加热装置、定影装置、加热件温度的控制方法及成像装置的制作方法

专利名称：加热装置、定影装置、加热件温度的控制方法及成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用在成像装置中的加热装置和定影装置；加热件温度的控制 方法；以及成像装置。
背景技术：
复印机、打印机和传真机在记录介质例如普通纸和OHP片上形成图像。 存在多种用于在记录介质上形成图像的系统。电子照相系统是这些系统中的 一种，且由于高速性、高图像质量和低成本而被广泛使用。采用电子照相系 统的成像装置例如打印机和传真机包括转移单元。转移单元依据图像信息例 如电子信息或光学信息形成潜像，利用由含有颜料的热塑树脂制成的调色剂 (图像显影剂)显影该潜像，并采用直接或间接(转移)系统把经显影的图 像转移到记录材料上以在该记录材料上形成调色剂图像。定影装置利用热量 永久地固定被转移到记录材料上的调色剂图像。热辊系统目前被最普遍地用 在此定影装置中，因为其高速性和安全性。热辊系统包括利用热源加热的加热辊(也称为定影辊)和与该加热辊相 对的加压辊，该加热辊和加压辊共同形成其间的寿昆隙部。 一张记录材津+通过 辊隙部，以使该纸张上的调色剂通过热量固定于其上。 一般热辊系统采用卣 素灯作为热源。卣素灯设在定影辊的内部以从该定影辊的内部加热该定影 辊，从而增大该定影辊的表面温度至适当温度。这种采用囟素灯的热辊系统 的问题是定影辊的热容(厚度)的减小受到限制且由于卣素加热器的慢起动 而导致起动緩慢。为解决这些问题，已研发出带加热系统。带加热系统采用无边片状带作 为加热带以代替加热辊。加热带和加压辊形成其间的压接部(辊隙部)。一 张记录材料通过辊隙部，以使记录材料上的未固定调色剂图像通过热量固定 于其上。加热带移过加热体(通常也作为支承辊)。加热带被加热体加热， 以加热和固定记录材料上的调色剂图像。采用带加热系统的加热装置使用具有低热容的陶覺加热器等作为加热体，且使用具有低热容的薄耐热片作为加热带的带件。因此，与采用具有高热容的加热辊的热辊系统的加热装置相比， 带加热系统的加热装置使用较少的电力且实现较短的等待时间，从而提供诸如迅速起动一类的优点(参见日本专利^^开文献特开No. H04-44075 (专利 文献1 ))。然而，在具有减小热容的片状加热带内，沿加热带的宽度方向(与带移 动方向垂直的方向，即，辊隙部的纵向)的热流^L阻挡。因此，当小尺寸记 录纸张仅与加热带的其宽度方向的一部分相接触地通过时，该加热带的非纸 张通过部分变得过热，导致加热带和加压辊的使用寿命缩短。解决此问题的 一种方法是在输送小尺寸记录纸张时增大该记录纸张的输送间隔并由此降 低该纸张的通过量，从而允许加热带的热量转移并提供冷却时间。然而，给 加热带提供用于到达一致温度的时间会显著减慢成像装置的成像速度。此问 题或多或少也涉及上述热辊系统。近年来，作为定影辊的加热方式，已研究出采用电》兹感应加热系统。此 系统包括用于生成交变石兹通量的^^通量生成单元，该交变石兹通量产生涡电流 以对具有导电层的定影辊进行电石兹感应加热。此电》兹感应加热系统可直接加热对秉即—定—麥辊的表面层，因而与卤素—加热器才r比能攀更迅速地加-热定影辊并能够缩短起动^^喿作的等待时间。日本专利公开文献特开No. 2000-214702 (专利文献2 )公开了 一种电磁 感应加热系统的定影辊。此定影辊从内侧到外侧按顺序包括五层即支承层 (芯层)、海绵层(泡沫层)、电磁感应发热层、弹性层和剥离层。发热层生 成的热量被海绵层阻挡，以便能够迅速地加热作为定影辊表面的弹性层和剥 离层。利用此构造，定影辊的表面被迅速加热至所需温度，且在热量转移到 记录介质例如纸张上后，定影辊被迅速地再加热。与采用卣素灯相比，这允 许更高速的操作。电磁感应加热系统的问题在于，由于电磁感应发热层薄，所以同带加热 系统的情况一样难以控制定影辊纵向的温度分布。在一些定影装置中，当持 续对小尺寸介质上的图像进行定影时，定影辊的一部分或者全部变得过热。 一般成像装置可在几种不同宽度的记录介质上形成图像。术语"不同宽度的 记录介质，，指示JIS A和B尺寸的各种标准尺寸记录介质和非标准尺寸记录 介质。即使在具有相同尺寸(例如，A4尺寸)的记录介质的情况下，若一 张沿着纵向输送而另一张沿着横向输送，它们也作为不同宽度的记录介质处理。当定影装置对不同宽度的记录介质上的图像进行定影时，由于该记录介 质的不同宽度，定影件沿宽度方向的热量分布变动，导致温度变动。例如， 在对小宽度记录介质上的图像进行定影的情况下，与该记录介质的宽度对应 的区域(纸张通过区域)比该记录介质未通过的区域(非纸张通过区域)丧 失更多的热量且具有较低的定影温度。当小宽度记录介质持续通过时，此现 象变得尤其明显。若以定影辊的水平中央部的定影温度作为基准温度控制该定影辊横过 其整个宽度的定影温度，此中央部通常在纸张通过区域内，则尽管该定影辊 的水平中央部的定影温度被维持恒定，该定影辊的水平相对端部的定影温度 (过度)上升。若大宽度记录介质经历采用此定影辊的定影处理，此定影辊 的相对横向端部具有升高的定影温度，则在记录介质的与该定影辊的温度升高部分对应的部分内产生热偏移(hot offset )。