专利名称：加热器、定影装置和图像形成设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加热器，其中在处于减压状态的相对的电极之间施加电压，且通过从作为电子源的阴极电极(阴极)发射的电子来加热阳极电极(阳极)；一种用于使用所述加热器对墨粉图像(toner image)进行定影的定影装置；和一种图像形成设备。
背景技术：
一般来说，关于使用粉末状墨粉的图像形成设备中的墨粉图像定影方法，广泛采用一种方法，其中将墨粉图像以静电方式转移到记录媒介上，接着将记录媒介夹在加热构件与加压构件之间来加热墨粉图像，且将所述墨粉图像压合(pressure-bond)到记录媒介。
在所述定影装置中，卤素灯被广泛用作用于加热墨粉图像的加热源。举例来说，提供在圆柱形核心的内部具有卤素灯的定影辊(fixing roller)和被按压在定影辊上的加压辊(pressing roller)，且形成夹部(nip portion)，其中旋转的定影辊和加压辊彼此加压。其上承载有未定影的墨粉图像的记录媒介被供应到所述夹部且被传送。通过从安置在内部的卤素灯辐射的辐射热(radiant heat)来加热该定影辊，借此，通过夹部的记录媒介上的墨粉图像被加热和加压。
在将这种卤素灯用作加热源的情况下，有必要在加热开始时加热卤素灯本身，且通过来自卤素灯的辐射热或热传导来加热定影辊需要一定时间。因此，当设备开动或设备从待机状态返回时，不但加热设备需要时间，而且功率消耗会增加。除此之外，在开启或关闭卤素灯时会出现电源电流的瞬变流动，也就是说，出现了被称作闪烁现象(flickerphenomenon)的现象。
近来，作为解决环境问题的措施，还需要抑制能源的消耗。更特定来说，为了使上述加热时间尽可能短并最小化待机状态中的功率消耗，需要有效地对用于加热墨粉图像的定影构件的一部分进行局部加热。
关于此点，例如，JP-A-2000-242108提出采用电磁感应加热方法来代替将卤素灯用作加热源的定影装置。根据所述电磁感应方法，将感应线圈产生的磁场施加在具有导电层的加热构件上，从而允许加热构件通过在导电层中形成的涡电流(eddy current)而产生热量。所述加热方法的特征在于可在较短时间内加热该加热构件。
作为可用在定影装置中的加热源，在JP-A-2002-260540和JP-A-2004-319418中描述一种电子加热管，其中允许从阴极电极(阴极)发射的电子到达阳极电极(阳极)，并利用所述阳极中产生的热量。
在这个加热管中，圆柱形金属管的内部被降压处理，且电子源安置成在内部与金属管同轴并处于电绝缘的状态。通过将电子源用作负极性侧，在电子源与金属管之间施加电压，且允许从电子源场致发射(field-emit)的电子到达所述金属管以加热金属管的周围表面。所述金属管被用作热定影(heat-fixing)辊。
然而，在JP-A-2000-242108提出的电磁感应加热方法中，待加热的构件应具有导电层，且有必要提供激励线圈(exciting coil)、用于固定所述线圈的线轴、用于调节激励线圈的阻抗的磁构件和用于向激励线圈供应高频电流的电源。因此，部件的数目增加，且因而增加了制造成本。
在JP-A-2002-260540中描述的加热管中，从被支撑在内部并与金属管同轴的电子源将电子在径向中发射到所述金属管的整个周围，进而加热整个金属管。因此，不但温度从加热开始时上升需要时间，而且也增加了功率消耗。
发明内容
鉴于上述问题而完成本发明，且提供一种能局部地并有效地加热所需部分的具有简单结构的加热器，以及一种具有所述加热器的定影装置。
根据本发明的一方面(aspect)，提供一种加热器，其包含空心管，其被气密地密封并降压，所述空心管的内部被至少一个隔离壁(partitionwall)划分为在管的纵向方向上并排地排列的多个区域；电子源，其被提供在所述经划分区域的每一区域中，所述电子源以与所述空心管电绝缘的状态被支撑在所述空心管的内部；电源，其在空心管与电子源之间施加电压，其中电子源用作负极性侧；且电子源朝着空心管的内部周围表面发射电子以加热空心管。
