定影装置和图像形成设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及定影装置和图像形成设备。所述定影装置包括：环状带；加热所述带的加热单元；旋转体，该旋转体在向介于所述旋转体和所述带之间的记录介质施加压力的同时旋转；挤压构件，该挤压构件通过从所述带的内侧将所述带压靠在所述旋转体上而形成第一区域，所述记录介质将在该第一区域中被夹持在所述带和所述旋转体之间；以及驱动构件，该驱动构件驱动所述旋转体，使得该旋转体以一速度旋转，该速度被确定成使得通过将所述第一区域的在所述旋转体的旋转方向上的长度除以该速度所获得的时间为约20毫秒或更小。
【专利说明】定影装置和图像形成设备
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种定影装置和图像形成设备。
【背景技术】
[0002]定影装置是已知的，其通过在由加热带和压力辊限定的夹持部处向已经转印有色调剂图像的片材施加热而将色调剂定影在片材上。日本未审专利申请公报N0.2007-293082描述了压力支撑件从加热带的内表面挤压压力辊，从而使得夹持部在加热带的旋转方向上的宽度增加。
【发明内容】
[0003]因而，本发明的目的是提供一种能够抑制带的热损失的定影装置和图像形成设备。
[0004]根据本发明的第一方面，提供了一种定影装置，该定影装置包括:环状带；加热所述带的加热单元；旋转体，旋转体在向介于所述旋转体和所述带之间的记录介质施加压力的同时旋转；挤压构件，该挤压构件通过从所述带的内侧将所述带压靠在所述旋转体上而形成第一区域，记录介质在该第一区域中被夹持在所述带和所述旋转体之间；以及驱动构件，该驱动构件驱动所述旋转体，使得该旋转体以一速度旋转，该速度被确定成使得通过将所述第一区域的在所述旋转体的旋转方向上的长度除以该速度所获得的时间为约为20毫秒或更小。
[0005]根据本发明的第二方面，所述时间为约5毫秒或更大。
[0006]根据本发明的第三方面，所述时间为约10毫秒或更小。
[0007]根据本发明的第四方面，所述加热单元在与所述第一区域不同的区域中包括第二区域，在该第二区域上，所述加热单元与所述带接触；并且所述第二区域的在所述旋转体的旋转方向上的长度比所述第一区域在相同方向上的长度长。
[0008]根据本发明的第五方面，该定影装置进一步包括:接触/分离机构，该接触/分离机构使得所述带和所述旋转体彼此接触或变得彼此分离。
[0009]根据本发明的第六方面，提供了一种图像形成设备，该图像形成设备包括:转印部，该转印部将色调剂图像转印到记录介质；环状带；加热所述带的加热单元；旋转体，该旋转体在向介于所述旋转体和所述带之间的记录介质施加压力的同时旋转；挤压构件，该挤压构件通过从所述带的内侧将所述带压靠在所述旋转体上而形成第一区域，记录介质在该第一区域中被夹持在所述带和所述旋转体之间；以及驱动构件，该驱动构件驱动所述旋转体，使得该旋转体以一速度旋转，该速度被确定成使得通过将所述第一区域的在所述旋转体的旋转方向上的长度除以该速度所获得的时间为约20毫秒或更小。
[0010]根据本发明的第一和第六方面，与通过将所述第一区域的在所述旋转体的旋转方向上的长度除以旋转体旋转的速度所获得的时间大于20毫秒的情况相比，可以抑制带的热损失。[0011]根据本发明的第二方面，与通过将所述第一区域的在所述旋转体的旋转方向上的长度除以旋转体旋转的速度所获得的时间小于5ms的情况相比，可以将所述加热单元的温度设定得更低，并且与该时间大于20ms的情况相比可以抑制带的热损失。
[0012]根据本发明的第三方面，与通过将所述第一区域的在所述旋转体的旋转方向上的长度除以旋转体旋转的速度所获得的时间大于IOms的情况相比，可以抑制带的热损失。
[0013]根据本发明的第四方面，尽管所述加热单元加热所述带的时间的长度增加也可以抑制所述带的热损失。
