专利名称：电磁感应加热辊、加热装置及图像形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用电磁感应加热升温、连续地与薄片状的被加热材料接触使被加热材料加热升温的电磁感应加热辊。并且，本发明涉及一种在复印机、打印机等使用的图像形成装置中使调色剂图像加热定影在被记录材料上的加热装置，该图像形成装置用调色剂通过电子照相方式或者与此相类似的方式形成图像。而且，本发明涉及具备这样的加热装置作为定影装置的图像形成装置。
背景技术：
以电子照相复印机或打印机等图像形成装置中的定影装置(加热装置)为例说明。图像形成装置中使用的定影装置为通过加热将未定影的调色剂图像永久地固定在被记录材料上的装置，该调色剂图像用电子照相或静电记录等适当的图像形成处理装置和由加热熔融性树脂等构成的调色剂形成在被记录材料上。
这样的定影装置最好的使用方式为将被记录材料导入由加热、调温到预定温度的加热辊和与之相对压接在其上的加压棍形成的钳口中，通过夹持传送使未定影的调色剂图像加热定影在被记录材料表面上的辊定影方式。并且多用卤素灯作为该辊定影方式的加热辊的热源。
而近年来，根据节能或缩短加热时间的要求，提出了采用电磁感应加热方式的辊加热方式的方案。
图11表示具有用电磁感应加热的加热辊的以往的感应加热定影装置的一例(参照日本专利特开平11-288190号公报)。
图11中，820为加热辊，从里到外依次有金属制的芯材824、由一体地成型在芯材824的外侧的耐热性发泡橡胶构成的弹性层823、由金属管构成的加热层821以及设置在加热层821的外侧的脱模剂层822。827为由耐热性树脂构成的中空圆筒状加压辊，其内侧设置有缠绕有励磁线圈825的铁氧体磁心826。铁氧体磁心826夹着加压辊827加压加热辊820，由此形成钳口部829。如果在加热辊820和加压辊827分别沿箭头方向旋转的同时使高频电流流过励磁线圈825，则产生交变磁场H，加热辊820的加热层821被电磁感应加热急速升温，达到预定的温度。通过在这样的状态下一边继续预定的加热一边将被记录材料840插入钳口部829并使之通过，这样使被记录材料840上形成的调色剂图像842定影在被记录材料840上。
并且，除使用了上述图11那样的具有加热层821的加热辊820的辊加热方式以外，还提出了使用了具备感应加热层的环形带的带状加热方式的方案。图12表示使用了利用电磁感应加热的环形带的以往的感应加热定影装置的一个示例(参照例如日本专利特开平10-74007号公报)。
在图12中，960为作为产生高频磁场的励磁手段的线圈组。910为用线圈组960产生的高频磁场加热的金属套筒(加热带)，为在由镍或不锈钢的薄层构成的环形管的表面被覆了含氟树脂的构件。金属套筒910的内侧插入有内部加压辊920，在金属套筒910的外侧设置了外部加压辊930，外部加压辊930夹着金属套筒910挤压在内部加压辊920上，由此形成钳口部950。如果在金属套筒910、内部加压辊920、外部加压辊930分别沿箭头所示方向旋转时使线圈组960中流过高频电流，则金属套筒910被电磁感应加热急速升温，达到预定的温度。在这样的状态下，如果继续预定的加热同时将被记录材料940插入钳口部950，使其通过，由此使形成在被记录材料940上的调色剂图像定影在被记录材料940上。
上述图11所示的以往的辊加热方式的感应加热定影装置，如果加热辊820的芯材824使用通常使用的铁、铝、不锈钢等金属材料，则芯材824自身会因交变磁场通过而产生感应热，产生了电力损耗。并且，由于芯材824发热，还存在支持它的轴承因为高温而产生损伤等故障的问题。
同样地，在图12所示的以往的带式加热方式的感应加热定影装置中，当内部加压辊920用铁、不锈钢等金属材料制成时，也存在线圈组960产生的高频磁场到达内部加压辊920，使内部加压辊920发热，产生了电力损耗。并且，由于内部加压辊920发热，存在支持它的轴承因为高温而产生损伤等故障的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决以往的问题，提供一种提高加热效率、对轴承不会产生损伤的感应加热方式的加热辊以及使用该加热辊的加热装置，和同样的电磁感应带加热方式的加热装置。并且，本发明还以提供能量效率好，轴承故障少的图像形成装置为目的。
技术方案本发明的电磁感应加热辊为从内侧向外侧依次包括芯材、弹性层、感应加热层和脱模剂层的电磁感应加热辊，其特征在于，在上述感应加热层与上述芯材之间具备防止磁通进入上述芯材的磁屏蔽层。
并且，本发明的第1种加热装置其特征在于，包括上述本发明的电磁感应加热辊，被上述电磁感应加热辊压接形成钳口部的加压辊，使磁场产生作用感应加热上述电磁感应加热辊的上述感应加热层的磁场产生装置；通过用上述电磁感应加热辊和上述加压辊加压传送导入到上述钳口部中的被加热材料连续地加热上述被加热材料。
