专利名称：图像加热装置及其内使用的传送辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适合用作安装在复印机或者打印机内的定影装置的图像加热装置以及一种用于这种装置的传送辊，该复印机或者打印机采用电子照相记录方法或者静电记录方法的记录技术。
背景技术：
采用电子照相方法的复印机或者打印机装备了用于热定影形成在记录材料上的调色剂图像的定影装置。现有的这种定影装置有几种类型，例如热辊类型，利用内部卤素灯加热的定影辊和压力辊夹紧并传送记录材料，以对其进行热定影；按需式(on-demand)类型(也称为膜加热类型)，陶瓷加热器接触由耐热树脂或者金属形成的挠性套(定影膜或者定影带)的内表面，然后，陶瓷加热器与压力辊形成的定影辊隙部分加热记录材料；电磁感应加热类型，接触记录材料的旋转部件本身产生热。在这些类型中的任何一种类型中，定影辊(或者加热器)与压力辊之间形成的定影辊隙部分夹紧并传送记录材料，从而热定影其上的调色剂图像。
如果采用普通纸作为记录材料，则需要在定影步骤期间，防止形成折皱。普通纸上形成折皱的本质原因是过量供热使纸纤维发生收缩。作为对抗这种现象的措施，已知一种采用倒拱形(inverted crown shape)定影辊或者压力辊(下面将这种辊总称为传送辊)的方法，在该倒拱形上，在纵向，直径从中心部分向两端部分逐渐增大。例如，传送辊具有在纵向具有均匀直径的金属芯，以及围绕该金属芯设置、且其厚度在纵向向其端部逐渐增大的弹性层，在定影步骤期间，传送辊产生拉伸普通纸的力，从而抑制该普通纸上形成折皱。
然而，在普通定影装置上，为了形成定影辊隙部分，例如，利用弹簧在定影加热器(或者加热器)一端与压力辊一端之间施加压力，而且还在定影加热器(或者加热器)的另一端与压力辊的另一端之间施加压力。由于通过在该装置的两端分别施加压力形成辊隙部分，所以即使该辊是金属芯，该辊本身也显示某种程度的弯曲，因此，位于该辊纵向中心部分的定影辊隙比两端部分的定影辊隙窄，所以趋向于导致压力不足。此外，如果采用如上所述的倒拱形轮廓的传送辊，则在该辊纵向中心部分趋向于进一步导致压力不足，从而导致定影故障，或者调色剂偏移。
另一方面，根据打印机的工作状况，不在内部设置热源的压力辊趋向于显示温度变化。例如，在持续在多个记录材料上进行打印的连续打印操作中，记录材料带走大量热量，因此，压力辊的温度不变得非常高(例如，约80-90℃)。相反，在前面的记录材料与后续记录材料具有长间隔的断续打印操作中，在该间隔期间由定影辊(加热器)提供的热量变得更大，因此压力辊趋向于呈现高温(例如，约140-150℃)。调色剂图像的定影特性受对其施加的热量和压力的影响，在由于热量传递到记录材料而使压力辊具有低温的连续打印操作中，趋向于产生定影故障和调色剂偏移，而且调色剂图像趋向于变低。相反，在断续打印操作中，即使对该辊的纵向中心部分施加的压力不足，因为压力辊具有高温，也不象在连续打印操作中那样产生定影故障或者调色剂偏移。
因此，仅采用倒拱形压力辊结构可以抑制在记录材料上产生折皱，但是可能不一定满足定影特性，非常难以实现既能够抑制折皱同时又能够满足定影特性。因此，想到采用锥形金属芯，在该锥形金属芯上，从纵向中心部分到两端部分，直径逐渐变小，而且以压力辊在室温下(约10-30℃)具有直轮廓或者倒拱形轮廓的方式提供弹性层(请参考图11和第H09-152803号日本专利申请公开)。此外，图9示出采用锥形金属芯而且在室温状态下具有倒拱形轮廓的压力辊在热膨胀状态下的轮廓。此外，图10示出采用锥形金属芯而且在室温状态下具有直轮廓的压力辊在热膨胀状态下的轮廓。
即使在室温状态下具有直轮廓或者稍许倒拱形轮廓，但是其两端部分的弹性层的厚度仍很厚的这种压力辊，因为压力辊处于高温状态下(约140-150℃)时弹性层的热膨胀而呈现适当的倒拱形，并因此可以抑制在高温下趋向于在普通纸上产生的折皱。此外，因为在经常发生定影故障的约80-90℃的温度显示较小倒拱形，所以可以抑制该辊纵向中心部分的压力减小，可以在一定程度上降低压力辊处于80-90℃的温度范围内时经常发生的定影故障或者调色剂偏移。
然而，由于这种压力辊的金属芯从纵向中心线向两端是锥形的，所以其整个面积上的弹性层的厚度从纵向中心线向两端显示单调升高。换句话说，金属芯在纵向中心部分没有直径均匀的区域，而且弹性层在纵向中心部分也没有厚度均匀的区域。因此，在热膨胀时，弹性层呈现V形截面，在中心部分具有凹陷底部(请参考图9和10)，而且因为存在这种局部凹陷形状，不能充分抑制定影故障和调色剂偏移。