另外，若相对横向端部的定影 温度超过定影辊的容许温度极限时，该定影辊会由于热量而受到损坏。另一 方面，若以定影辊的相对水平端部的定影温度作为基准温度控制该定影辊横 过其整个宽度的定影温度，则尽管该定影辊的相对水平端部的定影温度被控 制为预期温度，该定影辊的水平中央部的定影温度下降。—若记秉介质经—历一果 用此定影辊的定影处理，此定影辊的横向中央部具有下降的定影温度，则在为解决这些问题，卣素加热器式定影装置采用多个加热器作为热源。这 些加热器被设置成向定影辊的中央部和端部发射光线，且^L单独控制以控制 该定影辊的温度。然而，在利用线圈生成的磁通量加热对象的电磁感应加热 系统的情况下，像卣素加热器的情况那样提供用于加热中央部和端部的单独 线圈不是可行的方案，因为会出现许多问题例如成本增加以及线圈之间的干 扰。另 一方案是除了用于电磁感应加热的励磁线圈以外在与非纸张通过区 域对应的区域内提供二次消磁线圈。二次消磁线圈生成由于励磁线圈的磁通 量的波动导致的感应原动力和感应电流，以〗吏该感应原动力和感应电流减小 非纸张通过区域的磁通量，从而防止过热。在减小发热时，利用开关电路例 如继电器、FET或IGBT闭合二次消磁线圈以生成电流。当不减小发热时， 断开二次消磁线圈以不激活该二次消磁线圈，从而防止生成消磁磁通量。由 此，通过断开和闭合开关来控制发热。例如，日本专利公开文献特开No. 2001-60490 (专利文献3 )和日本专 利公开文献特开No. 2001-135470 (专利文献4 )公开了如上所述的加热辊。 加热辊内包括磁芯，具有三片且沿纸张的宽度方向延伸；励磁线圈，被设 置成围绕该磁芯且在加热辊的内表面上巻绕形成层；以及消磁线圈(反交流 声线圈)，围绕磁芯的外周巻绕且沿着与励磁线圈层垂直的方向延伸。当对 最大宽度的记录材料纸张上的图像进行定影时，利用开关电路断开消磁线圈 以不激活该消磁线圈。由此，横过最大宽度纸张的整个宽度适当地定影图像。 当对较小宽度纸张上的图像进行定影时，利用开关电路闭合消磁线圈。由此， 在加热辊的沿纸张宽度方向的端部处，不仅生成由于励磁线圈的磁通量的波 动导致的感应电流(涡电流)，而且生成反电动势(以及该电动势感生的电 流)。由此，减小加热辊端部的温度上升。日本专利公开文献特开No. 2005-108603 (专利文献5 )公开了一种线圈 布置与上述定影装置不同的定影装置。在专利文献5的定影装置中，消磁线 圈沿着励磁线圈层设置。采用此布置，消磁线圈可有效地消除励磁线圈的磁 通量，由此提高发热减小效果。如上所述，具有—— 包括减Tl、—能耗和迅速起动在—内的许多优点的电磁感应-加 热系统能够在某种程度上处理变化宽度的记录纸张。然而，由于采用如上所 述二次消磁线圈的温度控制依靠该二次消磁线圈(以下也称为消磁线圈)的 开闭控制，所以难以提供精密的温度控制。例如，在专利文献3和4中公开的定影辊的情况下，由于沿着与励磁线圈层垂直的方向延伸的每个消磁线圈 的除其面向该励石兹线圈的端部以外的大部分与该励;磁线圈远离，所以漏^兹通量(励磁线圈的不通过磁芯的磁通量)不通过消磁线圈。因此，消磁线圈减 小温度上升的效果弱，导致加热辊的温度下降不足。在专利文献5中公开的 定影装置的情况下，因为消磁线圈被设置成面向加热辊且励磁线圈介于其 间，所以漏磁通量(励磁线圈的不通过磁芯(保持器)的磁通量)不通过消 磁线圈。因此，消磁线圈减小温度上升的效果弱，导致加热辊的温度下降不 足。如上所述，因为励磁线圈与消磁线圏之间由于它们的布置而存在间隙， 所以磁通量的泄漏是不可避免的。为增强消磁效果，可增大消磁线圈的匝数。 然而，增大消磁线圈的匝数会增大加热装置的总体尺寸。若磁芯设在励磁线 圈和消;兹线圈的》兹路上以加强它们的连接或者若增大消^磁线圈的尺寸，则施加给该消磁线圈的电流会依据励磁线圈的供电条件而变得过高。若消磁线圈 的电流值变得过高，则此电流可能超出用于控制电路开闭的开关元件的容许 电流。另外，消磁线圈的温度可能超过其线材的容许温度极限。若高电流被 非预期地施加给消磁线圈，则发热减小效果过度提高，以致非纸张通过区域 的温度过度下降。发明内容考虑到前述，本发明旨在提供一种具有电磁感应加热系统的优点且可精密地调节加热件例如辊件的温度而无磁化电路过电流风险的加热装置；具有 该加热装置的定影装置；以及该控制加热件温度的方法。本发明还旨在提供 具有此定影装置的成像装置。本发明的发明人已发现在用于成像装置中的电磁感应加热系统的定影 装置里，其中，此定影装置加热并固定记录材料纸张上的图像，通过提供用 于调整在消磁电路的消磁线圈中生成的电流的消磁电流调整器，加热装置能 够精密地调节加热件例如加热辊的温度。根据本发明的一方面，提供一种利用电^f兹感应加热对设在成像装置用定 影装置内的加热件进行加热的加热装置，该定影装置在夹持并输送记录材料 的同时加热并固定该记录材料上的图像。此加热装置包括励磁线圈，沿着 加热件设置，生成交变磁通量以利用电磁感应加热对该加热件进行加热；消 磁线圈，围绕由励磁线圈生成的交变磁通量的部分，且生成沿抵消该交变磁 通量的方向的电动势(electromotive force);以及消磁调整器，设在具有消磁 线圈的消石兹电路中，且调整在消磁线圈内生成的电流。