专利名称：发热筒、定影装置及图像形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发热筒、定影装置及图像形成装置。
背景技术：
作为图像形成装置的定影装置，公知有能够利用感应加热使热容量小的发热筒 (带)短时间内升温、不需要待机时的预热的能耗少的定影装置。专利文献1中，记载有一种具有发热层的发热筒，其中，该发热筒的发热层包括由 铜构成的主发热层(感应发热层)和整磁合金所构成的发热控制层，在整磁合金为居里温 度以下时，作为强磁性材料的整磁合金的发热控制层捕捉磁通，并利用表皮效应使感应电 流(涡电流)集中到主发热层中而主要使主发热层进行发热，在整磁合金为居里温度以上 时，成为顺磁材料的整磁合金的发热控制层使磁通通过，并让配置在发热筒内侧的磁通抑 制层感应磁通，从而降低发热层的发热量。这样，通过能够自我调节发热带的发热量，而能 够防止在纸张通过范围较窄时发热带的纸张通过范围外的部分过热的情况。作为具有接近于定影温度的居里温度且导磁率的变化较大的整磁合金，普遍利用 的是坡莫合金(Fe-Ni)。然而，由于坡莫合金的强度不大，所以如果用坡莫合金来形成发热 筒，则存在发热筒容易破损的问题。特别是，对坡莫合金而言，为了获得理想的磁性，退火处 理是必不可少的，但是如果对发热筒实施退火处理，则不仅坡莫合金的强度降低，还导致构 成感应发热层的铜的强度也降低，而不能获得作为定影装置用发热筒的必要强度。专利文献1 JP特开2007-279672号公报
发明内容
鉴于上述问题，本发明的课题在于，提供一种发热量的自我调节能力高且具有足 够强度的发热筒、以及发热筒不会局部过热的定影装置和图像形成装置。为了解决上述课题，本发明的发热筒具有由金属形成的主发热层和由坡莫合金形 成的发热控制层，上述发热控制层由经退火处理后的坡莫合金形成，上述主发热层由通过 镀敷层叠在上述发热控制层的表面上的未经退火处理的金属形成。根据该构成，通过将发热控制层由经退火处理后的坡莫合金形成而赋予最适合的 磁力特性，并通过将主发热层形成为未经退火处理的镀敷层而能够补偿强度。此外，在本发明的发热筒中，上述发热控制层可以是对坡莫合金进行塑性加工而 成形为有底筒状，并对底部进行切除而成的，也可以是利用电解电镀将坡莫合金的层成形 为筒状而成的。根据该构成，能够利用现有的加工方法来制造发热筒。此外，在本发明的发热筒中，上述主发热层可以包含镍。镍或镍合金具有良好的磁性和导电性，并且在通过镀敷形成为层状时发挥足够的 强度。此外，本发明的定影装置具备上述发热筒中的任一个；向上述发热筒的外侧施
3加交变磁场的励磁线圈；从内侧和外侧夹压上述发热筒而形成夹压部的一对辊。根据该构成，发热带能够自我调节发热量以便不使局部过热，而且具有能够耐受 用于形成夹压部的变形的足够的强度。因此，定影装置的定影能力高，故障少。此外，本发明的定影装置也可以进一步具有辅助部件，该辅助部件具备保护层和 隔着保护层与上述励磁线圈对置的磁通抑制层。根据该构成，通过由辅助部件来捕捉磁场，可使主发热层的发热量充分降低。此外，根据本发明的图像形成装置具备上述任一个定影装置。根据该构成，通过发热筒的发热量自我调节功能而使图像的定影稳定，并通过发 热筒的足够的强度而使发热筒断裂引起的停机时间变短。根据本发明，能够通过由经退火处理后的坡莫合金形成的发热控制层对发热筒赋 予理想的磁力特性，并通过未经退火处理的镀敷层而赋予足够的强度。
图1是具备本发明第一实施方式的发热筒的图像形成装置的构成图；图2是图1的定影装置的剖视图；图3是图2的定影装置的局部放大剖视图；图4是表示坡莫合金的镍混合比例和居里温度之间的关系的曲线图；图5是图2的加压辊的局部放大剖视图；图6是表示因材料和加工方法导致的硬度的不同的图。其中附图标记说明如下1...图像形成装置，6...定影装置，19...发热筒，20...定影辊，21...加压