将基于随附图式详细描述本发明的示范性实施例，其中图1是示范性体现本发明的定影装置的示意性截面图。
图2是沿着图1中所示的定影装置的线A-A截取的截面图。
图3是分解透视图，其绘示图1中所示的定影装置中使用的抗压构件、加热器和定影带导引构件。
图4A和4B是示范性体现本发明并用在图1的定影装置中的加热器的截面图。
图5是用在图4的加热器中的电子源的放大截面图。
图6是示意性结构图，其绘示使用本发明的示范性实施例的定影装置的图像形成设备。
具体实施例方式
下文将参考附图描述本发明的示范性实施例。
图6是示意性结构图，其绘示使用本发明的示范性实施例的定影装置的图像形成设备。
图6中所示的图像形成设备具有圆柱形感光鼓41，在所述感光鼓41的表面上基于在均匀充电后辐射出图像光时产生的静电电势差而形成潜像(latent image)。在感光鼓41周围进一步向所述图像形成设备提供充电装置42，其用于对感光鼓41的表面均匀地充电；曝光装置43，其用于将图像光辐射到感光鼓41上以在所述鼓表面上形成潜像；显影单元44，其使墨粉选择性地转移到感光鼓上的潜像上以形成墨粉图像；环形带状中间转移构件45，其与感光鼓41相对，且整个周围表面经支撑以便可圆周地移动；清理装置46，其用于在转移墨粉图像后移除感光鼓41上剩余的墨粉；和去静电曝光器47，其用于除去感光鼓41表面的静电。
又，安置在中间转移构件45内部的是转移馈送器(transfer charger)48，其用于使感光鼓上形成的墨粉图像转移到中间转移构件45上的第一转移；两个支撑辊49a和49b；以及转移对置辊(transfer opposition roller)50，其用于执行第二转移。通过这些组件，中间转移构件45被拉成桥的形状，从而可圆周地移动。用于将中间转移构件上的墨粉图像转移到记录纸上的转移辊51安置在通过中间转移构件45而与转移对置辊50相对的位置。从纸盒(未图示)将记录纸P馈送到转移对置辊50与转移辊51之间的压力接触部分。安置在压力接触部分下游的是定影装置1，其用于热融化记录纸上的墨粉图像并使其与记录纸形成压力接触，以及清理装置53，其用于移除中间转移构件上剩余的墨粉，所述清理装置53安置在沿着中间转移构件45的一个位置处。进一步提供控制器60，其用于控制图像形成设备的各个部分的动作。
图1是根据本发明的示范性实施例的定影装置的示意性截面图，且图2是沿着图1的线A-A截取的截面图。
定影装置包含定影带1，其具有环形周围表面；加压辊2，其适于加压定影带1的外部周围表面；加热器3，其用于加热定影带1，加热器3在加压辊2被加压的位置与定影带1的内部周围表面相抵接(abutted)；以及抗压构件4，其由环形定影带的内部固定地支撑着，所述抗压构件4在预定位置支撑着加热器3并抵制该加压辊2的压力。在定影带1与加压辊2之间馈送承载墨粉图像T的记录纸片P，以加热并加压墨粉图像T，且将其定影在记录纸片上。剥离构件(peeling member)9安置在夹部的下游，在该处定影带1和加压辊2彼此形成压力接触，以从定影带1剥离记录纸片并将其从定影带1中排出。
定影带1包含由不锈钢(SUS)薄膜形成的基层和层压到(laminatedonto)基层上的表面释放层。
例如，厚度为40至80μm的SUS薄层可用作基层。在此实例中，使用厚度为50μm的SUS薄膜。
表面释放层是与被转移到记录纸片上的未定影墨粉图像直接接触的层。因此，在可释放性和持久性方面较佳的聚酰亚胺树脂和含氟树脂可用作表面释放层的材料。在此实例中，使用厚度为30μm的PFA层，假设其满足层具有1至30μm厚度的需要。
基层的内部周围表面可涂覆含氟树脂，以减小抵靠基层的内部周围表面而邻接的加热器3的滑动阻力。例如硅油(silicone oil)的释放剂可作为润滑剂以施加到定影带1的内表面。
另一方面，可在基层与表面释放层之间提供在耐热和导热方面较佳的弹性层，例如硅橡胶、含氟橡胶或氟硅橡胶。
