定影装置,成像装置,生产磁激励线圈的绕线装置和方法

专利名称：定影装置,成像装置,生产磁激励线圈的绕线装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种电感加热系统的定影装置和一种配有该定影装置的成像装置，如使用电子照相装置或静电记录格式的复印机、传真机或打印机。本发明进一步涉及绕线装置和利用绕线装置生产用于电感加热系统的磁激励线圈的方法。
背景技术：
通常，在诸如打印机或复印机的成像装置中所安装的定影装置被设计得节能和高速运作。因此，配有电磁感应加热型加热器的装置能广泛地用于代替卤素灯以及类似装置。现有的电磁感应加热型加热器将磁激励线圈产生的磁场施加到加热元件上，并随后加热该加热元件。例如，这种加热器可用作加热形成在记录介质上如转印纸或OHP页上未定影的图像的定影装置。
现有的配有磁激励线圈的加热器将磁激励线圈产生的磁场施加到柱形发热辊上，随之所述柱形发热辊在由发热辊的表层所形成的传导层中产生涡电流。随后，由所述涡电流产生的焦耳热加热该传导层。通常地，能够沿着柱形发热辊外部的形状有效地设定磁激励线圈的形状。配有悬置在定影辊和发热辊之间的耐热环带的定影装置以及所述两个辊都是众所周知的。优选地，沿着配有这种类型环带的定影装置中的发热辊和环带紧密地设置磁激励线圈。
为了在把磁激励线圈从之前的形状形成近似柱形时稳定地维持近似圆柱的形状，磁激励线圈随同线圈形状保持元件(例如参照现有技术1)变成所需形状(半圆形)。进一步，在将磁激励线圈形成近似柱形状时，存在加热元件的温度分布不均匀的可能性。为了使加热元件的温度分布均匀，已经建议部分地改变磁激励线圈和加热元件之间的距离，以便部分地改变磁激励线圈而使其与加热元件离得更远(例如参照现有技术2)。
现有技术1日本专利申请2000-24354现有技术2日本专利申请H9-26719
如果定影装置中的发热辊的直径形成得比定影辊的直径小，环形耐热带朝定影辊展宽成扇形，在所述定影装置中环形耐热带悬置在定影辊和发热辊之间。另外，存在耐热带凸起而接近随着耐热带旋转的发热辊之间的接触区域的可能性。
即使将形成以与发热辊曲率相匹配的近似半圆形的磁激励线圈接近发热辊放置，也发生磁激励线圈开口侧的边缘与展宽成扇形的耐热带或突起的耐热带相互干扰的问题。为了避免磁激励线圈和耐热带之间的干扰，磁激励线圈的安装范围可限制在发热辊和耐热带之间的接触区域L，尽管这样不能通过紧密地设置磁激励线圈来作用以满足为比接触区域L更宽的范围提供有效加热的需求。充分地分离耐热带和磁激励线圈之间的距离，使其不会彼此干扰而避免磁激励线圈和耐热带之间的干扰，也进一步使得产生磁激励线圈和发热辊之间的磁性接合更差以及发热损失的问题。
在现有技术1中，在将平面的线圈形状保持元件固定在平面线圈缠绕夹具上以及将线圈线缠绕在上述线圈形状保持元件的平面表面上之后，所述线圈被加压。随后，大致平面形状的线圈与线圈形状保持元件被加热至达到软化温度并被改变成形成线圈表面的形状。
当根据需求与线圈形状保持元件改变加压的平面形状线圈时，外部在压缩内部朝向一方向的方向上施加压力，压缩内部所朝向的方向为拉伸铜线朝向以大致平面形状缠绕的磁激励线圈铜线的弯曲方向。因此，产生对铜线的绝缘套施加压力以及绝缘套性能恶化的问题。特别地，因为绞合线以往用作这种铜线并且该绞合线使用缠绕几十次的非常薄的铜线，所以感应加热器中使用的磁激励线圈铜线存在显著的问题。
如现有技术2所披露的，如果磁激励线圈的弯曲量用于使得发热分布均匀，也同样存在对线圈施加更多的压力以及对铜线绝缘套施加的压力增加更多的问题。

发明内容
本发明考虑到上述问题并具有提供一种电子感应加热系统的定影装置以及配有这种定影装置的成像装置的目的，不限制加热辊和带之间的接触区域地在比加热辊和带之间的接触区域宽的范围内将其接近加热辊和带放置。
为了解决上述问题，本发明的用于电感加热系统的定影装置包括加热辊和在加热辊内产生焦耳热的磁激励线圈。定影装置包括将磁激励线圈定位绕着热辊的外围的部分的线圈定位器，以及将调色剂图像定影在记录介质上的定影辊。定影装置包括接触加热辊和定影辊外围部分以便就将发热从加热辊传导到定影辊的带。线圈定位器进一步在相对区域上具有与加热辊外围曲率大致相同的第一曲面，所述相对区域与加热辊和带相接触的接触区域相对。线圈定位器与带分开以预定的距离。线圈定位器进一步具有从所述线圈定位器的相对区域的第一端部延伸的第一延伸部，以及具有从所述线圈定位器的相对区域的第二端部延伸的第二延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部与所述带分开的距离大于所述预定的距离因此，可提供适用于感应加热的高精度磁激励线圈及其制造方法，其形成与耐热带形状相匹配的用于感应加热的最优磁场。


在以下详细的说明中，参照所示的多个图，借助本发明实例性实施例的非限制性实例进一步描述本发明，其中在全部示图中相同的参考标记表示相同的部件，其中图1为示出了根据本发明实施例的将磁激励线圈用作定影装置的成像装置的截面图；图2为示出了根据本发明实施例的定影装置的描述性示图；图3(a)为示出了图2的定影装置中感应加热器的磁激励线圈单元的顶视图；图3(b)为示出了图2的定影装置中感应加热器的磁激励线圈单元的截面图；图4(a)为本发明实施例的简单磁激励线圈的透视图；图4(b)为本发明实施例的简单磁激励线圈的前视图；图4(c)为本发明实施例的简单磁激励线圈的F-F线的截面图；图5(a)为改型实例的磁激励线圈、发热辊和发热带的侧视图；图5(b)为另一改型实例的磁激励线圈、发热辊和发热带的侧视图；图5(c)为又一改型实例的磁激励线圈、发热辊和发热带的侧视图；图6为本发明实施例的绕线装置透视图；图7(a)为图6中所示绕线装置的侧视图；