本发明的第2种加热装置为，包括具有感应加热层的电磁感应加热带，与上述电磁感应加热带相内接、能够旋转地支持上述电磁感应加热带、由芯材及其外侧的隔热层构成的支持辊，与上述电磁感应加热带相外接、与上述电磁感应加热带之间形成钳口部的加压辊，配置在上述电磁感应加热带的外侧、使磁场产生作用感应加热上述感应加热层的磁场产生装置；通过用上述电磁感应加热带和上述加压辊加压传送导入到上述钳口部中的被加热材料连续地加热上述被加热材料这样一种加热装置。其特征在于，上述支持辊在上述芯材的外侧具备防止磁通进入上述芯材的磁屏蔽层。
并且，本发明的图像形成装置的特征在于，包括在被记录材料上形成调色剂图像的图像形成设备和上述本发明的第1或第2加热装置；上述加热装置将上述图像形成设备形成在上述被记录材料上的未定影的调色剂图像定影在上述被记录材料上。
附图的简要说明图1本发明的实施形态1的加热装置的剖面2从图1的箭头II方向看的磁场产生装置的构成3本发明的实施形态1的加热装置在图2的III-III线位置的剖视4A图1的定影装置所用的本发明的实施形态1的加热辊的剖视4B图4A的4B部分的放大剖视5表示了本发明的一个实施形态的图像形成装置的概略构成的剖视6A图1的定影装置所用的本发明的实施形态2的加热辊的剖视6B图6A中的6B部分的放大剖视7A本发明的实施形态3的电磁感应加热辊的备有磁屏蔽层的芯材的概略透视7B构成图7A的电磁感应加热辊的磁屏蔽层的环形构件的概略透视7C构成图7A的电磁感应加热辊的磁屏蔽层的圆弧形构件的概略透视8表示了本发明的别的实施形态的图像形成装置的概略构成的剖视9本发明的实施形态5的加热装置的剖视10本发明的实施形态6的加热装置的剖视11表示了具备用电磁感应加热的加热辊的以往的感应加热定影装置的概略构成的剖视12表示了具备用电磁感应加热的加热带的以往的感应加热定影装置的概略构成的剖视图本发明的最佳实施形态本发明的电磁感应加热辊包括芯材和其外侧的感应加热层。并且，在上述感应加热层与上述芯材之间还备有防止磁通进入上述芯材的磁屏蔽层。
因此，由于磁屏蔽层防止了从外部贯通上述感应加热层的漏磁通到达芯材，所以能够抑制芯材发热。其结果，减少了投入的能量的损耗，提高了感应加热层的加热效率。并且，能够防止支持芯材的轴承因加热到高温而产生损伤等故障。
上述磁屏蔽层的固有阻抗最好在10-3Ωcm以上。
如果采用这样的最佳实施形态，由于能够防止磁屏蔽层内产生涡电流，因此能够抑制磁屏蔽层发热。其结果，减少了投入的能量的损耗，提高了感应加热层的加热效率。
上述磁屏蔽层的比透磁率最好在10以上。
如果采用这样的最佳实施形态，由于能够防止磁通贯通磁屏蔽层到达芯材，因此能够进一步抑制芯材发热。
上述磁屏蔽层的厚度最好在0.2mm以上。
如果采用这样的最佳实施形态，由于能够防止磁通贯通磁屏蔽层到达芯材，因此能够进一步抑制芯材发热。
上述磁屏蔽层最好是由上述芯材的表面形成的绝缘性磁性材料构成的层。
如果采用这样的最佳实施形态，通过磁屏蔽层的材料具有绝缘性，由于能够防止磁屏蔽层内产生涡电流，因此能够抑制磁屏蔽层发热。并且，通过磁屏蔽层的材料具有磁性，由于能够防止磁通贯通磁屏蔽层到达芯材，因此能够进一步抑制芯材发热。
上述磁屏蔽层最好由并排配置在上述芯材的表面上的多个环形或圆弧形构件构成。
如果采用这样的最佳实施形态，磁屏蔽层的形成变得容易。
上述磁屏蔽层也可以是分散了磁性体填充物的上述弹性层。
如果采用这样的最佳实施形态，由于弹性层还具有磁屏蔽层的功能，因此简化了层的结构，电磁感应加热辊的制造变得容易，有利于降低成本。
上述芯材最好由非磁性金属构成。
如果采用这样的最佳实施形态，由于更加能够防止磁通贯通磁屏蔽层侵入芯材内，因此能够进一步抑制芯材发热。并且容易确保芯材的强度。
上述感应加热层的厚度最好在表皮深度以下。
如果采用这样的最佳实施形态，由于感应加热层的热容量小并且柔软性好，因此能够获得加热时间短且定影性能良好的电磁感应加热辊。
本发明的第1加热装置为辊加热方式的加热装置，包括上述本发明的电磁感应加热辊、挤压上述电磁感应加热辊形成钳口部的加压辊、使磁场产生作用感应加热上述电磁感应加热辊的上述感应加热层的磁场产生装置。
这样的第1加热装置由于备有本发明的电磁感应加热辊，由于磁屏蔽层防止从磁场产生装置来的贯通感应加热层的漏磁通到达芯材，因此能够抑制芯材发热。其结果，减少了投入的能量的损耗，提高了感应加热层的加热效率。并且，能够防止支持芯材的轴承因加热到高温而产生损伤等故障。
并且，本发明的第2加热装置为带式加热方式的加热装置，包括具有感应加热层的电磁感应加热带；与上述电磁感应加热带内接，能够旋转地支持上述电磁感应加热带，由芯材及其外侧的隔热层构成的支持辊；与上述电磁感应加热带外接，在与上述电磁感应加热带之间形成钳口部的加压辊；配置在上述电磁感应加热带的外侧，使磁场产生作用感应加热上述感应加热层的磁场产生装置。并且，上述支持辊在上述芯材的外侧备有防止磁通进入上述芯材的磁屏蔽层。