此外，在膜加热类型的热定影装置中，用于检测加热器的温度的温度检测单元设置在加热器的背面，与压力辊的纵向中心部分对应，而根据这样检测的温度，对该加热器进行供电控制。因此，如果如上所述，在压力辊的中心部分形成局部凹形，则压力辊的中心部分通过定影膜从加热器带走的热量较少，因此，加热器中心部分的温度趋向于升高。因为该原因，温度检测单元趋向于显示较高的检测温度，因此，使加热器保持在比实际要求的控制温度低的温度，并导致定影故障。
发明内容
本发明是有鉴于上述情况作出的，其一个目的在于提供一种可以抑制在记录材料上产生折皱，同时可以防止图像加热发生故障的图像加热装置，以及一种适用于这种装置的传送辊。
本发明的另一个目的在于提供一种图像加热装置，用于加热形成在记录材料上的图像，包括传送辊，用于传送记录材料，所述传送辊包括金属芯和设置在所述金属芯外部的弹性层；其中，所述金属芯包括直形区域，位于纵向中心部分，沿纵向具有基本均匀的直径；以及锥形区域，位于该直形区域的两侧，在该锥形区域上，直径在纵向向两端逐渐减小；以及其中，所述弹性层包括直形区域，位于纵向中心部分，沿纵向具有基本均匀的直径；以及倒拱形区域，位于该直形区域的两侧，在该倒拱形区域上，直径在纵向向两端逐渐增大。
本发明所述的图像加热装置，对应于所述金属芯的直形区域的所述弹性层具有基本均匀的厚度；以及对应于所述金属芯的锥形区域的所述弹性层的厚度在纵向向端部逐渐增大。
本发明所述的图像加热装置，在所述传送辊被冷却的状态下，所述传送辊在表面具有对应于所述金属芯的锥形区域的凹陷。
本发明所述的图像加热装置，在所述弹性层被热膨胀的状态下，所述凹陷消失。
本发明所述的图像加热装置，在所述弹性层处于热膨胀状态下弹性层的直形区域沿纵向的长度，比所述传送辊处于冷却状态下弹性层的直形区域沿纵向的长度长。
本发明所述的图像加热装置，所述金属芯的锥形区域的直径以一次函数的方式减小，所述弹性层的倒拱形区域的直径以二次函数的方式增大。
本发明所述的图像加热装置，所述传送辊进一步包括表面树脂层。
本发明所述的图像加热装置，所述传送辊用作压力辊。
本发明所述的图像加热装置，进一步包括加热器；挠性套，在其内表面接触所述加热器旋转；温度检测元件，用于检测所述加热器的温度；以及控制装置，以使所述温度检测元件检测到的温度保持在设定温度的方式，控制对所述加热器的电流供给；其中，所述加热器和所述压力辊通过所述挠性套形成用于传送记录材料的辊隙部分，并且将所述温度检测元件设置在所述金属芯的直形区域上。
本发明的又一目的在于提供一种传送辊，用于图像加热装置，该图像加热装置用于夹紧和传送记录材料，从而加热其上的图像，包括金属芯以及弹性层，设置在所述金属芯的外部；其中，所述金属芯包括直形区域，位于纵向中心部分，沿纵向具有基本均匀的直径；以及锥形区域，位于该直形区域的两侧，在该锥形区域上，直径在纵向向两端逐渐减小；以及其中，所述弹性层包括直形区域，位于纵向中心部分，沿纵向具有基本均匀的直径；以及倒拱形区域，位于该直形区域的两侧，在该倒拱形区域上，直径在纵向向两端逐渐增大。
本发明所述的传送辊，对应于所述金属芯的直形区域的所述弹性层具有基本均匀的厚度；以及对应于所述金属芯的锥形区域的所述弹性层的厚度在纵向向端部逐渐增大。
本发明所述的传送辊，在所述传送辊被冷却的状态下，所述传送辊在表面上具有对应于所述金属芯的锥形区域的凹陷。
本发明所述的传送辊，在所述弹性层被热膨胀的状态下，所述凹陷消失。
本发明所述的传送辊，所述金属芯的锥形区域的直径以一次函数的方式减小，所述弹性层的倒拱形区域的直径以二次函数的方式增大。
本发明所述的传送辊，所述金属芯的锥形区域的直径以一次函数的方式减小，所述弹性层的倒拱形区域的直径以二次函数的方式增大。
本发明所述的传送辊，所述传送辊进一步包括表面树脂层。
本发明所述的传送辊，所述传送辊是压力辊。
根据下面结合附图所做的详细说明，更容易全面理解本发明的其它目的。
图1是设置了本发明的图像加热装置的电子照相成像装置的剖视图；图2是热定影装置的剖视图；图3是压力辊的剖视图；图4是压力辊的金属芯的侧视图；图5是示出位于用于模制橡胶材料的金属模内的金属芯的安装状态的侧视图；图6是示出在室温状态下和高温状态下压力辊的纵向外部轮廓的图(实施例1)；图7是第二实施例的压力辊的剖视图；图8是示出在室温状态下和高温状态下压力辊的纵向外部轮廓的图(实施例2)；图9是示出在室温状态下和高温状态下，在室温状态下具有倒拱形轮廓的压力辊的外部轮廓的图；图10是示出在室温状态下和高温状态下，在室温状态下具有直轮廓的压力辊的外部轮廓的图；图11是具有锥形金属芯的现有压力辊的剖视图；以及图12是用于将第一实施例的压力辊处于高温状态的截面形状与处于低温状态的截面形状进行比较的示意图。
具体实施例方式
第一实施例下面将参考