图7(b)为线G-G的截面图；图8为图7的放大图；图9(a)示出了本发明实施例的阳模的顶部的形状；图9(b)示出了本发明实施例的阴模的形状；图10(a)和10(b)示出了第一压挤元件压挤动作之后的状态；图11(a)示出了其中绕线(winding)端部的一部分破裂的压挤动作之前的状态；图11(b)示出了其中绕线端部的一部分破裂的压挤动作之后的状态；图12为本发明实施例的绕线装置的透视图；图13(a)为其中部分修改了阳模凸起部分形状的外部视图；图13(b)为图13(a)中平面A的截面图；图13(c)为所形成的磁激励线圈的图13(a)中平面A的截面图；图13(d)为图13(a)中平面B的截面图；图13(e)为所形成的磁激励线圈的图13(a)中平面B的截面图；图14(a)为其中部分修改了阴模凸起部分形状的外视图；图14(b)为图14(a)中平面A的截面图；图14(c)为所形成的磁激励线圈的图14(a)中平面A的截面图；图14(d)为图14(a)中平面B的截面图；图14(e)为所形成的磁激励线圈的图14(a)中平面B的截面图；图15(a)示出了本发明实施例中阳模的截面的实例；图15(b)示出了本发明实施例中阴模的截面的实例；图16(a)为具有本发明实施例的改型的线圈厚度的加热器截面图；图16(b)为示出了对应图16(a)的截面的在定影辊上所产生的热量的图表；图17(a)为具有均匀线圈厚度的加热器的截面图；以及图17(b)为示出了对应图17(a)的截面的在定影辊上产生的热量的图表。
具体实施例方式
以下，参照图详细描述本发明的第一实施例。对于每个图中具有相同组成或功能的组成元件或相应区域不使用相同的符号并不作重复说明。
第一实施例在下文中，根据配有磁激励线圈的加热器描述定影装置的一个实例。
图1为示出了本发明的成像装置的截面图。在图1中，当电子照相感光材料(以下称作感光鼓)11以特定的圆周速度在箭头的方向旋转时，感光鼓的表面被充电器12充以负的暗电位(dark electric potential)VO。光束扫描器13输出根据从图像读取装置或如计算机的主机(图中未示出)输入的时序电子数字图片元素信号进行调制的激光束14。该激光束14扫描已充电的感光鼓11的表面并使其曝光。由此，感光鼓11的曝光部分减小电位绝对值变成亮电位VL，并进而形成静电潜像。由显影部件15的带负电的调色剂显影这种潜像并使其清晰。
显影部件15配有旋转的显影辊16。显影辊16与感光鼓11相对设置并且在该辊的外周表面上形成调色剂薄层。为显影辊16施加显影偏压。显影偏压的绝对值小于感光鼓11的暗电位VO而大于亮电位VL。因此，显影辊16上的调色剂仅仅被转印至感光鼓11的亮电位VL并使得潜像清晰。
相反，从拾取组件17一次一页地馈送记录介质205并通过对准辊对(registration roller pair)18在与感光鼓11旋转同步的适当时间将其送至感光鼓11以及转印辊19的夹挤(nip)区域。随后，通过其上施加有转印偏压的转印辊19将感光鼓11上的调色剂图像顺次转印到记录介质205上。残留在感光鼓11表面上的任何材料，如记录介质205分开后残留的转印调色剂，被清洁装置20所移除并重复地提供给下一次成像。
记录介质205到定影装置22的传递由定影引导部件21所引导。在记录介质205与感光鼓11分开后，记录介质被送至定影装置22。转印到记录介质205上的定时图像(timer image)由该动作所定影。传输通过定影装置22的记录介质205被拾取引导部件23引至装置外部。定影纸引导部件21和拾取引导部件23可由树脂如ABS制成。另外，定影引导部件21和拾取引导部件23同样可由非磁性材料如铝制成。在定影调色剂图像之后，记录介质205被引至输出盘(delivery tray)24。
装置主体的底板25、装置主体的顶板26以及装置主体机壳27构成一个整体并支撑整个装置的强度。这些元件的基本材料为磁钢，并且使用镀锌材料制成这些元件。
冷却风扇28在装置内部产生气流。线圈套29起到覆盖元件的作用并含有非磁性材料如铝，并被包括以便覆盖磁激励线圈105的后表面和弧形磁芯106。
以下，详细描述安装在图1所示成像装置中的定影装置。图2为示出了定影装置构造的侧面截面图。
图2中所示的定影装置具有用作柱形第一旋转体的发热辊201和与该发热辊201分开的定影辊202。用作第二旋转体的环状发热带203悬置在发热辊201和定影辊202之间。定影辊202的旋转使得发热辊203在箭头A所示的方向旋转。发热带203抵靠地夹挤压接加压辊204的定影辊202。通过将加压辊204压接到定影辊202，在两个辊之间形成夹挤区域。检测发热带203温度的温度传感器112被设置在发热辊201和定影辊202之间的中心点处。
相反，将磁激励线圈单元设置得夹挤发热带203并覆盖发热辊201的至少一半的外围表面。紧密设置磁激励线圈单元在从接触区域L至仅在发热带203的入口和出口侧延伸特定距离的区域(以下称作非接触区域)的宽范围上延伸，在所述接触区域L发热辊201和发热带203接触。
图3(a)为示出了磁激励线圈单元的顶视图，而图3(b)为图3(a)中A-A线的截面图(或B-B线截面图，C-C线截面图)。图4(a)为磁激励线圈105的外部视图，图4(b)为磁激励线圈的前视图，图4(c)为图4(b)中F-F线的截面图。
磁激励线圈单元具有产生交变磁场的磁激励线圈105，形成覆盖磁激励线圈105的后表面的弧形的弧形磁芯106，设置在磁激励线圈105的绕线中心处的中央磁芯107，以及设置在磁激励线圈105的绕线束两侧处的侧部磁芯108。强磁体，如铁氧体或透磁合金，可用作磁芯材料。