由此，由于磁屏蔽层防止从磁场产生装置来的、贯通感应加热层到达支持辊的漏磁通到达芯材，所以能够抑制芯材的发热。其结果，减少了投入的能量的损耗，提高了感应加热层的加热效率。并且，能够防止支持芯材的轴承因加热到高温而产生损伤等故障。
在上述第2加热装置中，上述磁屏蔽层最好形成在上述支持辊的表面。由此能够实现支持辊的层的构成简单化和低成本化。
本发明的图像形成装置包括在被记录材料上形成调色剂图像的图像形成装置和上述本发明的第1或第2加热装置。
由此能够获得电力消耗少、轴承难以产生故障的图像形成装置。
下面参照附图更详细地说明本发明。
图5为使用了本发明的一个实施形态的加热装置作为定影装置的图像形成装置的剖视图。本实施形态的加热装置为辊加热方式的电磁感应加热装置。下面说明该装置的构成和动作。
1为电子照相感光体(下面称为“感光鼓”)。感光鼓1以预定的圆周速度沿箭头方向旋转，同时其表面受静电器2的作用带同样的预定电位的电。3为激光束扫描器，输出与图中没有示出的图像读取装置或计算机等接收装置输入的图像信息的时序电子数字像素信号相对应而调制的激光束。通过用该激光束选择地扫描曝光上述那样的同样带电的感光鼓1的表面，在感光鼓1的面上形成与图像信息相对应的静电潜像。接着，被旋转驱动的有显像辊4a的显像器4供给带电的调色剂粉末，该静电潜像作为调色剂图像被显像。
供纸部10一张一张地送给被记录材料11，经过一对阻挡辊(resistroller)12、13，以与感光鼓1的旋转同步的适当的时刻，送给由感光鼓1和与之相抵接的复印辊14构成的钳口部。经过施加了复印偏压的复印辊14的作用，感光鼓1上的调色剂图像被依次复印到被记录材料11上。通过钳口部(复印部)后的被记录材料11从感光鼓1上分离，被导向定影装置15，进行复制调色剂图像的定影。固定了定影后的图像的被记录材料11输出给排纸托架16。分离了被记录材料后的感光鼓1的表面用清洁装置17除去复印残留调色剂等残留物，使其变得干净，提供给反复成像。
下面根据实施形态详细说明能够作为上述定影装置15使用的本发明的加热装置的实施形态。
图1为上述图像形成装置所使用的，作为本发明的实施形态1的加热装置的定影装置的剖面图。图2为从图1的箭头II的方向看的磁场产生装置的构成图，图3为在图2的III-III线(包含加热辊21的旋转中心轴和励磁线圈36的卷绕中心轴36a的面)的向视剖面图。图4A为图1的定影装置所使用的本发明的加热辊21的断面结构图，图4B为图4A中的4B部分的放大剖视图。下面参照图1～图4B说明本实施形态的定影装置和加热辊。
在图4A、图4B中，加热辊21从表面侧开始依次由脱模剂层27、薄壁弹性层(第2弹性层)26、由薄壁的导电性材料构成的感应加热层(下面简称“加热层”)22、隔热性良好的弹性层23、作为磁屏蔽层的磁性体层19及成为旋转轴的芯材24构成。
图3为在图2的III-III线的向视剖面图，表示了从横方向看定影装置的整体的断面结构。加热辊21的外径为30mm，其最下层即芯材24的两端用轴承28、28′能够旋转地支持在侧板29、29′上。加热辊21通过一体地固定在芯材24上的齿轮30被图中没有示出的驱动装置旋转驱动。
36为作为磁场产生装置的励磁线圈，与加热辊21的外周的圆筒形面相对配置，由缠绕9圈将60根外径为0.15mm的表面绝缘的铜线构成的线材捆成一束的线束形成。
励磁线圈36的线束在加热辊21的圆筒面的旋转中心轴(图中没有示出)方向的端部沿该外周面配置成圆弧状，其他的部分沿上述圆筒面的母线方向配置。并且，如与加热辊21的旋转中心轴相直交的剖面图即图1所示那样，为了覆盖加热辊21的圆筒面，励磁线圈36的线束在以加热辊21的旋转中心轴为中心轴的假想圆筒面上紧密配置，不重叠(但加热辊的端部除外)。并且，如包含加热辊21的旋转中心轴的断面图即图3所示那样，与加热辊21的端部相对的部分2列并排重叠励磁线圈36的线束，为隆起状。因此，励磁线圈36的整体为马鞍形的形状。这里，励磁线圈36的卷绕中心轴36a与加热辊21的旋转中心轴略正交，为通过加热辊21的旋转中心轴方向的略中心点的直线，励磁线圈36相对于上述卷绕中心轴36a大致对称地形成。线束通过表面的粘接剂互相粘接，保持图示的形状。励磁线圈36与加热辊21的外周面相对，相隔约2mm的间隔。在图1的断面图中，励磁线圈36与加热辊21的外周面相对的角度范围为相对于加热辊21的旋转中心轴约180度宽的范围。
37为与上述励磁线圈36一起构成磁场产生装置的背面磁芯，由通过励磁线圈36的卷绕中心轴36a，与加热辊21的旋转中心轴平行配置的棒状中心磁芯38和位于励磁线圈36的与加热辊21相反一侧，与励磁线圈36隔开配置的略U字形的U字形磁芯39构成。中心磁芯38与U字形磁芯39磁气连接。如图1所示，U字形磁芯39为相对于包含加热辊21的旋转中心轴和励磁线圈36的卷绕中心轴36a的面略对称的U字形状。这样的U字形磁芯39如图2、图3所示那样沿加热辊21的旋转中心轴的方向分开配置多个。在本实施例中，U字形磁芯39在加热辊21的旋转中心轴方向上的宽度为10mm，这样的U字形磁芯39共配置了7个，间隔为26mm。U字形磁芯39捕捉从励磁线圈36漏到外部的磁通。