辊，22...励磁线圈，23...辅助部件，30...发热控制层，31...主发热层，32...弹性层， 33...脱模层，34...磁通抑制层，35...保护层，36...芯轴，37...隔热层，38...芯轴， 39...隔热层，40...脱模层。
具体实施例方式下面，参照附图来说明本发明的实施方式。图1表示具有作为本发明的一个实施 方式的发热筒的图像形成装置1。本实施方式的图像形成装置1是所谓串联式的彩色打印机，且具备四个成像部 2Y、2M、2C、2K，其利用黄(Y)、品红(M)、青(C)，黑(K)各色的调色剂来形成调色剂图像；一 次转印辊4，其利用静电力将成像部2Y、2M、2C、2K所形成的调色剂图像一次转印到环状的 中间转印带3上；二次转印辊5，其利用静电力将转印到了中间转印带3上的调色剂图像进 而二次转印到记录纸上；定影装置6，其对转印有调色剂图像的记录纸进行加热及加压来 熔化调色剂，使调色剂图像定影在记录纸上。图像形成装置1具有对中间转印带3上的调色剂图像的浓度进行检测的图像浓度 传感器7，图像浓度传感器7还起到定位传感器的作用。中间转印带3跨设在驱动辊8和自 由辊9之间。各色的成像部2Y、2M、2C、2K分别具有感光体10 ；使感光体10带电的带电器11 ； 对已带电的感光体10选择性地进行曝光来形成静电潜像的曝光器12 ；向静电潜像供应调
4色剂来进行显影的显影器13 ；清洁器14，其刮去无法被转印到中间转印带3上而残留的调 色剂。此外，图像形成装置1具有供应记录纸的供纸盘15，利用供纸辊16从供纸盘15 — 张一张地取出记录纸，而供应到中间转印带3和二次转印辊5之间的夹压部。利用定影装 置6定影了调色剂图像的记录纸，通过排纸辊17被排出到排纸盘18上。图2中详细表示定影装置6的构成。定影装置6具有本发明涉及的筒状的发热 筒19 ；配置在发热筒19内侧的定影辊20 ；加压辊21，其与定影辊20对置地夹压发热筒19， 而形成具有夹压记录纸P的宽度的夹压部；励磁线圈22，其与发热筒19对置地被配置在加 压辊21的相反一侧，并对发热筒19施加交变磁场；辅助部件23，其在发热筒19的内侧与 励磁线圈22对置地被配置。励磁线圈22是在线圈骨架24上卷绕绕线而形成的。此外，在励磁线圈22的周围， 发热筒19不靠的三侧面上，配置有用于引导励磁线圈22所形成的磁通的铁心25、26、27。 此外，定影装置6具有用于从发热筒19分离记录纸P的分离爪28、以及检测发热筒19的温 度的温度传感器29。温度传感器29被配置成检测发热筒19中不管记录纸P的大小如何都 与记录纸P抵接而被夺走热量的部分的温度。根据温度传感器29的检测温度从未图示的高频变换器向励磁线圈22输出并进行 调节后供给20 40kHz、100 2000W的高频电。当设该高频电的频率小于20kHz时，导致 发热效率大幅降低。此外，当设该频率大于40kHz时，在连续通纸时有点供电不足，发热筒 19的温度没有充分上升，有可能发生定影不良，因此不为优选。图3中表示发热筒19、辅助部件23及定影辊20的构成。发热筒19是从内侧起依 次层叠发热控制层30、主发热层31、弹性层32、脱模层33而成。辅助部件23从内侧起依次 具有磁通抑制层34、保护层35这两层。定影辊20在芯轴36的外周具有隔热层37。发热筒19是形成发热控制层30，在其上形成主发热层31，进而在主发热层31之 上进而层叠弹性层32，最后在弹性层32之上形成脱模层33而成的。对发热控制层30而言，首先通过拉深加工使坡莫合金板成形为侧壁的板厚为 20 200 μ m,优选为30 70 μ m的有底筒状，并通过切除底部而形成为无底的筒状。另外， 也可以适用冲压成型、旋压等塑性加工。