中央磁芯107和侧部磁芯108与弧形磁芯106形成磁路。因此，磁激励线圈105在发热带203外部所产生的大部分磁通量穿过这三种类型的磁芯并降低了泄漏到磁芯外部的磁通量。此外，这三种磁芯都不是必要的。可使用一种磁芯、其组合更或者是不使用磁芯。另外，中央磁芯107和侧部磁芯108可与弧形磁芯106结合或使用材料的组合。
磁激励线圈105、弧形磁芯106、中央磁芯107以及侧部磁芯108被固定在线圈保持元件109上。线圈保持元件109具有近似形成半圆柱体形状的半圆柱体109a，以及分别从半圆柱体109a两侧的外边缘在水平方向向外延伸的凸缘109b。两个长侧部磁芯108设置在线圈保持元件109的两个凸缘109b中。磁激励线圈105具有与线圈保持元件109的半圆柱体109a的大致相同的形状，并被放置在半圆柱体109a上而没有缠绕到线圈保持元件109上。磁激励线圈105沿纵向在磁激励线圈105的中心处形成开口105d(图4)。中央磁芯107放置在该开口105d中。以跨在磁激励线圈105和中央磁芯107上的方式，将几个弧形磁芯106放置在线圈保持元件109的纵向上几个位置处。
线圈保持元件109也用作发热辊201和磁激励线圈105之间的热绝缘材料。发热辊部分的温度达到例如170℃的定影温度。因此，线圈保持元件109切断朝向邻近磁激励线圈105的热辐射，因而能够限制磁激励线圈105的发热。
相对磁芯(opposing core)110被放置在发热辊201的内部。强磁体，如铁氧体或透磁合金可用作相对磁芯110的材料。因为相对磁芯110穿过磁激励线圈105产生的大部分磁通量，所以有少量磁通量向磁激励线圈外部泄漏，进而使得相对磁芯110能够有效地利用磁激励线圈的磁通量。
在此，详细说明磁激励线圈105的形状。如上所述，因为磁激励线圈105放置在线圈保持元件109的半圆柱体109a上，所以其具有与半圆柱体109a大致相同的形状。尽管根据稳定安装的观点磁激励线圈和半圆柱体具有相同的形状，但磁激励线圈105的形状不必与半圆柱体109a的形状相同。
对于半圆柱体109a，与接触区域L(图2)相对的相对部位109c被形成为曲率大致与发热辊201的曲率相同的表面，并且从相对部位109c(与接触区域L相对)的顶端延伸至凸缘109b的延伸部109d以几乎确定的距离接近发热带203(朝向定影辊202展宽为扇形)被放置。然而，延伸部109d被形成为以不会接触的角度延伸的大致平面形状。
因此，即使发热带203朝向定影辊202展宽为扇形，因为发热辊201的直径小于定影辊202的直径，所以以与接触区域L相同的曲率按照均匀的距离紧密地设置相对部位109c，并相对于从接触区域L的顶端延伸至入口和出口两侧的非接触区域以几乎均匀的距离接近发热带203设置延伸部109d。
通过使磁激励线圈105的形状与线圈保持元件109的半圆柱体109a的形状大致相同，能够按照与线圈保持元件109相似的方式以与接触区域L相同的曲率按照均匀距离紧密地设置磁激励线圈105，并且磁激励线圈105以相对于从接触区域L的顶端延伸至入口和出口两侧的非接触区域几乎均匀的距离接近发热带203设置。
换句话说，如图4(c)所示，对于磁激励线圈105，以与发热辊201相同的曲率形成曲面105a，该曲面与具有和发热辊201相同曲率的接触区域L相对，并相对于展宽成扇形的发热带203以几乎固定的距离将延伸部105b形成大致平的表面，所述延伸部105b与从接触区域L顶端延伸至入口和出口两侧的非接触区域相对。
因为磁激励线圈105的形状使其在对应接触区域L的曲面和非接触区域的曲面的各自相对位置处具有相同的曲面或平的表面(在该实例中，平的表面具有无限大的曲率)，所以可增加在发热带203表面上的传导层中流动的涡电流的产生的表面面积，进而能够增加发热带203产生的热量。
在图2中示出的定影装置中，因为施加有磁激励线圈105的磁场的对象为具有均匀曲率的接触区域L和展宽成扇形的平坦部分，以与这些形状相匹配的曲面(105a)和平的表面(105b)形成磁激励线圈105(和线圈保持元件109)的形状。当施加有磁场的对象是不同的形状，磁激励线圈105的形状可形成为匹配该不同形状的多个曲面的组合。也可形成磁激励线圈105的形状使具有平的一部分的延伸部，和具有不同于曲面(105a)的另一曲面的另一部分的延伸部。
图5(a)、(b)和(c)示出了磁激励线圈的形状的改型实例。
对于图5(a)中所示的改型实例，在磁激励线圈105的带入口处从曲面105a延伸的延伸部H1，几乎平行于相对的发热带203延伸并形成平的表面的形状。在带出口处从曲面105a延伸的延伸部H2被形成为曲面，所述曲面具有对应于发热带203凸出部分的曲率。
根据定影装置，尽管凸起部分可能出现在带入口处的外部上，但也存在凸起部分不出现在带入口处的可能性。为了与这种类型的定影装置兼容，左右延伸部H1、H2的曲率(包括平的表面)必须根据带的情况进行变化。根据图5(a)中所示的改型实例，具有凸起部分仅出现在带出口外部上的特征的定影装置通常在磁激励线圈105和发热带203之间保持一定的距离，以便能够施加均匀的磁场。
图5(b)中所示的改型实例为这样的实例，其中在磁激励线圈105的带入口和带出口处沿两个方向从曲面105a延伸的两个延伸部H1，几乎平行于各自相对的发热带203延伸并形成为平的表面的形状。特别地，延伸部H1延伸朝向定影辊202超过发热辊201的旋转轴穿过的水平线。通常，因为全部磁激励线圈被形成以均匀曲面，所以很难充分维持长度。如果凸起部分没有出现在磁激励线圈105的带入口和带出口处，本发明的产品也能够充分维持延伸部H1的长度，如图5(b)。在图5(a)和(c)所示的改型实例中，因为延伸部H1、H2的弯曲形状被形成使得根据带的情况维持均匀距离，所以能够以类似于图5(b)中所示改型实例的方式维持延伸部的长度。