[0014]根据本发明的第五方面，与所述带和所述旋转体彼此接触的情况相比，可以抑制所述带的热损失。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]将基于如下附图详细描述本发明的示例性实施方式，其中:
[0016]图1是图像形成设备的内部构造的示意图；
[0017]图2是示出了定影装置的部分II的放大图；
[0018]图3是示出了定影带的剖面图的部分III的放大图；
[0019]图4是示出了加热时间的示例的表；
[0020]图5是表示定影带的热损失的曲线图；
[0021]图6A是示出了在为了得到定影带的加热时间和热损失之间的关系的模拟中定影带和压力辊的规格的表；
[0022]图6B是示出了定影带的加热时间和热损失之间的关系的曲线图；和
[0023]图7是示出了定影带的加热时间和热损失之间的关系的另一个曲线图。
【具体实施方式】
[0024]图1是示出了根据本发明的示例性实施方式的图像形成设备I的示意性内部构造的图。该图像形成设备I是用作复印机、打印机、扫描仪、传真机等的设备。图像形成设备I在壳体100中包括容纳单元10、供送辊20、输送辊30、转印部40、定影装置50和排出辊60。容纳单元10容纳片材P (记录介质的示例)。供送辊20与容纳在容纳单元10中的其中一张片材P接触，并沿着输送路径r (图1中的点划线)供送该片材P。输送辊30是具有圆筒形形状的构件。输送辊30围绕它们自身的轴线旋转，并且输送已经由供送辊20供送的片材P。片材P通过被输送棍30输送而穿过转印部40。转印部40将色调剂图像转印到已经由输送棍30输送的片材P。定影装置50通过对已经由转印部40转印有色调剂图像的片材P进行加热而将色调剂定影在片材P上。排出辊60将色调剂图像已经被定影的片材P从图像形成设备I排出。
[0025]转印部40包括感光鼓401、充电器402、曝光装置403、显影装置404、色调剂盒405、中间转印带406、旋转辊407、第一转印辊408、第二转印辊409和支撑辊410。感光鼓401是具有圆筒形形状的构件，并且在各感光鼓401的外周面上形成有感光膜。感光鼓401被支撑成围绕它们自身的轴线旋转。感光鼓401被布置成与中间转印带406接触并与中间转印带406的运动一起沿图1的箭头Al的方向旋转。充电器402例如是格栅电晕管(scorotron)充电器并将感光鼓401的感光膜充电至预定电位。曝光装置403将已经由充电器402充电的感光鼓401暴露于光并因而形成静电潜像。各显影装置404均容纳双组分显影剂，该双组分显影剂包含黄色(Y)、洋红色(M)、青色(C)和黑色(K)中的对应一种颜色的色调剂和诸如铁素体粉末之类的磁性载体。显影装置404通过使色调剂附着于已经形成在感光鼓401上的静电潜像而形成色调剂图像。各显影装置404均经由色调剂供应路径连接至对应一个色调剂盒405，并且通过分配马达(未示出)的旋转操作而从对应的色调剂盒405补充色调剂。中间转印带406是采取环状带形式并沿着图2的箭头A2的方向旋转的构件。旋转辊407是具有圆筒形形状的构件并且围绕其自身的轴线旋转。旋转辊407支撑中间转印带406，从而允许中间转印带406运动。第一转印辊408是具有圆筒形形状的构件并且隔着中间转印带406面对对应的感光鼓401。转印偏压从电源(未示出)施加至各第一转印辊408，并且在各转印辊408和对应的感光鼓401之间产生电位差。各第一转印辊408均将已经形成在对应的感光鼓401的表面上的色调剂图像转印至中间转印带406的表面。第二转印辊409是具有圆筒形形状的构件并且隔着中间转印带406面对支撑辊410。转印偏压从所述电源(未示出)施加至第二转印辊409，并且在第二转印辊409和支撑辊410之间产生电位差。第二转印辊409将已经转印在中间转印带406的表面上的色调剂图像转印至片材P。