根据本发明的另 一方面，提供一种适于用在成像装置中且被构造成在利 用加热件和加压件夹持并输送记录材料的同时加热并固定该记录材料上的 图像的定影装置。此定影装置包括上述利用电磁感应加热对加热件进行加热 的加热装置。根据本发明的再另一方面，提供一种控制加热件温度的方法，该加热件 被电磁感应加热系统加热且设在成像装置用定影装置中，该定影装置在夹持 并输送记录材料的同时加热并固定该记录材料上的图像，其中，沿着加热件 设置的励石兹线圈生成交变磁通量以利用电石兹感应加热对该加热件进行加热， 具有消磁线圈的消磁电路生成沿抵消交变磁通量的方向的电动势，该消磁线圈围绕由励磁线圈生成的交变磁通量的部分。此方法包括当具有消磁线圈的 消磁电路产生电动势时通过利用设在该消磁电路内的消磁电流调整器来调 整在该消^磁线圈内生成的电流的步骤。根据本发明的又另 一方面，提供一种能够在不同宽度的记录材料上形成 图像的成像装置，该成像装置包括上述定影装置。本发明实施例提供一种具有电磁感应加热系统的优点且能够精确调节加热件例如辊件的温度而无过流风险的加热装置；具有该加热装置的定影装 置；该控制加热件温度的方法；以及具有该定影装置的成像装置。


图1是表示根据本发明一种实施例的定影装置的侧剖视图； 图2是表示根据本发明 一种实施例的加热装置的布置的示图； 图3是表示消磁电路的示图；图4A是用于说明加热原理的示图，其中，开关断开； 图4B是用于说明加热原理的示图，其中，开关闭合； 图5A是用于说明消磁线圈的效果的示图，其中，未提供任何消磁线圈； 图5B是用于说明消磁线圈的效果的示图，其中，消磁线圈设在设在励 ;磁线圈的内侧；图5C是用于说明消磁线圈的效果的示图，其中，消磁线圈设在设在励 ;兹线圈的外侧；图6是表示线圈的另一种布置的示图；图7是表示线圈的再另一种布置的示图；图8是表示定影辊的放热值的分布的图表；图9是表示定影辊的温度波动的图表；图IO是表示第一示范消磁电路的示图；图IIA是表示第二示范消磁电路的示图；图IIB是表示励磁电流的波形的曲线图；图IIC是表示消磁电流的波形的曲线图；图12是表示第三示范消磁电路的示图；图13是表示第四示范消磁电路的示图；图14是表示第四示范消》兹电路中的消磁电流的图表；图15是表示第五示范消磁电路的示图；图16是表示第六示范消磁电路的示图；图17是表示第六示范消磁电路中的消磁电流的图表；以及图18是根据本发明 一种实施例的成像装置的示意构造图。
具体实施方式
(加热装置)参照图1和2说明根据本发明一种实施例的示范加热装置。图l是在与 定影辊2 (以下也称为加热辊)的纵轴相垂直的平面上表示配备有电磁感应 加热系统的加热装置的定影装置的剖视图。图2是根据本发明一种实施例从 图1的顶部看时用于说明线圈1和3相对于加热装置的加热辊2的布置的示 图。在图2中，表示了设在励磁线圈3内部的磁芯5的磁芯5b和5d,但为 了筒明，未表示该磁芯5的磁芯5a和5c。另外，加热辊2实际设在线圈的 下方且应被表示为与线圈1和3重叠，但为了清楚，其被表示在该线圈l和 3的下方。图1是在靠近,兹芯5b所处的加热辊2端部的平面内的剖视图。参照图l,定影装置包括作为加热件的加热辊2、与该加热辊2—起形 成辊隙区域的加压辊4、作为利用施加给其的交流电生成石兹场的^兹场生成单 元的励磁线圈3、防止该励磁线圈3生成的磁场漏到外部的磁芯5、以及位 于该励磁线圈3生成的磁通量的磁路上的消磁线圈1。在此实施例中，加热辊2具有40mm的外径和320mm的长度，且可对 最大A3尺寸纸张上的图像进行定影。励磁线圈3生成的磁场感应加热加热 辊2的发热层21即表面层。 一张记录材料P通过形成在加热辊2与加压辊 4之间的辊隙区域，以利用该加热辊2的热量和压力把该记录材料P上的调 色剂固定于其上。在加热并固定宽度比加热辊2的宽度小的纸张例如A4尺 寸纸张上的调色剂的情况下，此纸张与该加热辊2的中央部接触，如用A4 指示的图2的箭头所示。励磁线圈3是一束90根具有0.15mm外径且表面绝缘的铜制线材。励 磁线圈3巻绕成10匝且沿着加热辊2设置以如图2所示沿着该加热辊2的 转轴方向延伸。尽管未表示，励磁线圈3与供应;兹场生成用交流电的电源连 接。如自图2中可见，励磁线圈3包括与加热辊2的转轴平行的直线部和靠 近该加热辊2的每个端部且弯曲成弧形的弯曲部，因为直线部生成的;兹场的强度不同于弯曲部生成的^^场的强度，所以使励一磁线圈3的直线部的长度近似等于或略大于加热辊2的长度以减小弯曲部的影响。此构造使加热辊2沿 该加热辊2的转轴方向均一地发热。消;兹线圈1由与励磁线圈3相同的铜制线束制成，且被设置成面向加热 辊2的每端。在此实施例中，每个消磁线圈1从与加热辊2的中心相隔约 105mm的位置起沿着励磁线圈3朝外轴向延伸，且巻绕在对应磁芯5b上。 采用此布置，消磁线圈1能在加热和固定A4尺寸纸张上的调色剂时有效地 使位于加热辊2端部的非纸张通过区域消磁，如以下更详细说明的。每个消 磁线圈1被巻绕成比励磁线圈3少的6匝，且沿着加热辊2的表面设置。类 似于励磁线圈3,消磁线圈1被设置成面向发热层21。消磁线圈l设在励磁 线圈3匝的内部以及该励》兹线圈3的加热辊2—侧处，以减小加热装置的总 体尺寸。