專利名稱：感應(yīng)加熱輥裝置、定影裝置和圖像形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)加熱輥裝置、使用該裝置的定影裝置和圖像形成裝置的改進(jìn)。
在特開(kāi)2000-215974號(hào)公報(bào)中記載了一種震顫線圈，該震顫線圈按照接近于被加熱體的方式配置，以使得作為被加熱體的磁性體制的加熱輥產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈線材平面地纏繞并沿被加熱體的曲面變形，與震顫線圈的縱向兩端的被加熱體相反的一側(cè)則沿著震顫線圈的曲面設(shè)置有磁性體鐵芯。(背景技術(shù)1)另外，在特開(kāi)2000-215971號(hào)公報(bào)中記載了一種感應(yīng)加熱裝置，該感應(yīng)加熱裝置具備電磁感應(yīng)發(fā)熱性的加熱旋轉(zhuǎn)體，即加熱輥，和配置于加熱旋轉(zhuǎn)體內(nèi)側(cè)的磁通量發(fā)生裝置，通過(guò)從磁通量發(fā)生裝置產(chǎn)生的高頻感應(yīng)磁通量的作用，使得加熱旋轉(zhuǎn)體被電磁感應(yīng)發(fā)熱，從而加熱被加熱體，磁通量發(fā)生裝置具備由磁性體構(gòu)成的磁芯和纏繞在磁芯上的電磁轉(zhuǎn)換線圈，磁性體磁芯則具備纏繞著電磁轉(zhuǎn)換線圈的磁芯部分，和用來(lái)使磁通量從磁芯部分向加熱旋轉(zhuǎn)體的一部分集中的，且前端部之間存在磁性空間間隙并對(duì)向的磁通量感應(yīng)芯體部分。(背景技術(shù)2)背景技術(shù)1和2，都是利用渦流耗損的加熱方式(以下稱為“渦流耗損方式”)，與IH容器中實(shí)用化的為相同的工作原理。而且，在渦流耗損方式中使用的高頻的頻率為20～100kHz左右。
與此相對(duì)，在特開(kāi)昭59-33787號(hào)公報(bào)中記載有，一種高頻感應(yīng)加熱輥，該加熱輥具備由導(dǎo)電部件構(gòu)成的圓筒狀輥本體即加熱輥，同心狀配置在輥本體內(nèi)的圓筒狀線圈骨架，和螺旋狀卷繞在線圈骨架的外周，通過(guò)通電使輥本體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流而進(jìn)行加熱的感應(yīng)線圈。(背景技術(shù)3)在背景技術(shù)3中，圓筒狀輥本體成為閉合電路的次級(jí)線圈，感應(yīng)線圈成為初級(jí)線圈，兩者之間產(chǎn)生變壓器耦合，在圓筒狀輥本體的次級(jí)線圈中感應(yīng)產(chǎn)生次級(jí)電壓。由此，根據(jù)該次級(jí)電壓，通過(guò)在次級(jí)線圈的閉合電路內(nèi)流通次級(jí)電流，圓筒狀輥本體是利用發(fā)熱的次級(jí)側(cè)電阻的發(fā)熱導(dǎo)致的加熱方式(以下稱為“變壓器方式”)。變壓器方式，由于在為了使渦流耗損方式引起的磁性耦合增強(qiáng)而使恒定效率增高的同時(shí)，可以加熱整個(gè)加熱輥，與背景技術(shù)1和2比較，存在定影裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。另外，再加上將工作頻率設(shè)定為100kHz以上，優(yōu)選為1MHz以上的高頻，這樣可以增大感應(yīng)線圈的Q值，提高電力傳輸效率。因此，可以提高加熱的總效率，達(dá)到節(jié)省電能的目的。還有，與渦流耗損方式比較，也存在定影裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)而，渦流耗損方式的加熱輥導(dǎo)致的熱容量可以變得很小。因此，變壓器方式更適合于熱定影的高速化。
本發(fā)明者們先完成了一項(xiàng)變壓器耦合方式的發(fā)明，該發(fā)明通過(guò)形成一種由空心變壓器與感應(yīng)線圈耦合、可以自由旋轉(zhuǎn)地被支持的由中空結(jié)構(gòu)構(gòu)成的加熱輥的次級(jí)側(cè)的電阻值與次級(jí)電抗大致相等的閉合電路，可以提高由感應(yīng)線圈向加熱輥的電力傳輸效率，可以獲得能對(duì)加熱輥進(jìn)行高效加熱的顯著效果。本發(fā)明作為特愿2001-016335號(hào)由本發(fā)明的申請(qǐng)人提出了申請(qǐng)。根據(jù)本發(fā)明，在對(duì)加熱輥進(jìn)行感應(yīng)加熱可以節(jié)省電能的同時(shí)，還可使將熱定影高速化變得容易。
