专利名称：定影装置、图像形成装置和环状定影带的制作方法
技术领域：
本发明涉及定影装置、图像形成装置和环状定影带。
背景技术：
诸如复印机或打印机的电子照相图像形成装置通过对感光体均匀地充电并使充电的感光体曝光于基于图像信息而控制的光在具有例如鼓状形状的感光体上形成静电潜像。静电潜像利用色调剂而显影为可视图像(色调剂图像)。色调剂图像被转印到记录材料。转印的色调剂图像由定影装置定影。因而，形成图像。一些已知的定影装置采用电磁感应加热的技术。日本特开2008-209487号公报公开了一种对包括金属体的定影带加热的加热装·置。金属体包括通过电磁感应来发热的发热层、以及分别设置在发热层的上面和下面的基层和保护层。根据预定的数学表达式来规定层的厚度和电阻。定影带的中性轴驻留于发热层中。一般来说，如果由电磁感应线圈加热的定影部件按照具有小的热容量量的带部件的形式提供，则用于将定影部件的温度升高到可定影的温度所需要的时间(预热时间)很短。然而，在定影部件是包括金属体的带部件的情况中，因为在定影操作期间对定影部件施加的弯曲变形，定影部件可能有故障。
发明内容
本发明的目的是提供一种即使采用包括金属体的带部件作为定影部件也不容易发生故障并能够执行稳定的定影操作的定影装置和相关设备。根据本发明的第一方面，提供一种定影装置，该定影装置包括磁场生成部件，生成交流磁场；定影带，由交流磁场导致的电磁感应加热并将色调剂定影在记录材料上；和加压部件，压在定影带的外周面，并在加压部件和定影带之间形成挤压定影部，具有未定影的图像的记录材料通过挤压定影部输送。定影带包括金属体，在金属体中堆叠至少三层。所述至少三层包括由金属制成的基层、由金属制成的保护层、以及设置在基层和保护层之间并由电磁感应加热的导电层。在沿厚度方向截取的定影带的截面中，金属体的中性轴相对于金属体的厚度中心线位于保护层侧并且在保护层中。根据本发明的第二方面，在根据本发明的第一方面的定影装置中，保护层比基层厚。根据本发明的第三方面，在根据本发明的第一方面的定影装置中，保护层比基层具有更大的杨氏模量。根据本发明的第四方面，在根据本发明的第二方面的定影装置中，保护层比基层具有更大的杨氏模量。根据本发明的第五方面，根据本发明的第一方面的定影装置还包括覆盖在金属体上的弹性层和覆盖在弹性层上的防粘层(release layer)。
根据本发明的第六方面，根据本发明的第二方面的定影装置还包括覆盖在金属体上的弹性层和覆盖在弹性层上的防粘层。根据本发明的第七方面，根据本发明的第三方面的定影装置还包括覆盖在金属体上的弹性层和覆盖在弹性层上的防粘层。根据本发明的第八方面，根据本发明的第四方面的定影装置还包括覆盖在金属体上的弹性层和覆盖在弹性层上的防粘层。根据本发明的第九方面，在根据本发明的第一至第八方面中的任一个的定影装置中，金属体是包层钢。根据本发明的第十方面，一种图像形成装置，包括色调剂图像形成部，形成色调齐帽像；转印部，将色调剂图像转印到记录材料；和定影部。定影部包括磁场生成部件，生 成交流磁场；定影带，由交流磁场引起的电磁感应加热并将色调剂定影在记录材料上；和加压部件，压在定影带的外周面，并在加压部件和定影带之间形成挤压定影部，具有未定影的图像的记录材料通过挤压定影部输送。定影带包括金属体，在金属体中堆叠至少三层。所述至少三层包括由金属制成的基层、由金属制成的保护层、以及设置在基层和保护层之间并由电磁感应加热的导电层。在沿厚度方向截取的定影带的截面中，金属体的中性轴相对于金属体的厚度中心线位于保护层侧并且在保护层中。根据本发明的第十一方面，在根据本发明的第十方面的图像形成装置中，金属体是包层钢。