因为能够通过按照这种方式在磁激励线圈105中充分地维持延伸部H1的长度，以比之前更宽的范围均匀地施加磁场，所以能够提高发热效率。
对于图5(c)中所示的改型实例，在磁激励线圈105的带入口处从曲面105a延伸的延伸部H1，被形成以具有对应相对发热带203凸起的曲率的曲面，而在带出口处从曲面105a延伸的延伸部H2，被形成以具有对应相对发热带203凸起的曲率的曲面。
根据定影装置，存在凸起部分出现在带入口和带出口两处的可能性。为了与这种定影装置兼容，左右延伸部H1、H2的曲率必须根据带的凸起而弯曲。根据图5(c)所示的改型实例，具有凸起部分出现在带入口和带出口两处的特性的定影装置，通常在磁激励线圈105和发热带203之间维持一定的距离，以便能够施加均匀的磁场。
图5(a)、(b)和(c)中所示的磁激励线圈的每个延伸部(H1、H2)从发热辊201的旋转轴(原点O)所穿过的水平线朝定影辊侧仅延伸5mm。实验结果发现发热带203从初始到170℃所需的时间被缩短。延伸部(H1、H2)从发热辊201的旋转轴(原点O)所穿过的水平线朝定影辊侧延伸的长度优选为10mm和更少。如果长度超过10mm，降低与在发热辊201内部放置的相对磁芯110之间的结合。
接下来，将说明构成定影装置的组成元件的材料。
例如，由Fe、Ni以及中空、柱形和强磁金属材料的Fe、Ni合金(如SUS)形成发热辊201。外径例如为10mm至30mm，厚度例如为0.1mm至0.2mm。合成物具有低的热容量以及快速升热的特性。
定影辊202例如包括由金属如SUS制成的金属磁芯202a以及覆盖所述金属磁芯202a并具有耐热特性的固体或泡沫硅橡胶弹性元件202b。为了利用加压辊204的压力在定影辊202和加压辊204之间形成具有特定宽度的接触区域(夹挤区域N)，外径为20mm至40mm并且比发热辊201的直径大。弹性元件202b的厚度为3mm至8mm并且硬度为15°至50°(要求C)。
因为这使得发热辊201的热容量小于定影辊202的热容量，所以能够快速地加热发热辊201并缩短预热时间。
通过在具有360(℃)玻璃化转变点的聚酰亚胺中分散传导粉末基材，如铁粉、铝粉、银粉或铜粉，并且形成具有构成传导层的30mm至60mm的直径和40μm至100μm厚度的非常薄的环带，来生产所述发热带203。可通过层置2个或3个10μm厚的银层形成传导层。另外，为了提供释放(release)特性，包括氟树脂的5μm厚的释放层(图中未示出)，覆盖发热带203的表面。发热带203的基材的玻璃化转变点优选在200(℃)至500(℃)的范围内。此外，具有良好释放特性的单独或合成树脂或橡胶，如PTFE、PFA、FEP、硅橡胶或氟橡胶可用作发热带203表面的释放层。
除上述的聚酰亚胺树脂之外，具有耐热特性的树脂，如氟树脂或金属，如电熔(electrocast)薄镍板和薄不锈钢板，也能用作发热带203的基材。例如，这种发热带203可在40μm厚的SUS430(磁性)或SUS304(非磁性)的表面上具有10μm厚的镀铜或30μm至60μm厚的电熔镍带。
尽管优选地形成橡胶层以便在发热带203用作彩色图像加热定影的成像加热器时提供弹性，但当发热带203用作单色图像的加热定影的图像加热器时，可确保释放特性。
加压辊204由包括例如具有高导热性的柱形金属，诸如SUS或Al的磁芯金属204a，以及具有高耐热性和调色剂释放特性、设置在磁芯金属204a表面上的弹性元件204b形成。
通过合成1至10束的绞合线束形成磁激励线圈105中使用的铜线。绞合线束包括具有φ0.05至φ0.2直径的线元件。绞合线束使用最大外径2mm的线束组合和线圈厚度可为2mm。为了适合更薄的线圈，一个绞合线束的束合线的数量应包括10至40根线。可使用根据JIS C3005的公式1计算绞合线的外径。
公式1D=1.154×d×n]]>在该公式中，D为绞合线的外径，d为线元件的外径，而n为线元件的数量。
通过在缠绕线的同时合并多个绞合线束，能够在磁激励线圈的厚部分以及磁激励线圈的薄部分处保持绕线紧度地缠绕线。由于高频AC电流而后在磁激励线圈内导致过度发热，使得具有大于φ0.2线直径的线元件直径的电阻变大。
在上述定影装置的组合中，驱动电源(图中未示出)为磁激励线圈105施加10kHz至1MHz的高频AC电流或更优选的为20kHz至800kHz的高频AC电流。这种AC电流在磁激励线圈105、弧形磁芯106、中央磁芯107和侧部磁芯108与相对磁芯110之间产生交变磁场。进而，在发热辊201和发热带203之间的接触区域L以及接近该接触区域的非接触区域处，这种交变磁场作用在发热辊201上。涡电流在阻止这些区域内磁场变化的方向流动。
这种涡电流相应于发热辊201的电阻而产生焦耳热并随后主要在发热辊201和发热带203之间的接触区域L以及接近该接触区域的非接触区域处，借助电磁感应加热作用加热发热辊201。
以这种方式加热的发热带203内表面上的温度由温度传感器112所检测，所述温度传感器在定影夹挤区域N的入口处包括具有热敏感性的高温元件，如热敏电阻器。
由于温度传感器112不会刮擦发热带203的表面，因此，能够在进入正被检测的发热带203的定影夹挤区域N之前随温度持续地保证定影性能。此后，通过根据以该温度信息为基础输出的信号控制电功率进入加热器100而将发热带203的温度稳定地维持在170℃。