[0026]图像形成设备I还包括未在附图中示出的控制器、通信单元和存储器。控制器控制上述图像形成设备I的各单元的操作。控制器包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。通信单元连接至诸如个人计算机或传真机之类的外部设备，从而将图像数据发送到该外部设备和从该外部设备接收图像数据。存储器包括存储由控制器使用的数据和程序的装置，诸如硬盘驱动器(HDD)。通过上述构造，图像形成设备I通过将片材P沿着输送路径r输送的过程将色调剂图像形成并定影在片材P上。在下文中，将片材P将被输送的方向简称为“输送方向”，而将与该输送方向垂直的方向简称为“宽度方向”。
[0027]图2是图1的部分II的放大图，部分II示出了根据本发明的示例性实施方式的定影装置50。该定影装置50包括定影带51、加热器52、加热器支撑件53、温度传感器54、压力辊55、接触/分离机构56、压力垫57和驱动构件58。定影带51是借助热将色调剂定影在片材P上的环状带。
[0028]图3是图2的部分III的放大图，部分III示出了根据本发明的示例性实施方式的定影带51的剖视图。定影带51例如包括基材层511和释放层512。基材层511例如包含诸如铁之类的金属作为基材。或者，基材层511可以包含具有耐热和挠性的材料作为基材，诸如聚酰亚胺。在这种情况下，可以在基材层511中散布诸如氧化铝之类的导热填料。由于释放层512与已经转印到片材P上的色调剂图像接触，所以该释放层512由允许色调剂容易地从其释放的材料制成。例如，使用由四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、硅共聚物、或这些材料的复合物制成的层作为释放层522。可以在基材层511和释放层512之间插设由诸如硅橡胶之类的弹性体制成的弹性层。
[0029]返回图2，加热器52 (加热单元的示例)是从定影带51的内侧加热定影带51的片状构件。加热器52具有挠性并且布置在定影带51的内周面之上。加热器52包括由诸如铝制成的电阻加热元件。当从电源(未示出)向加热器52供应电力时，加热器52产生热。由加热器52产生的热被传递至定影带51。加热器支撑件53是支撑加热器52的构件。加热器支撑件53支撑加热器52，使得加热器52与定影带51的内周面接触。因而，加热器52具有接触区域C (第二区域的示例)，在该接触区域C上，加热器52与定影带51接触。温度传感器54是安装在定影带51上的诸如热敏电阻之类的传感器，以测量定影带51的温度。
[0030]压力辊55 (旋转体的示例)是与片材P接触的构件并且向片材P施加压力。压力辊55是具有圆筒形形状的构件，并且沿着输送方向(图2的箭头A3的方向)旋转同时向介于该压力棍55和定影带51之间的片材P施加压力。当压力棍55旋转时,定影带51由压力辊55驱动而沿着图2的箭头A4的方向旋转。压力辊55包括弹性体层551和释放层552。弹性体层551由具有耐热性和弹性的材料(诸如发泡硅橡胶)制成。弹性体层551可以由非发泡实心硅橡胶制成。释放层552是与片材P接触的层，并且由允许片材P容易地从该释放层分离的材料制成。释放层552例如由具有耐热性且允许片材P容易从释放层552分离的材料(例如PFA或PTFE)制成。释放层552可以含有碳。接触/分离机构56沿图2的箭头A5的方向移动压力辊55，并使定影带51和压力辊55彼此接触或彼此分离。当压力辊55与定影带51接触时，形成了在其中夹持片材P的夹持区域N (第一区域的示例)，并且压力辊55向片材P和定影带51施加压力。夹持区域N形成在与接触区域C不同的区域中。
