定影装置、定影带和成像设备的制作方法

专利名称：：定影装置、定影带和成像设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及具有定影带的FBNF(FreeBeltNipFuser,无带夹持熔合)法的定影装置、在这种定影装置中使用的定影带以及具有这种定影装置的成像设备。
背景技术：
：在电子照相法的成像设备例如复印机、打印机、传真机和具有所有这些功能的多功能外围设备中，在感光鼓上形成对应于原像的潜像，通过施加调色剂使得这种潜像可见，将这种可见的调色剂图像转印到记录材料上，接着，将记录材料上的调色剂图像定影，然后将记录材料输出到设备外部。此外，在形成彩色图像的情况下，在四个感光鼓上形成对应于原像色彩的Y、M、C和K色的潜像，将变得可见的四色调色剂图像一次转印到环状中间带上，然后将它们二次转印到记录介质上，接着将转印到记录介质上的调色剂图像定影，然后将记录材料输出到设备外部。对于用于固定这种调色剂图像的定影装置，提出了加热辊方法的定影装置，该定影装置通过在由内部具有加热元件例如面素灯等的定影辊和对定影辊施加压力的压力辊形成的夹持部(nipportion)中夹紧并传送其上转印有调色剂图像的记录介质，从而施加热和压力，并且这种定影装置由于其结构简单而被广泛使用。但是，在这种定影装置中，为了实现高速，必须向调色剂和记录介质供应足够量的热，为此必须增加夹持宽度。为了增加夹持宽度，可以考虑增加压力辊挤压定影辊的负荷、压力辊内部由硅橡胶等形成的弹性层的厚度、或所述两种辊的直径等。但是，如果压力辊的负荷或压力辊的弹性层厚度增加，则沿轴向的夹持宽度可能有时变得不均匀，因而可能出现记录材料的不均匀定影或折皱。此外，如果辊的直径增大，则存在定影装置变大以及升温时间变长的问题。为了解决该问题，在未审查日本专利申请公开(参见公开第2005-173441、2004-198655和2004-206105号)中公开了所谓的FBNF方法的定影装置，其中该定影装置配置有定影辊、环状定影带、压力垫(pad)和低摩擦滑动片，所述定影辊具有硅橡胶制成的弹性层和在中心处装入并旋转的加热元件例如g素灯等，所述环状定影带由定影辊驱动转动，所述压力垫从定影带的内侧经所述定影带挤压定影辊，所述低摩擦滑动片布置在定影带和压力垫之间以及由定影辊和定影带形成的夹持部中，其上已经转印有调色剂图像的记录材料在夹紧和传送的同时被加热和挤压。根据该定影装置，通过压力垫挤压定影辊的定影带弹性变形，并在定影辊与定影带之间形成宽的夹持部。因此，可实现高速度，而且定影装置也不变大。另外，由于定影带的热容量小，因此升温时间变短并且可节约能量。此外，虽然在未审查的日本专利申请公开第2005-173441号中，通过在FBNF方法的定影装置中的定影带与压力垫之间供应润滑剂来降低滑动阻力，但是由于润滑剂不是以稳定的方式保持，因此在定影带的内周表面上形成Ra-(K31.6nm的表面粗糙度，由此增加润滑剂的保持能力。此外，已经公开了聚四氟乙烯(下文中称为PTFE)作为涂覆在定影带表面上的防粘层(releasinglayer)的材料，并且还公开了PTFE作为滑动片的材料。与未审查的日本专利申请公开第2005-173441号相类似，在未审查的日本专利申请公开第2004-198655号中，为了增加润滑剂保持能力，滑动片(垫盖(padcap))中与定影带接触的表面已经制成粗糙表面。理想的是起伏表面的表面粗糙度为Ra=0.5~10fim。此外，已经公开了PFA作为定影带的防粘层的材料，也已经公开了PES(聚酯砜)等作为滑动片的材料。