此外，也可以在圆筒表面上通过电解电镀形成坡莫 合金层而成形为无底的筒状。对坡莫合金的组成而言，只要是定影装置6的定影温度为170 190°C，就可以选 择成居里温度为150 220°C，优选为180 200°C，且居里温度以下的低温时的体积电阻 率为2 X 10_8 200 X 10_8 Ω m,优选为5 X 10_8 100 X 10_8 Ω m。要是将坡莫合金成形为筒 状就实施退火处理，使其成为在常温(居里温度以下)时，相对磁导率为50 2000，优选为 100 1000。若在铁中混合镍时，则根据其混合比例，如图4所示，居里温度发生变化。即，能够 根据镍的混合比例，来设定坡莫合金的居里温度。此外，坡莫合金的居里温度也能够通过混 合铬、钴、钼等来进行调节。另外，图4的数据是，对于将坡莫合金通过电解电镀形成为板状 而成的部件在800°C下进行1小时的退火处理后而得到的检验材料，利用岩通计测公司制 的B-H分析仪进行居里温度(Tc)的测定而得到的。如上所述，在将坡莫合金加工成筒状后进行退火处理而形成的发热控制层30的
5外周，通过金属镀敷形成主发热层31。主发热层31由如下磁性金属材料形成，优选为由镍 或镍合金来形成即可，所述磁性金属材料是指导电性良好的、特别是在发热控制层30达到 居里温度以上时，体积电阻率为1 X 10_8 100 X 10_8 Ω m、优选为10 X 10_8 50 X 10_8 Ω m，且 相对磁导率为20 2000的材料。由这样的材料形成的主发热层31优选形成为厚度5 80 μ m0在发热控制层30为居里温度以下时，励磁线圈22所形成的磁通被导磁率高的发 热控制层30以及主发热层31捕捉，而在发热控制层30及主发热层31的内部激发涡电流。 通过表皮效应，涡电流集中在表面的主发热层31上进行流动，并主要在主发热层31中产生 焦耳热。在由磁性材料形成的主发热层31中，表皮效应较大，无论主发热层31的厚度如 何，涡电流流动的范围都被限定，因此电流密度大发热量也大。然而，在非磁性材料的情况 下，表皮效应较小，涡电流在整个主发热层31上流动，因此发热量容易变小。因此，主发热 层21采用非磁性材料时，即使涡电流分散、流动在整个主发热层31中，也为了使电流密度 也变大，能够得到足够的发热量，使主发热层31为非常薄的层即可。换言之，主发热层31 通过可使厚度薄到5 20 μ m左右，而能够利用铜或银等非磁性低电阻的金属材料来形成。此外，在发热控制层30为居里温度以上时，导磁率变低的发热控制层30不能充分 捕捉励磁线圈所形成的磁通，而使磁通通过发热筒19的内部。由此，流动在主发热层31中 的涡电流变小，主发热层31的发热量少于发热控制层30为居里温度以下时的发热量。这样，由于发热筒19可自我抑制发热控制层30达到居里温度的部分的发热量，因 此即使控制对励磁线圈22施加的电力以便能够将记录纸P通过夺走热量的部分的温度维 持在规定的定影温度，没有被记录纸P夺走热量的部分也不会过度升温到对定影产生不良 影响的温度。此外，在由铜等形成主发热层31时，为了防止主发热层31的氧化，最好在主发热 层31和弹性层32之间设置防氧化层。其原因在于，在由铜形成了主发热层31时，氧化膜 的生长急剧，而且氧化膜本身的强度非常弱，且氧化膜剥离而使弹性层32的剥离的危险性 较高，因此需要通过利用防氧化层防止外部气体(空气)与主发热层31的接触，而将主发 热层31与后述的弹性层32之间的粘接长时间地维持良好。作为该防氧化层的材料，优选为完全没有通气性的金属材料，为了减少对发热性 能的影响，优选尽量用非磁性且低电阻的材料形成为较薄。特别是，镍、铬、银可形成薄壁且 对发热性能的影响小，而且与弹性层的粘接性也良好，因此适合用于防氧化层。作为防氧化 层的厚度，优选在0. 5 40 μ m的范围内。其原因在于，当厚度小于0. 