[0031]压力垫57(挤压构件的示例)形成了定影带51和压力辊55之间的夹持区域N。压力垫57通过从定影带51的内侧将定影带51压靠在压力辊55上而形成该夹持区域N。压力垫57例如由诸如硅橡胶或氟橡胶之类的弹性体制成。压力垫57可以由诸如液晶聚合物之类的耐热树脂制成。压力垫57位于与夹持区域N相反一侧的端部被固定至加热器支撑件53。驱动构件58是驱动压力辊55以使得压力辊55旋转的构件。驱动构件58使压力辊55旋转的速度V根据该速度V与夹持区域N的在输送方向上的长度LI之间的关系确定。更具体地说，速度V被确定成使得通过将长度LI除以速度V获得时间位于预定范围内。该时间对应于片材P上的一点在夹持区域N中被定影带51加热的时间。该时间在下文中被称为“加热时间D”，并且D = Ll/v。长度LI小于接触区域C的在输送方向上的长度L2，即长度L2比长度LI长。
[0032]图4是示出了加热时间D (ms)的示例的表。图4示出了当夹持区域N的在输送方向上的长度LI和压力辊55旋转的速度V如表中所示给出时的加热时间D。在图4所示的情况下，该长度LI被设定为1mm、5mm、10mm、15mm和20mm,而速度v被以50mm/s的间隔设定在100mm/s到500mm/s的范围内。例如，当LI = Imm且v = 100mm/s时，D为10ms。相反，当LI = 20mm且v = 500mm/s时，D为40ms。加热时间D随着长度LI的降低而降低。加热时间D还随着速度V增加而降低。
[0033]图5是表示定影带51的热损失的曲线图。在图5中，水平轴表示从片材P朝向压力辊55的中心的方向上的位置。在图5中，水平轴的左端表示色调剂图像的表面。竖直轴表示温度。图5的实线表示当定影带51被以相对较高的温度Tl加热较短时间tl时的特征，而虚线表示当定影带51被以较低温度T2加热较长时间t2 (BP, Tl > T2且tl < t2)时的特征。阈值Th表示色调剂熔化的温度。为了将色调剂固定到片材P上，在色调剂的层(以下称为色调剂层)的整个区域上的温度必需低于阈值Th。在图5中所示的情况下，温度Tl和T2以及时间tl和t2被设定成使得色调剂和片材P之间的界面处的温度为阈值Th。与加热器52的电力消耗相当的从定影带51转递至色调剂、片材P和压力辊55的热量对应于通过将图5所示的每个特征从色调剂图像的表面到压力辊55的中心积分获得的值。在图5中所示的情况下，在定影带51被以相对较高温度Tl加热较短时间tl的情况下的加热器52的电力消耗小于在定影带51被以较低温度T2加热较长时间tl的情况下的加热器52的电力消耗。下面将基于计算机模拟的结果描述适合于降低热损失的加热时间D的范围。
[0034]图6A和图6B是与模拟有关的图，进行该模拟是为了得到加热时间D和定影带51的热损失之间的关系。图6A示出了在该模拟中定影带51和压力辊55的规格。在该模拟中，定影带51的基材层511由铁制成并具有0.5mm的厚度，定影带51的释放层512由PFA制成并具有IlOym的厚度。压力辊55的弹性体层551由硅制成并具有6.5mm的厚度，而压力辊55的释放层552由PFA制成并具有110 μ m的厚度。在该模拟中，片材P的厚度为98 μ m,而片材p的基重为82g/m2。
[0035]图6B示出了定影带51的表面温度(A)与加热时间D之间的关系、色调剂图像的表面温度(B)与加热时间D之间的关系以及热损失(C)与加热时间D之间的关系。水平轴表示加热时间D (ms)。左侧的竖直轴表示由加热器52加热的定影带51的表面的温度Ts(°C)或由定影带51加热的色调剂图像的表面的温度Tn (°C)，右侧的竖直轴表示定影带51的每个单位面积的热损失的量Q (J/m2)。图6B示出了当色调剂颗粒的直径为5.8 μ m时和被转印至片材P的色调剂层具有5 μ m、10 μ m或15 μ m的厚度时的模拟结果。色调剂层的厚度根据例如色调剂颗粒的直径和将要进行的打印是彩色打印还是单色打印而变化。例如，具有5 μ m厚度的色调剂层对应于单个层(即单色打印)，而具有10 μ m或15 μ m厚度的色调剂层对应于两层或三层(即彩色打印)。