在未审查的日本专利申请^^开第2004-206105号中，虽然常规的滑动片形成为多孔的以保持润滑剂，但是由于它不能承受长时间使用，因此滑动片的滑动表面制成为多孔的并且包括氟塑料。另外，甚至已经公开了PTFE作为定影带的防粘层的材料并且还公开了PTFE作为滑动片的材料。如在未审查的日本专利申请4^开第2005-173441专、未审查的曰本专利申请公开第2004-198655号中以及在未审查的日本专寿'J申请公开第2004-206105号中所公开的，在FBNF方法的定影装置中，由于在定影带与压力垫之间布置有滑动片，因此转动定影带的滑动阻力因定影带和压力垫彼此不直接接触而降低。另外，还通过在定影带与滑动片之间供应润滑剂来降低滑动阻力。但是，由于定影带与滑动片滑动接触，因此存在一定量的滑动阻力，并且在二者中导致至少一些磨损。另外，虽然的确必需在夹持部中保持润滑剂，但是通常该润滑剂不足以防止磨损并且在长时间的使用中润滑剂的保持效率会劣化。本发明的一个目的是解决上述问题。
发明内容本发明的一方面是一种定影装置，包括定影辊，所述定影辊具有弹性层和内部加热元件并且转动；环状定影带，所述环状定影带与所述定影辊一起转动；压力元件，所述压力元件使所述定影带从所述定影带的内周表面侧挤压所述定影辊；滑动片，所述滑动片布置在所述定影带与所述压力元件之间；和润滑剂供应部，所述润滑剂供应部向所述定影带的内周表面供应润滑剂，在所述定影辊与所述定影带之间形成的夹持部处将调色剂图像定影到记录介质上，其中所述定影带的内周表面和所述滑动片的表面由聚四氟乙烯制成，其中满足下列关系H1SH2,在此H1是所述定影带的内周表面的表面硬度，H2是面向所述定影带的所述滑动片的表面硬度。本发明的另一方面是一种定影装置，包括定影辊，所述定影辊具有弹性层和内部加热元件并且转动；环状定影带，所述环状定影带与所述定影辊一起转动；压力元件，所述压力元件使所述定影辊从所述定影带的内周表面侧挤压所述定影带；滑动片，所述滑动片布置在所述定影带与所述压力元件之间；和润滑剂供应部，所述润滑剂供应部向所述定影带的内周表面供应润滑剂，在所述定影辊与所述定影带之间形成的夹持部处将调色剂图像定影到记录介质上，其中所述定影带的内周表面和所述滑动片的表面由聚四氟乙烯制成，其中满足下列关系Ral^Ra2，在此Ral是所述定影带的内周表面的表面粗糙度，Ra2是面向所述定影带的所述滑动片的表面粗糙度。图l是成像设备的结构图。图2是在垂直于定影装置纵向的方向上的横截面图。具体实施例方式下面参考本发明的定影装置的一个优选实施方案。首先，基于图1的结构图说明利用本发明定影装置的成像设备的例子。该成像设备包括成像设备主单元GH和图像读取设备YS。成像设备主单元GH被称为串联式彩色成像设备并具有多个成像部IOY、IOM、10C和10K、带形中间图4象转印带6、片传送部、定影装置9等。在成像设备主单元GH的顶部上方布置由自动文件输入设备201和文件图像扫描啄光设备202制成的图像读取设备YS。放置在自动文件输入设备201的文件台上的文件d通过传送部传送，通过文件图4象扫描曝光i史备202的光学系统来扫描在文件一侧或两侧上的图像并曝光，然后由线图像传感器CCD读出该图像。通过线图像传感器CCD的光电转换而形成的信号在图像处理部中进行模拟处理、A/D转换、明暗度校正(shadingcorrection),图像压缩处理等，然后发送到曝光部3Y、3M、3C和3K。形成黄色(Y)图像的成像部10Y具有充电部2Y、曝光部3Y、显影部4Y和布置在感光鼓1Y周围的清洗部8Y。