另外，本發(fā)明者們接著進(jìn)一步對(duì)加熱輥與配置于其內(nèi)部的感應(yīng)線圈之間的適當(dāng)距離的理想狀態(tài)進(jìn)行了研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)從感應(yīng)線圈相對(duì)于加熱輥的高頻電力的傳輸效率與加熱輥和感應(yīng)線圈之間的距離具有密切的關(guān)系，特別是只要為規(guī)定值以上，就可以得到較高的高頻電力的傳輸效率，由此完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，具備外徑為加熱輥外徑的0.7倍以上，且被插入加熱輥的內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于其產(chǎn)生的磁場(chǎng)與加熱輥交鏈，從而在加熱輥上感生感應(yīng)電流，使加熱輥發(fā)熱的感應(yīng)線圈。
這里，所謂的感應(yīng)線圈的外徑為加熱輥外徑的0.7倍以上，是指感應(yīng)線圈的精加工的外徑為加熱輥主要的發(fā)熱部位即主要作為次級(jí)線圈起作用的部位的外徑的70％以上。本發(fā)明者們的研究發(fā)現(xiàn)，由于感應(yīng)線圈的外徑越接近加熱輥的外徑，感應(yīng)線圈和加熱輥之間的磁耦合就越強(qiáng)，所以，雖然從感應(yīng)線圈對(duì)加熱輥的高頻電能的傳輸效率變高，但令人驚異的是，以70％為界限，產(chǎn)生顯著的差異。即，上述外徑比若不到70％，從感應(yīng)線圈相對(duì)于加熱輥的高頻電能的傳輸效率就極端降低。與此相對(duì)，在本發(fā)明中，若上述外徑比為70％以上，從感應(yīng)線圈相對(duì)于加熱輥的高頻電能的傳輸效率顯著上升，且在70％以上則高頻電能的傳輸效率維持較高的數(shù)值，進(jìn)而稍微增加。
實(shí)際上可以適用于加熱輥的圖像形成裝置中使用的定影裝置的外徑，可以從20～60mm的范圍中選定。其理由為第1在將感應(yīng)線圈和加熱輥之間伴隨旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的適當(dāng)間隙估計(jì)在內(nèi)時(shí)，可以得到比較高的高頻電力傳輸效率；第2可以得到適合于圖像形成裝置所要求的尺寸大小的定影裝置。但是，更優(yōu)選的是從30～40mm的范圍中選定。
接著，加熱輥和感應(yīng)線圈的配置關(guān)系為在感應(yīng)線圈的外側(cè)同軸地進(jìn)行配置。而且，“在外側(cè)同軸地”指的是將感應(yīng)線圈配置于加熱輥的內(nèi)部空間中，不一定要使感應(yīng)線圈與加熱輥的軸互相一致。但是，優(yōu)選兩者為基本同軸的關(guān)系。這是因?yàn)橹灰訜彷伜透袘?yīng)線圈為同軸關(guān)系，加熱輥就可以在其軸周圍得到溫度上升的均勻分布。但是，并不只是完全同軸的關(guān)系，若為基本同軸的關(guān)系，也可以得到基本相同的作用。
加熱輥和感應(yīng)線圈的磁耦合，在本發(fā)明中雖然并未特別限定，但優(yōu)選未空芯變壓器耦合方式。
并且，在本發(fā)明中，由于加熱輥與感應(yīng)線圈如上所述構(gòu)成，故從感應(yīng)線圈對(duì)加熱輥的高頻電能的傳輸效率顯著升高。因此，可以得到高效率的感應(yīng)加熱輥裝置。另外，由于利用感應(yīng)加熱對(duì)加熱輥進(jìn)行加熱，所以可以得到迅速的溫度上升，縮短電源開(kāi)關(guān)接通后達(dá)到所需溫度的升溫時(shí)間。
以下對(duì)本發(fā)明的其他構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
關(guān)于加熱輥加熱輥被構(gòu)成為在與感應(yīng)線圈磁耦合時(shí)，流動(dòng)感應(yīng)電流。加熱輥具備形成閉合電路的次級(jí)線圈，磁耦合時(shí)，次級(jí)線圈主要在圓周方向感生流動(dòng)次級(jí)電流。并且，次級(jí)線圈纏繞在加熱輥的旋轉(zhuǎn)軸的周圍，其匝數(shù)可以是1匝或1匝以上的任意一種。另外，次級(jí)線圈的次級(jí)側(cè)電阻值與次級(jí)電抗大致相等時(shí)，能得到較高的電力傳輸效率。
這里，所謂的次級(jí)側(cè)電阻值與次級(jí)電抗“大致相等”，是指將次級(jí)側(cè)電阻值設(shè)為Ra，次級(jí)電抗設(shè)為Xa，且α＝Ra/Xa時(shí)，可以滿足式1的范圍。另外，次級(jí)側(cè)電阻值可以通過(guò)測(cè)定而求得。次級(jí)電抗則可以通過(guò)計(jì)算求得。
0.25＜α＜4 式1另外，加熱輥可以設(shè)置單個(gè)或多個(gè)次級(jí)線圈。在次級(jí)線圈為單個(gè)的情況下，優(yōu)選感應(yīng)線圈以幾乎跨越加熱輥的整個(gè)軸向有效長(zhǎng)度延伸地配置。另外，在設(shè)置多個(gè)次級(jí)線圈的情況下，優(yōu)選將這些線圈在加熱輥的軸向上分散設(shè)置。