如图1所示，各U字形磁芯39的两个顶端延长到不与励磁线圈36相对的范围，形成不通过励磁线圈36与加热辊21相对的相对部F。并且，中心磁芯38不夹着励磁线圈36与加热辊21相对，并且形成比U字形磁芯39还向加热辊21突出的相对部N。突出的中心磁芯38的相对部N插入励磁线圈36的缠绕中心的中空部内。中心磁芯38的断面形状为4mm×10mm。
在本实施例中，使用纯铁体作为背面磁芯37。作为背面磁芯37的材料虽然最好是纯铁体或坡莫合金等高透磁率、固有阻抗高的材料，但只要是磁性材料，透磁率稍微低一些也可以使用。
40为厚度为1mm，由PEEK(聚醚醚酮)或PPS(聚苯亚硫酸盐)等耐热温度高的树脂构成的隔热构件。
在图1中，作为加压构件的加压辊31在金属轴32的表面被覆由硅橡胶等构成的弹性层33。弹性层的硬度为50度(JIS-A)。加压辊31以约200N的力压接在整个加热辊21上，形成钳口部34。加压辊31的外径为30mm，长度与加热辊21大致相同，其有效长度比加热层22稍微长一点。
在钳口部34处，加热辊21的弹性层23被压缩变形，加热层22在宽度方向(加热辊21的旋转中心轴方向)被近似均匀的压力挤压。钳口部34沿被记录材料11的走行方向C的宽度W约为5.5mm。虽然在加热辊21上施加了非常大的力，其表面的加热层22的厚度薄，但由于实心的芯材24夹着弹性层23支持该压力，因此能将旋转中心轴的弯曲量抑制到很小，在旋转中心轴方向形成宽度W略均匀的钳口部34。而且，由于在钳口部34处加热层22及弹性层23变形为沿加压辊31的外周面凹陷的形状，因此当被记录材料11通过该钳口部34出来时，被记录材料11的行进方向与加热辊21的外表面的夹角变大，被记录材料11的剥离性极好。
加压辊31在这样的状态下用从动轴承35、35′能够旋转地支持金属轴32的两端。加压辊31的弹性层33的材质除上述硅橡胶以外，也可以用含氟橡胶、含氟树脂等耐热性树脂或耐热性橡胶构成。并且，为了提高耐磨性或脱模性，也可以在加压辊31的表面单独或者混合地被覆PFA(四氟乙烯-パ一フロロ烷基乙烯树脂醚共聚物)、PTFE(四氟乙烯)、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)等树脂或橡胶。为了防止热辐射，加压辊31最好用热传导性小的材料构成。
图1中41为温度探测传感器，与加热辊21的表面接触，探测即将到达钳口部34之前的加热辊21的表面的温度，反馈给图中没有示出的控制电路。动作时借此调节励磁电路42的励磁电力，由此将加热辊21即将到达钳口部34之前的表面温度控制在170℃。本实施例为了达到缩短加热时间这样的目的，尽量将加热层22及其外侧设置的弹性层26和脱模剂层27的热容量设定得小。
用以上的结构使加热辊21和加压辊31旋转，同时通过励磁电路42使励磁线圈36中流过20～50kHz的高频电流。由此使交变磁通流经缠绕励磁线圈36的中心磁芯38、U字形磁芯39以及与励磁线圈36相对的加热辊21的加热层22，利用该交变磁通使加热层22中产生涡电流，使加热辊21的表面温度开始急速上升。加热辊21表面的温度用温度探测传感器41探测，调温到预定的170℃。然后将承托有未定影的调色剂图像9的被记录材料11插入到钳口部34中，在钳口部34中依次加热调色剂图像9和被记录材料11，使调色剂图像9定影在被记录材料11上。
下面详细叙述加热辊21的结构。
在本实施例中，芯材24用直径为20mm的非磁性不锈钢(SUS304)构成，在其表面以硅橡胶为基材，在基材上被覆厚度约50μm的分散有纯铁体粉末的绝缘性磁性体层19作为磁屏蔽层。芯材24并不局限于不锈钢，也可以使用铝等。并且，磁性体层19中含的磁性体粉末并不局限于纯铁体粉末，也可以使用铝硅铁粉末等。
弹性层23由低传热性的硅橡胶发泡体构成，本实施形态使用厚度5mm、硬度45度(ASKER-C)的材料。弹性层23虽不局限于发泡硅橡胶，但为了有适当的弹力以确保钳口部34的宽度W，并且减少加热层22的热扩散，硬度最好在20～55度(ASKER-C)。并且，在不是发泡体的情况下，从耐热性和柔软性的方面看使用硬度为50度(JIS-A)以下的硅橡胶比较理想。
本实施例的加热层22为，在弹性层23上涂敷厚度为60μm，以硅橡胶为基本材料，在其中分散鳞片状的镍片形成的层。励磁线圈36产生的交变磁通顺着该加热层22内的镍片通过加热层22，由此在镍片中产生涡电流，加热层22急速加热。另外，虽然本实施例用硅橡胶作为加热层22的基本材料，但也可以不用它，而使用聚酰亚胺树脂、含氟树脂、含氟橡胶这样的具有柔软性的耐热性树脂或者耐热性橡胶。并且，作为分散到基本材料中的填充物也不局限于上述镍片，可以使用磁性金属粉末或非磁性金属粉末，将它们混合或层叠分散到基本材料中。粉末的形状可以是纤维状、球状或鳞片状等任何一种。作为分散的填充物只要是具有依靠交变磁通流过涡电流的导电性材料就可以，这一点自不必说，但本实施例使用磁性金属的镍作为填充物。由此将励磁线圈36产生的交变磁通导入加热层22内，由于能够降低围绕励磁线圈36的磁场回路的磁场阻抗、降低贯通加热层22漏到其他层的磁通(漏磁磁通)，因此使效果良好的加热成为可能。另外，加热层22的厚度最好在10～200μm。