[0036]从定影带51的可靠性角度来说，优选的是，定影带51的表面的温度Ts较低。另一方面，从电力消耗的角度来说，优选的是，定影带51的热损失的量Q较低。当加热时间D增加时，温度Ts降低，但是热损失的量Q增加。因而，不能简单地说优选加热时间D较短或优选加热时间D较长。在图6B中，在其中加热时间D小于5ms的范围内，Ts-D曲线的斜率更尖锐，也就是说，Ts-D曲线的斜率的绝对值超过了阈值Th。因而，优选的是该加热时间D不小于5ms或不小于约5ms。
[0037]在图6B中，当加热时间D大于20ms时，Ts-D曲线的斜率的绝缘值变得小于在加热时间D为20ms或更小时的绝缘值，并且即使在加热时间D增加时，加热时间D对定影带51的可靠性的影响程度也较小。另一方面，热损失的量Q在加热时间D大于20ms时保持基本线性地增加。因此，优选的是加热时间D不大于20ms或不大于约20ms。由于从热损失的观点来看优选的是加热时间D较短，所以优选的是加热时间D例如为IOms或约10ms。
[0038]图7是示出了另一模拟结果的另一个曲线图，该另一模拟示出了加热时间D和定影带51的热损失之间的关系。图7示出了当色调剂颗粒的直径为5.8 μ m和3.8 μ m时在规格与图6A中所示相同的情况下执行的模拟的结果。在图7中，色调剂层为单层。在图7中，在色调剂颗粒的直径为3.8 μ m的情况下，Ts-D曲线的斜率在加热时间D小于5ms的范围内更尖锐，因而优选的是该加热时间D不小于5ms或不小于约5ms，而不管色调剂颗粒的直径如何。在图7中，在色调剂颗粒的直径为3.8 μ m的情况下，当加热时间D大于20ms时，Ts-D曲线的斜率的绝对值变得小于当加热时间D为20ms或更小时的斜率的绝对值。另夕卜，当加热时间D大于20ms时，热损失的量Q保持基本线性地增加。因此，优选的是加热时间D不大于20ms或不大于约20ms，而不管色调剂颗粒的直径如何。在色调剂颗粒的直径为
3.8 μ m的情况下定影带51的表面的温度Ts和定影带51的热损失的量Q低于在色调剂颗粒的直径为5.8 μ m的情况下定影带的表面的温度和定影带的热损失的量。因而，从定影带51的可靠性和热损失的角度来看，直径为3.8μm的色调剂颗粒比直径为5.8μm的色调剂颗粒更合适。
[0039]返回图4,在图4中所示的情况下，当LI = 1mm,且ν = 100、150或200mm/s时,加热时间 D 为 5ms ≤ D ≤20ms。另外，当 LI = 5mm 且 v = 250、300、350、400、450 或 500mm/s时，加热时间D为5ms ≤ D ≤ 20ms。此外，当L1 = 1Omm且v = 500mm/s时，加热时间D为5ms ≤ D ≤ 20ms。
[0040]变型例
[0041]本发明不限于上述示例性实施方式，而是可以有各种变型。现在将在下面描述一些变型例。可以组合地采用如下变型例当中的两种或更多种变型例。
[0042]( 1)变型例 1
[0043]图4中所示的表示长度LI和速度V的具体值仅仅是示例,本发明所适用的长度LI和速度V不限于这些值。长度LI和速度V可以是任何值，只要加热时间D在上述范围内即可。
[0044](2)变型例 2
[0045]加热器52中的电阻加热元件的材料不限于铝。电阻加热元件可以由铜、镍、铬等制成。在加热器52中，电阻加热元件可以覆盖有诸如硅或聚酰亚胺之类的具有耐热性和挠性的材料。
[0046](3)变型例 3
[0047]加热单元不限于加热器52，并且可以是加热定影带51的任何装置。例如，可以使用卤素灯作为加热单元。或者，可以使用通过电磁感应加热的热存储板作为该加热单元。在这种情况下，在定影装置50中设置产生用于使热存储板发热的交流磁场的线圈。与在加热器52的情况下一样，将热存储板布置在定影带51的内周面之上。另选地，可以在定影带51中包含通过电磁感应加热的传导发热层作为该加热单元。
[0048](4)变型例 4