形成品红色(M)图像的成4象部10M具有充电部2M、曝光部3M、显影部4M和布置在感光鼓1M周围的清洗部8M。形成青色(C)图像的成像部10C具有充电部2C、曝光部3C、显影部4C和布置在感光鼓1C周围的清洗部8C。形成黑色(K)图^象的成像部10K具有充电部2K、曝光部3K、显影部4K和布置在感光鼓1K周围的清洗部8K。此外，充电部2Y和曝光部3Y、充电部2M和曝光部3M、充电部2C和膝光部3C、充电部2K和曝光部3K分别构成潜4象形成部。此外，显影部4Y、4M、4C和4K包含具有载体和小粒径的黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)、和黑色(K)调色剂的两组分显影剂.中间图像转印元件6缠绕多个辊并且以可转动的方式被支撑。定影装置100通过在加热的定影辊101和定影带102之间形成的夹持部中施加热和压力从而在纪录片(记录材料)P上定影调色剂图像。因此，由成4象部10Y、IOM、IOC和IOK所形成的不同颜色的图傳通过转印部7Y、7M、7C和7K相继转印(一次转印)到转动的中间图4象转印元件6上，由此形成合成为彩色图像的调色剂图像。储存在片供给盒内的纪录片P由片供,21来供给，穿过片供给辊22A、22B、22C和22D以及登记辊(registrationroller)23等，传送到转印部7A，1^将彩色图像转印到纪录片P上(二次转印)。其上已经转印有彩色图像的纪录片P在定影装置100中经受热和压力，由此将彩色调色剂图像定影在纪录片P上。之后，该片由片输出辊24夹紧并M置在i史备外部的片输出托架25上。另一方面，在通过转印部7A将彩色图像转印到纪录片P上之后，通过清洗部8A去除利用弯曲与纪录片P分离的中间图4象转印元件6上残留的调色剂。此外，虽然以上是形成彩色图像的成像设备，但是也可以是形成单色图像的成像设备，并且可以使用或者可以不使用中间图像转移元件。接着，参考图2说明本发明定影装置100的主结构的一个优选实施方案。图2是在垂直于定影装置纵向的方向上的横截面图。定影辊101具有安装在其中心的卣素灯(加热元件)，并且由圆柱形芯金属101A、弹性层101B以及防粘层101C构成，芯金属101A由铝、铁等形成，弹性层101B由具有高耐热性的硅橡胶制成并覆盖芯金属101A，防粘层101C由氟塑料例如全氟烃醚(下文中缩写为PFA)或聚四氟乙烯(下文中缩写为PTFE)制成。定影带102由基带和防粘层构成并形成为环状的形式，基带由聚酰亚胺形成并具有约lOOjmi的厚度，防粘层覆盖在基带的外表面上、具有约25fmi以内的厚度并由PFA或PTFE制成。此外，由于如果描绘出薄的定影带102的基带和防粘层，则附图会变得不清晰，因此将它们省略。作为压力元件的压力垫103由硅橡胶形成，其比弹性层101B更柔软，并且通过由耐热塑料制成的支持器108以及由不锈钢制成的金属基板104和由耐热塑料制成的基件105来支持,此夕卜，基件105^^供有压缩弹簧106。挤压部(pressingsection)对应于压力垫103、金属基板104、基件105和压缩弹簧106。分离元件107布置在传送纪录片P的方向的下游侧，以增大经定影的纪录片P的分离特性。分离元件的前缘部分利用耐热塑料或金属例如铝形成为具有大曲率的弧形，并且通过由耐热塑料制成的支持器109(经过金属基板104等)以及金属框架110来支持。分离部对应于分离元件107。此外，支持器108和109由布置在中心的框架110所固定。支持部对应于支持器108和109以及框架110。