本发明的传送辊的第一实施例，以及装备了设置有这种传送辊的热定影装置(图像加热装置)的成像装置。本实施例采用成像装置，该成像装置具有对应于LTR大小(在垂直于记录材料的传送方向具有216mm宽度)的记录材料最大可传送宽度(以下称为最大纸张宽度)，而且该成像装置是所谓中心基准型的，其中在该垂直方向上的长度的中心设置传送操作的基准位置。
成像装置M首先，参考图1说明作为成像装置的例子的激光打印机(下面称为成像装置)的配置。图1示出成像装置的配置。
图1所示的成像装置设置了用作图像承载部件的鼓形电子照相感光部件(下面被称为感光鼓)1。感光鼓1可旋转地支承在该装置的主体M内，而且利用驱动装置(未示出)使它以方向R1以预定处理速度旋转。围绕该感光鼓1并沿其旋转方向，设置充电辊(充电装置)2、曝光装置3、显影装置4、转印辊(转印装置)5以及清洁装置6。在本实施例中，感光鼓1、充电辊2、曝光装置3、显影装置4以及转印辊5构成成像装置。
此外，在该装置的主体M的下部，设置含有诸如纸的片形记录材料P的输纸盒7，沿记录材料P的传送通路而且以从上游侧开始的顺序，顺序设置输纸辊15、传送辊8、上部传感器9、传送导向部件10、根据本发明的热定影装置11、排出传感器29、传送辊12、排出辊13以及排出盘14。
下面将说明具有上述结构的成像装置的功能。充电辊2以预定极性的预定电压，对由驱动装置(未示出)使其以方向R旋转的感光鼓1进行均匀充电。诸如激光光学系统的曝光装置3利用激光L，根据图像信息对充电之后的感光鼓1进行表面曝光，从而消散曝光部分的电荷，以形成静电潜像。
显影装置4显影该静电潜像。显影装置4设置了显影辊4a，对该显影辊4a施加偏压，以使调色剂沉积在感光鼓1上的静电潜像上，从而显影调色剂图像(可见图像)。转印辊5将该调色剂图像转印到诸如纸的记录材料P上。
记录材料P容纳在输纸盒7内，然后，被输纸辊15输送、被传送辊8传送并通过上部传感器9传送到感光鼓1与转印辊5之间的转印辊隙部分。在该运行过程中，上部传感器9检测到记录材料P的前端，因此，记录材料P与感光鼓1上调色剂图像同步。对转印辊5施加偏压，从而将调色剂图像从感光鼓1转印到记录材料P上的预定位置。
记录材料P承载利用转印操作转印到表面上的未定影调色剂图像，沿传送导向部件10，将该记录材料10传送到热定影装置11，在热定影装置11内，对该未定影的调色剂图像加热、加压，从而使它定影到记录材料P的表面上。下面，将更详细说明热定影装置11。
传送辊12传送定影有调色剂图像的记录材料P，然后，排出辊13将该记录材料P排出到排出盘14上，该排出盘14设置在该装置的主体M的上表面上。
另一方面，在转印完调色剂图像的感光鼓1上，利用清洁装置6的清洁刮板6a除去未转印到记录材料P上而残留在表面上的剩余调色剂，从而用于下一次成像。
通过重复上面的操作，可以连续进行成像。
热定影装置(图像加热装置)11下面将参考图2说明本发明的热定影装置11的例子。图2示出沿记录材料P的传送方向(箭头K所示所示的)的剖视图。图2所示的热定影装置是采用压力辊驱动方法的定影装置，在该压力辊驱动方法中，压力辊驱动定影膜。
定影装置11的主要构件包括陶瓷加热器(以下称为加热器)20，用作用于加热调色剂的加热部件；定影膜25，用作围绕加热器的挠性套；压力辊26，用作传送辊，与定影膜25接触；以及温度控制装置27，用于控制加热器20的温度。
通过定影膜25，加热器20和压力辊26互相挤压，因此，形成定影辊隙部分N。以箭头R26所示的逆时针方向驱动压力辊26，从而利用压力辊26和定影膜25在定影辊隙部分N的接触摩擦力，对定影膜25施加旋转力。这种旋转力使定影膜25在滑动接触加热器20的下表面的情况下，以顺时针方向旋转，如箭头R25所示。
然后，将电力送到加热器20，以使其温度升高，从而将温度控制到预定温度。在这种情况下，在定影辊隙部分N，承载未定影的调色剂图像T的记录材料P插入定影膜25与压力辊26之间。在定影辊隙部分N，记录材料P的调色剂图像承载面接触定影膜25的外表面，并在定影辊隙部分N与定影膜25一起被夹紧、传送。在这种夹紧传送过程中，通过定影膜25，加热器20的热量传递到记录材料P，从而将记录材料P上的未定影调色剂图像加热、压到记录材料P上，然后熔融并定影在其上。通过该定影辊隙部分N的记录材料P，通过弯曲与定影膜25分离开。
加热器20通过在陶瓷衬底上连续形成发热部件和用于保护并绝缘该发热部件的玻璃涂层来构造加热器20，该发热部件是通过印制发热膏形成的。通过将功率控制交流电流送到加热器20上的发热部件，加热器20产生热。例如，由氮化铝或者氧化铝形成陶瓷衬底。如图3所示，在该陶瓷衬底的背面上，用于进行温度控制的热敏电阻(温度检测元件)21接触纵向的大致中心位置。加热器20在垂直于记录材料P的传送方向(箭头K所示的)的横向延伸，而且使其长度比记录材料P的宽度长。安装在热定影装置11上的加热器支架22的膜导向部分(未示出)支承加热器20。加热器支架22的膜导向部分是利用耐热树脂形成的半圆形部件，它还用作用于引导定影膜的旋转运动的引导部件，后面将做说明。