[0049]在上述示例性实施方式中描述了根据夹持区域N的在输送方向上的长度LI来确定驱动构件58使压力辊55旋转的速度V的情况。关于这一点，可以根据压力辊55旋转的速度V来确定夹持区域N的在输送方向上的长度LI。换言之，长度LI和速度V可以是任意值，只要加热时间D在上述范围内即可。
[0050](5)变型例 5
[0051]在上述示例性实施方式中描述了接触/分离机构56移动压力辊55的情况。关于这一点，该接触/分离机构56可以移动定影带51并使定影带51和压力辊55彼此接触或变得彼此分离。
[0052](6)其他变型例
[0053]尽管在上述示例性实施方式中描述了片材P是具有预定尺寸的切割片材的情况，但是片材P可以是没有被切割成片材的连续纸卷(也被称为连续单据或连续票据)。
[0054]定影带51和压力辊55的结构不限于在所述示例性实施方式中描述的那些。
[0055]为了图示和描述之目的描述了本发明的示例性实施方式的上述描述。其目的并非穷尽本发明或将本发明限于所公开的确切形式。明显地，许多修改和变化对本领域技术人员来说都是显而易见的。选择并描述所述实施方式是为了最佳地说明本发明的原理及其实际应用，由此使得本领域技术人员能够理解本发明用于各种实施方式并具有适合于所设想的具体应用的各种修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物来限定。
【权利要求】
1.一种定影装置，该定影装置包括: 环状带； 加热所述带的加热单元； 旋转体，该旋转体在向介于所述旋转体和所述带之间的记录介质施加压力的同时旋转; 挤压构件，该挤压构件通过从所述带的内侧将所述带压靠在所述旋转体上而形成第一区域，所述记录介质在该第一区域中被夹持在所述带和所述旋转体之间；以及 驱动构件，该驱动构件驱动所述旋转体，使得该旋转体以一速度旋转，该速度被确定成使得通过将所述第一区域的在所述旋转体的旋转方向上的长度除以该速度所获得的时间为约20毫秒或更小。
2.根据权利要求1所述的定影装置，其中，所述时间为约5毫秒或更大。
3.根据权利要求1所述的定影装置，其中，所述时间为约10毫秒或更小。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的定影装置，其中， 所述加热单元在与所述第一区域不同的区域中包括第二区域，在该第二区域上，所述加热单元与所述带接触；并且 所述第二区域的在所述旋转体的旋转方向上的长度比所述第一区域的在相同方向上的长度长。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的定影装置，该定影装置进一步包括: 接触/分离机构，该接触/分离机构使得所述带和所述旋转体彼此接触或变得彼此分离。
6.根据权利要求4所述的定影装置，其中，该定影装置进一步包括: 接触/分离机构，该接触/分离机构使得所述带和所述旋转体彼此接触或变得彼此分离。
7.一种图像形成设备，该图像形成设备包括: 转印部，该转印部将色调剂图像转印到记录介质； 环状带； 加热所述带的加热单元； 旋转体，该旋转体在向介于所述旋转体和所述带之间的所述记录介质施加压力的同时旋转； 挤压构件，该挤压构件通过从所述带的内侧将所述带压靠在所述旋转体上而形成第一区域，所述记录介质在该第一区域中被夹持在所述带和所述旋转体之间；以及 驱动构件，该驱动构件驱动所述旋转体，使得该旋转体以一速度旋转，该速度被确定成使得通过将所述第一区域的在所述旋转体的旋转方向上的长度除以该速度所获得的时间为约20毫秒或更小。
【文档编号】G03G15/20GK103838117SQ201310194043
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2012年11月20日
【发明者】冈林康人, 上原康博, 冈崎仁, 村濑尚志, 宫田敏行 申请人:富士施乐株式会社