当形成在记录介质205上的调色剂图像206，在设置于定影装置的上游侧边上的成像区域(图中未示出)处被引入定影夹挤区域N时，在包括磁激励线圈单元和发热辊201的加热器100所加热的发热带203的前表面温度和后表面温度之间差值变小的情况下，将调色剂图像206送入定影夹挤区域N。因此，前表面温度相比于设定温度变得非常高，也就是说，能够限定过调节(overshoot)并稳定地控制温度。
在下文中，将描述磁激励线圈的制造方法。
参照图6至11描述初始产生磁激励线圈105的绕线装置的制造。
图6为产生上述磁激励线圈105的绕线装置的透视图。图示出了阳模和阴模分开的状态。图7(a)和7(b)示出了阳模和阴模接合的状态。图7(a)为侧视图而图7(b)为沿图7(a)中G-G线的截面图。图8为图7的放大图。
绕线器具有阳模301，以及在阳模301之间形成绕线间隙S(图8)并与内螺301相接合的阴模302。
阳模301具有以近似U形朝阴模302延伸的半柱形凸起部分301a，所述阴模在整体宽度上沿纵向延伸。图9(a)示出了凸起部分301a的截面部分。形成凸起部分301a的半柱形的顶部(区域C)具有与上述接触区域L的弯曲形状相同的曲面。从该顶部(区域C)连续向上的特定范围(区域H)具有与上述非接触区域相同的以一角度展宽成扇形的平的表面形状。换句话说，所述形状与磁激励线圈105(产品)相同。另外，在制造具有图5(a)、(b)和(c)中所示形状的磁激励线圈时，使用具有与各图中所示磁激励线圈相同形状的凸起部分301a是显而易见的。
在阳模301的凸起部分301a的中心处设置中心销(key)305。在凸起部分301a的两侧设置第一加压元件303，以便倚靠凸起部分301a的侧表面自由地滑动，以及与凸起部分301a分开地设置阳模绕线引导部件304并将其设置在凸起部分301a的纵向的两端处。
借助与压挤方向直角相交的平的表面内的第一加压元件303，将阳模301固定在能够旋转的旋转盘401上。第一加压元件303也固定到上述绕线装置上的压装板(图中未示出)。
如图7(a)所示，抵靠安装元件303a、303b固定阳模引导驱动元件307，所述安装元件从第一加压元件303的两侧上的侧壁凸起于阳模绕线引导部件304上。驱动源为气筒的驱动装置包括所述阳模引导驱动元件307。经由每个阳模引导驱动元件307支撑每个阳模绕线引导部件304。
图11(a)和(b)示出了嵌入在绕线间隙S内的铜线束W、第一加压元件303和阳模引导部件304之间的关系。如图所示，在阳模绕线引导部件304上，在从上边缘至安装侧上的下表面的一侧、朝向阳模引导驱动元件307形成斜体(taper)304a。斜体304a起到引导铜线进入绕线间隙S并缠绕线的作用。进一步，阳模绕线引导部件304具有向下挤压铜线束的加压部件304b，所述铜线束被引入绕线间隙S并在从纵向两边挤压铜线束时被缠绕在凸起部分301a上。当从纵向两边挤压缠绕在阳模301的凸起部分301a周围的铜线束时，每个阳模引导驱动元件307在箭头A的方向移动阳模绕线引导部件304。
相反，如图8和图9(b)所示，阴模302具有形成在对应阳模301的凸起部分301a的曲形表面的凹部302a。在凹部302a的中心处设置槽302b。槽302b与中心销305相接合。阴模302的凹部302a略微比阳模301的凸起部分301a大并被设置形成具有均匀宽度的绕线间隙S，所述间隙在阳模301和阴模302接合时允许绕线插入凸起部分301a和凹部302a之间，如图8所示。绕线间隙S的厚度优选为1mm至5mm。
如图6所示，在纵向上形成阴模302的凹部302a的两侧壁的端部处形成凹口，该凹口形成绕线初始拉拔开口308和绕线结束拉拔开口309。在正好位于绕线结束拉拔开口309上的凹部302a侧壁的端面处设置一阴模绕线引导部件306。以类似的方式，在与形成绕线初始拉拔开口308的凹部302a侧壁的端面相对的侧壁端面处设置另一阴模绕线引导部件306。阴模绕线引导部件306用于再次拔出由于阳模绕线引导部件304而被拉入绕线间隙S的导线。因此，阴模绕线引导部件306从上述凹部302a侧壁上的安装位置伸出直至接近绕线间隙S的底部并形成斜体306a。
阴模302的下端被固定在绕线下面的旋转盘402上。供电电极的一个端子310a设置接近旋转盘402的上表面上的绕线初始拉拔开口308，而供电电极的另一端子310b被设置得接近绕线结束拉拔开口309。
在此，说明阴模302上形成的凹部302a的形状。图9(b)为设置在阴模302上凹部302a的截面图。当凹部302a与阳模301接合时，接近底部(区域C)的表面，即与形成半柱形凸起部分301a的顶部(区域C)相对的表面，具有与上述接触区域L的弯曲形状相同的曲面。从接近底部(区域C)的这个表面连续向上的特定区域(区域H)具有与上述非接触区域相同的以一定角度展宽成扇形的平的表面形状。
阳模301、阴模302、第一加压元件303以及阳模绕线引导部件304的材料为金属，如Fe、Al、黄铜、铁合金和铝合金。通过金属电镀工艺或防锈方法保护模的表面。这种电镀可以是镍电镀、样本电镀(copy plating)或硬化的铬电镀。阴模绕线引导部件306的模可以是金属，如Fe、Al、黄铜或包括铁的金属合金。另外，可通过弯曲金属线连接由Fe、Al或黄铜制成的金属线。电镀厚度优选形成为1μm至10μm。
以下，说明使用包括上述的绕线装置的磁激励线圈的制造方法。
当绕线装置在图6中所示绕线装置的原点位置开始时，阳模301向下移动直至特定位置处，随后如图7(a)、(b)和图8所示阳模301和阴模302接合进而在两个模之间形成绕线间隙S。在该实例中，绕线间隙S被形成为近似1mm至5mm。