作为例子，本实施例采用通过在氮化铝的高绝缘衬底上丝网印制银钯合金作为发热部件，然后，喷涂玻璃涂层作为绝缘保护层，从而制备加热器20。
温度控制装置27温度控制装置27包括CPU 23，根据安装在加热器20背面的大致中心位置的温度检测元件(热敏电阻)21检测的温度，CPU 23控制双向可控硅24，从而控制送到加热器20的功率。
定影膜(挠性套)25定影膜25被成型为循环带(endless belt)，并宽松地安装在加热器20和加热器支架22上。压力辊26使定影膜25紧贴加热器20，因此，定影膜25的内周面接触加热器20的下表面。因此，通过使压力辊26以方向R26旋转，使定影膜25以方向R25旋转，同时以方向K传送记录材料P。
利用加热器支架22的膜导向部分，在定影膜25的两个侧边限制定影膜25，以使它不从加热器20的纵向脱离。此外，在定影膜25的内表面上，涂布润滑油，以减小与加热器20和加热器支架22的膜导向部分的滑动阻力。
本实施例的定影膜25是通过在圆柱形基管的表面(基层)上喷涂底层和脱模层形成的金属套。利用耐热金属或者诸如SUS(不锈钢)、Al、Ni、Cu或Zn的高导热率的合金，形成圆柱形基管(基层)。代替这种金属，定影膜还可以基于诸如聚酰亚胺的耐热树脂。通过在诸如PTFE、PFA或者FEP的树脂中混合用于调整阻力的填充剂，形成脱模层。例如，通过清洗定影膜的基层表面，然后，通过浸涂用作粘合剂的底层，之后浸涂脱模层，从而形成该涂层。
例如，本实施例采用40μm厚的SUS底层、5μm厚的导电底层以及10μm厚的中等阻力脱模层。
压力辊(传送辊)26通过在金属芯26a的外周面上设置诸如硅橡胶或者氟橡胶的耐热橡胶的弹性层26b，或者泡沫海绵的弹性层，形成压力辊26。弹性层26b的外周面接触定影膜25的外周面。跨越定影膜25，加热器20和压力辊26构成用于夹紧和传送记录材料的定影辊隙部分N。在定影辊隙部分N，这样选择压力辊26的旋转方向上的宽度(辊隙宽度)a，使之有利于将调色剂热压到记录材料P上。
此外，如图3所示，利用中心位置作为基准，本实施例的成像装置输送记录材料P。记录材料P的传送基准C与压力辊26在纵向的中心以及安装在加热器20的背面上的热敏电阻21的安装位置基本相同。
下面说明压力辊的金属芯和弹性层的形状。
如图4所示，金属芯26a具有直部分Sa(直形区域)，直径为ΦDc，该直径是最大固定直径，从虚拟中心线C沿纵向向两端的长度为Sa；以及锥形部分，其直径从直部分Sa的两端向金属芯的两端逐渐减小，该锥形部分两端的直径最小，为ΦDe。也就是说，金属芯26a具有在金属芯的中央部分沿纵向直径大致相等的直形区域，以及从直部分的两端沿纵向向金属芯的两端直径逐渐减小的锥形区域。
然后，通过说明用于成型压力辊的弹性层的金属模26d的形状、和用于模制围绕金属芯26a的弹性层的过程，说明压力辊的弹性层的形状。图5是其上安装了金属芯26a的金属模26d的剖视图。
如图5所示，金属模26d的内表面具有以纵向虚拟中心线C为中心线的直部分Sd，其长度为Sd，该长度Sd比金属芯26a的直部分(Sa)长、且至少能对称覆盖金属芯26a的直部分(Sa)。金属模26d还具有拱形，从直部分Sd的两端向两端呈二次函数。下面将做更详细说明，这样选择金属模26d的内表面的拱出的量，以使即使在压力辊26处于室温状态下，即弹性层26b处于收缩状态下，弹性层26b的两个端部相对于中心位置的直形区域仍具有预定的倒拱出的量。
如图5所示，将金属芯26a安装在金属模26d内，然后，以箭头所示的方向注入弹性材料的前驱物(precursor)，并通过加热(约100-130℃)固化该母体，以围绕金属芯形成弹性层26b。因此，刚模制之后，即弹性层处于高温状态下，弹性层26d的形状接近金属模26d的内表面的形状。高温状态下的弹性层呈现如图6中的虚线所示的表面形状。
在所构造的压力辊26上，构成弹性层26b的诸如硅橡胶的橡胶材料的膨胀与收缩特性取决于温度，在室温(23±5℃)和当因为连续打印操作而使压力辊的温度升高时的高温状态(100℃或者更高)下，所构造的压力辊26趋向于显示不同的外部轮廓。
下面将说明室温状态下，即在压力辊被冷却时，弹性层的形状。