接下來(lái)，以下表示的是空芯變壓器耦合(變壓器耦合加熱方式)中使用的加熱輥的構(gòu)成示例。在該構(gòu)成示例中，加熱輥具備輥基體、第1金屬被覆膜和第2金屬被覆膜。
輥基體由金屬或耐熱性絕緣體構(gòu)成。其為金屬的情況下，只要具有耐熱性且機(jī)械強(qiáng)度大，無(wú)論有無(wú)導(dǎo)電性，何種金屬都可以。但是，在加工性、成本等方面上優(yōu)選Fe或Al。另外，其為耐熱絕緣體的情況下，只要具有耐熱性且機(jī)械強(qiáng)度大，何種絕緣體都可以。但是，優(yōu)選為陶瓷或玻璃。
第1金屬被覆膜配置于輥基體的表面。而且，形成閉合電路的次級(jí)線圈，該次級(jí)線圈與初級(jí)線圈(感應(yīng)線圈)空芯變壓器耦合。
為了得到所期望的次級(jí)側(cè)電阻值，第1金屬被覆膜可以采用以下材料和制造方法。在利用電鍍、蒸鍍或陰極濺鍍法形成的情況下，可以使用選自Cu、Ni、Ag及Al中的一種金屬或多種構(gòu)成的合金材料。與此相對(duì)，在利用厚膜形成法(涂覆+燒成)形成的情況下，可以使用選自Cu、Ag及Ag+Pd中的材料。
第2金屬被覆膜由具有耐氧化性的金屬構(gòu)成，被覆在第1金屬被覆膜的表面上。即，第2金屬被覆膜保護(hù)第1金屬被覆膜的表面防止其被氧化。而且，第2金屬被覆膜即使表面氧化也不會(huì)有壞影響。作為適合的金屬，可以使用選自Zn、Sn、Ni及Ti等的一種金屬或多種構(gòu)成的合金，可以利用電鍍、蒸鍍、陰極濺鍍或厚膜形成法形成第2金屬被覆膜。
并且，第1及第2金屬被覆膜可以配置在輥基體的外表面與內(nèi)表面的任何一方或兩方上。另外，第1及第2金屬被覆膜也可以由多層構(gòu)成。
下面，為了得到更實(shí)際的加熱輥，根據(jù)需要允許附加以下的構(gòu)成。
1.有關(guān)保護(hù)層為了提高對(duì)加熱輥的機(jī)械保護(hù)及電絕緣，或彈性接觸性及調(diào)色劑分離性，可以根據(jù)需要設(shè)置保護(hù)層。作為前者用的保護(hù)層的構(gòu)成材料和后者用的保護(hù)層的材料，可以分別使用玻璃和合成樹(shù)脂。
2.有關(guān)加熱輥的形狀加熱輥可以根據(jù)需要形成頂部。作為頂部，鼓狀及桶狀中的任一形狀都可以。
3.有關(guān)加熱輥的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于使加熱輥旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，可以適當(dāng)選擇已有的結(jié)構(gòu)。
4.有關(guān)溫度傳感器為了控制加熱輥的溫度，可以使溫度傳感器導(dǎo)熱性地接觸加熱輥的適當(dāng)位置。在多個(gè)感應(yīng)線圈分散地配置于加熱輥的軸向上時(shí)，可以配置多個(gè)溫度傳感器，以便感應(yīng)各感應(yīng)線圈對(duì)向位置的溫度。并且，通過(guò)對(duì)應(yīng)于軸向區(qū)域的溫度控制由感應(yīng)線圈投入的電力，可以使加熱輥的溫度的均勻度提高。
關(guān)于感應(yīng)線圈感應(yīng)線圈是通過(guò)與加熱輥磁耦合特別是變壓器耦合，用于向加熱輥傳輸高頻交流電力的裝置。通過(guò)將感應(yīng)線圈配置在加熱輥的軸向上以產(chǎn)生磁通量，感應(yīng)線圈與加熱輥?zhàn)儔浩黢詈?。但是，感?yīng)線圈和加熱輥的軸并不需要一定一致。并且，通過(guò)將感應(yīng)線圈配置于加熱輥的內(nèi)部，磁耦合(變壓器耦合)變得容易。
感應(yīng)線圈在被高頻交流電源勵(lì)磁時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與加熱輥交鏈在加熱輥上感生高頻感應(yīng)電流。即，借助高頻交流磁場(chǎng)，感應(yīng)線圈和加熱輥磁耦合(變壓器耦合)。也就是說(shuō)，感應(yīng)線圈和加熱輥分別具有作為變壓器的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的功能。
另外，感應(yīng)線圈被配置有單個(gè)或多個(gè)。使用多個(gè)感應(yīng)線圈的情況下，可以將多個(gè)感應(yīng)線圈與單個(gè)的高頻交流電源并聯(lián)或串聯(lián)連接。再有，若將多個(gè)感應(yīng)線圈與各自的高頻交流電源連接，可以分別或按組調(diào)節(jié)投入電力。進(jìn)而，使用多個(gè)感應(yīng)線圈時(shí)，可以沿加熱輥的軸向分散配置。這種情況下，可以在相鄰的感應(yīng)線圈之間存在適當(dāng)?shù)拈g隙，若沒(méi)有絕緣的問(wèn)題，一部分重合也可以。