接下来，多束铜线被引入绕线间隙S并被缠绕在凸起部分301a的外周周围，以铜线填满绕线间隙S，如图10(a)所示。更详细地，管口(图中未示出)同时抓取多束铜线，而且铜线的顶部被缠绕在供电电极310a周围并被固定。该铜线钩在阴模302的缠绕初始拉拔开口308上，并且旋转盘401和402旋转并且阳模301和阴模302处于接合状态。例如，旋转速度被设定为20至200转/分钟。如果绕线速度大于200转/分钟，模将由于离心力而振动并且可能阳模301和阴模302之间的接合变松以及对性能产生影响。
当旋转盘401和402开始旋转时，堆叠铜线并由阳模绕线引导部件304和阴模绕线引导部件306从绕线间隙S的内部按顺序缠绕铜线。此时，由模绕线引导部件304缠绕的铜线到达纵向缠绕模(阳模301和阴模302)的端部时，斜体304a用于向绕线间隙S的底部挤压铜线。因此，堆叠到缠绕模中的导线在与阳模绕线引导部件304相对的位置处在水平方向处于层置状态，如图11(a)所示。相反，对于阴模绕线引导部件306，斜体306a用于在纵向的缠绕模的端部处提高已经朝绕线间隙S底部被向下压挤的铜线。因此，缠绕在缠绕模上的铜线除两个端部外在垂直方向上处于层置状态，如图11(a)。
如果特定的缠绕数量例如是10匝，则铜线从缠绕结束拉拔开口309拉出并与另一供电电极端子310b相连。图10(a)和图11(a)示出了恰在铜线被缠绕以特定缠绕数量之后压挤动作之前的状态。
当开始铜线缠绕时，与铜线缠绕端部相连的端子310a和310b都与DC电源(图中未示出)相连。例如150A至250A的特定DC电流从该DC电源流至端子310a和310b以特定的时间，例如1.5秒至3.0秒。因此，由于铜线内流经的焦耳热使得铜线的温度上升，并且熔化层的树脂部分，如覆盖铜线表面的聚酰亚胺被熔化。可使用以下所示的公式2计算铜线的发热。
公式2R＝ρ×I÷AQ＝I2×R×tΔT＝Q÷(m×C)R绕线线圈总电阻，l铜线总长度，ρ铜线的电阻率，A铜线的总截面面积，Q发热量，t供电的时间，m铜线总量，C铜线的热容，ΔT铜线上升的温度，I供电电流如图10(b)所示，在铜线表面上的熔化层熔化后，第一加压元件303迅速移至阴模302侧面上的特定位置处(向下方向)。当第一加压元件303在向下的方向移动时，具有宽度略小于绕线间隙S的宽度的第一加压元件303的顶部加压部件303a，滑动于进入绕线间隙S的阳模301的凸起部分301a的侧表面，并挤压层置在绕线间隔S内部的铜线束。因为包括于铜线束的每个铜线被熔化成熔化层，所以相邻的铜线冷却并在第一加压元件303于第一压挤方向上执行所产生的强压力下被紧密地固定，并随后在该紧密固定的状态中熔化和硬化。如图11(b)所示，在绕线间隙S的深度方向上层置的铜线束，在与第一加压元件303执行挤压的第一方向的相同方向被挤压。图10(b)示出了恰在第一加压元件303执行的挤压动作之后的状态。
在第一加压元件303在第一压挤方向执行挤压的同时，由第二加压元件在第二压挤方向挤压阳模绕线引导部件304对。如图11(b)所示，阳模绕线引导部件304的压挤部件304b，与铜线束W的最外围处的铜线相对，所述铜线束在水平方向上层置而与绕线间隙S的深度方向一致。阳模绕线引导部件304由于阳模引导驱动元件307而朝阳模301的方向移动特定量的结果是朝第二方向(阳模301的方向)挤压铜线束，所述铜线束被夹在压挤部件304b和阳模的凸起部分301a之间。因为包括于铜线束的每个铜线被熔化成熔化层，所以邻近铜线冷却并在第二加压元件(阳模绕线引导部件304)在第二压挤方向上执行所产生的强压力下被紧密地固定，并随后在所述紧密固定的状态中熔化和硬化。如图11(b)，在水平方向上层置而与绕线间隙S的深度方向一致的铜线束，由于第二加压元件(阳模绕线引导部件304)在第二方向执行挤压而在相同方向被挤压。通过在第二方向上进行挤压确定磁激励线圈的线圈长度。
在此，从刚完成激励之后到挤压移动开始的时间优选被设定为3秒或更少。因此，在线圈组件冷却之后，阳模301向上移动直至原点位置并且形成的磁激励线圈从缠绕模(阳模301和阴模302)移动。在此，冷却方法可以是自然风冷却或强制风冷却方法，或者也可使用其他方法，如水冷却方法。冷却时间优选为20秒或更多。
由于沿着线圈保持元件109形成通过现有制造方法形成的磁激励线圈105的形状，因此绕线不需要改变形状以便与线圈保持元件109相匹配的工序，进而使得绕线非常可靠和易于处理，并因为通过于铜线的熔化层进行固定地形成线圈，即使手动处理也不会分离铜线，而具有良好的生产力。
磁激励线圈105在相对于发热辊201旋转方向的纵向上的长度，由阳模绕线引导部件304的可移动尺寸按照这样的方式予以调节，所述方式为发热带203和发热辊201的长度变成等于相邻区域的长度。
因此，由磁激励单元通过电磁感应加热效应加热的发热辊201的区域处于最大，并且发热辊201的表面和发热带203相邻的时间也处于最大。因此，提高了热传输效率。
图12为示出了不同于图6中所示绕线装置的一种类型绕线装置的外观图。与图6中所示的绕线装置的每个部件相同的组成元件使用相同的标记。
图6中所示的绕线装置使用这样的方法，即通过将阳模301和阴模302放置在旋转盘上并随后旋转该旋转盘，从缠绕模绕线的内部依次缠绕铜线的方法。然而，以缠绕模放置在固定盘上并提供飞轮401(flyer)的方式构造图12中所示的绕线装置。铜线穿过设置在飞轮401顶端的管口402，进而在缠绕模上缠绕线。尽管基本缠绕模在该构造中并未改变，但该构造可使用相比于缠绕模更硬的材料，以便增加绕线速度并提高生产力。