5 μ m时，因气孔而密 封性恶化，当厚度超过40 μ m时，对发热性能带来影响，特别是对过度升温的防止效果带来 不良影响。此外，作为防氧化层的材料，也可以采用聚酰亚胺树脂等。聚酰亚胺树脂由于是绝 缘体，所以对发热性能完全没有影响。但是，由于与金属材料相比多少有通气性，所以防氧 化层的厚度优选设为3 70 μ m。当厚度小于3 μ m时，密封性变得不充分而导致氧化膜生 长，当超过70 μ m时，难以将由主发热层31产生的热量传递到定影辊20的外周面，热效率变差。此外，对发热筒19来说，通过金属镀敷形成主发热层31，根据需要形成防氧化层
6后，以覆盖主发热层31的方式形成弹性层32。弹性层32用于将热量均勻且顺畅地传递到 调色剂图像上。通过使该弹性层32具有适度的弹性，而能够防止因调色剂图像被压坏或不 均勻熔化而引起的图像噪声的产生。因此，采用具有耐热性和弹性的橡胶材料或树脂材料、例如耐定影温度下的使用 的硅橡胶、含氟橡胶等耐热性弹性体来形成弹性层32。此外，在这些材料中，也可以添加以 导热性及加强为目的的各种填充材料。作为为了提高导热性而被添加的粒子的例子，可举 出金刚石、银、铜、铝、大理石、玻璃等，作为特别实用的粒子的例子，可举出二氧化硅、氧化 铝、氧化镁、氮化硼、氧化铍等。弹性层32的厚度为10 800 μ m，优选为100 300 μ m。其原因在于，当弹性层 32的厚度小于10 μ m时，难于得到厚度方向上的足够的弹性，当厚度超过800 μ m时，由主发 热层31产生的热量难以到达定影辊20的外周面。弹性层32的硬度在JIS硬度下为1 80度，优选为5 30度。其原因在于，如 果是该范围内的硬度，则不仅能够防止弹性层32的强度的降低以及密封性的降低，还能够 确保稳定的定影性。作为满足该条件的树脂，可以使用一组分系、二组分系、或三组分系以 上的硅橡胶、LTV(Low Temperature Vulcanizable 低温硫化)型、RTV(RoomTemperature Vulcanizable 室温硫化)型、或HTV(High TemperatureVulcanizable 高温硫化)型的硅 橡胶、聚合型或添加型硅橡胶等。进而，发热筒19是在弹性层32之上形成脱模层33而成。脱模层33形成发热筒19 的最外层，用于提高发热层19和记录纸P之间的起模性。作为该脱模层33，使用耐定影温度 下的使用且调色剂的起模性优良的材料。例如，优选为硅橡胶及含氟橡胶、或者PFA(四氟 化乙烯_全氟烷乙烯基醚共聚物)、PTFE(四氟乙烯)、FEP(四氟乙烯和六氟乙烯共聚物)、 PEFP (四氟乙烯和六氟丙烯共聚物)等含氟树脂，也可以是将它们混合而成的材料。脱模层33的厚度为5 100 μ m,优选为在10 50 μ m的范围内。此外，为了提高 该脱模层33和弹性层32之间的粘接力，也可以由防锈涂料等进行粘接处理。此外，在脱模 层33中，也可以根据需要添加导电材料、耐磨损材料、易导热材料等作为填料。辅助部件23的磁通抑制层34由体积电阻率为1 X 10_8 10 X 10_8 Ω m，优选为 1X10—8 2Χ10-8Ωπι的低电阻，且相对磁导率为0. 99 2.0，优选为0. 99 1. 1的非磁性 材料，例如板厚0. 2 2mm左右的铜构成。在发热控制层30达到居里温度以上时，励磁线圈22产生的磁通通过磁通抑制层 34。磁通抑制层34由于电阻率低，所以流动有较大的涡电流，该涡电流形成抵消励磁线圈 22所产生的磁通那样的磁场，降低施加到主发热层30上的磁通密度，进而降低主发热层30 的发热量。为了发挥这种作用，对磁通抑制层34而言，重要的是当发热控制层30达到居里温 度以上时，与发热控制层30相比，磁通抑制层34为低电阻。此外，磁通抑制层34如果是满 足上述体积电阻率及相对磁导率的条件的，则也可以由SUS或铝等其他材料形成。辅助部件23的保护层35是为了保护磁通抑制层34不受摩耗的影响而设置的层。 从而，优选为由含有PFA或PTFE的低摩擦材料形成，厚度是10 50 μ m左右即可。为了支撑发热筒19，定影辊20的芯轴36由具有足够的强度和耐热性的金属等形 成。由此，由于芯轴36的热容量变大，所以定影辊20在芯轴36的外侧形成有隔热层37，以