弹性层(第2弹性层)26是为了使与被记录材料11的紧贴更好而设置的，本实施例为由硅橡胶构成的厚度为200μm、硬度为20度(JIS-A)的层。弹性层26的厚度并不局限于200μm，最好在50～500μm的范围。如果过厚，由于热容量过大，加热的时间变长；如果过薄，降低了与被记录材料11的贴紧性。弹性层26的材质不局限于硅橡胶，可以使用其他的耐热性橡胶或耐热性树脂。另外，虽然不一定非要设置该弹性层26才不会有障碍，但在调色剂图像为彩色图像时最好设置弹性层。
脱模剂层27可以使用PTFE(四氟乙烯)、或PFA(四氟乙烯-パ一フロロ烷基乙烯树脂醚共聚物)、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)等含氟树脂，本实施例使其厚度为30μm。
本实施例所使用的加热辊21用下述制造方法形成。发泡成型弹性层23(表面最好有外部表层)后，用喷射法或浸渍法使该弹性层23上附上预定厚度的分散了导电体纯铁体的硅橡胶的未稀释溶液。然后将其加硫，在弹性层23上形成加热层22。另外，此时具备有磁性体层19的芯材24也可以在形成加热层22之前与弹性层23粘接固定，或者在形成加热层22之后插入具备磁性体层19的芯材24粘接也没关系。并且，也可以在芯材24的磁性体层19上直接形成弹性层23。并且，加热层22也可以多次重复涂敷形成。在弹性层23上形成加热层22后，与加热层22同样将弹性层(第2弹性层)26的硅橡胶重叠涂敷在加热层22上并加硫。然后，用套上PFA管夹着底层涂料层粘接或者被覆PTFE后烧结等方法形成脱模剂层27。另外，也可以将适合各种材料的底层涂料层分别夹在各层之间。并且，在使用聚酰亚胺树脂作加热层22的基本材料时也可以与上述一样将聚酰亚胺清漆涂敷在弹性层23上。
下面说明以上叙述的实施形态1的加热装置的动作。励磁线圈36动作时围绕励磁线圈36产生的交变磁通D中的大部分如图4B的虚线H所示那样在加热层22内流动，剩下的一部分如波状线E所示贯通加热层22。在加热层22内流动的磁通H在加热层22内产生涡电流发热。而贯通加热层22的漏磁通E向芯材24的方向。但是，由于在芯材24的表面包覆有厚度约500μm、具有铁氧体的绝缘性磁性体层19，因此漏磁通E被捕捉到该磁性体层19中，大幅度地减少了进入芯材24内的磁通量。并且，由于磁性体层19为绝缘性，因此磁性体层19不会因为通过磁性体层19内的磁通F而发热。因此，许可的交变磁通D几乎都消耗在加热层22的发热上，提高了加热的效率。并且，由于芯材24中不会产生涡电流而发热，因此能够消除芯材24的轴承发热而损伤等故障。
作为磁屏蔽层的磁性体层19的相对磁导率最好尽量比芯材24的相对磁导率大。在使用非磁性金属作为芯材24的材料的本实施例的情况下，如果磁性体层19的相对磁导率为约20以上，其厚度在0.3mm以上的话，则能够获得足够的磁屏蔽效果。一般来说，磁性体层19的相对磁导率最好在10以上，15以上更好。并且，磁性体层19的厚度最好在0.2mm以上，在0.5mm以上更好。
并且，磁性体层19必须在交变磁通F通过时不产生涡电流从而不发热，因此最好是绝缘性，虽然如此，但如果其固有阻抗为超过导体区域的10-3Ωcm，则实际上几乎不发热，也是有效的。
并且，即使在具备磁性体层19的情况下，当芯材24的材料为磁性金属时，漏磁通E的一部分也容易侵入到芯材24内。因此，为了防止发生这种情况，作为芯材24的材料最好不要是铁等磁性金属，最好是非磁性金属。这里，作为非磁性金属可以列举不锈钢、黄铜、铝等例子，但从强度来看，它们之中特别是不锈钢最好。
另外，虽然在上述实施形态中，加热辊21的结构为在芯材24上依次包括磁性体层19、弹性层23、加热层22、第2弹性层26和脱模剂层27，但本发明并不一定局限于这样的结构，使各层为多层结构，或者在各层之间设置粘接层，或者在各层之间形成辅助层也没有关系。
(实施形态2)本实施形态2与实施形态1的不同点只有电磁感应加热辊21的结构。图6A为图5的图像形成装置所使用的本发明的实施形态2的电磁感应加热辊的剖面图，图6B为图6A中的6B部分的放大剖视图。在图6A、图6B中，具有与实施形态1相同的功能的构件添加相同的附图标记，有关它们的详细说明省略。
本实施形态的加热辊21从内侧到外侧依次具有芯材24、弹性层23、加热层22、第2弹性层26和脱模剂层27。与实施形态1时一样，芯材24由非磁性的不锈钢材料构成。与实施形态1不同，加热层22在由硅橡胶构成的基本材料中分散鳞片状的银粉作为导电性填充物。并且，弹性层23由内部分散了磁性粉的铁氧体粉末的发泡硅橡胶构成。本实施形态不存在实施形态1中的磁性体层19。