根据上述磁激励线圈的制造方法，电流流经绕线内堆叠的铜线，熔化铜线的熔化层，并随后借助挤压动作形成线圈。此后，冷却线圈并硬化熔化。这样的好处是磁激励线圈在形成之后具有非常稳定的形状。即使磁激励线圈的厚度不均匀，它是具有一个稳定的形状的集成单元。因为线圈在挤压之后被强制弯成曲面形状，所以在磁激励线圈的常规制造方法中很难获得类似本发明产品的稳定形状。更进一步，如果磁激励线圈的厚度不均匀，也增加了形状的不稳定性。
相反，即能固定磁激励线圈和发热带(发热辊)之间的距离，在发热带中也会由于定影装置的特性而出现非均匀的温度分布。根据本发明的磁激励线圈的制造方法，通过改变发热量高的区域处该磁激励线圈的缠绕模形状并薄薄地形成该模，能够为这种类型的定影装置设计均匀的温度分布。
图13(a)至(e)示出了阳模301的凸起部分301a的部分改型实例。图13(b)示出了图13(a)中平面A的截面，而图13(d)示出了图13(a)中平面B的截面。与图9(a)中所示阳模301的组件相同的部件使用相同的标记。阴模302与图9(b)中所示的相同。
如图13(a)所示，根据使磁激励线圈的这些所需位置的厚度更薄的目的，将延伸部301a、301c设置在两个所需的位置处。尽管结果是所需位置的厚度随延伸部301a、301c的高度变高而变薄，但必须将形成在接合的阳模301和阴模302之间的绕线间隙S的宽度形成得更小。
图13(c)示出了铜线缠绕在具有延伸部301a、301c的阳模301的情况。磁激励线圈在形成之后的厚度在形成有延伸部301a、301c的Δt范围内变得比其他区域要薄。
相反，如图13(d)所示，因为厚度必须变薄的所需位置之外的位置形成在如上所述具有不同曲率的两个区域(C，H)内，如图13(e)所示磁激励线圈具有均匀的厚度并形成具有不同曲率的两个区域(C，H)。
另外，使用图13(a)中示出的阳模301的磁激励线圈的制造方法，与上述电流流经在绕线内堆叠的铜线、铜线的熔化层被熔化并随后借助挤压作用形成线圈的方法相同。此后，冷却线圈并使熔化硬化。
图14(a)至(e)示出了阴模302的凹部302a的部分改型实例。图14(b)示出了图14(a)中平面A的截面而图14(d)示出了图14(a)中平面B的截面。与图9(b)中所示阴模302的组件相同的部件使用相同的标记。阳模301与图9(a)中所示的相同。
如图14(a)，根据使磁激励线圈的这些所需位置的厚度更薄的目的，将凸起302c、302d设置在两个所需的位置处。尽管结果是所需位置的厚度随凸起302c、302d的高度变高而变薄，但必须将形成在接合的阳模301和阴模302之间的绕线间隙S的宽度形成得更小。
图14(c)为运用具有凸起302c、302d的阴模302制造的磁激励线圈的平面A的截面图。磁激励线圈在形成之后的厚度变得比形成有凸起302c、302d的其他区域要薄。
如图14(d)所示，因为厚度必须变薄的所需位置之外的位置形成在如上所述具有不同曲率的两个区域(C，H)内，如图14(e)所示磁激励线圈具有均匀的厚度并形成具有不同曲率的两个区域(C，H)。
另外，使用图13(a)中示出的阴模302的磁激励线圈的制造方法，与上述电流流经在绕线内堆叠的铜线、铜线的熔化层被熔化并随后借助挤压作用形成线圈的方法相同。此后，冷却线圈并使熔化硬化。
图15(a)示出了阳模301截面的一个实例。设置在阳模301的凸起表面上的凸起被制成圆弧形。可以设置几个圆弧形的凸起。图15(b)示出了阴模302截面的一个实例。设置在阴模302凹面上的凸起被制成圆弧形。结构也可以是这样的，即圆弧形凸起和原始弯曲部分通过圆弧相连接。
尽管以上描述中说明了部分修改模外形的方法，但由于端部的热辐射从带的中心行至端部，也存在定影装置中所用的发热带的温度下降的趋势。因此，通过提供从中心到端部连续改变Δt值的结构，能够均一跨越定影组件的整个加热元件的温度。
图16(a)示出了磁激励线圈单元的截面，在所述单元中将磁激励线圈的厚度形成得更薄。当以这样的方式而部分地(Δt)将磁激励线圈的厚度形成得更薄时，定影辊上产生的热量具有图16(b)中所示的发热分布。在这种方式中，部分(Δt)被形成得薄的区域处所产生的热量被降低。
图17(a)示出了具有均匀磁激励线圈厚度的磁激励线圈单元的截面。定影辊上产生的热量在磁激励线圈厚度均匀时于磁激励线圈的中心处变得最好(图17(b))。
通过以这种方式调节磁激励线圈的厚度，可调节加热元件的温度进而能够减少涡电流量并精确地调节加热元件横跨整个纵向上的温度。
因此，当部分不均匀的温度分布出现在定影装置的发热带中时，可通过改变之前磁激励线圈的绕线形状精确调节发热量高的区域。
尽管在上述实施例中说明了一部分绕线(阳模301或阴模302)形状改变的结构，也可以施用阳模301和阴模302的模盖(cap)改变的结构。
尽管在本实施例中描述了的结构，其中仅将阳模301和阴模302的曲形表面厚度形成得更大，但只要缠绕模的间隙被形成得窄就可使用不同的组合。例如，可类似于图14的方式，使用合并圆弧和直线的结构的几种组合。
应当注意到，已经仅仅为了说明的目的提供了前述实例，并且不能将这些实例认作本发明的限制。虽然参照实例性实施例已经描述了本发明，但应当理解在此已经用过的言词是描述性和说明性的言词，而不是限定性的言词。在所附权利要求的范围内，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，根据当前所述和修改，可在各个方面进行修改。尽管在此参照特定结构、材料和实施例已经说明了本发明，但本发明不限于在此披露的细节；而且，本发明扩展至并使用诸如处于所附权利要求范围内的所有功能性等同结构、方法。