消；兹线圈1可设在励》兹线圈3与发热层21之间或者该励磁线圈3 与磁芯5a之间。为增强消磁性能，优选将消磁线圈1设在励磁线圈3与加 热專昆2之间。回头参照图1,磁芯5包括设在励磁线圈3的外侧且沿着发热层21的 表面约延伸过其半周面的第一/f兹芯5a;从该第一f兹芯5a起朝向对应消^兹线 圈1的中央延伸的第二磁芯5b;在励磁线圈3的内侧但不在消磁线圈1的内 侧延伸的第三磁芯5d;以及沿着第一磁芯5a的边缘延伸且包围励磁线圈3 的第四^f兹芯5c。》兹芯5a、 5b、 5c和5d提供用以使石兹通量有效地到达发热层 21,且优选由具有高电阻的铁磁性材料例如铁素体和坡莫合金制成。尽管图 1未明确地表示，但f兹芯5a可以是弧形板或者弧形棒栅格。图3表示用于开闭消磁线圈1的消磁电路。此消磁电路包括消磁线圈1、 开关11以及消磁电流调整器12。尽管在此实施例中开关11采用机械继电器， 但也可选择性地采用三端双向可控硅开关、FET、 IGBT等。开关ll具有能 够开闭消磁线圈1的任何构造，例如， 一种具有磁阻效应元件的构造，该磁 阻效应元件具有依据外部磁场的波动而变化的电阻，以在预期时间施加磁性 或者以利用励磁线圈3的磁场改变施加给消磁线圈1的电流。消磁电流调整 器12调整利用励磁线圈3的电动势生成的消磁电流的大小、交流电的位相 波形、以及该励磁线圈3与消磁电路的交流电的共振性状。消磁电路调整器 12包括电阻元件、电容器、感应器和二极管元件中至少一者或者这些元件中 的多者。另外，可适当采用可变电阻元件和阻抗可变电容器。参照图1说明作为加热件的加热辊2。在此实施例中，加热辊2具有320mm的转轴方向长度和40mm的直径，且包括形成在发热件表面上的剥 离层、作为发热件主体的导电发热层21、弹性层22和芯层23。这些层的位 置关系表示在图l中，其中，剥离层、发热层21、弹性层22和芯层按此顺 序堆叠，这与面素灯式加热辊不同。在图1中，剥离层被表示为与发热层21 形成一体。发热层21由易于利用交流磁场生成涡电流且适于电石兹感应加热的高导 电性、'高导热性金属材料制成。尽管一般认为适于电磁感应加热的金属材料 是那些具有高电阻的金属材料，但发热层21也可以由具有低电阻和高导热 性的金属材料制成。这是因为可通过减小金属材料的层厚度来调整发热层21 的实质电阻至预期水平，这能够调整该发热层21的放热值。在根据此实施 例的实验中，采用这样一种发热层21,其包括利用厚10)im的铜层电镀的厚 50(im的非磁性不锈层。发热层21可包括由诸如银、铝和镁一类的其它金属 材料或诸如镍和磁性不锈钢一类的其它磁性材料制成的高导电、高导热层。图1中表示为与发热层21形成一体的剥离层设在该发热层21的表面上 且限定加热辊2的最外层。剥离层防止记录材料纸张上的调色剂附着到加热 辊2上。剝离层由诸如PTFE、 PFA和FEP—类的氟树脂；这些氟树脂的组 合；或者这些氟树脂之一种或多种分散于其中的耐热树脂制成。剥离层的厚 度优选在5-50]um的范围内(更优选在10-30jim的范围内)。剥离层使得在加 热辊2上通过的记录材料和该记录材料上的调色剂易于自其剥离。弹性层22由诸如氟橡胶、硅橡胶或氟硅橡胶一类的弹性材料制成。弹 性层22增大辊隙区域的宽度且使记录材料易于从加热辊2剥离。另外，可 通过调整弹性层22的硬度来控制排纸方向。弹性层22可由海绵橡胶制成， 以防止热量转移给加热辊2的内侧，隔热并保持发热层21生成的热量，迅 速地加热加热辊2的表面层，使该加热辊2迅速到达定影所需的温度，以及 在热量转移给记录材料后迅速地再加热该加热辊2。在根据此实施例的实验中，采用由厚7iam的发泡硅橡胶制成的弹性层22。芯层23是整个加热辊2的支承体，且优选由诸如铁或铝一类的金属制 成以相对于用于形成辊隙区域的荷载具有足够的刚性。还优选地，芯层23 由诸如非磁性不锈钢和陶资一类的非磁性材料或隔热材料制成以不负面地影响感应加热。在此实施例中，采用外径22mm且厚2.0mm的SUS304不锈钢，这使得可以将感应加热用热量集中到发热层21而无任何损失。 (定影装置的加热操作) 包括本发明一种实施例的加热装置的定影装置如下所述操作。当范围在约10kHz-lMHz内的高频交流电施加给励磁线圈3时，磁力线形成在该励磁 线圈3的环路内，此磁力线在两个相反方向之间交替切换。然后，在发热层 21生成涡电流。此涡电流产生焦耳热，此焦耳热加热发热层21的表面。加 热辊2沿着如图1所示箭头指示的方向转动。与此同时，加压辊4也在辊隙 部处与加热辊2接触着转动。具有未固定调色剂图像的一张记录材料P在与 辊隙部压接的状态下经过该辊隙部，并传向加热辊2的另一侧。在此步骤中， 利用加热辊2的发热层21的表面热量加热并固定记录材料P上的调色剂图 像，以使该调色剂图像固定在记录材料P上。利用弹性层22隔热并保持在形成加热辊2的表面部分的发热层21内生 成的热量，以使薄表面层的温度迅速上升。也就是说，定影装置具有显著增 强的起动性能。起动性能指示加热辊2多快地到达用于固定调色剂所需的温 度。到达所需温度花费的时间越短，成像装置变得越便于使用。在根据此实' 施例的实验中，起动所需的定影温度为170。C且在提供1200W的加热电力 时起动花费的时间为10秒。