励磁线圈36产生的交变磁通D贯通加热层22进入弹性层23的内部。由于弹性层23含有磁性粉末的铁氧体粉末，因此交变磁通D在通过弹性层23内部之后回到U字形磁芯39及中心磁芯38，围绕励磁线圈36。该交变磁通D使加热层22中产生涡电流，加热层22发热。虽然芯材24由导电性材料构成，但磁通D能够被捕捉到弹性层23内的磁性粉末中，因此芯材24内只通过微量的磁通。因此，芯材24几乎不发热。并且，由于弹性层23内的磁性粉末为绝缘体，因此不发热。
这样，在本实施形态中，分散了磁性粉末的弹性层23具有磁屏蔽层的功能。其结果，不需要实施形态1中的磁性体层19。
(实施形态3)本实施形态3与实施形态1的不同点只有电磁感应加热辊21的磁屏蔽层的结构。图7A为本发明的实施形态3的电磁感应加热辊的、具备磁屏蔽层的芯材24的概略透视图。
在本实施形态中，磁屏蔽层由外插固定到芯材24上的、图7B所示那样的多个环形构件(中空圆筒状构件)51构成。环形构件51包含铁氧体之类的磁性材料。相邻的环形构件51最好互相紧贴，但稍微空开一点间隙也没关系。
也可以在芯材24的外表面贴上图7B所示那样的包含磁性材料的圆弧状构件52取代环形构件51。构件52具有沿圆周方向将环形构件51分割成多个部分那样的形状。
这样的环形构件51及圆弧状构件52可以用将包含磁性体粉末的材料成型成预定的形状后烧结等方法制造。
并且，也可以将包含磁性材料的薄片状物包裹在芯材24的周围，或者制作柔软的磁性材料管将其套在芯材24上替代环形构件51或圆弧状构件52。这样的柔性薄片状物或管可以通过将磁性材料粉末分散到由树脂或橡胶构成的基本材料中获得。
与实施形态1一样，在这样的磁屏蔽层的外侧形成弹性层23、加热层22、第2弹性层26和脱模剂层27获得本实施形态的加热辊21。
如果采用本实施形态，除具有实施形态1的效果外，还能起到磁屏蔽层的制造变得容易这样的效果。
(实施形态4)
本实施形态4与实施形态1的不同点只有电磁感应加热辊21的加热层22的结构。本实施形态的加热层22例如日本专利特开平11-288190号公报中所公开的那样由Ni、Fe、Co、Cu、Cr和不锈钢等金属材料构成。将这样的金属材料成型为薄壁(例如厚度为40μm)的环形带状(管状)，套在弹性层23的外周。此时，加热层22既可以粘接在弹性层23上，也可以是只嵌合在其上面。
磁场产生装置产生的交变磁通D与实施形态1一样在加热层22内产生涡电流，能够与实施形态1一样使其发热。
如果采用本实施形态，除具有实施形态1的效果外，由于比较容易使加热层22的厚度变薄，因此还具有能够减小加热层22的热容量、缩短加热时间这样的效果。
如果像本实施形态这样用金属环形带作为加热层22，比较容易减小加热层22的厚度、缩短加热的时间。但是，如果加热层22的厚度在表皮深度以下，则贯通加热层22的漏磁通E占磁场产生装置许可的交变磁通D的比例将变得特别多。因此，如果没有磁性体层19，则芯材24发热，大大地降低了加热层22的加热效率。但是，如果在加热层22与芯材24之间设置磁性体层19作为磁屏蔽层，则能够有效地防止加热效率低下。这样，本发明的磁屏蔽层产生的效果在加热层22的厚度为表皮深度以下时具有特别有效的作用。另外，加热层22的表皮深度(σ)为由固有阻抗(ρ)、磁导率(μ)和驱动频率(f)决定的值，用σ＝1/(πfμρ)1/2表示。
本实施形态说明过的由金属材料构成的加热层并不像上述例那样只局限于实施形态1，也可以用于实施形态2、3，能够获得与上述相同的效果。
(实施形态5)图8为使用了本发明的一个实施形态的加热装置作为定影装置的图像形成装置的剖视图。本实施形态的加热装置为带加热方式的电磁感应加热装置。下面说明该装置的结构和动作。
在图8中，115为电子照相感光体(以下称为“感光鼓”)。感光鼓115以预定的圆周速度沿箭头方向旋转，同时其表面受静电器116的作用带同样的负的暗电位V0的电。117为激光束扫描器，输出与图像信息的信号相对应的激光束118。该激光束118扫描曝光带电的感光鼓115的表面，由此使感光鼓115的曝光部分的电位绝对值降低，成为明电位VL，形成静电潜像。该潜像被显像器119的带负电的调色剂显像。
显像器119包括被旋转驱动的显像辊120。显像辊120在其外周面形成调色剂薄层，与感光鼓115相对。显像辊120上施加绝对值比感光鼓115的暗电位V0小、比明电位VL大的显像偏电压。
供纸部121一张一张地送给被记录材料11，经过一对阻挡辊(レジスト)122，以与感光鼓115的旋转同步的适当的时机送给由感光鼓115和复印辊123构成的钳口部。经过施加了复印偏压的复印辊123的作用，感光鼓115上的调色剂图像被依次复印到被记录材料11上。与被记录材料11分离后的从感光鼓115的外周面用清洁装置124除去复印残留调色剂等残留物，反复提供给下一次成像。