還有，感應(yīng)線圈可以根據(jù)需要使用作為磁芯的元件。在與加熱輥進(jìn)行空芯變壓器耦合的情況下，構(gòu)成為不使用磁芯。這里，所謂的“空芯變壓器耦合”不只是意味完全空芯的變壓器耦合，而且還包含實(shí)質(zhì)上被認(rèn)為是空芯的變壓器耦合的情況。例如，為感應(yīng)線圈內(nèi)部沒(méi)有磁性體的構(gòu)成。
并且，感應(yīng)線圈既可以相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的加熱線圈為靜止的，也可以與加熱輥一起或分別地旋轉(zhuǎn)。進(jìn)而，在旋轉(zhuǎn)的情況下，在高頻交流電源和感應(yīng)線圈之間也可以插入旋轉(zhuǎn)的集電機(jī)構(gòu)。
關(guān)于本發(fā)明的其他構(gòu)成雖然不是本發(fā)明的必要構(gòu)成要素，但是可以根據(jù)需要附加以下的構(gòu)成。
1、高頻交流電源裝置高頻交流電源是將高頻交流電壓施加在感應(yīng)線圈上，以對(duì)感應(yīng)線圈施加偏壓用的裝置。雖然高頻電源的輸出頻率基本上是未被限定的，但在利用空芯變壓器耦合的變壓器耦合加熱方式的情況下，構(gòu)成為能輸出100KHz以上的高頻是有效的。其理由是因?yàn)橥ㄟ^(guò)達(dá)到100KHz以上的高頻，能夠使感應(yīng)線圈的Q值增大，從而進(jìn)一步提高電力傳輸效率的緣故。電力傳輸效率增高時(shí)，加熱的總效率就增高，從而能夠達(dá)到省電的目的。再有，從適當(dāng)?shù)挠性丛?例如可以使用下述的MOSFET)的經(jīng)濟(jì)性及高頻噪音抑制的容易性等觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選為1～4MHz范圍的頻率。
另外，為了產(chǎn)生所需高頻的交流，實(shí)際上是直接或者間接地應(yīng)用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件等有源元件將直流或者低頻交流轉(zhuǎn)換成高頻。為了由低頻交流得到所需頻率的高頻交流電力，優(yōu)選利用整流裝置將低頻交流轉(zhuǎn)換成直流。直流既可以是用平滑電路形成的平滑直流，也可以是非平滑直流。為了將直流轉(zhuǎn)換成高頻，可以使用增幅器及換流器等電路元件。作為增幅器，可以應(yīng)用例如電力變換效率高的E級(jí)增幅器等。另外，也可以應(yīng)用半橋式換流器。進(jìn)而，作為有源元件，優(yōu)選頻率特性優(yōu)良的MOSFET?？梢詷?gòu)成為并聯(lián)連接多個(gè)高頻交流電源回路，合成各高頻交流電源回路的交流輸出后施加在感應(yīng)線圈上。由此，由于既是所希望的電流，又能減小各高頻交流電源回路的輸出，所以將MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)應(yīng)用于有源元件，能夠廉價(jià)、高效地產(chǎn)生高頻交流。
再有，在使用多個(gè)感應(yīng)線圈的情況下，高頻交流電源裝置，可以向多個(gè)感應(yīng)線圈共同地供給高頻電流。并且，通過(guò)將高頻交流電源裝置的輸出頻率構(gòu)成為可變的，可以分別控制向各感應(yīng)線圈施加的高頻電力。但是，有必要時(shí)，也可以相對(duì)于各感應(yīng)線圈分別配置頻率可變型的高頻交流電源。
還有，有必要時(shí)，可以構(gòu)成為例如使啟動(dòng)時(shí)的投入電力比通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的大，以進(jìn)行急速加熱。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第1實(shí)施方式，感應(yīng)加熱輥裝置中，上述加熱輥的外徑為20～60mm。當(dāng)考慮在加熱輥的內(nèi)徑與感應(yīng)線圈的外徑之間必要有留有2mm大小的間隙，只要在上述的范圍內(nèi)，就可以得到適用于本發(fā)明的比較高的電力傳輸效率。