加压辊2被支撑在与定影带1相对的位置处，且借助于弹簧5使其两个端部都被推向定影带1。加压辊2包含金属圆柱形构件2a，其作为核心构件；弹性构件2b，其具有耐热性，其例如为硅橡胶或含氟橡胶，且形成在圆柱形构件2a的表面上；和表面释放层(未图示)，其作为最外部的表面层。由电机(motor)10旋转加压辊2，且由在定影带1与加压辊2压力接触的部分中引起的摩擦来传动该定影带1。在此实例中，在294N(30kgf)的总负载下将加压辊2推向加热器3而通过该定影带1。
如图3中所示，抗压构件4是在定影带1的宽度方向上具有轴的杆状构件。抗压构件4具有使得其两个端部4a都从定影带1的侧边缘突出的形状。两个端部4a都被定影装置中的框架6固定地支撑着，且抵制加压辊2通过定影带1和加热器3而作用在其上的压力。
定影带的导引构件7被固定在抗压构件4的两个端部附近且对应于定影带1的侧边缘的位置处。导引构件7的滑动部分7a在定影带的侧边缘的附近抵靠定影带1的内部周围表面而邻接着，以便当在圆周方向上移动时限制该定影带1的形状，进而允许一种光滑传动。
有必要使抗压构件4的材料具有刚性，使得在接收到来自加压辊2的压力时的偏转(deflection)量低于可允许的级别，可以低于1mm。可使用耐热树脂，例如填充有玻璃纤维的PPS(聚硫苯醚)、苯酚、聚酰亚胺或液晶聚合物。
如图1和2中所示，本发明的示范性实施例的加热器3被抗压构件4固定地支撑着，且抵着定影带1的内部周围表面而邻接着，以直接加热定影带1。加热器3包含由例如铝合金或SUS的金属形成的空心管31。如图4中所示，管31具有平坦截面形状，且电子源32被固定地支撑在管31的内部。空心管31的平坦截面提供多个部分31a和31b，所述部分31a和31b的周围表面彼此靠近。部分31a和31b实质上形成平坦表面。由一个平坦部分31a的内部周围表面通过绝缘层33来支撑电子源32，且此部分的外部周围表面固定到抗压构件4。另一平坦部分31b的外部周围表面抵着定影带1而邻接着，且通过来自此部分的热传导来加热该定影带1。
由管31的平坦周围表面部分中的一者通过绝缘层33来固定地支撑电子源32，且电子源32通过约1mm的间隙而与管31的抵着定影带1邻接的那一侧上的内部周围表面相对。如图5中所示，电子源32包含金属电极32a和形成在电极32a上的涂覆层32b。涂覆层32b形成有由碳纳米管形成的纳米级的非常小的凸起32c。精确地说，碳纳米管是含炭黑(soot)的碳纳米管。
炭黑的成分包含碳纳米管、无定形碳、小片的石墨薄片(graphene)，以及用于形成碳纳米管的用作催化剂金属的镍或钇。
可用以下方式形成涂覆层32b。
通过混合器将上文所述的含炭黑的纳米管研磨成粉，并与液体乙醇混合以制备悬浮液。接着，将悬浮液喷射到电子源32中的电极32a。其后，将粘结带(adhesive tape)粘附到如此涂覆的表面，并剥离，借此可形成非常小的纳米管凸起32c。
还可采用用于在涂覆层32b上形成非常小的凸起32c的另一种方法。
管31的内部经降压，且从电源单元8将使电子源32极性变负的偏压施加在电子源32与管31之间。举例来说，在电子源32与管31之间施加使电子源32的极性变为相对负的电压，或管31可电连接到接地，且可对电子源32施加负极性的电势。
通过施加所示偏压，从电子源32发射的电子移动到经降压的管内的正极性侧，并跳到相对的管31的平坦部分31b(加热表面)。电子的能量变为加热表面31b上的热能，且该加热表面31b被加热。
至于上文的降压状态，其满足状态为剩余气体被移除到一定程度的移除状态，使得不会妨碍电子的飞行。更明确地说，其满足所讨论的状态为10-3Pa或更低的降压状态。
在此实施例中，电子源32与管的加热表面31b之间的间隙被设定为1mm，但间隙越小，场致发射的电子量越大，且可能越快地实现加热效果。因此，可通过调节间隙来控制此加热速度。
另外，相对于加热表面31b，电子源32中的负偏压越高，场致发射的电子量越大，且加热速度越高。因此，还通过调节施加在电子源32与管31之间的电压，可能控制加热速度和加热温度。
