)熱層由至少兩層構(gòu)成，它們是由磁性材料形成的第一發(fā)熱層和由非磁性材料形成的第二發(fā)熱層；第一發(fā)熱層的電阻率高于第二發(fā)熱層的電阻率；第一發(fā)熱層的厚度大于第二發(fā)熱層的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱輥，其特征在于，第二發(fā)熱層設(shè)在第一發(fā)熱層的外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱輥，其特征在于，第二發(fā)熱層設(shè)在第一發(fā)熱層的每一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱輥，其特征在于，第一發(fā)熱層由電阻率為9×10-8Ωm或以上的材料形成，第二發(fā)熱層由電阻率為3×10-8Ωm或以下的材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱輥，其特征在于，第一發(fā)熱層的厚度為10至100μm，第二發(fā)熱層的厚度為2至20μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱輥，其特征在于，第一發(fā)熱層由磁性不銹鋼材料形成，第二發(fā)熱層由銅形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱輥，其特征在于，支承層由非磁性金屬形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱輥，其特征在于，支承層由電阻率為1Ωm或以上的材料形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱輥，其特征在于，支承層由陶瓷形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱輥，其特征在于，支承層由含有至少一種氧化物磁體的材料形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱輥，其特征在于，支承層由旋轉(zhuǎn)軸和形成在旋轉(zhuǎn)軸表面上的屏蔽層構(gòu)成，屏蔽層由含有至少一種氧化物磁體的材料形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的加熱輥，其特征在于，旋轉(zhuǎn)軸由非磁性金屬形成。
13.一種圖像加熱裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱輥；激勵單元，其利用外界激勵來加熱發(fā)熱層；及加壓單元，其壓力接觸加熱輥，以形成輥隙部；其中，承載著圖像的記錄材料移經(jīng)輥隙部，以將圖像熱定影。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像加熱裝置，其特征在于，激勵單元的驅(qū)動頻率為20kHz至50kHz。
15.一種加熱帶，包括利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生熱量的發(fā)熱層；其中，所述發(fā)熱層由至少兩層構(gòu)成，它們是由磁性材料形成的第一發(fā)熱層和由非磁性材料形成的第二發(fā)熱層；第一發(fā)熱層的電阻率高于第二發(fā)熱層的電阻率；第一發(fā)熱層的厚度大于第二發(fā)熱層的厚度。
16.一種圖像加熱裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求15所述的加熱帶；激勵單元，其利用外界激勵來加熱發(fā)熱層；支承輥，其從內(nèi)側(cè)接觸并且可旋轉(zhuǎn)地支承著加熱帶；及加壓單元，其從外側(cè)接觸加熱帶，以形成輥隙部；其中，承載著圖像的記錄材料移經(jīng)輥隙部，以將圖像熱定影。
17.一種成像設(shè)備，包括成像單元，其中未定影的圖像被形成在記錄材料上并且被記錄材料承載；及圖像加熱裝置，其將所述未定影的圖像熱定影在記錄材料上；其中，所述圖像加熱裝置是根據(jù)權(quán)利要求13或16所述的圖像加熱裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種加熱輥(21)，其包括利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生熱量的發(fā)熱層(22)、絕熱層(23)和支承層(24)，這些層以上述次序從外向內(nèi)設(shè)置。發(fā)熱層(22)由至少兩層構(gòu)成，它們是由磁性材料形成的第一發(fā)熱層和由非磁性材料形成的第二發(fā)熱層。第一發(fā)熱層的電阻率高于第二發(fā)熱層的電阻率，厚度大于第二發(fā)熱層的厚度。第一發(fā)熱層可被有效地用作借助于電磁感應(yīng)產(chǎn)生熱量的發(fā)熱部分。因此，同發(fā)熱層(22)只由單層磁性材料形成時的情況相比，發(fā)熱效率提高了，從而可以減少升溫時間。此外，發(fā)熱層(22)被集中加熱，因此支承層(24)的發(fā)熱量減小了，從而可以防止例如承載著加熱輥(21)的軸承破裂。
文檔編號G03G15/20GK1504065SQ0280829
公開日2004年6月9日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月14日
發(fā)明者今井勝, 水崎正和, 中野雅明, 渡邊周一, 藤本圭祐, 井上雅臣, , 一, 和, 明, 臣 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社