因此，通過(guò)使加熱輥的外徑處于上述的范圍內(nèi)，可以更有效地進(jìn)行形成有調(diào)色劑圖像的記錄介質(zhì)的定影等。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第2實(shí)施方式，感應(yīng)加熱輥裝置中，上述加熱輥的外徑為30～40mm。在第2實(shí)施方式中，可以得到更高的電力傳輸效率。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第3實(shí)施方式，感應(yīng)加熱輥裝置中，加熱輥具備纏繞在其旋轉(zhuǎn)軸周圍的次級(jí)線圈，感應(yīng)線圈纏繞在加熱輥的旋轉(zhuǎn)軸的周圍且沿旋轉(zhuǎn)軸分散配置。在第3實(shí)施方式中，優(yōu)選通過(guò)空芯變壓器耦合方式的磁耦合來(lái)對(duì)加熱輥進(jìn)行感應(yīng)加熱。而且，加熱輥的次級(jí)線圈由于由單匝構(gòu)成，次級(jí)線圈的結(jié)構(gòu)被簡(jiǎn)化。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第4實(shí)施方式，感應(yīng)加熱輥裝置中，在加熱輥的內(nèi)表面與感應(yīng)線圈的外表面之間存在有微小的間隙。通過(guò)存在有上述間隙，可以使得感應(yīng)線圈靜止，并且在使加熱輥在感應(yīng)線圈的周圍旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以使旋轉(zhuǎn)平滑地進(jìn)行。另外，所謂的微小的間隙指的是大約2mm大小。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第5實(shí)施方式，感應(yīng)加熱輥裝置是通過(guò)加熱輥與感應(yīng)線圈之間的空芯變壓器耦合而進(jìn)行發(fā)熱的。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第6實(shí)施方式，感應(yīng)加熱輥裝置具備向感應(yīng)線圈施加高頻交流電壓的高頻交流電源。
通過(guò)從高頻交流電源向感應(yīng)線圈供給交流電流，感應(yīng)線圈產(chǎn)生交流磁場(chǎng)。在加熱輥上產(chǎn)生由該磁場(chǎng)導(dǎo)致的感應(yīng)電流，利用該感應(yīng)電流使加熱輥發(fā)熱。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第7實(shí)施方式，感應(yīng)加熱輥裝置的特征在于，具備具有纏繞在旋轉(zhuǎn)軸周圍的次級(jí)線圈的中空加熱輥；和纏繞在加熱輥的旋轉(zhuǎn)軸周圍且沿旋轉(zhuǎn)軸分散配置，外徑是加熱輥外徑的0.7倍以上，被插入到加熱輥內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)由產(chǎn)生的磁場(chǎng)與加熱輥的次級(jí)線圈交鏈，在次級(jí)線圈上感生的感應(yīng)電流使加熱輥發(fā)熱的感應(yīng)線圈。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第8實(shí)施方式，在第7實(shí)施方式中，感應(yīng)加熱輥裝置中，加熱輥的外徑為20～60mm。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第9實(shí)施方式，在第7實(shí)施方式中，感應(yīng)加熱輥裝置中的加熱輥的外徑為30～40mm。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第10實(shí)施方式，在第7實(shí)施方式中，感應(yīng)加熱輥裝置中，在加熱輥的內(nèi)表面與感應(yīng)線圈的外表面之間存在有微小的間隙。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第11實(shí)施方式，在第7實(shí)施方式中，感應(yīng)加熱輥裝置中，加熱輥是通過(guò)與感應(yīng)線圈之間空芯變壓器耦合來(lái)進(jìn)行發(fā)熱的。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第12實(shí)施方式，在第7實(shí)施方式中，感應(yīng)加熱輥裝置具備向感應(yīng)線圈施加高頻交流電壓的高頻交流電源。
本發(fā)明的定影裝置的特征在于，其具備本發(fā)明的實(shí)施方式或其優(yōu)選實(shí)施方式7中所述的感應(yīng)加熱輥裝置；和與上述感應(yīng)加熱輥裝置的加熱輥對(duì)向配置的加壓輥。
所謂的“定影裝置”是指通過(guò)利用加熱輥加熱記錄介質(zhì)上已形成的調(diào)色劑圖像，使調(diào)色劑熔融、固化來(lái)固定圖像的裝置。