以下说明消磁线圈1防止加热辊2的非纸张通过部过热的机理。图4A 和4B是用于说明加热调节原理的示图，其中表示与感应加热相关的一部分。 在图4A中，箭头代表具有消磁线圈1的消磁电路断开即开关11断开时的磁 通量A。励磁线圈3生成的磁通量A通过磁芯5和发热层21,然后返回该 磁芯5。在此步骤中，磁通量A形成一种通过发热层21的磁路。因此，感 应电流流经发热层21，使该发热层21由于焦耳加热而发热。由于具有消不兹 线圈1的消》兹电路电断开，所以尽管产生电动势，但没有任何电流流动。因 此，励磁线圈3的磁通量A不被抵消，从而像不具有消磁线圈1的部分内那 样执行加热。图4B表示消磁线圈1短路即开关11闭合时的磁通量A。励磁线圈3 生成的磁通量A部分地被消磁线圈1生成的磁通量B抵消，以致该磁通量A 的密度降低。励磁线圈3生成的磁通量A的大部分通过消磁线圈1，以在该 消磁线圈1内生成反电动势。另夕卜，由于开关11闭合，电流流经消磁线圈1。 于是，沿着抵消励磁线圈3的磁通量A的方向生成的磁通量B显著削弱感应加热发热层21的》兹通量。因而，与此^兹通量相应的小感应电流流经发热层21的面向消磁线圈1的那部分，以致由于焦耳加热的发热层21的发热减 小。在此情况下，如以下详细说明的，利用具有消磁线圈3的消磁电路内的 消磁电流调整器12调整由于焦耳加热的发热层21的发热。若一张A3尺寸的记录材料通过定影装置，则如图4A所示不激活消磁 线圈1。于是，包括其端部在内的加热辊2发热以对付要转移给A3尺寸记 录材料的热量。若一张A4尺寸的记录材料通过定影装置，则如图4B所示 通过闭合消磁电路来激活消磁线圈1,从而防止加热辊2的端部发热。具有消石兹沐蹈1 ^l'法r谅由,S夂白J壬iA4o由.P且:^、丰《.二5te夢开.4^一恭的消I兹由.':右.i阁i^器12且可调整消磁电流。通过启动消磁电流调整器12,可调整在发热层21 中感生涡电流并生成焦耳热的磁通量。因而，可以精确调节发热层21的温度。参照图5A至5C给出另一说明。图5A表示不设置消磁线圈1的加热辊 2的中央部分的剖面的磁通量，其中，励磁线圈3总是被激活。在图5A中， 励〃磁线圈3产生七条;兹通量线A,此》兹通量线A感生涡电流以在发热层21 中产生焦耳热。另一方面，在表示加热辊2的端部的侧剖视图的图5B中， 消磁线圈1被激活以抵消励磁线圈3生成的七条磁通量线A中的三条(利用 虚线指示)。因而，发热层21的此区域感生与三条磁通量线对应的涡电流并 产生焦耳热。在此情况下同样，可通过如上所述利用消磁电流调整器12调 整磁通量来精确地调节发热层21的温度。图5C表示与图5B所示不同的消磁线圈1的布置例。采用此布置，可 像图5B的情况那样控制发热。选择性的，励磁线圈3和消磁线圈1可如图 6所示的那样布置，以使该励-磁线圈3和消；兹线圈1设在磁芯5附近但相互 远离。再选^H"生的，如图7所示，共同形成加热装置主体的励;兹线圈3、消 磁线圈1和磁芯5可设在加热辊2的发热层21的内侧。也就是说，共同形 成加热装置主体的励磁线圈3、消磁线圈1、磁芯5和发热层21可设置成使 该励磁线圈3生成的磁通量线经过发热层21，以致消磁线圈1包围此石兹通量 线的至少部分。磁芯5可具有使磁通量线有效通过消磁线圈1和发热层21 的任何构造。(消磁电流调整器12和加热体的温度控制方法)根据本发明的一种实施例如下所述控制加热装置的消磁线圈1。在此实施例中，如参照图1和2所述的，消磁线圈1被设置成面向加热辊2的作为非纸张通过区域的相应端部(在A4尺寸纸张的情况下)。此实施例的加热装 置能够处理最大A3尺寸的纸张。当A3尺寸的纸张通过加热装置时，消磁 线圈1断开以对加热辊2的全部区域进行加热。当A4尺寸的纸张通过加热 装置时，与加热辊2的从该A4尺寸纸张的横端经过的位置起延伸至其相应 端部的部分面对的消磁线圈1闭合，以减'j 、该加热辊2的非纸张通过区域内 的放热值。按照这种方式，通过开闭具有与加热辊2的小尺寸纸张不通过加 热装置的相应端部面对的消磁线圈1的消磁电路，可适当控制沿加热辊2转 轴方向的温度分布，即使不同尺寸的纸张通过加热辊2。定影装置包括用于检测加热辊2的温度的温度传感器(未表示)，并能 够根据所检出的温度给励磁线圈3供电、开闭消磁线圈1和控制电流量。尽 管热敏电阻可用作温度传感器，但优选采用非接触式温度传感器例如热电堆 和红外温度传感器以防止感应加热的影响。优选地，温度传感器沿加热辊2 的转轴方向测量多个点。更优选地，温度传感器依据可接受的记录材料尺寸 测量纸张通过区域和非纸张通过区域的温度。若消磁电流调整器12逐步地 或持续地调整消磁电流，则可依据所检出的温度调整消-兹线圈1的电流值， 从而提供更精确的温度调节。图8是表示利用此实施例的加热装置加热的加热辊2的放热值的图表。 当大尺寸(A3尺寸)记录纸张通过时，放热值沿加热辊2的转轴方向横过 该加热辊2基本恒定。另一方面，当小尺寸(A4尺寸)记录纸张通过时， 尽管A4尺寸纸张通过区域具有同A3尺寸纸张情况下基本相同的放热值， 但加热辊2的作为非纸张通过区域的端部具有减小的放热值。若消^磁线圈1 过度消磁，则不仅放热值进一步减小，而且消磁通量影响A4尺寸纸张通过 区域并减小此区域内的放热值。