滑动片111由涂有Tefloi^的玻璃纤维片或PTFE片制成，并且布置在定影带102的内周表面与压力垫103之间以及定影带102的内周表面与分离元件107之间，并且其一个端部固定于支持器109。由海绵等形成的油垫112(润滑剂供给部)包含润滑剂例如硅油等，油垫112由支持器109支持并且与定影带102的内周表面处于压力接触。此外，支持器109还起到引导元件的功能，在定影带102转动过程中引导定影带102。在以这种方式构成的定影装置100中，定影辊由卣素灯H加热并由驱动部(未图示)驱动，沿顺时针方向转动。而且，通过压缩弹簧，经金属^41104和基件105来挤压压力垫103，并经过滑动片111从定影带的内周表面来挤压定影带102,然后使定影带压在定影辊101上。因此，定影带102由于定影辊101的转动而逆时针方向转动，由于定影带压在定影辊101上，导致定影带与压力垫103—起弹性变形为凹形，因此在定影带102和定影辊101之间形成宽的夹持部N。因此，传送的纪录片P被夹紧并挤压在夹持部N中，通it^加热和压力使纪录片P上未定影的调色剂定影。此外，虽然定影带102的内周表面围绕夹持部N相对于滑动片111滑动，但由于滑动片由摩擦系数小的材料形成，因此二者之间的滑动阻力小。另外，由于从油垫112向定影带102的内周表面供应硅油等作为润滑剂，因此滑动阻力变得甚至更小。此外，分离元件107使定影带102经滑动片111压在定影辊101上，并导致定影辊的弹性层101B和防粘层101C弹性变形成为具有大曲率的凹形。因此，在夹持部N中定影的纪录片P明确地从定影辊101脱落并与其分离，而不必使用分离爪等。如上所述，虽然定影带102与滑动片lll之间滑动阻力小，但即使如此，由于长时间使用还是在定影带102与滑动片111上导致一些磨损。当发生这种磨损时，滑动阻力增加，因此驱动定影辊IOI的电动机负荷增加，功率消耗增大。另外，如果由于滑动阻力增加而导致在定影带102中发生位移，则这种位移也出现在定影图像中。鉴于此，首先，本发明人注意到定影带102的材料的组合，并进行实验以比较当二者的材料改变时的滑动转矩。a.实验条件-定影装置图2所示的结构-定影带三种类型，在PI基础元件的内周表面上作为防粘层提供的PTFE涂层或PFA管以及PI基础元件本身，所有类型的定影带都被加工为内周表面具有Ra0.5的表面粗糙度。-滑动片在玻璃布或PFA片的外表面(定影带侧的表面)上具有PTFE涂层的片，ChukoKaseiFGF400(产品名)。-润滑剂二曱基珪油(1000cs)画夹持部总压力350N，夹持宽度llmm-线速度300毫米/秒-控制温度180。Cb.实验结果实验结果在表l中示出。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>c.研究当在定影带的内周表面上提供PTFE涂层并且在滑动片外表面上提供PTFE涂层时滑动转矩最小。但是，即使通过由PTFE形成定影带和滑动片二者来使得在滑动过程中转矩最小，也不可能避免定影带和滑动片的一定量的磨损。鉴于此，为了进一步减少磨损，本发明人注意到定影带和滑动片的表面硬度，并在改变滑动片和定影带的表面硬度组合的同时在上述实验条件下对夹持部中滑动片的PTFE的磨耗比进行测量结果示于表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>此外，表面硬度根据JIS-A测量。另外，夹持部的磨耗比是滑动100小时后的滑动片磨耗比，并且在开始实验之前PTFE的质量记为100时，由于磨损而损耗之后的PTFE质量与损耗之前的PTFE的质量之比为磨耗比。