使已形成調(diào)色劑圖像的記錄介質(zhì)通過(guò)加熱輥和加壓輥之間并進(jìn)行加熱，使調(diào)色劑熔融固著在記錄介質(zhì)上。通過(guò)使用電力傳輸效率良好的加熱輥裝置，可以提供能夠更有效地利用能量的定影裝置。
本發(fā)明的圖像形成裝置，其特征在于具備圖像形成裝置本體；和設(shè)置在圖像形成裝置本體內(nèi)部的本發(fā)明所述的定影裝置。
根據(jù)本發(fā)明的圖像形成裝置，可以提供能夠更有效地利用能量的圖像形成裝置。
“調(diào)色劑圖像形成裝置”是通過(guò)間接方式或直接方式在記錄介質(zhì)上形成圖像的裝置。而且，“間接方式”是指通過(guò)轉(zhuǎn)印而形成圖像的方式。
作為圖像形成裝置，例如適合使用電子照相復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)等。
作為記錄介質(zhì)，例如可以使用轉(zhuǎn)印材料、印刷紙、電子傳真紙、靜電記錄紙等。


圖1是表示本發(fā)明的感應(yīng)加熱輥裝置的第1實(shí)施方案的立體圖和側(cè)視圖。
圖2是表示本發(fā)明的感應(yīng)加熱輥裝置的第1實(shí)施方案的電路圖。
圖3是表示本發(fā)明的感應(yīng)加熱輥裝置的第2實(shí)施方案的立體圖。
圖4是表示本發(fā)明的感應(yīng)加熱輥裝置中加熱輥與感應(yīng)線圈的外徑比和電力傳輸效率的關(guān)系的圖表。
圖5是表示本發(fā)明的定影裝置的一個(gè)實(shí)施方案的縱剖面圖。
圖6是作為本發(fā)明的圖像形成裝置的一個(gè)實(shí)施方案的復(fù)印機(jī)的示意性剖面圖。
感應(yīng)加熱輥裝置的第1實(shí)施方案圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方案涉及的感應(yīng)加熱輥裝置10的感應(yīng)線圈wp和加熱輥HR的立體圖和側(cè)視圖。
感應(yīng)線圈wp由被絕緣被覆的導(dǎo)線構(gòu)成，構(gòu)成為纏繞在絕緣性材料的骨架CB上。這里，r為感應(yīng)線圈wp的外徑(直徑)。
加熱輥HR具備輥基體B、第1金屬被覆膜ws和第2金屬被覆膜ns。
輥基體B由Fe鑄鐵制的圓筒體構(gòu)成，例如外徑為30mm，壁厚為1mm，長(zhǎng)300mm。
第1金屬被覆膜ws，構(gòu)成利用金屬電鍍形成的幾十μm厚的Cu膜形成的薄膜形狀的圓筒狀的單匝的次級(jí)線圈，在輥基體B的外表面上，大致上遍及軸長(zhǎng)方向的整個(gè)有效長(zhǎng)度地被配置。并且，設(shè)定第1金屬被覆膜ws的厚度以使加熱輥HR的圓周方向的次級(jí)側(cè)電阻R的值為與次級(jí)電抗大致上相等的1Ω。由于感應(yīng)線圈wp的磁場(chǎng)感生的次級(jí)電流在圓周方向流動(dòng)，第1金屬被覆膜ws發(fā)熱從而溫度上升。
第2金屬被覆膜ns由利用電鍍形成的幾十μm厚的Zn形成，被覆在第1金屬被覆膜ws的整個(gè)表面上。并且，設(shè)定輥基體B和第2金屬被覆膜ns的次級(jí)側(cè)電阻值與次級(jí)電抗相比具有較大的偏差值。
此處，R是加熱輥HR的外徑(直徑)。并且，第1金屬被覆膜ws、第2金屬被覆膜ns的厚度事實(shí)上可以忽略。
并且，由于旋轉(zhuǎn)用的軸承結(jié)構(gòu)允許為已知的構(gòu)成，故省略圖示。
圖2是表示本發(fā)明的感應(yīng)加熱輥裝置的第1實(shí)施方案的電路圖。
在本圖中，AC為低頻交流電源，HFG為高頻交流電源，wp為感應(yīng)線圈，HR為加熱輥。
低頻交流電源AC由100V的商用交流電源構(gòu)成。
高頻交流電源HFG具備噪聲濾波器NF、全波整流電路FRC、平滑電容C1和半橋形高頻發(fā)生器HFI。
噪聲濾波器NF吸收由高頻發(fā)生器HFI的開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的高頻噪聲，防止其向低頻交流電源AC側(cè)流出。
全波整流電路FRC將低頻交流整流以輸出脈動(dòng)直流。
平滑電容C1將脈動(dòng)直流轉(zhuǎn)換為平滑直流。
半橋形的高頻發(fā)生器HFI具備一對(duì)開(kāi)關(guān)裝置Q1、Q2；一對(duì)電容C2、C3；及構(gòu)成串聯(lián)諧振電路的電感L1和電容C4。一對(duì)開(kāi)關(guān)裝置Q1、Q2由MOSFET構(gòu)成，串聯(lián)連接在平滑電容C1的兩端。一對(duì)電容C2、C3并聯(lián)連接在開(kāi)關(guān)裝置Q1、Q2上。電感L1和電容C4在開(kāi)關(guān)裝置Q1、Q2兩端負(fù)載并串聯(lián)連接從而構(gòu)成串聯(lián)諧振電路。