根据本发明的第十二方面，环状定影带包括金属体，在金属体中堆叠至少三层，所述至少三层包括由金属制成的基层、覆盖在基层上并由电磁感应加热的导电层、和由金属制成并且覆盖在导电层上并保护导电层的保护层；覆盖在金属体上的弹性层；和覆盖在弹性层上的防粘层。在沿厚度方向截取的金属体的截面中，金属体的中性轴相对于金属体的厚度中心线位于保护层侧并且在保护层中。根据本发明的第十三方面，在根据本发明的第十二方面的环状定影带中，金属体是包层钢。根据本发明的第一方面，可以提供一种即使包括金属体的带部件被采用为定影部件也不容易发生故障并能够执行稳定的定影操作的定影装置。根据本发明的第二方面，通过调整金属体的保护层和基层的厚度，金属体的中性轴可以设置为位于保护层中。根据本发明的第三和第四方面，通过调整金属体的保护层和基层的杨氏模量，金属体的中性轴可以设置为位于保护层中。根据本发明的第五至第八方面，与不采用根据这些方面的配置的情况相比，热量可以更均匀地施加到色调剂图像的全部，并且可以提供在记录材料的分离性方面优良的定影带。根据本发明的第九方面，与不采用根据该方面的配置的情况相比，可以提供更耐用的定影带。根据本发明的第十方面，与不采用根据该方面的配置的情况相比，可以提供能够执行更好的图像形成操作的图像形成装置。根据本发明的第十一方面，与不采用根据该方面的配置的情况相比，可以提供更耐用的图像形成装置。根据本发明的第十二方面，可以提供即使被采用为定影部件也不容易发生故障的环状定影带。根据本发明的第十三方面，与不采用根据该方面的配置的情况相比，可以提供更耐用的环状定影带。
将基于下面的图详细地描述本发明的示例性实施方式，其中图I示出应用了根据示例性实施方式的定影装置的示例性图像形成装置；图2是根据示例性实施方式的定影装置的正面图；图3是沿图2中示出的线III-III截取的定影装置的截面图； 图4是示出根据示例性实施方式的定影带中包括的层的截面图；图5是包括基层、导电加热层和保护层的金属体的示意截面图；图6是根据示例性实施方式的IH加热器的截面图；图7示出当定影带处于磁导率开始变化的温度处或该温度以下时产生的磁力线；图8示出已由移动机构移动地远离定影带的加压辊；和图9总结了针对各个示例和比较例的测试条件和结果。
具体实施例方式现在将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式。图像形成装置图I示出应用了根据示例性实施方式的定影装置的示例性图像形成装置I。图I中示出的图像形成装置I是串联型彩色打印机，并且包括图像形成部10，基于图像数据形成图像；控制器31，控制图像形成装置I的总体操作；通信单元32，例如与个人计算机(PC)3或图像读取装置(扫描仪)4通信并接收图像数据；和图像处理单元33，对由通信单元32接收的图像数据执行预定的图像处理操作。图像形成部10是形成色调剂图像的示例性色调剂图像形成部。图像形成部10包括按照预定间隔并排设置的4个图像形成单元11Y、11M、11C和IlK(也统称为“图像形成单元11”)。图像形成单元11均包括作为示例性图像载体的感光鼓12，其上形成静电潜像并承载色调剂图像；充电装置13，利用预定的电势对感光鼓12的表面均匀充电；发光二极管(LED)打印头14，基于针对不同颜色中相应的一种颜色的图像数据对由充电装置13充电的感光鼓12执行曝光；显影装置15，对形成在感光鼓12上的静电潜像进行显影；以及鼓清洁器16，在转印后清洁感光鼓12的表面。除了在显影装置15中包含的色调剂的颜色，图像形成单元11都具有基本上相同的配置。图像形成单元11分别形成黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)和黑色(K)的不同颜色的色调剂图像。