在图6中，利用实线表示处于收缩状态下时压力辊在纵向的外部轮廓，即弹性层26b的表面形状。如图6中的实线所示，在纵向中心部分，它具有直部分(直形区域)Sb。在室温状态下，即在压力辊被冷却的状态下，弹性层表面上的直部分Sb与金属芯26a的直部分Sa几乎相同，或者稍许比金属芯26a的直部分Sa短。此外，该轮廓具有在直部分Sb的端部与对应于可以通过的最宽记录材料的端位置(边缘位置)的位置P(Pl在左侧，Pr在右侧)之间的点B(Bl在左侧，Br在右侧)具有最小外径的凹面形。该凹面形的最小外径(点B)的位置与金属模26d的直部分Sd的端部大致重合。
因为下面的原因，室温状态下的弹性层具有凹面形。
从图6可以看出，在高温状态下，对应于金属模26d的直形区域Sd的弹性层的直径(即，压力辊的直径)，在金属芯的直形区域Sa形成的部分和在金属芯的锥形区域形成的部分相同。此外，在金属芯26a的直形区域Sa形成的弹性层具有均匀厚度，而在金属芯26a的锥形区域形成的弹性层的厚度向端部逐渐增大。
在温度降低时，较厚的弹性层显示较大的收缩。因此，在温度降低时，与在金属芯26a的直形区域Sa相比，在锥形区域形成的较厚弹性层显示较大收缩。因此，当压力辊的温度降低时，在对应于金属模26d的直形区域Sd的弹性层内，金属模的直形区域Sa之外的弹性层的直径向压力辊的端部逐渐减小(第一现象)，从而产生了直径减小的区域。
另一方面，在从金属模26d的直形区域Sd到压力辊的端部Pr、Pl(更确切地说，到最大尺寸的记录材料的通过区域的端部)的金属模拱形部分上，这样形成金属模的内表面，以便即使在压力辊26处于低温状态下时，即在弹性层26b收缩时，相对于中心部分的直形区域，在弹性层26b的两个端部(位置Pr，Pl)仍获得预定的倒拱出的量。为了在室温状态下获得这种形状的弹性层，金属芯26a的直径向着端部线性减小，而金属模26d的内径以二次函数的曲线形式增大。因此，金属模26d的内径的增大大于因为弹性层26b的厚度向着压力辊的端部的增大而引起的收缩的增大。因此，各区域上从金属模26d的直形区域Sd的两端到压力辊的两端Pr、Pl的弹性层的直径向着压力辊的两端逐渐增大，而与其温度无关(第二现象)。
因为上述第一和第二现象，所以在处于室温状态下，即在被冷却时，压力辊26的表面上形成最小直径在点B(Br，Bl)的凹形部分。
另一方面，处于高温状态下的压力辊26的温度接近等于固化温度，如图6中的虚线所示。因为该原因，压力辊26在纵向具有接近金属模26d的形状的外部轮廓，而且室温时点B的凹形部分消失。因此，它在中心部分C具有长度基本等于金属模26d的中心直部分的长度Sd的直部分，以及其从这种直部分向两端的拱线为二次函数的倒拱形。
此外，由于压力辊26在纵向中心部分C具有直部分，而与弹性层26b的橡胶材料是否热膨胀无关，所以热敏电阻21可以始终位于加热器的背面(对着辊隙形成面)上，与压力辊26的直部分对应。
如上所述，本实施例的压力辊在高温状态下与在低温状态下具有不同的外部轮廓，而且图12概括说明了这种差别。从图12可以看出，本实施例的压力辊26包括金属芯26a和设置在金属芯26a的外部的弹性层26b。沿纵向，在纵向的中心部分，金属芯26a具有直径基本均匀的直形区域Sa，而且在直形区域Sa的两端，金属芯26a具有直径逐渐减小的锥形区域。此外，沿纵向，在纵向中心部分，弹性层26b具有与温度状态无关、直径基本均匀的直形区域，而且在该直形区域的两端，弹性层26b具有直径在纵向向两端逐渐增大的倒拱形区域。
此外，与金属芯的直形区域Sa对应的弹性层26b具有基本均匀的厚度，而与金属芯26a的锥形区域对应的弹性层26b在纵向向两端逐渐增大。
此外，当压力辊26处于冷却状态(室温状态)时，与金属芯26a的锥形区域对应的压力辊26的表面具有凹陷部分(凹形部分)，而当弹性层26b热膨胀(高温状态)时，这种凹形部分消失。
此外，在弹性层26的热膨胀状态下，弹性层26b的直形区域的纵向长度比压力辊26被冷却时直形区域Sb的纵向长。
作为本实施例采用的压力辊的基准值，图12也示出金属芯的直形区域上的弹性层的0.30mm的膨胀(收缩)、位于点B的弹性层的0.34mm的膨胀(收缩)、以及位于点P的弹性层的0.35mm的膨胀(收缩)。尽管位于点P的收缩大于位于其它两个点的收缩，但是因为金属模26d和金属芯26a的设计，该弹性层的直径比在该其它两个点的直径大。还可知，位于点B的弹性层的膨胀(收缩)大于金属芯的直形区域上的弹性层的膨胀(收缩)。
作为例子，本发明采用Pr与Pl之间的长度为216mm、在中心部分C的最大直径φDc为23mm、直部分的长度Sa为50mm以及两端(Pr，Pl)的最小直径φDe为21mm的铝金属芯26a。利用硅橡胶形成弹性层26b。在室温状态下，金属模26d具有长度Sd为100mm的中心直形部分和120μm的拱出的量(中心部分的内径与位于点P的内径的差值)。室温状态下的压力辊26具有30mm的平均直径、长度比金属芯的直部分Sa稍短的40mm的直部分Sb、60μm的构成倒拱出的量的外径差(ΔP-C)以及25μm的凹形点B与中心部分C之间的外径差(ΔB-C)。此外，在高温状态下，压力辊26具有30.4mm的平均直径、长度比金属模的直部分Sd稍短的80mm的直部分SB以及120μm的构成倒拱出的量的外径差，其中位于点B的凹形消失。