本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可有各种变化和修改。
本申请以2004年5月18日递交的日本专利申请No.2004-147501和2005年3月9日递交的日本专利申请No.2005-65999为基础，其全部内容在此特别地包括引作参考。
权利要求
1.一种用于电感应加热系统的定影装置，包括一加热辊，其包括磁性和传导材料；一磁激励线圈，其用于产生延伸至所述加热辊的磁场，以便在所述加热辊内产生涡电流以及在所述加热辊内产生焦耳热；一线圈定位器，其用于将所述磁激励线圈定位在所述加热辊的外围部分周围；一定影辊，其用于将调色剂图像定影在记录介质上；和一带，其用于接触所述加热辊和所述定影辊的外围部分，以便将所述加热辊产生的热传至所述定影辊，所述线圈定位器进一步被设置得在一相对区域处具有与所述加热辊的外围曲率大致相同的第一曲面，所述相对区域与所述加热辊与所述带相接触的接触区域相对，所述线圈定位器与所述带分开一预定距离，所述线圈定位器进一步被设置得具有从所述线圈定位器的相对区域的第一端部延伸的第一延伸部，以及具有从所述线圈定位器的相对区域的第二端部延伸的第二延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部与所述带分开的距离大于所述预定的距离。
2.根据权利要求1所述的定影装置，其中所述相对区域的第一端部被设置在所述带进入所述加热辊和所述线圈定位器之间的入口侧，并且所述相对区域的第二端部被设置在所述带从所述加热辊和所述线圈定位器之间离开的出口侧。
3.根据权利要求2所述的定影装置，其中所述第一延伸部被设置得具有形状与当所述带进入所述加热辊和所述线圈定位器之间时的所述带的形状相对应的表面，所述第二延伸部被设置得具有形状与当所述带从所述加热辊和所述线圈定位器之间离开时的所述带的形状相对应的表面。
4.根据权利要求1所述的定影装置，其中在所述带进入所述加热辊和所述线圈定位器之间时，所述带的形状大致为平的，并且所述第一延伸部的形状对应所述带的形状。
5.根据权利要求1所述的定影装置，其中在所述带从所述加热辊和所述线圈定位器之间离开时，所述带的形状大致为平的，并且所述第二延伸部的形状对应所述带的形状。
6.根据权利要求1所述的定影装置，其中在所述带进入所述加热辊和所述线圈定位器之间时，所述带具有从所述加热辊凸出的弧形，并且所述第一延伸部的形状对应所述带的形状。
7.根据权利要求1所述的定影装置，其中在所述带从所述加热辊和所述线圈定位器之间离开时，所述带具有从所述加热辊凸出的弧形，并且所述第二延伸部的形状对应所述带的形状。
8.根据权利要求1所述的定影装置，其中所述第一延伸部和第二延伸部从所述相对区域向所述定影辊扇形延伸超出所述加热辊的中心轴。
9.根据权利要求1所述的定影装置，其中所述定影辊包括热量高于其他部分的第一部分以及热量低于所述第一部分的第二部分，并且对应所述定影辊的第一部分的磁激励线圈厚度小于对应所述定影辊的第二部分的磁激励线圈厚度。
10.一种配有根据权利要求1所述定影装置的成像装置。
11.一种用于生产磁激励线圈的绕线装置，包括一被设置得在其周围缠绕线的阳模，所述阳模的形状与所述磁激励线圈的内部形状相对应；一被设置得可朝所述阳模移动的阴模，所述阴模的形状与所述磁激励线圈的外部形状相对应；以及一控制器，其用于朝所述阴模移动所述阳模；在所述阳模和所述阴模之间形成预定间隙；将具有涂覆表面的线导入所述预定间隙；围绕所述阳模缠绕所述线；对缠绕在所述阳模周围的线施加电流；由焦耳热熔化所述绕线的涂覆表面，该焦耳热通过对所述绕线施加电流产生；在所述阳模和所述阴模之间将具有熔化表面的所述绕线压成预定形状；以及冷却压挤后的铜线以便将冷却的铜线固定成所述预定的形状。
12.根据权利要求11所述的绕线装置，其中所述磁激励线圈用于使用电感应加热系统的加热装置。
13.一种使用绕线装置生产磁激励线圈的方法，所述绕线装置包括阳模和阴模，所述阳模的形状与所述磁激励线圈的内部形状相对应，而所述阴模的形状与所述磁激励线圈的外部形状相对应，所述方法包括朝所述阴模移动所述阳模；在所述阳模和所述阴模之间形成预定间隙；将具有涂覆表面的线导入所述预定间隙；围绕所述阳模缠绕所述线；对缠绕在所述阳模周围的线施加电流；由焦耳热熔化所述绕线的涂覆表面，该焦耳热通过对所述绕线施加电流产生；在所述阳模和所述阴模之间将具有熔化表面的所述绕线压成预定形状；以及冷却压挤后的铜线以便将冷却的铜线固定成所述预定的形状。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述磁激励线圈使用电感应加热系统的加热装置。
全文摘要
电感应加热系统的定影装置包括加热辊和在加热辊内产生焦耳热的磁激励线圈。定影装置包括将磁激励线圈定位在加热辊的外围部分周围的线圈定位器，和将调色剂图像定影在记录介质上的定影辊。定影装置包括接触加热辊和定影辊的外围部分以将加热辊产生的热传导至定影辊的带。线圈定位器在与加热辊与带相接触的接触区域相对的相对区域具有与加热辊的外围曲率大致相同的第一曲面。线圈定位器与带分开预定距离。线圈定位器具有从线圈定位器的相对区域的第一端部延伸的第一延伸部，以及具有从该相对区域的第二端部延伸的第二延伸部，第一延伸部和第二延伸部与带分开的距离大于预定的距离。
文档编号G03G15/20GK1700120SQ20051007270
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月17日 优先权日2004年5月18日
发明者谏山正幸, 立野史洋, 鸟越靖浩 申请人:松下电器产业株式会社