图像形成部10还包括中间转印带20，在各图像形成单元11的感光鼓12上形成的不同颜色的色调剂图像多次转印到中间转印带20 ;—次转印辊21，利用一次转印辊21由各图像形成单元11形成的不同颜色的色调剂图像按照一个叠加在另一个上面的方式顺序地转印(一次转印)到中间转印带20 ;二次转印辊22，利用二次转印辊22在中间转印带20上叠加的不同颜色的色调剂图像一起转印(二次转印)到纸张P、即记录材料(记录纸张)；和作为示例性定影部(定影装置)的定影单元60，其在纸张P上定影不同颜色的二次转印的色调剂图像。在根据示例性实施方式的图像形成装置I中，中间转印带20、一次转印辊21和二次转印辊22组合地形成将色调剂图像转印到纸张P的转印部。根据示例性实施方式的图像形成装置I在控制器31的控制下执行下面处理中的图像形成操作。具体地说，来自PC 3或扫描仪4的图像数据由通信单元32接收并经历由图像处理单元33执行的预定图像处理操作，由此转换为针对不同颜色的多条图像数据。这多条图像数据被发送到各图像形成单元11。例如，在形成黑(K)色色调剂图像的图像形成单元IlK中，由充电装置13利用预定电势对在箭头A的方向上旋转的感光鼓12均匀地充电，并且LED打印头14基于从图像处理单元33发送的针对K色的一条图像数据对感光鼓12执行扫描曝光。因而，在感光鼓12上形成K色静电潜像。在感光鼓12上的K色静电潜像由显影装置15显影，由此在感光鼓12上形成K色色调剂图像。同理，分别由其他图像形成单元11Y、11M和IlC形成黄⑴色、品红(M)色和青(C)色色调剂图像。 因此形成在各图像形成单元11的感光鼓12上的不同颜色的色调剂图像由各一次转印辊21顺序地静电转印(一次转印)到在箭头B的方向上旋转的中间转印带20，由此形成叠加了不同颜色的色调剂的叠加色调剂图像。在中间转印带20上的叠加色调剂图像随着中间转印带20的旋转而输送到设置了二次转印辊22的区域(二次转印部T)。当叠加色调剂图像到达二次转印部T时，从纸张保持器40馈送的纸张P被输送到二次转印部T。随后，在二次转印部T处，利用二次转印辊22产生的转印电场效应，将叠加色调剂图像一起静电转印(二次转印)到因此输送的纸张P。随后，具有静电转印的叠加色调剂图像的纸张P被输送到定影单元60。输送到定影单元60的纸张P上的叠加色调剂图像经历定影单元60施加的热和压力，并因而在纸张P上定影。具有因此定影的图像的纸张P被输送到图像形成装置I的纸张输出部中的纸张堆叠部45。同时，分别由鼓清洁器16和带清洁器25去除在一次转印后附着到感光鼓12的色调剂(一次转印残余色调剂)和在二次转印后附着到中间转印带20的色调剂(二次转印残余色调剂)。图像形成装置I针对待打印的页数重复上面的图像形成处理。定影单元现在将描述根据示例性实施方式的定影单元60。图2和图3示出根据示例性实施方式的定影单元60。图2是正面图，图3是沿图2中的线III-III截取的截面图。参照图3的截面图，定影单元60包括感应加热(IH)加热器80，产生交流磁场；定影带61，作为示例的定影部件，由IH加热器80产生的电磁感应加热，并因而在纸张P上定影色调剂图像；加压辊62，作为示例性加压部件，面对定影带61 ;和压力接收板63，加压辊62压向压力接收板63，定影带61插入它们之间。此外，定影单元60包括保持器65，支撑压力接收板63和其他元件；感温磁性部件64，通过在内部感应由IH加热器80产生的交流磁场而产生磁路；感应部件66，在内部感应已经穿过感温磁性部件64的磁力线；释放辅助部件70，辅助纸张P从定影带61的释放；和温度传感器75，与定影带61的表面接触并检测定影带61的温度。