与现有例的比较实验对上述实施例的压力辊26(图6)，采用锥形金属芯、且在室温具有如图10和11所示的直轮廓的现有例1的压力辊，以及与现有例1相反、即使在室温状态下仍具有如图9所示的倒拱形的现有例2的压力辊，进行下面3项评价。此外，与不同打印速度(30ppm、40ppm)的打印机主体进行比较。
(A)对压力辊26表面上的调色剂累积进行评价在15℃/10％RH环境下，采用含有碳酸钙作为填充剂的纸Continental LX(IGEPA Ltd制造)，在50,000张纸上连续打印字符图形，然后，对压力辊以及第5,000张和第50,000张打印纸上的调色剂污斑进行评价。
(B)对纸折皱进行评价在32.5℃/80％RH环境下，采用薄纸Office Planner(Canon Inc.制造)，在500张纸上连续打印10mm间距的栅格图形，确认纸上折皱的产生。
(C)对定影特性进行评价在15℃/10％RH的环境下，采用草纸(rough surface)FoxRiver Bond #24(Fox River Paper Co.制造)，在500张纸上连续打印字符图形，然后，通过进行擦除测试(rubbing test)等，评价定影特性。
表1示出这些结果。在该表中，(+)表示满意，(±)表示实际可接受，(-)表示不可接受。
表1
根据这些结果可以确认，与现有例1和现有例2相比，通过进行适当温度控制，即使在升高打印速度时，本实施例的压力辊26仍可以在连续打印操作过程中防止调色剂累积在压力辊上、防止纸发生折皱而且可以实现稳定定影特性。
现有例1的压力辊对纸折皱的抑制能力低，因为在压力辊处于低温状态下时它不能形成倒拱形。
此外，在高温状态下，现有例2的压力辊在纵向中心部分具有大局部凹形部分，在定影辊隙，它在该中心凹形部分的压力比在其它部分的压力低，因此，在该中心凹形部分，从加热器接受的热量较少。因此，与其它部分相比，在热敏电阻位于其上的中心部分，加热器的温度较高，以致即使在以适当温度进行温度控制时，仍不能提供足够热量。因此，中心部分的定影特性恶化，而且发生调色剂累积，因为与其它部分相比，压力辊中心部分的温度降低。
相反，本发明的压力辊26在纵向中心部分具有直部分Sb，而与存在/不存在温度变化引起的弹性层26b的热膨胀无关，而且其内的金属芯还具有最大直径的直部分(Sa)。因此，在该定影辊隙，在中心直部分保持高压，而且在中心直部分，利用加热器20可以实现适当供热。这样，在热敏电阻21位于其上的中心直部分上，加热器的温度均匀，而且通过进行适当温度控制，加热器20可以提供要求的热量。
因此，可以获得要求的定影特性。此外，压力辊的中心直部分可以具有所需的均匀温度，从而避免在压力辊26上累积调色剂。此外，为了形成所谓倒拱形，与中心部分相比，对应于最大可通过纸尺寸的端部具有较大外径，从而防止在纸上产生折皱。
此外，由于在中心部分，金属芯26a具有直部分(Sa)，而且它向两端逐渐变细，所以压力辊26具有所谓倒拱形，其中因为例如在连续打印操作过程中，弹性层26b发生热膨胀，所以弹性层26b的较厚端部的直径比中心部分的直径大。因此，向两端的张力传递到在定影辊隙部分N夹紧并传送的记录材料P，从而避免在纸上产生折皱。
此外，通过在金属模26d内设置金属芯26a；以这样的方式使所形成的直部分的长度比金属芯26a的中心部分上的直部分长，以致在两个侧面金属模26d的直部分大于金属芯26a的直部分；以及在这种状态下进行模制操作，产生压力辊26。这样，可以确保在压力辊26的纵向中心部分形成直部分。
第二实施例
下面将参考
加压旋转部件、定影装置以及成像装置的第二实施例。在下面的说明中，利用相应的符号表示与第一实施例相同的构件，而且不重复说明它们。
本实施例的加压旋转部件、定影装置以及成像装置采用图7所示的压力辊36代替第一实施例中的压力辊26。
对图7所示的压力辊37设置脱模层36c，以覆盖设置在金属芯26a上的弹性层26b。利用诸如PFA、PTFE或者FEP的氟树脂形成脱模层36c。在纸张通过耐久试验中，有了这种脱模层36c可以增大防止表面磨损的裕度，而且还可以增大防止上述累积转印调色剂的裕度，因为改进的脱模特性。