7使热量不会从发热筒19逸出到芯轴36上。从而，隔热层37优选为由导热率低且具有耐热性的橡胶材料或树脂材料的发泡 体形成。此外，通过用具有弹性的材料来形成隔热层37，而允许发热筒19的挠曲，能够很大 保持夹压部的宽度。此外，作为隔热层37，也可以使用实心体和发泡体的双层结构的层。例如，作为隔热层37，在使用硅海绵材料时，形成为厚度1 10mm，优选为2 7mm。此外，该隔热层37的硬度在ASKER C硬度下为20 60度，优选为30 50度的范围 内。图5中表示加压辊21的结构。加压辊21在芯轴38之上形成隔热层39，进而在隔 热层39的表面形成有脱模层40。芯轴38例如由壁厚3mm的铝制管构成，如果能够确保强 度，则也可以采用由如PPS那样的耐热性材质所形成的模制管。作为芯轴38使用铁管也不 是不可能，但更优选使用难以受到电磁感应的影响的非磁性管。加压辊21的隔热层39例如是由厚度3 IOmm的范围内的硅橡胶发泡体构成的 层，但也可以是硅橡胶的实心体和硅橡胶发泡体的双层结构。加压辊21的最外周的脱模层40，与定影辊20的脱模层33同样，是用于提高加压 辊21相对于记录纸P的起模性的层。该脱模层40由厚度10 50 μ m的PTFE或PFA等的 含氟系树脂形成即可。另外，在本实施方式中，加压辊21以300 500N的负荷与定影辊20压接，发热筒 19和加压辊21被压接的夹压部宽度约为5 15mm。在欲想以与本实施方式不同的夹压部 宽度来进行使用时，只要变更加压辊21的压接负荷进行调整即可。这样，在定影装置6中，由定影辊20和加压辊21来夹压发热筒19，在发热筒19和 加压辊21之间形成有夹压部。在定影处理时，图2中，加压辊21按顺时针方向被旋转驱动。 由此，发热筒19和定影辊20，借助与加压辊21之间的摩擦力，在图中按逆时针方向被从动 旋转。另外，也可以驱动定影辊20，来从动旋转发热筒19和加压辊21。励磁线圈22是沿着发热筒19的长度方向被卷绕的线圈。其横截面如图2所示， 为顺着发热筒19的外周稍微弯曲的形状。本实施方式中，作为励磁线圈22的绕线，使用将细的线材捆扎几十 几百股而形 成李兹线的绕线。这种励磁线圈22通电时因绕线电阻而自己发热，因此该情况下也使用在 绕线上包覆有耐热性树脂的线圈以保持绝缘性。进而，优选为例如通过风扇等，对励磁线圈 22进行空气冷却。并且，本实施方式的励磁线圈22是在其长度方向上整个相连的。铁心25、26、27是为了提高磁路的效率，以及为了防止磁通向外部泄漏而配置的。 因此，铁心25、26、27由高导磁率且涡电流的损失低的材质形成。此外，铁心25、26、27的材 料使用居里温度为140 220°C的材料，优选使用160 200°C的材料。如果由如坡莫合金那样的高导磁率的合金来形成铁心25、26、27，则涡电流的损失 容易变大。因此，在使用这种材质时，优选采用层叠薄板的结构的铁心。此外，作为铁心25、 26,27,也可以采用在树脂材料中分散有磁性粉的。这种原材料虽导磁率稍低，但有能够自 由地设定形状的优点。并且，在由励磁线圈22形成的磁路和外部之间的磁屏蔽通过其他方 法能够达到时，也可以是省略铁心25、26、27的无铁心(空心)结构。铁心25是横截面为如图2所示的拱形的部件。本实施方式中为，将长度约IOmm 的铁心片沿定影辊20的轴向排列13个配置而成。铁心26为，将横截面为四边形且长度为