加压辊62由移动机构200按照下面的方式移动。当执行定影操作时，加压辊62压在定影带61的外周面，由此在加压辊62和定影带61之间形成夹持部N (挤压定影部)，通过该夹持部N输送具有未定影的色调剂图像的纸张P。相反，当不执行定影操作时，加压辊62与定影带61间隔开。下面将单独描述移动机构200的细节。定影带定影带61是原始具有圆柱形状的环状带部件，其在原始形状(圆柱形状)中具有例如30mm的直径和370mm的长度。参照图4 (示出定影带61中包括的层的截面图)，定影带61是多层带部件，包括基层611、覆盖在基层611上的导电加热层612、保护导电加热层612的保护层613、提高定影色调剂图像的性能的弹性层614 ;和作为最外层设置的防粘层615。基层611、导电加热层612和保护层613组合地形成通过彼此结合而产生的包层 钢金属体。基层611形成定影带61的内周面。基层611支撑具有小的厚度的导电加热层612，并且被要求向定影带61整体提供良好的机械强度。基层611由具有允许IH加热器80产生的交流磁场通过并作用于感温磁性部件64上的厚度和物理特性(相对磁导率和电阻率)的材料制成。但是，在磁场效应下基层611自身不发热或几乎不发热。具体地说，例如，基层611具有30 ii m到200 ii m的厚度(优选地，50 u m到150 u m)，并且由诸如非磁性不锈钢的非磁性金属等制成。导电加热层612是示例性导电层，并且是由IH加热器80产生的交流磁场引起的电磁感应来加热的电磁感应加热层。即，当由IH加热器80产生的交流磁场在厚度方向上穿过导电加热层612时，在导电加热层612出现涡流。通常，能够以低成本制造的通用电源用作向IH加热器80提供交流电流的激励电路88(参见图6)的电源。因此，由IH加热器80产生的交流磁场的频率通常在从20kHz到IOOkHz的范围内，对应于通用电源的频率。因此，导电加热层612配置为允许20kHz到IOOkHz频率的交流磁场进入和通过导电加热层612。允许交流磁场进入导电加热层612的交流磁场衰减到1/e的区域。该区域由“集肤深度(S ) ”限定，集肤深度(8 )从下面的表达式⑴获得。S = 503 I已 ( I)
V/' Mr其中f表示交流磁场的频率(例如20kHz)，P表示电阻率(Q -m),并且y表示相对磁导率。因此，导电加热层612比由表达式⑴限定的导电加热层612的集肤深度(S )薄，使得允许20kHz到IOOkHz频率的交流磁场进入和通过导电加热层612。导电加热层612的示例性材料包括诸如Au、Ag、Al、Cu、Zn、Sn、Pb、Bi、Be和Sb的金属、以及任意前述金属的
么么I=I -Wl o具体地说，例如，导电加热层612具有2 iim到20 iim的厚度和2.7 X 10_8 Q .m或更小的电阻率，并由诸如Cu的非磁性金属(具有大约为I的相对磁导率的非磁性材料)制成。
就缩短将定影带61加热到预设定影温度所需要的时间(以下称为“预热时间”)而言，导电加热层612可以具有这样的小厚度。设置保护层613以保护导电加热层612，并因此要求保护层613具有预定的机械强度并且几乎不防止电磁感应进入导电加热层612。因此，保护层613在磁场的效应下不发热或几乎不发热，如同在基层611的情况中那样。具体地说，保护层613由诸如非磁性不锈钢的非磁性金属等制成。弹性层614由诸如硅酮橡胶的耐热弹性材料制成。在纸张P上的色调剂图像(即定影对象)是具有不同颜色的粉体色调剂层。因此，为了在夹持部N处非常均匀地加热色调剂图像的全部，定影带61的表面可以沿由纸张P上的色调剂图像形成的凹凸不平的表面可变形。