感應(yīng)線圈wp在布線對(duì)WT之間與電容C5并聯(lián)連接。
加熱輥HR具有與次級(jí)線圈ws等價(jià)的次級(jí)側(cè)電阻Ra。
在高頻發(fā)生器HFI中，在開(kāi)關(guān)裝置Q2的兩端之間出現(xiàn)2.6MHz的高頻交流輸出，通過(guò)電感L1和電容C4的串聯(lián)諧振電路來(lái)形成2.6MHz的正弦波的高頻交流電壓，并施加在感應(yīng)線圈上。由于電容C5與感應(yīng)線圈wp并聯(lián)連接，故感應(yīng)線圈wp的功率因數(shù)被改善。
感應(yīng)加熱輥裝置的第2實(shí)施方案圖3是表示本發(fā)明的感應(yīng)加熱輥裝置的第2實(shí)施方案的立體圖。
在本實(shí)施方案中，感應(yīng)線圈由絕緣性材料的骨架CB上的多個(gè)感應(yīng)線圈wp1～wp3構(gòu)成。從電源并聯(lián)地向感應(yīng)線圈wp1～wp3供給電流。
另外，由于與第1實(shí)施方案沒(méi)有較大的變動(dòng)，故省略說(shuō)明。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖4是表示在本發(fā)明的感應(yīng)加熱輥裝置10中，感應(yīng)線圈wp的外徑r與加熱輥HR的外徑R之比(外徑比r/R)和電力傳輸效率η的關(guān)系的圖表。
電力傳輸效率η表示從外部輸入的用于加熱的加熱輥的電力(此處為向感應(yīng)線圈wp供給的電力)與加熱輥HR接收的電力(加熱輥的發(fā)熱所消耗的電力)之比。
電力傳輸效率η不斷增大直至外徑比不滿0.7，外徑比在0.7以上時(shí)電力傳輸效率η大致為95％左右，接近恒定狀態(tài)。即，如果用加熱輥的外徑R與感應(yīng)線圈wp的外徑r之比來(lái)表示的話，大約1.43成為外徑比的一個(gè)界限值。
如果將該結(jié)果與其他方式相比較，一般利用鹵素?zé)舻妮椛浼訜岱绞綍r(shí)為70％，利用渦流耗損方式時(shí)為85％左右，判斷出與其他方式相比，還是本實(shí)施方案中利用的變壓器耦合方式的優(yōu)異。
定影裝置圖5是表示本發(fā)明的定影裝置的一個(gè)實(shí)施方案的縱剖面圖。
在本圖中，21是感應(yīng)加熱輥裝置，22是加壓輥，23是記錄介質(zhì)，24是調(diào)色劑，25是架臺(tái)。并且，對(duì)于與圖1相同的部分則賦予相同的符號(hào)。
感應(yīng)加熱輥裝置21可以使用上述任何一個(gè)實(shí)施方案。
加壓輥22與感應(yīng)加熱輥裝置21的加熱輥HR具有壓接關(guān)系地被配置，并在兩者間一邊擠壓傳送記錄介質(zhì)23，一邊將其輸送。
記錄介質(zhì)23的表面由于附著有調(diào)色劑24而形成圖像。
按照固定的位置關(guān)系將上述的各個(gè)構(gòu)成元件(記錄介質(zhì)23除外)裝設(shè)在架臺(tái)25上。
定影裝置，在附著調(diào)色劑24形成圖像的記錄介質(zhì)23插入感應(yīng)加熱輥裝置21的加熱輥HR與加壓輥22之間傳送的同時(shí)，接收加熱輥HR的熱量，對(duì)調(diào)色劑24進(jìn)行加熱熔融和熱定影。
圖像形成裝置圖6是作為本發(fā)明的圖像形成裝置的一個(gè)實(shí)施方案的復(fù)印機(jī)的示意性剖面圖。
在本圖中，31是讀取裝置，32是圖像形成裝置，33是定影裝置，34是圖像形成裝置外殼。
讀取裝置31利用光學(xué)讀取原稿并形成圖像信號(hào)。
圖像形成裝置32，根據(jù)圖像信號(hào)在感光鼓32a上形成靜電潛像，通過(guò)在該靜電潛像上附著調(diào)色劑(toner)形成反轉(zhuǎn)圖像，然后再將其轉(zhuǎn)印到紙等記錄介質(zhì)上形成圖像。
定影裝置33具有如圖5所示的結(jié)構(gòu)，通過(guò)將記錄介質(zhì)附著的調(diào)色劑加熱熔融來(lái)進(jìn)行熱定影。
圖像形成裝置外殼34在收納上述各裝置及裝置32～33的同時(shí)，設(shè)有輸送裝置、電源裝置及控制裝置等。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，具備中空的加熱輥；和外徑為加熱輥外徑的0.7倍以上，被插入加熱輥的內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)由產(chǎn)生的磁場(chǎng)與加熱輥交鏈在加熱輥上感生的感應(yīng)電流，使加熱輥發(fā)熱的感應(yīng)線圈。