为防止此问题，消磁电流调整器12调整消 磁线圈1的生成电流并实现适当的放热分布。图9是表示在A4尺寸纸张持续通过此实施例的定影装置的情况下加热 辊2表面上的温度波动的图表。虛线表示作为纸张通过区域的加热辊2的近 似中央的温度。通过调整对励磁线圈3的供电量，使温度在纸张通过前后保 持恒定。实线表示加热辊2的非纸张通过区域内的温度波动。用"无消磁线 圈"标示的实线表示在消磁电路保持断开的情况下作为非纸张通过区域的端 部的温度，以模拟未提供消磁线圈l的状态。此情况下，热量将转移到其上的紙张不通过，加热辊2的表面温度随时间上升，且此温度在纸张开始通过之后的100秒到达近似220°C。用"本实施例"标示的实线表示在纸张开始 通过后消石兹线圈1被激活且消磁电流调整器12控制加热辊端部的放热值的 情况下的温度。此情况下，加热辊2端部的表面温度在纸张开始通过时暂时 上升20。C。然而之后，消磁电流调整器12被启动，使温度在随后的10秒开 始下降。接着，随后的20秒，温度被稳定在基本定态水平。在此例中，这样控制定影装置，使得当非纸张通过区域的温度上升至第 一预定温度时，具有消磁线圈1的消磁电路闭合以抑制加热；以及当温度下 降到低于第一预定温度的第二预定温度时，消磁电路断开以激活消磁线圈1， 从而开始加热。在此例中，第二预定温度是170。C，第一预定温度是比该第 二预定温度高20。C的190。C。当纸张开始持续通过时，控制纸张通过区域的 温度以维持预定的170。C定影温度。在其内的消磁线圈不激活的定影装置的 情况下，非纸张通过区域的热量不转移给纸张，以致该非纸张通过区域的温 度持续上升，最终损坏加热辊2。在本发明定影装置的情况下，当端部的温 度到达190。C的第二预定温度时，消磁电路闭合以激活消磁线圈1,从而减 少发热。由此，辊温度保持均一。在实际成像装置中，优选当非纸张通过区 域的温度下降到170。C以下时闭合消磁线圈1和/或启动消磁电流调整器12， 并维持温度在170。C或以上。采用此构造，非纸张通过区域几乎不受纸张通 过区域的温度影响。另外，纸张通过尺寸可在任何时候切换为A3。通常，有必要响应于定影装置的操作状态和操作环境的变化改变对加热 辊2的供热量。因此，通过改变被供应给加热装置的励磁线圈3的电力频率， 调整对加热辊2的供热量。然而，依据条件例如供应给励/磁线圈3的电力频 率，施加给消磁线圈1的电流会增大过多。于是，消磁线圏1的温度上升到 超过该消磁线圈1的线材的容许温度极限和/或电流超过用于控制电路开闭 的开关元件的容许电流。另外，若消磁线圈1的发热减小效果过强，则非纸 张通过区域的温度下降过多。现有的不具备消-磁电流调整器12的电-兹感应 加热系统的加热装置频繁地开关用于控制消磁电路开闭的开关，从而抑制消 磁线圈的温度上升并维持非纸张通过区域的温度在预定水平。然而，频繁地 开/关切换消磁电路的开关增大了此开关出现机械故障的风险和此开关发热 的风险。在本发明的此实施例中，为解决这些问题，给消磁线圈l提供消磁 电流调整器12。根据本发明的此实施例，提供包括例如电阻元件、二极管元件和/或电 容器的消磁电流调整器12来调整消磁电流。于是，可防止开关和线圈的线 材由于比容许电流大的电流以及由于热量受到损坏，而不依靠频繁地开/关切换消磁电路的开关。参照图10至13、 15和16所示的第一至第六示范消磁 电路说明消磁电流调整器12的例子。图IO表示一种具有作为消-磁电流调整器12的电阻元件13的消;兹电路。 上述加热装置包括具有6压的消磁线圈1。此例中，在不提供消磁电流调整 器12且消磁线圈1直接与开关11连接的情况下，若通过闭合开关11来激 活消磁线圈1,则高达约30A的电流流动。另外，发现升温减小效果十分强。 然而，由于高电流流经消磁电路中的线材、消磁线圈l和开关ll，整个电路 被加热。通过提供的电阻元件13作为消,兹电流调整器12,可减小当消 磁线图1被激活以降低温度时的电流。因而，可抑制消磁线圈1的升温并减 小流经开关ll的电流。若可变电阻元件用作电阻元件13,则与开/关控制该 开关11相比，更易于控制流经电路的电流处于低水平。另外，可依据各种 纸张尺寸精确地控制温度。图IIA表示具有作为消磁电流调整器12的二极管元件14的第二示范 消磁电路。二极管元件14可利用励磁线圈3的交流电对消磁线圏1生成的 感应电流进行半波整流。因此，同电阻元件12的情况一样，可调整非纸张 通过区域的升温减小效果。图IIA是表示具有二极管元件14的消磁电路的 电路图。图IIB是表示施加给图11A的消磁电路中的励磁线圈3的励磁电 流的波形的曲线图。图IIC是表示当图11A的消磁电路被激活时生成的消 磁电流的波形的曲线图。作为图12所示的第三示范消磁电路，此消磁电路 包括一对二极管元件14a，14b和开关14c,以依据特定条件切换半波整流和 全波整流。在此例中，消磁电流调整器12能够间歇地把流经消磁电路的电 流的电流值转换为多个值。图13表示具有作为消磁电流调整器12的电容器15的第四示范消磁电 路。图14表示在电容器的电容量变化例如3pF、 10pF、 30(JF和100pF的情 况下流经第四示范消磁电路中的消磁线圈1的感应电流的频率特性。