在这样的情况下，具有例如100 u m到600 u m的厚度和10°到30° (JIS-A)的硬度的娃酮橡胶适合于弹性层614。防粘层615形成定影带61的外周面。防粘层615直接与纸张P上的未定影色调剂图像直接接触，因此由具有高分离性的材料制成。这样的材料的示例包括四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、硅酮共聚物以及前述材料的合成物。如果防粘层615太薄，耐磨性不足并且定影带61的寿命缩短。相反，如果防粘层615太厚，定影带61的热容量太大并且预热时间增加。考虑耐磨性和热容量之间的平衡，防粘层615的厚度可以是I Pm到50 Um0例如按照下面的方式生产上述配置的定影带61。(i)将基层611的材料(诸如不锈钢板)、导电加热层612的材料(诸如铜板)和保护层613的材料(诸如不锈钢板)一个在另一个顶部上地进行堆叠，并对堆叠执行压延
等，由此产生金属合板。(ii)利用冲床将金属合板冲压为圆形并接着拉伸为浅杯状。(iii)进一步拉伸浅杯状主体，使得其侧壁变长并变薄。(iv)按照使所得到的主体具有预定宽度的方式在其两端处切断所得到的主体，由此产生环状带形式的圆柱形金属体，在环状带中基层611、导电加热层612和保护层613堆 叠。(V)将弹性层614和防粘层615顺序地设置在金属体之上，由此产生定影带61。定影带61在夹持部N处弯曲的同时对色调剂定影。当定影带61弯曲时，在定影带61中出现内应力。由于根据示例性实施方式的定影带61具有复杂的层结构，所以由于内应力导致的疲劳易于在内部累积。结果，定影带61可能具有导致故障的局部破裂。这样的破裂易于出现在包括基层611、导电加热层612和保护层613的金属体的表面处。具体地说，保护层613易于接收较大的拉伸应力。因此，与弹性层614接触的保护层613的表面易于具有裂缝。这样的裂缝可能发展为定影带61的局部破裂。为了抑制这样的破裂的出现，根据示例性实施方式的定影带61配置为使得在定影带61的沿厚度方向截取的截面中，金属体的中性轴相对于金属体的厚度中心线位于保护层613侧，并且在保护层613中。在示例性实施方式中，中性轴指的是当例如从内周侧对定影带61施加弯曲力时定影带61中不出现内应力的位置。关于中性轴，在定影带61的内周侧上出现压应力，而在定影带61的外周侧上出现拉伸应力。当从外周侧对定影带61施加弯曲力时，中性轴的位置不变化，但压应力侧和拉伸应力侧相对于中性轴颠倒。即，在定影带61的内周侧上出现拉伸应力，而在定影带61的外周侧上出现压应力。下面的表达式(2)是用于计算示例性实施方式中的中性轴的位置的一般表达式。y0 = ^ydAJYjErA ... (2) 现在将参照图5描述表达式(2)。图5是包括基层611、导电加热层612和保护层613的金属体的示意截面图。如图5所示，保护层613外周侧上的表面被视为基准面，并且在金属体的厚度方向上距基准面的距离由I表示。这里，假设金属体包括n层，并使从基准面开始计数的第i层的杨氏模量和截面面积分别为Ei和Ai,中性轴的位置表示为在金属替的厚度方向上的距离，该距
权利要求
1.一种定影装置，该定影装置包括 磁场生成部件，所述磁场生成部件生成交流磁场； 定影带，所述定影带由所述交流磁场导致的电磁感应加热并将色调剂定影在记录材料上；以及 加压部件，所述加压部件压在所述定影带的外周面，并在所述加压部件与所述定影带之间形成挤压定影部，具有未定影的图像的所述记录材料通过所述挤压定影部输送， 其中所述定影带包括金属体，在所述金属体中堆叠至少三层，所述至少三层包括 由金属制成的基层； 由金属制成的保护层；以及 设置在所述基层和所述保护层之间并由电磁感应加热的导电层，并且其中，在沿厚度方向截取的所述定影带的截面中，所述金属体的中性轴相对于所述金属体的厚度中心线位于所述保护层侧并且在所述保护层中。