例如，与在第一实施例中相同，本实施例采用在中心部分C的最大直径φDc为23mm、直部分的长度Sa为50mm以及两端的最小直径φDe为21mm的铝金属芯26a。利用硅橡胶形成弹性层26b。金属模26d具有长度Sd为100mm的中心直部分和120μm的拱出的量。利用厚度为50μm的PFA无缝管形成脱模层36c。例如，通过在模制弹性层26b时事先在金属模26d内设置脱模层，或者在固化步骤之后将该脱模层贴合在弹性层26b上，可以将脱模层36c设置在弹性层26b上，但是这种例子是非限制性的。
图8示出在室温状态和高温状态下，具有上述结构的压力辊36的纵向外部轮廓。
如图8所示，室温状态下的压力辊36具有30mm的平均直径、长度为40mm的直部分Sb、50μm的构成倒拱出的量的外径差(ΔP-C)、以及15μm的凹形点B与中心部分C之间的外径差(ΔB-C)。此外，在高温状态下，压力辊26具有30.4mm的平均直径、长度为80mm的直部分Sb、以及100μm的构成倒拱出的量的外径差，其中位于点B的凹形消失。
与第一实施例相比，因为存在脱模层36c，本实施例的弹性层26b热膨胀或收缩的外径变化显出稍许不同。在本实施例中存在的脱模层，趋向于减小外径的变化。然而，在高温状态下，点B的凹形消失，从而实现与第一实施例的效果相同的效果，而且通过附加脱模层36c，还改善了脱模特性，因此，可以进一步提高防止调色剂累积的裕度。
比较例在打印速度为50ppm的主体内，对上述本实施例(图8)的压力辊36和第一实施例的压力辊26(图6)进行下面3项评价。
(A)对压力辊26表面上的调色剂累积进行评价在15℃/10％RH环境下，采用含有碳酸钙作为填充剂的纸Continental LX(IGEPA Ltd制造)，连续打印字符图形，然后，对压力辊上以及第50,000张和第300,000张打印纸上的调色剂污斑进行评价。
(B)对纸折皱进行评价在32.5℃/80％RH环境下，采用薄纸Office Planner(Canon Inc.制造)，在500张纸上连续打印10mm间距的栅格图形，确认纸上折皱的产生。
(C)对定影特性进行评价在15℃/10％RH的环境下，采用草纸(rough surfacepaper)Fox River Bond #24(Fox River Paper Co.制造)，在500张纸上连续打印字符图形，然后，通过进行擦除测试(rubbing test)等，评价定影特性。
表2示出这些结果。在该表中，(+)表示满意，(±)表示实际可接受，(-)表示不可接受。
根据这些结果可以确认，与第一实施例相比，通过进行适当温度控制，即使在进一步升高打印速度和具有更长的使用期限时，本实施例的压力辊36仍可以在连续打印操作过程中防止调色剂累积在压力辊上、防止纸发生折皱而且可以实现稳定定影特性。
表2
在第一实施例的压力辊26上，压力辊的温度不因为进一步提高打印速度而升高，因此，利用辊子的形状防止调色剂累积只能达到某个极限，在延长的纸张通过耐久试验中，因为纸面产生的磨损，使辊面粗糙，从而导致调色剂累积。
另一方面，除了在第一实施例中解释的形状的作用外，通过附加脱模层36c，本实施例的压力辊36的辊面还具有改进的脱模特性，因此，减少了从定影膜转移到压力辊上的调色剂量，而且纸张通过耐久试验中使辊面产生的粗糙很小，因此，可以防止调色剂累积在压力辊上。
以压力辊的金属芯和金属模的形状为例，对第一和第二实施例进行了说明。因此，本发明并不特别局限于形状，只要压力辊纵向的外部轮廓具有位于中心部分的直部分，和在中心直部分的各端与最大可通过尺寸的纸的各端之间具有凹形即可。
上面说明的膜加热方法中的热定影装置是加压旋转部件类型，但也可以是将驱动辊设置在循环定影膜的内周面上、并在拉力作用下驱动的膜类型。它还可以是将该膜构造为以滚动运动(running motion)方式驱动的滚压卷筒(rolled web)类型。
本实施例的热定影装置并不局限于膜加热类型，例如，它还可以是利用加热部件与加压旋转部件之间的辊隙夹紧并传送图像承载记录材料，从而对该记录材料上的图像进行加热的加热辊类型。
此外，加热器并不局限于陶瓷加热器，它还可以是电磁感应发热部件，例如铁板。例如，可以采用其中将诸如铁板的电磁感应发热部件作为加热器设置在定影辊隙部分，并对它施加利用磁性线圈和磁心作为AC磁通生成装置产生的高频磁场，从而发热的结构。此外，还可以采用利用电磁感应发热部件构造本身作为运动部件的膜，并利用AC磁通生成装置发热的结构。
此外，本发明的热定影装置不仅可以应用于将未定影图像永久热定影到记录材料上的定影装置，而且可以应用于将未定影图像临时定影到记录材料上的加热装置，或者用于再加热图像承载记录材料，从而改善图像的诸如光泽的表面特性的加热装置。
此外，该成像装置的成像方法并不局限于电子照相方法，而且可以是静电记录方法，或者磁记录方法，而且还可以是转印处理或者直印处理(direct process)。
本发明并不局限于上述实施例，而应包括属于该技术概念的所有修改。