2.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，所說(shuō)的加熱輥的外徑為20～60mm。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，所說(shuō)的加熱輥的外徑為30～40mm。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，所說(shuō)的加熱輥具備纏繞在其旋轉(zhuǎn)軸周圍的次級(jí)線圈，所說(shuō)的感應(yīng)線圈纏繞在加熱輥的旋轉(zhuǎn)軸的周圍的同時(shí)沿旋轉(zhuǎn)軸分散配置。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，在加熱輥的內(nèi)表面與感應(yīng)線圈的外表面之間存在有微小的間隙。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，所說(shuō)的加熱輥是通過(guò)與感應(yīng)線圈之間空芯變壓器耦合而進(jìn)行發(fā)熱的。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，具備向感應(yīng)線圈施加高頻交流電壓的高頻交流電源。
8.一種感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，具備具備纏繞在旋轉(zhuǎn)軸周圍的次級(jí)線圈的中空加熱輥；和纏繞在加熱輥的旋轉(zhuǎn)軸周圍且沿旋轉(zhuǎn)軸分散配置的，外徑為加熱輥外徑的0.7倍以上的，被插入到加熱輥內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)由產(chǎn)生的磁場(chǎng)與加熱輥的次級(jí)線圈交鏈，在次級(jí)線圈上感生的感應(yīng)電流使加熱輥發(fā)熱的感應(yīng)線圈。
9.如權(quán)利要求8所述的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，所說(shuō)的加熱輥的外徑為20～60mm。
10.如權(quán)利要求8或9所述的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，所說(shuō)的加熱輥的外徑為30～40mm。
11.如權(quán)利要求8～10中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，在加熱輥的內(nèi)表面與感應(yīng)線圈的外表面之間存在有微小的間隙。
12.如權(quán)利要求8～11中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，所說(shuō)的加熱輥是通過(guò)與感應(yīng)線圈之間空芯變壓器耦合而進(jìn)行發(fā)熱的。
13.如權(quán)利要求8～12中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)加熱輥裝置，其特征在于，具備向感應(yīng)線圈施加高頻交流電壓的高頻交流電源。
14.一種定影裝置，其特征在于具備權(quán)利要求1～13中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)加熱輥裝置；和與上述感應(yīng)加熱輥裝置的加熱輥對(duì)向配置的加壓輥。
15.一種圖像形成裝置，其特征在于具備圖像形成裝置本體；和設(shè)置在形成裝置本體內(nèi)部的權(quán)利要求14中所述的定影裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以更有效地向加熱輥供給電力的感應(yīng)加熱輥裝置、使用該感應(yīng)加熱輥裝置的定影裝置和圖像形成裝置。該感應(yīng)加熱輥裝置具備外徑為加熱輥的外徑的0.7倍以上的感應(yīng)線圈；和被同軸地配置于上述感應(yīng)線圈外側(cè)，由該感應(yīng)線圈的磁場(chǎng)感生的感應(yīng)電流發(fā)熱的加熱輥。通過(guò)使感應(yīng)線圈的外徑相對(duì)于加熱輥外徑之比基本為0.7倍以上，可以非常有效地從感應(yīng)線圈向加熱輥傳輸電力。
文檔編號(hào)H05B6/14GK1455304SQ0312245
公開(kāi)日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2003年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月30日
發(fā)明者小笠原崇行, 橫關(guān)一郎, 田中貴章 申請(qǐng)人:哈利盛東芝照明株式會(huì)社