2.根据权利要求I所述的定影装置，其中所述保护层比所述基层厚。
3.根据权利要求I所述的定影装置，其中所述保护层比所述基层具有更大的杨氏模量。
4.根据权利要求2所述的定影装置，其中所述保护层比所述基层具有更大的杨氏模量。
5.根据权利要求I所述的定影装置，该定影装置还包括 弹性层，所述弹性层覆盖在所述金属体上；以及 防粘层，所述防粘层覆盖在所述弹性层上。
6.根据权利要求2所述的定影装置，该定影装置还包括 弹性层，所述弹性层覆盖在所述金属体上；以及 防粘层，所述防粘层覆盖在所述弹性层上。
7.根据权利要求3所述的定影装置，该定影装置还包括 弹性层，所述弹性层覆盖在所述金属体上；以及 防粘层，所述防粘层覆盖在所述弹性层上。
8.根据权利要求4所述的定影装置，该定影装置还包括 弹性层，所述弹性层覆盖在所述金属体上；以及 防粘层，所述防粘层覆盖在所述弹性层上。
9.根据权利要求I至8中的任一项所述的定影装置，其中所述金属体是包层钢。
10.一种图像形成装置，该图像形成装置包括 色调剂图像形成部，所述色调剂图像形成部形成色调剂图像； 转印部，所述转印部将所述色调剂图像转印到记录材料；以及 定影部，所述定影部包括 磁场生成部件，所述磁场生成部件生成交流磁场； 定影带，所述定影带由所述交流磁场导致的电磁感应加热并将色调剂定影在所述记录材料上；以及 加压部件，所述加压部件压在所述定影带的外周面，并在所述加压部件与所述定影带之间形成挤压定影部，具有未定影的图像的所述记录材料通过所述挤压定影部输送，其中所述定影带包括金属体，在所述金属体中堆叠至少三层，所述至少三层包括 由金属制成的基层； 由金属制成的保护层；以及 设置在所述基层和所述保护层之间并由电磁感应加热的导电层，并且其中，在沿厚度方向截取的所述定影带的截面中，所述金属体的中性轴相对于所述金属体的厚度中心线位于所述保护层侧并且在所述保护层中。
11.根据权利要求10所述的图像形成装置，其中所述金属体是包层钢。
12.—种环状定影带，该环状定影带包括 金属体，在所述金属体中堆叠至少三层，所述至少三层包括 由金属制成的基层； 覆盖在所述基层上并由电磁感应加热的导电层；以及 由金属制成并且覆盖在所述导电层上并保护所述导电层的保护层； 弹性层，所述弹性层覆盖在所述金属体上；以及 防粘层，所述防粘层覆盖在所述弹性层上， 其中，在沿厚度方向截取的所述金属体的截面中，所述金属体的中性轴相对于所述金属体的厚度中心位于所述保护层侧并且在所述保护层中。
13.根据权利要求12所述的环状定影带，其中所述金属体是包层钢。
全文摘要
本发明涉及定影装置、图像形成装置和环状定影带。一种定影装置，包括磁场生成部件，其生成交流磁场；定影带，其由交流磁场导致的电磁感应加热并将色调剂定影在记录材料上；和加压部件，其压在定影带的外周面并在加压部件和定影带之间形成挤压定影部，具有未定影图像的记录材料通过挤压定影部输送。定影带包括堆叠至少三层的金属体。所述至少三层包括由金属制成的基层、由金属制成的保护层、以及设置在基层和保护层之间并由电磁感应加热的导电层。在沿厚度方向截取的定影带的截面中，金属体的中性轴相对于金属体的厚度中心线位于保护层侧并且在保护层中。
文档编号G03G15/20GK102707607SQ20111035009
公开日2012年10月3日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年3月28日
发明者中尾仁亮, 大原秀明, 马场基文 申请人:富士施乐株式会社