还可通过向电极中供应电流来加热电子源32，借此发射热离子，且可快速加热该管31的加热表面31b。电子源可以是具有电子提取电极(electron extraction electrode)(即，栅)的那种类型，且作为冷阴极以发射电子。
如图4B中所示，通过安置在管31内部的隔离壁31c将管31内部在轴向上划分为多个区域。电子源32通过绝缘层33而被安装在所划分区域中的每一者中。通过开关元件34，可独立地将偏压施加到每一电子源32，也就是说，可针对每一经划分的区域独立地控制热量的产生。根据此构造，即使当根据被馈送到定影装置中的记录纸片的尺寸，热量被记录纸片之通过区域中的记录纸片P夺取，且在记录纸片之通过区域与其它区域(即，所述纸片的非通过区域)之间出现温度差时，也可能保持着纸通过区域的温度为适当的，并防止过度加热该非通过区域。
接下来，将关于定影装置的操作在下文予以描述。
在图像形成部分中，使用黄、品红、青和黑的四色墨粉且根据图像信号来形成墨粉图像T，且通过转移单元(未图示)将墨粉图像T转移到记录纸片P上。每一墨粉均由热塑树脂粘合剂和其中含有的有色颜料组成。
另一方面，几乎在开始墨粉图像形成操作的同时，开启用于驱动加压辊2的电机10，且旋转此加压辊2。通过加压辊2的旋转，定影带1在圆周方向上移动。
此外，在加热器3中的电子源32和管31之间施加电压。因此，如图4中的箭头B所指示，从电子源32场致发射的电子朝着管31的相对的周围表面移动，且电子到达的部分被迅速加热。
承载着未定影的墨粉图像T的记录纸片P叠加在定影带1上，使得墨粉图像T抵着所述带而邻接着，且被馈送到夹部，在该处加压辊2被按压在记录纸片P上。在夹部中，定影带1和记录纸片P在加压辊2与加热器3之间的位置处彼此强压接触。因此，通过定影带1将热量从加热器3传导到墨粉图像T，且进而软化墨粉，并使墨粉与记录纸片形成压力接触。
加热器3具有平坦截面形状，所以在夹部中，加热器3在其较宽的平坦表面部分上与定影带1形成压力接触，且墨粉图像T在此范围中前进并被加压。因此，墨粉图像被充分加热且以满意的程度定影。在管31的平坦周围表面部分中，电子源32和管31的内部周围表面以实质上相等的间隔彼此相对，且此区域被近乎均匀地加热，使得可适当地控制墨粉图像加热温度，且在色泽或偏移方面没有不均衡的情况下将定影执行到满意的程度。除此之外，可有限地对管31的圆周区域完成加热，其中所述区域抵着定影带1而邻接着，且因此可实现有效的加热。
另外，在轴向上划分该管31的内部空间，且因此，当图像形成设备的控制器60使用小尺寸的记录纸片时，图像形成设备中的控制器60设定用于仅加热该记录纸片之通过区域的时间，并将此区域维持在适合定影的温度下，借此，可以防止过度加热该记录纸片不会通过的区域。
另一方面，因为并入加热器3中的电子源32在较广的范围上与管31的内部周围表面接近地相对，所以可能甚至在低压下发射大量电子，并在较广范围上迅速加热该管31。
此外，在电子源32中的电极32a的涂覆层32b上形成非常小的凸起32c，且其顶端尺寸是相当于纳米级的。因此，会在非常小的凸起32c的每一者的顶端部分处出现强烈的场会聚(field concentration)，且通过施加低压来发射电子，借此可以实现高频加热。
已出于说明和描述目的提供了本发明的示范性实施例的前文描述。并不期望这个描述为详尽的或将本发明限于所揭示的精确形式。显然，所属领域的技术人员将明白许多修改和变化。为了最好地解释本发明的原理及其实践应用而选择并描述了示范性实施例，进而使得所属领域的其他技术人员可理解针对各种实施例的本发明，其各种修改适合于预期的特定用途。期望由所附权利要求书及其等效物来界定本发明的范围。
权利要求
1.一种加热器，该加热器包括空心管，其被气密地密封并降压，所述空心管的内部被至少一个隔离壁划分为多个区域，所述多个区域在所述管的纵向方向上并排地排列；电子源，其被提供在所述经划分区域的每一区域中，所述电子源以与所述空心管电绝缘的状态被支撑在所述空心管的内部；电源，其在所述空心管与所述电子源之间施加电压，其中所述电子源用作负极性侧；以及所述电子源朝着所述空心管的内部周围表面发射电子以加热所述空心管。