在图l4 中，垂直虛线指示20kHz的频率。当频率为20kHz时，流经消磁电路的电 流随着电容器15的电容量从3pF增大至10pF、 30^F和100pF而增大。电 流值在特定电容量处到达其峰值，并最终变得恒定。这意味着提供具有适当电容量的电容器能使消磁线圈1与该电容器之间发生LC共振。因此，即便允许磁通量极大泄漏的励》兹线圈3和消石兹线圈 1的布置，也能够通过给消磁线圈1施加高电流来实现显著的升温减小效果。图13所示的第四示范消磁电路与5pF电容量的电容器15发生LC共振。 然而，适当电容量依据施加给励磁线圈3的电流频率以及该励磁线圈3 、消 磁线圏1和磁芯5的形状而变化。因此，作为图15所示的第五示范消磁电 路，消磁电流调整器1.2进一步包括调整器线圈16以形成LC共振电路。在消磁电路发生LC共振的情况下，励磁线圈3的波动极大地影响共振 特性。因此，作为图16所示的示范消磁电路(6),消磁电流调整器12既包 括电阻元件13，又包括电容器15，从而减小消磁电流的峰值。这使得可以 降低频率波动的敏感度，从而提高适用性。图n表示在电阻元件的电阻变 化的情况下图16的消磁电路的频率特性，其中，水平轴代表频率，垂直轴 代表消磁线圈1的感应电流。电阻越高，消磁电路的峰值变得越小且该消磁 电流的波动相对于励磁线圈3的频率波动(沿水平方向)变得越小，导致更 高的稳定性。在第四至第六示范消磁电路中的消磁电流调整器12的情况下，使电容 器15的阻抗、线圈16的感应系数和/或电阻元件13的电阻可变，以依据施 加给励石兹线圈3的电流频率的波动调整消石兹电路中生成的电流。在许多感应 加热装置中，^^励石兹线圈3的驱动频率在约20kHz-30kHz的范围内变化以改 变所供给的电力。因此，尤其对于仅使消磁线圈1利用消磁电流调整器12 中的LC共振产生升温减小效果的构造，励磁线圈3的驱动频率的波动能极 大地影响升温减小效果。另一方面，依据驱动频率的波动切换或持续地改变 电阻和/或电容器的电容量使得可以维持适当的升温减小效果。另外，在由于加热辊2的温度波动或所供给电力的变化而使励磁线圈3 的感应系数或阻抗随着该励》兹线圈3的驱动频率的波动而波动的情况下，可 检测成像装置的操作状态和操作条件，并依据所检得的信息调整消磁电流调 整器12的元件例如电容器的特性以实现预期的共振或减温。在此情况下， 同图13的情况一样，由于电容器元件的特性变化导致的消磁电路的共振频 率的变化范围不与励磁电路的频率重叠。这是为了避免消磁电流在消磁电路 的共振频率处变得过高以及励磁电路的励磁电流变得过小，导致不能提供加 热操作。由于励》兹线圈3与消石兹线圈1之间存在间隙，所以；兹通量的泄漏是不可 避免的。为增大采用小消磁线圈的消磁效果，优选在励磁线圈和消磁线圏的 磁路上提供磁芯以增强连接以及提供共振消磁电路。另外，通过减小共振消 磁电路的峰电流来扩宽共振频带，从而能相对于励磁线圈的频率误差减小消 石兹作用的波动。尽管基于为设在励磁线圏的相对侧处的消磁线圈中的每个提供一个消 磁电路的假定说明了以上示范消磁电路，但相对的消磁线圈1可电连接以形 成一个消磁电路。采用此构造，在实际定影装置中，当对小尺寸纸张执行定 影操作时， 一对消磁线圈1基本被同时地开闭。此构造能减少消磁电路的部 件数量，从而能减小加热装置的尺寸和成本。尽管每侧提供一个消磁线圈1，但每侧也可提供两个或多个消磁线圈1。 每侧提供两个或多个消磁电路允许对加热辊2进行更精确的温度调节。 (定影装置)如图1所示，具有上述加热装置的本发明此实施例的定影装置具有与现 有电磁感应加热系统的加热装置类似的构造。然而，此实施例定影装置的消/磁电^^中包括如图3所示的消;磁电流调整器12。此构造使得可以减小消-磁线 圈的尺寸、使定影装置紧凑、增大热利用率、便于加热温度控制、以及即使 在不同尺寸的纸张持续通过时，也能适当地执行定影操作。加热辊2是定影 装置中的加热件的一例，但也可选择性地采用任何其它适当加热件。例如， 在具有加热带的定影装置的情况下，加热带可像加热辊2的情况那样利用电 石兹感应加热而加热为加热件。另外，可采用本发明实施例的加热件来代替用 于给加热带加热的陶资加热器。 (成像装置)图18是根据本发明实施例的成像装置的侧剖视图。成像装置包括共用 形成整个成像装置的上部和下部。上部包括原稿扫描单元(未表示)和其下 的成像单元。下部包括记录材料P被放置于其上的给纸盘40。成像单元包 括作为图像承载件的一例的鼓状感光体41。在感光体41的附近，沿图18 中该感光体41内所示的箭头方向按以下顺序提供充电单元42;曝光单元的 反射镜43;显影单元44;在转移部47内把经显影的图像转移到作为记录材 料P的转移纸张上的转移单元48;包括与感光体41的周面滑动接触的刮刀 的清洁单元46等。利用反射镜43反射的曝光用激光束Lb扫描充电单元42与显影单元44之间的感光体41 。 一对阻挡辊49沿给纸路径设在转移部47 的上游。给纸盘40中的记录材料P受输送导件的引导而被送向一对阻挡辊 49。本发明实施例的定影装置20设在转移部47的下游。定影装置20包括 本发明实施例的加热装置30。在利用定影装置20固定调色剂图像后，记录 材料P被排出到排纸盘上。此成像装置如下所述形成图像。