85 10_的铁心片配置在发热筒19的两侧面而成的。此外，铁心27为，将横截面为四边形 的铁心片在励磁线圈22的内侧且在大致对应于发热筒19的长度方向尺寸的范围内连续地 配置而成的。并且，如果将铁心25、26、27 —体地形成为截面大致为“E”字型，则能够进一 步提高发热效率。图6中表示基于坡莫合金(镍含有率34% )、纯镍、铜3种材料因加工方法导致的 强度的变化。并且，针对各材料，形成如下的相同形状的3种检验材料，并使用显微维氏硬 度计来测定了维氏硬度(Hv)，该3种检验材料分别为通过电解电镀形成为规定形状且未 进行退火处理的镀敷制品；通过塑性加工形成为规定形状且未进行退火处理的塑性加工制 品；形成为规定形状后在800°C下实施1小时的退火处理后的退火制品。在任意的材料中，镀敷制品的强度最高，退火制品的强度最低。根据本发明，构成 为由坡莫合金形成发热控制层30，通过退火处理赋予理想的磁力特性，在退火处理后通过 金属镀敷形成主发热层31，没有将主发热层31通过退火处理而降低强度，由此来补偿因退 火处理而降低的发热控制层30的强度。由此，发热筒19通过发热控制层20发挥高度的发热量自我控制能力，同时通过具 有高强度的主发热层31，而具备即使为了形成夹压部而受到变形也不容易破损的足够的强度。
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权利要求
一种发热筒，其特征在于，具有由金属形成的主发热层和由坡莫合金形成的发热控制层，上述发热控制层由经退火处理后的坡莫合金形成，上述主发热层由通过镀敷层叠在上述发热控制层的表面上的未经退火处理的金属形成。
2.根据权利要求1所述的发热筒，其特征在于，上述发热控制层是对坡莫合金进行塑 性加工而成形为有底筒状，并对底部进行切除而成的。
3.根据权利要求1所述的发热筒，其特征在于，上述发热控制层是利用电解电镀将坡 莫合金的层成形为筒状而成的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发热筒，其特征在于，上述主发热层包含镍。
5.一种定影装置，其特征在于，具有由金属形成的主发热层和由坡莫合金形成的发热控制层， 上述发热控制层由经退火处理后的坡莫合金形成， 上述主发热层具有发热筒，其由通过镀敷层叠在上述发热控制层的表面上的未经退火处理的金属形成； 励磁线圈，其向上述发热筒的外侧施加交变磁场； 一对辊，其从内侧和外侧夹压上述发热筒而形成夹压部。
6.根据权利要求5所述的定影装置，其特征在于，上述发热控制层是对坡莫合金进行 塑性加工而成形为有底筒状，并对底部进行切除而成的。
7.根据权利要求5所述的定影装置，其特征在于，上述发热控制层是利用电解电镀将 坡莫合金的层成形为筒状而成的。
8.根据权利要求5所述的定影装置，其特征在于，上述主发热层包含镍。
9.根据权利要求5所述的定影装置，其特征在于，在上述发热筒的内侧还具有辅助部 件，该辅助部件具备保护层和隔着保护层与上述励磁线圈对置的磁通抑制层。
10.一种图像形成装置，其特征在于，具备权利要求5至9中任一项所述的定影装置。
全文摘要
本发明提供一种发热筒、定影装置及图像形成装置。发热量的自我调节能力高且具有足够强度的发热筒(19)具有由金属形成的主发热层(31)和由坡莫合金形成的发热控制层(30)，发热控制层(30)由经退火处理后的坡莫合金形成，主发热层(31)由通过镀敷层叠在发热控制层(30)的表面上的未经退火处理的金属形成。
文档编号H05B6/14GK101957582SQ20101023121
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月14日 优先权日2009年7月16日
发明者米川升 申请人:柯尼卡美能达商用科技株式会社