换言之，在实验开始前的滑动片的总质量记为A，在实验开始前的产品质量(PTFE厚度x面积x比重)记为B，那么A-B记为基材的质量C。另外，实验后的滑动片的总质量记为D。因此，利用下式获得磨耗比根据表2的实验，发现当定影带侧的滑动片外表面的表面硬度(H2)低于定影带内周表面的表面硬度(H1)时，滑动片的磨损增大，而当定影带侧的滑动片外表面的表面硬度(H2)等于或大于定影带内周表面的表面硬度(H1)时，滑动片的磨损减少。特别地，当作为面向定影带的滑动片表面的滑动片外表面的表面硬度(H2)大于定影带内周表面的表面硬度(H1)时，滑动片的PTFE的磨损最小。这可以设想是由于如下原因所导致。即，因为甚至滑动片和定影带二者均由PTFE制成，当定影带侧的滑动片外表面的表面硬度(H2)低于定影带内周表面的表面硬度(Hl)时，由于滑动片表面相对较软，使得滑动片表面的磨损增大。因此，夹持部变得难以保持润滑剂。当定影带侧的滑动片外表面的表面硬度(H2)等于定影带内周表面的表面硬度(H1)时，二者的物理性质变得一样，因此滑动片表面的磨损减少。因此，与上述条件相比，这可以增加在夹持部中保持润滑剂的效率。但是，定影带的滑动表面远大于滑动片的滑动表面，施加在滑动片上的负荷变大，从而首先导致滑动片的PTFE涂层的表面损耗。当产生损耗时，该损耗指数性地增加，可以设想，与定影带相比，滑动片的PTFE涂层的磨损容易增大。另一方面，当定影带的表面硬度低于滑动片的表面硬度时，由于定影带的滑动表面远大于滑动片的滑动表面，因此单位面积的磨损量小。另一方面，由于滑动片具有较大的表面硬度，因此难于磨损，结果，滑动片的表面粗糙度没有大的改变。因此，夹持部的整个磨损变小，耐久性增加，并且可以在夹持部中长时间保持润滑剂。此外，通过选择适当的表面粗糙度而不是表面硬度也可以获得类似效果。在改变滑动片和定影带的表面粗糙度的组合的同时，在上述条件下进行的实验的结果示于表3中。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>根据表3，当定影带内周表面的表面粗糙度(Ral)等于或大于作为面对定影带的滑动片表面的滑动片外表面的表面粗糙度(Ra2)时，滑动转矩最小。这可以i殳想是由于如下原因所导致。即，如图2所示，从油垫112向定影带102供应润滑剂，然后润滑剂附着于定影带102,接着润滑剂传送直到滑动片111的位置，然后附着于滑动片。此时，为了使定影带102或滑动片lll保持润滑剂，必需使所述内周表面形成具有适当的表面粗糙度，亦即，必需在表面上形成起伏。此外，当润滑剂由油垫112供应到定影带102时，定影带102中的凹陷和突起均处于被油膜覆盖的态。此时，在定影带102的表面粗糙度等于或大于滑动片lll的表面粗糙度的情况下，即当定影带102的凹陷和突起之间的差异等于或大于滑动片的凹陷和突起之间的差异时，在部分润滑剂从定影带102移动并附着于滑动片lll的时候，移动量将较小，并且由于定影带和滑动片在均附着有适当量的润滑剂的条件下彼此相对滑动，因此滑动转矩变小。结果，定影带102和滑动片111的耐久性增加。另一方面，在定影带102的表面粗糙度小于滑动片111的表面粗糙度的情况下，即当定影带102的凹陷和突起之间的差异小于滑动片的凹陷和突起之间的差异时，在部分润滑剂从定影带102移动并附着于滑动片lll的时候，移动量将相对较大，并且由于定影带和滑动片在润滑剂的附着量均不足的条件下彼此相对滑动，因此滑动转矩没有变小。结果，定影带102和滑动片111的耐久性变得不足。