感光体41开始转动。充电单元42在黑 暗中均匀地给转动着的感光体41充电。曝光用激光束Lb被引向并扫描曝光 部150,以便形成与所要形成的图像对应的潜像。此潜像随着感光体41的转 动;故输送至显影单元44,在该显影单元44内，利用调色剂显影该潜像以成 为调色剂图像。同时，给纸盘中的记录材料P经由虛线所示的给纸路径输送 至一对阻挡辊，并停止以等待被输送，以便在转移部47内把感光体41上的 调色剂图像转移到该记录材料P上。记录材料P与感光体41的转动相同步 地从一对阻挡辊49输送向转移部47。感光体41上的调色剂图像在转移部 47内由于转移单元48的电场而转移到记录材料P上。调色剂图像转移到其 上的记录材料P被送往定影装置20。然后，记录材料P通过定影装置，以 使调色剂图像固定在该记录材料P上。接着，记录材料P被排出到排纸盘上。 此成像装置包括用于反转其内排出的记录材料P的自动双面印刷单元39。 记录材料P被再次送至一对阻挡辊49,然后在该记录材料P的另 一面上形 成图像。转移部47内残留在感光体41上而未转移的剩余调色剂经由感光体 41的转动到达清洁单元46。此剩余调色剂在通过清洁单元46的同时被移除， 以使感光体41为下次成像做好准备。
权利要求
1.一种加热装置，所述加热装置利用电磁感应加热对设在成像装置用定影装置内的加热件进行加热，所述定影装置在夹持并输送记录材料的同时加热并固定所述记录材料上的图像，所述加热装置的特征在于励磁线圈，沿着所述加热件设置，生成交变磁通量以利用电磁感应加热对所述加热件进行加热；消磁线圈，围绕由所述励磁线圈生成的所述交变磁通量的部分，且生成沿抵消所述交变磁通量的方向的电动势；以及消磁调整器，设在具有所述消磁线圈的消磁电路中，且调整在所述消磁线圈内生成的电流。
2. 根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述消磁电流调整 器包括电阻元件。
3. 根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述消磁电流调整 器包括二极管元件。
4. 根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述消磁电流调整 器包括电容器。
5. 根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述消磁电流调整 器还包括线圈。
6. 根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述消磁电路形成 共净展电路。
7. 根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述消磁电路包括 用于改变在所述消磁线圈内生成的所述电流的电流值的电路。
8. —种定影装置，所述定影装置适于用在成像装置中且被构造成在利 用加热件和加压件夹持并输送记录材料的同时加热并固定所述记录材料上 的图像，所述定影装置的特征在于权利要求1所述的利用电磁感应加热对所述加热件进行加热的加热装置。
9. 根据权利要求8所述的定影装置，其特征在于，所述加热件包括加 热辊。
10. 根据权利要求8所述的定影装置，其特征在于，所述加热件包括加热带。
11. 一种控制加热件温度的方法，所述加热件被电磁感应加热系统加热 且设在成^象装置用定影装置中，所述定影装置在夹持并输送记录材料的同时 加热并固定所述记录材料上的图像，其中，沿着所述加热件设置的励磁线圈 生成交变磁通量以利用电磁感应加热对所述加热件进行加热，具有消磁线圈 的消磁电路生成沿抵消所述交变磁通量的方向的电动势，所述消磁线圈围绕由所述励磁线圈生成的所述交变磁通量的部分，所迷方法的特征在于当具有所述消磁线圈的所述消磁电路产生所述电动势时通过利用设在所述消磁电路内的消磁电流调整器来调整在所述消磁线圈内生成的电流的步骤。
12. 根据权利要求11所述的控制加热件温度的方法，其特征在于，所 述消磁电流调整器包括电阻元件、二极管元件和电容器中的至少一者，且调 整在所述消石兹线圏内生成的所述电流。
13. 根据权利要求11所述的控制加热件温度的方法，其特征在于，所 述消磁电流调整器包括电容器和线圈中的一者或两者，且调整所述电容器的 阻抗或所述线圓的—感应系数甲的至—少一者以形成共振电 各。
14. 一种能够在不同宽度的记录材料上形成图像的成像装置，所述成像 装置的特征在于权利要求8所述的定影装置。
全文摘要
一种利用电磁感应加热对设在成像装置用定影装置内的加热件进行加热的加热装置。定影装置在夹持并输送记录材料的同时加热并固定该记录材料上的图像。加热装置包括励磁线圈，沿着加热件设置，生成交变磁通量以利用电磁感应加热对该加热件进行加热；消磁线圈，围绕由励磁线圈生成的交变磁通量的部分，且生成沿抵消该交变磁通量的方向的电动势；以及消磁调整器，设在具有消磁线圈的消磁电路中，且调整在消磁线圈内生成的电流。
文档编号G03G15/00GK101236396SQ20081000888
公开日2008年8月6日 申请日期2008年1月30日 优先权日2007年1月31日
发明者岸和人 申请人:株式会社理光