125为定影引导装置，将复印后的被记录材料11导向定影装置126。被记录材料11从感光鼓115分离，传送给定影装置126进行复制调色剂图像的定影。127为排纸引导装置，将通过了定影装置126的被记录材料11引导向装置外部。引导被记录材料11的定影引导装置125及排纸引导装置127用ABS等树脂或铝等非磁性金属材料构成。固定了定影后的图像的被记录材料11向排纸托架128排出。
129为装置本体的底板，130为装置本体的顶板，131为本体机壳，它们共同构成装置本体的强度。这些强度构件用以磁性材料的铜为基本材料、实施镀锌后的材料构成。
132为冷却风扇，使装置内产生气流。133为由铝等非磁性材料构成的线圈盖，用于覆盖构成定影装置126的励磁线圈36及背面磁芯37。
下面根据实施例详细说明能够作为上述定影装置126使用的本发明的实施形态5的加热装置。
图9为上述图像形成装置所使用的，作为实施形态5的加热装置的定影装置的剖面图。在本实施形态中，与实施形态1的加热装置具有相同功能的构件添加相同的附图标记，其说明省略。本实施形态的包括励磁线圈36、背面磁芯37及隔热构件40的磁场产生装置和加压辊31的构成与实施形态1相同。
在图9中，薄壁的电磁感应加热带(下面简称“加热带”)140为具有用电铸将Ni做成带状的、厚度为40μm的感应加热层(以下简称“加热层”)的环形带。为了付与脱模性，在加热带的外侧表面被覆有由含氟树脂构成的厚度为20μm的脱模剂层(图中没有示出)。作为脱模剂层，可以单独或混合使用PTFE、PFA、FEP、硅橡胶、含氟橡胶等脱模性好的树脂或橡胶。虽然在使用加热带140作为单色图像定影用时只要确保脱模性就可以了，但当用加热带140作为彩色图像定影用时最好付与弹性，此时还希望在加热层与脱模剂层之间形成厚的弹性层。
150为直径20mm的支持辊，160为直径为20mm、表面被低硬度(JISA30度)的具有弹性的发泡体即硅橡胶被覆的低热传导性的定影辊。加热带140悬架在支持辊150与定影辊160之间，并被付与了预定的张力，沿箭头140a的方向旋转移动。支持辊150的两端设置有防止加热带140偏移的凸缘(图中没有示出)。
作为加压构件的加压辊31夹着加热带140压接在定影辊160上，由此在加热带140与加压辊31之间形成钳口部34。
支持辊150从外侧开始由弹性层(隔热层)153、磁性体层152和芯材151构成。芯材151由非磁性的不锈钢材料构成。作为磁屏蔽层的磁性体层152为被覆的厚度约为500μm的分散了铁氧体粉末的层。弹性层153由低热传导性的硅橡胶的发泡体构成，在本实施例中使用厚度为2mm、硬度45度(ASKER-C)的材料。为了降低加热带140的加热层的热的扩散，在弹性层153的表面设置凹凸以减小与加热带140的接触面积是有效的。
如果采用本实施形态，磁场产生装置产生的交变磁通在加热带140的加热层内产生涡电流使加热层感应加热。发热的加热带140在钳口部34处加热被记录材料11及其上形成的调色剂图像9，使调色剂图像9定影在被记录材料11上。
由于磁场产生装置产生的交变磁通中的贯通加热带140的加热层而进入到支持辊150内的漏磁通几乎都被捕捉到芯材151的外表面上形成的磁性体层152中，因此大幅度地降低了进入芯材151内的磁通量。并且，也不会因为通过磁性体层152内的磁通而使磁性体层152发热。因此，磁场产生装置许可的交变磁通几乎都消耗在加热层的发热上，提高了加热的效率。并且，可以消除芯材151的轴承发热而损伤等故障。
另外，本实施形态的加热带140的加热层可以使用在上述实施形态1～4中说明过的加热辊21的加热层22的结构，由此可以获得与实施形态1～4中说明过的同样的效果。
并且，本实施形态的支持辊150的芯材151、磁屏蔽层、弹性层153可以使用上述实施形态1～4中说明过的加热辊21的芯材24、磁屏蔽层、弹性层23的结构，由此可以获得与实施形态1～4中说明过的同样的效果。
而且，虽然本实施形态说明了在加热带140上设置加热层、只感应加热加热带140的结构，但也可以采用感应加热加热带140和支持辊150两者的结构，能够获得同样的效果。即，在支持辊150的表层或表层附近设置感应加热层，在该感应加热层与芯材151之间形成磁屏蔽层。例如，如果用由碳素钢等铁系合金构成的薄壁管构成支持辊150的感应加热层，则感应加热加热带140及支持辊150两者。此时，虽然因为支持辊150的热容量而使加热时间稍微变长，但在连续通过宽度比加热带140的宽度窄的被记录材料11的纸时，因只有加热带140的一部分被被记录材料11吸热而产生的加热带140的宽度方向上的温度不均通过支持辊150沿宽度方向传热而减轻。另外，由于即使在这种情况下也在支持辊150的感应加热层与芯材之间设置有磁屏蔽层，因此防止了芯材发热。
并且，在本实施形态中，支持辊150不参与钳口部34的形成。因此，能够省略弹性层153。即，可以将磁性体层152设置在支持辊150的表面。由此可以简化支持辊150的层结构和降低成本。
(实施形态6)下面根据实施例详细说明作为图8所示的图像形成装置的定影装置126使用的本发明的实施形态6的加热装置。