2.根据权利要求1所述的加热器，其中针对在所述经划分区域中提供的所述电子源中的每一者，独立地控制由所述电源在所述电子源与所述空心管之间的电压施加。
3.根据权利要求1或2所述的加热器，其中所述电子源中的每一者均安装在所述空心管的所述内部周围表面的预定圆周区域上，且所述电子源向所述空心管之对向的内部周围表面发射电子，其中在所述电子源与所述预定圆周区域之间提供有绝缘层。
4.根据权利要求3所述的加热器，其中所述空心管具有实质上平坦的截面形状，其具有两个彼此接近地相面对的平面部分，且所述电子源中的每一者均安装在所述空心管的所述平面部分中的一者的内部周围表面上，其中在所述电子源与所述内部周围表面之间提供有所述绝缘层。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的加热器，其中所述电子源中的每一者均包括电极，所述电极具有表面，所述表面具有许多非常小的凸起。
6.一种定影装置，其包括环形定影带，其在圆周方向上被可移动地支撑着；加热器，其接触所述定影带的内部周围表面以加热所述定影带；加压构件，其被按压在所述定影带的外部周围表面上；以及在所述定影带与所述加压构件之间通过承载着墨粉图像的记录纸片，以通过热量和压力将所述墨粉图像定影到所述记录纸片上，所述加热器包括空心管，其被气密地密封并降压，所述空心管的内部被至少一个隔离壁划分为多个区域，所述多个区域在所述管的纵向方向上并排地排列着；电子源，其被提供在所述经划分的区域的每一区域中，所述电子源以与所述空心管电绝缘的状态被支撑在所述空心管的内部；电源，其在所述空心管与所述电子源之间施加电压，其中所述电子源用作负极性侧；以及所述电子源朝着所述空心管的内部周围表面发射电子以加热所述空心管。
7.根据权利要求6所述的定影装置，其中针对在所述经划分的区域中提供的所述电子源中的每一者，控制由所述电源在所述电子源与所述空心管之间的电压施加。
8.一种图像形成设备，其包括图像形成单元，其在记录媒介上形成墨粉图像；以及定影装置，其将所述墨粉图像定影在所述记录媒介上，所述定影装置包括环形定影带，其在圆周方向上被可移动地支撑着；加热器，其接触所述定影带的内部周围表面以加热所述定影带；加压构件，其被按压在所述定影带的外部周围表面上；以及在所述定影带与所述加压构件之间通过承载着墨粉图像的记录纸片，以通过热量和压力将所述墨粉图像定影到所述记录纸片上，所述加热器包括空心管，其被气密地密封并降压，所述空心管的内部被至少一个隔离壁划分为多个区域，所述多个区域在所述管的纵向方向上并排地排列着；电子源，其被提供在所述经划分的区域的每一区域中，所述电子源以与所述空心管电绝缘的状态被支撑在所述空心管的内部；电源，其在所述空心管与所述电子源之间施加电压，其中所述电子源用作负极性侧；以及所述电子源朝着所述空心管的内部周围表面发射电子以加热所述空心管。
9.根据权利要求8所述的图像形成设备，其中针对在所述经划分的区域中提供的所述电子源中的每一者，独立地控制在所述电子源与所述空心管之间的电压施加。
10.根据权利要求9所述的图像形成设备，其进一步包括控制器，所述控制器根据所述记录媒介的尺寸来确定在所述空心管的所述经划分的区域中将要加热的区域，并进行控制，以便在所确定的区域中所提供的所述电子源与所述空心管之间施加电压。
全文摘要
本发明提供了加热器、定影装置和图像形成设备，该加热器包含空心管，其被气密地密封并降压，空心管的内部被至少一个隔离壁划分为在管的纵向方向上并排地排列的多个区域；电子源，其被提供在经划分区域的每一区域中，电子源以与空心管电绝缘的状态被支撑在空心管的内部；电源，其在空心管与电子源之间施加电压，其中电子源用作负极性侧；且电子源朝着空心管的内部周围表面发射电子以加热空心管。
文档编号H05B7/00GK101051207SQ200710007049
公开日2007年10月10日 申请日期2007年2月7日 优先权日2006年4月6日
发明者长谷波茂彦, 上原康博 申请人:富士施乐株式会社