权利要求
1.一种图像加热装置，用于加热形成在记录材料上的图像，其特征在于包括传送辊，用于传送记录材料，所述传送辊包括金属芯和设置在所述金属芯外部的弹性层；其中，所述金属芯包括直形区域，位于纵向中心部分，沿纵向具有基本均匀的直径；以及锥形区域，位于该直形区域的两侧，在该锥形区域上，直径在纵向向两端逐渐减小；以及其中，所述弹性层包括直形区域，位于纵向中心部分，沿纵向具有基本均匀的直径；以及倒拱形区域，位于该直形区域的两侧，在该倒拱形区域上，直径在纵向向两端逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的图像加热装置，其特征在于对应于所述金属芯的直形区域的所述弹性层具有基本均匀的厚度；以及对应于所述金属芯的锥形区域的所述弹性层的厚度在纵向向端部逐渐增大。
3.根据权利要求1所述的图像加热装置，其特征在于在所述传送辊被冷却的状态下，所述传送辊在表面具有对应于所述金属芯的锥形区域的凹陷。
4.根据权利要求3所述的图像加热装置，其特征在于在所述弹性层被热膨胀的状态下，所述凹陷消失。
5.根据权利要求1所述的图像加热装置，其特征在于在所述弹性层处于热膨胀状态下弹性层的直形区域沿纵向的长度，比所述传送辊处于冷却状态下弹性层的直形区域沿纵向的长度长。
6.根据权利要求1所述的图像加热装置，其特征在于所述金属芯的锥形区域的直径以一次函数的方式减小，所述弹性层的倒拱形区域的直径以二次函数的方式增大。
7.根据权利要求1所述的图像加热装置，其特征在于所述传送辊进一步包括表面树脂层。
8.根据权利要求1所述的图像加热装置，其特征在于所述传送辊用作压力辊。
9.根据权利要求8所述的图像加热装置，其特征在于进一步包括加热器；挠性套，在其内表面接触所述加热器旋转；温度检测元件，用于检测所述加热器的温度；以及控制装置，以使所述温度检测元件检测到的温度保持在设定温度的方式，控制对所述加热器的电流供给；其中，所述加热器和所述压力辊通过所述挠性套形成用于传送记录材料的辊隙部分，并且将所述温度检测元件设置在所述金属芯的直形区域上。
10.一种传送辊，用于图像加热装置，该图像加热装置用于夹紧和传送记录材料，从而加热其上的图像，其特征在于该传送辊包括金属芯以及弹性层，设置在所述金属芯的外部；其中，所述金属芯包括直形区域，位于纵向中心部分，沿纵向具有基本均匀的直径；以及锥形区域，位于该直形区域的两侧，在该锥形区域上，直径在纵向向两端逐渐减小；以及其中，所述弹性层包括直形区域，位于纵向中心部分，沿纵向具有基本均匀的直径；以及倒拱形区域，位于该直形区域的两侧，在该倒拱形区域上，直径在纵向向两端逐渐增大。
11.根据权利要求10所述的传送辊，其特征在于对应于所述金属芯的直形区域的所述弹性层具有基本均匀的厚度；以及对应于所述金属芯的锥形区域的所述弹性层的厚度在纵向向端部逐渐增大。
12.根据权利要求10所述的传送辊，其特征在于在所述传送辊被冷却的状态下，所述传送辊在表面上具有对应于所述金属芯的锥形区域的凹陷。
13.根据权利要求12所述的传送辊，其特征在于在所述弹性层被热膨胀的状态下，所述凹陷消失。
14.根据权利要求10所述的传送辊，其特征在于所述金属芯的锥形区域的直径以一次函数的方式减小，所述弹性层的倒拱形区域的直径以二次函数的方式增大。
15.根据权利要求10所述的传送辊，其特征在于所述金属芯的锥形区域的直径以一次函数的方式减小，所述弹性层的倒拱形区域的直径以二次函数的方式增大。
16.根据权利要求10所述的传送辊，其特征在于所述传送辊进一步包括表面树脂层。
17.根据权利要求10所述的传送辊，其特征在于所述传送辊是压力辊。
全文摘要
本发明提供一种图像加热装置及其内使用的传送辊。该图像加热装置用于加热形成在记录材料上的图像，包括传送辊，用于传送记录材料，所述传送辊包括金属芯和设置在该金属芯外部的弹性层。其中，金属芯具有直形区域，位于纵向中心部分，沿纵向具有基本均匀的直径；以及锥形区域，位于该直形区域的两侧，在该锥形区域上，直径在纵向向两端逐渐减小。其中，弹性层具有直形区域，位于纵向中心部分，沿纵向具有基本均匀的直径；以及倒拱形区域，位于该直形区域的两侧，在该倒拱形区域上，直径在纵向向两端逐渐增大。这种配置可以在抑制记录材料产生折皱的同时，避免出现图像加热方面的缺陷。
文档编号G03G15/00GK1677272SQ20051005883
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月30日 优先权日2004年3月30日
发明者金森昭人, 伊泽悟, 乾史树, 长谷川浩人, 植川英治, 桥口伸治, 二本柳亘儿, 甲斐野俊也 申请人:佳能株式会社