图10为作为实施形态6的加热装置的定影装置的剖面图。在本实施形态中，与实施形态1的加热装置具有相同功能的构件添加相同的附图标记，其说明省略。本实施形态的包括励磁线圈36、背面磁芯37及隔热构件40的磁场产生装置和加压辊31的构成与实施形态1相同。并且，电磁感应加热带(下面简称“加热带”)140及支持辊150与实施形态5相同。
本实施形态在用支持辊150和加热带引导机构170能够旋转地悬架加热带140这一点以及支持辊150夹着加热带140压接在加压辊31上这一点与实施形态5不同。加热带引导机构170由滑动性良好的树脂材料构成。
如果采用本实施形态6，与实施形态5相同地，磁场产生装置产生的交变磁通在加热带140的加热层内产生涡电流使加热层感应加热。发热的加热带140在钳口部34处加热被记录材料11及其上形成的调色剂图像9，使调色剂图像9定影在被记录材料11上。
磁场产生装置产生的交变磁通中的贯通加热带140的加热层的漏磁贯通加热带引导机构170而到达支持辊150。但是，由于进入到支持辊150内的漏磁通几乎都被捕捉到芯材151的外表面上形成的磁性体层152中，因此大幅度地降低了进入芯材151内的磁通量。并且，也不会因为通过磁性体层152内的磁通而使磁性体层152发热。因此，磁场产生装置许可的交变磁通几乎都消耗在加热层的发热上，提高了加热的效率。并且，可以消除芯材151的轴承发热而损伤等故障。
另外，本实施形态的加热带140的加热层可以使用上述实施形态1～4中说明过的加热辊21的加热层22的结构，由此可以获得与实施形态1～4中说明过的同样的效果。
并且，本实施形态的支持辊150的芯材151、磁屏蔽层、弹性层153可以使用上述实施形态1～4中说明过的加热辊21的芯材24、磁屏蔽层、弹性层23的结构，由此可以获得与实施形态1～4中说明过的同样的效果。
以上说明的实施形态都是为了使本发明的技术内容更加明了，本发明并不局限于这些具体例的解释，在该发明的精神和权利要求所描述的范围内可以作各种各样的变更实施，应该广义地解释本发明。
权利要求
1.一种电磁感应加热辊，从内侧向外侧依次包括芯材、弹性层、感应加热层和脱模剂层，其特征在于，在上述感应加热层与上述芯材之间具备防止磁通进入上述芯材的磁屏蔽层。
2.如权利要求1所述的电磁感应加热辊，上述磁屏蔽层的固有阻抗在10-3Ωcm以上。
3.如权利要求1所述的电磁感应加热辊，上述磁屏蔽层的相对磁导率在10以上。
4.如权利要求1所述的电磁感应加热辊，上述磁屏蔽层的厚度在0.2mm以上。
5.如权利要求1所述的电磁感应加热辊，上述磁屏蔽层为在上述芯材的表面形成的绝缘性磁性材料构成的层。
6.如权利要求1所述的电磁感应加热辊，上述磁屏蔽层由并列配置在上述芯材表面的多个环形或圆弧状构件构成。
7.如权利要求1所述的电磁感应加热辊，上述磁屏蔽层为将磁性体填充物分散了的上述弹性层。
8.如权利要求1所述的电磁感应加热辊，上述芯材由非磁性金属构成。
9.如权利要求1所述的电磁感应加热辊，上述感应加热层的厚度在表皮深度以下。
10.一种加热装置，其特征在于，包括权利要求1所述的电磁感应加热辊，被上述电磁感应加热辊压接形成钳口部的加压辊，使磁场产生作用，感应加热上述电磁感应加热辊的上述感应加热层的磁场产生装置；通过用上述电磁感应加热辊和上述加压辊加压传送导入到上述钳口部中的被加热材料，连续地加热上述被加热材料。
11.一种加热装置，包括具有感应加热层的电磁感应加热带，与上述电磁感应加热带相内接、能够旋转地支持上述电磁感应加热带、由芯材及其外侧的隔热层构成的支持辊，与上述电磁感应加热带相外接、与上述电磁感应加热带之间形成钳口部的加压辊，配置在上述电磁感应加热带的外侧、使磁场产生作用、感应加热上述感应加热层的磁场产生装置；通过用上述电磁感应加热带和上述加压辊加压传送导入到上述钳口部中的被加热材料，连续地加热上述被加热材料；其特征在于，上述支持辊在上述芯材的外侧具备防止磁通进入上述芯材的磁屏蔽层。
12.如权利要求11所述的加热装置，上述磁屏蔽层形成在上述支持辊的表面。
13.一种图像形成装置，其特征在于，包括在被记录材料上形成调色剂图像的图像形成设备和权利要求10或11所述的加热装置；上述加热装置将上述图像形成设备形成在上述被记录材料上的未定影的调色剂图像定影在上述被记录材料上。
全文摘要
电磁感应加热辊(21)从内侧向外侧依次包括芯材(24)、弹性层(23)、感应加热层(22)和脱模剂层。在上述感应加热层(22)与上述芯材(24)之间具备防止磁通进入上述芯材的磁屏蔽层。来自磁场产生装置的交变磁场中的贯通感应加热层(22)的漏磁通被磁屏蔽层捕获。其结果，几乎所有施加的交变磁通被消耗于加热层(22)的发热，提高了发热效率。并且，通过芯材(24)的轴承被加热，可以防止发生故障。
文档编号H05B6/14GK1550122SQ0281710
公开日2004年11月24日 申请日期2002年10月31日 优先权日2001年11月1日
发明者片伯部升, 今井胜, 藤本圭祐, 申请人:松下电器产业株式会社