此外，在防粘层形成在定影带基部上的情况下，当防粘层磨损或剥落时，定影带变得不可用。因此，防粘层在生产过程中需要牢固固定，以便不被剥落。但是，由于在基部和防粘层之间进入空气或杂质，导致发生防粘层没有充分紧密地接触基部的情况。此外，为了解决诸如定影带中由PTFE制成的防粘层剥落的问题，理想的是形成具有单层PTFE的定影带。对于这种情况下的PTFE，理想的是使用改性PTFE、碳填充的PTFE、聚酰亚胺掺杂的PTFE等。由于改性PTFE具有优异的耐磨性、因而滑动磨损变小，并且由于它是具有优异的拉伸伸长率和抗蠕变性的塑料，因此它具有在夹持部中抗定影带反复变形的增强耐久性特性。由于碳填充的PTFE具有优异的耐磨性，因此滑动磨损变小，并且由于可以减少电阻，因此它具有不存在由于带电而导致调色剂图像受干扰的特性.由于聚酰亚胺掺杂的PTFE是具有优异的拉伸伸长率的塑料，因此它具有在夹持部中抗定影带反复变形的增强耐久性特性。此外，当使用上述材料制造定影带时利用烘焙。另外，即4吏在由单层PTFE形成时，与滑动片的关系依然与上文所述的相同。权利要求1.一种定影装置，包括定影辊，所述定影辊具有弹性层和内部加热元件并且转动；环状定影带，所述环状定影带与所述定影辊一起转动；压力元件，所述压力元件使所述定影带从所述定影带的内周表面侧挤压所述定影辊；滑动片，所述滑动片布置在所述定影带与所述压力元件之间；和润滑剂供应部，所述润滑剂供应部向所述定影带的内周表面供应润滑剂，在所述定影辊与所述定影带之间形成的夹持部处将调色剂图像定影到记录介质上，其中所述定影带的内周表面和所述滑动片的表面由聚四氟乙烯制成，其中满足下列关系H1≤H2，在此H1是所述定影带的内周表面的表面硬度，H2是面向所述定影带的所述滑动片的表面硬度。2.如权利要求l所述的定影装置，其中满足下列关系H1<H2。3.如权利要求l所述的定影装置，其中所述定影带由单层聚四氟乙烯形成。4.一种成像设备，包含权利要求1~3中任一项所述的定影装置。5.—种定影装置，包括定影辊，所述定影辊具有弹性层和内部加热元件并且转动；环状定影带，所述环状定影带与所述定影辊一起转动；压力元件，所述压力元件使所述定影带从所述定影带的内周表面侧挤压所述定影辊；滑动片，所述滑动片布置在所述定影带与所述压力元件之间；和润滑剂供应部，所述润滑剂供应部向所述定影带的内周表面供应润滑剂，在所述定影辊与所述定影带之间形成的夹持部处将调色剂图像定影到记录介质上，其中所述定影带的内周表面和所述滑动片的表面由聚四氟乙烯制成，其中满足下列关系Ral^Ra2，在此Ral是所述定影带的内周表面的表面粗糙度，Ra2是面向所述定影带的所述滑动片的表面粗糙度。6.如权利要求5所述的定影装置，其中满足下列关系Ral〉Ra2。7.如权利要求5所述的定影装置，其中所述定影带由单层聚四氟乙烯形成。8.—种成像设备，包含权利要求5~7中任一项所述的定影装置。全文摘要本发明涉及定影装置、定影带和成像设备。一种定影装置，包括定影辊；与所述定影辊一起转动的环状定影带；压力元件；布置在定影带和压力元件之间的滑动片；和润滑剂供应部，在定影辊与定影带之间形成的夹持部处将调色剂图像定影到记录介质上，其中定影带的内周表面和滑动片的表面由聚四氟乙烯形成，其中满足下列关系H1≤H2，在此H1是定影带的内周表面的表面硬度，H2是面向定影带的滑动片的表面硬度。文档编号G03G15/20GK101339394SQ20081012764公开日2009年1月7日申请日期2008年7月2日优先权日2007年7月3日发明者松本浩申请人:柯尼卡美能达商用科技株式会社