CN1955861A - 定影装置和使用该定影装置的成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定影单元，该定影单元包括：加热辊；加压辊，通过与加热辊的外表面接触形成第一定影辊隙；定影辊隙扩大单元，通过与加热辊接触形成第二定影辊隙。定影辊隙扩大单元包括：辅助加压元件，安装在加压辊的一侧并通过与加热辊的外表面接触来形成第二定影辊隙；环状带，沿着环绕加热辊和辅助加压元件的外周的履带移动；弹性单元，弹性地将加压辊和辅助加压元件偏向加热辊。

Description

定影装置和使用该定影装置的成像设备

                          技术领域

本发明的各方面涉及一种定影装置和一种成像设备。更具体地讲，本发明的各方面涉及一种将形成在光导(photoconductive)介质上的静电潜影转换成调色剂(toner)图像、将调色剂图像转印到记录介质上、并通过加热和加压将转印的图像定影在记录介质上的定影装置，以及采用该定影装置的成像设备。

                         背景技术

由于定影装置在记录介质上产生定影并决定最终的图像品质，所以它是电子照相成像设备比如复印机、传真机和激光打印机中的必要部件。

图1示出了在第2003-280439号日本专利公开中公开的传统的定影装置的结构。

参照图1，传统的定影装置20包括：定影辊21，在表面上附有作为带(belt)基材料的弹性层；加热辊23，在其中具有加热源22比如卤素灯；辅助辊24，帮助分离。此外，定影带25以三角形的路径环绕定影辊21、加热辊23和辅助辊24。此外，对定影辊21进行压接的加压辊26形成在定影装置20中，加热源27也被构建在加压辊26中。加压辊26对定影辊21进行压接的位置称作定影辊隙(fixing nip)。

承载非定影的调色剂图像的记录介质P通过在箭头A的方向上移动被传送到定影装置20。当记录介质P向着定影装置移动时，记录介质P被引导元件28支撑。此外，加压元件40挤压定影辊21和辅助辊24之间的定影带25。

在上述构造的定影装置20中，当记录介质P的前端已经穿过定影辊隙时，记录介质的前边缘被传送至定影带25和加压元件40之间的辊隙。由于当记录介质P穿过辊隙时定影带25被弯曲，所以记录介质P的前端与定影带25分离，并沿着加压元件40的外围表面移动，因此记录介质P相对于定影带25的分离程度加大。在记录介质P穿过加压元件40之后，引导元件30引导记录介质P的移动。弹性元件33弹性地支撑加热辊23。

图2是示出了传统定影装置的结构的放大的视图。

参照图2，定影装置50包括：加热辊51，在加热辊51中具有加热源51a例如卤素灯；加压辊53，通过与加热辊51接触形成接触辊隙N。

加热辊51包括内管(core pipe)51b和附于内管51b外表面上的弹性橡胶层51c。

加压辊53包括金属内管53b和附于金属内管53b外表面上的弹性橡胶层53c。

在上述构造的定影装置中，在定影工序之前，需要将定影装置的定影辊隙N加热到预定的定影温度并保持在该定影温度。

根据相关技术，加热辊51的内管51b通过加热源51a的热作用而被加热，热量被向上传导到弹性橡胶层51c，从而将弹性橡胶层51c加热并保持在预定的定影温度。当形成在记录介质P上的未定影的调色剂图像穿过定影辊隙N时，调色剂图像被加热并被加压，从而被定影在记录介质P上。

当彩色电子照相成像设备高速运转时，必须增大辊51和53的外径或者增加弹性橡胶层51c和53c的厚度，来扩大定影辊隙N的宽度。否则，在高速运转中，随着印刷速度增大，由于记录介质P在定影辊隙N处的停留时间缩短而导致定影质量劣化。

然而，辊51和53的直径增大使设备的总体尺寸增大，加温时间延长并且制造成本增加。

此外，当弹性橡胶层51c和53c的厚度增加时，加温时间延长。此外，内管51b的内部温度需要更高，以保持加厚了的弹性橡胶层51c的定影温度。变高的温度造成内管51b的表面、内管51b和弹性橡胶层51c之间的接触部分或者弹性橡胶层51c劣化。此外，这些部分的耐用性降低。

为了保证高速成像设备的定影质量，施加到定影辊隙N的压力会增大。然而，定影辊隙N处过大的压力会使弹性橡胶层51c和53c变形，从而降低它们的耐用性。此外，因为记录介质P不能平滑地移动，所以会更频繁地出现卡纸现象。此外，当传动力矩增加时，可能损坏设备。再者，当加压元件具有相对小的长度时，加压元件可能由于高压而变形或弯曲，从而与相对的端部分相比，中心部分处的定影辊隙N的宽度相当大地减小了。在这种情况下，不能得到在整个长度上均匀的定影辊隙N。

图3是示出了在传统的定影装置中定影辊隙N处压力分布的曲线图。

参照图3，定影辊隙N处的压力分布在入口I和出口O之间对称。因此，当记录介质P穿过出口O时，记录介质P的被印刷的面会附着于加热辊51的表面并卷起。这种现象称作“卷卡(wrap jam)”。

                        发明内容

本发明的一方面将解决至少上述问题和/或缺点并提供至少下述的优点。因此，本发明的一方面将提供能够扩大定影辊隙的定影装置。

本发明的另一方面旨在提供一种包括上述定影装置的成像设备。

本发明的附加方面和/或优点将在随后的描述中被部分地提出，并部分地将从描述中清楚，或者可通过本发明的实践而得知。

根据第一实施例，提供了一种定影装置，该定影装置包括：加热辊；加压辊，通过与加热辊的外表面接触来形成第一定影辊隙；定影辊隙扩大单元，通过与加热辊接触来形成第二定影辊隙。

根据本发明的一方面，定影辊隙扩大单元包括：辅助加压元件，安装在加压辊的一侧并通过与加热辊的外表面接触来形成第二定影辊隙；环状带，沿着环绕所述加压辊隙和辅助加压元件的外周的履带移动；弹性单元，弹性地将加压辊和辅助加压元件偏向加热辊。

根据本发明的一方面，辅助加压元件包括：支撑体，具有板形；弹性体，附于支撑体的与加热辊相对的一面上。

根据本发明的一方面，支撑体包括：辊隙形成单元和带支撑单元，所述带支撑单元在辊隙形成单元的一侧弯曲预定角度，以支撑环状带。

根据本发明的一方面，所述弹性体由硅橡胶、聚氨酯和泡沫树脂中的一种形成。

根据本发明的一方面，支撑体由能够承受环状带张力的坚固的材料或刚性材料比如金属和高分子物质制成。

优选地，但不是必须的，施加到加压辊和辅助加压元件的压力不对称地分布。根据本发明的一方面，辅助加压元件位于第一定影辊隙的上游，加压辊的压力大于辅助加压元件的压力。此外，根据记录介质移动通过定影装置的方向，施加到记录介质的排出侧的辊隙压力大于施加到记录介质的进入侧的辊隙压力。

根据本发明的一方面，弹性单元包括：第一弹簧，连接加热辊的轴和加压辊；第二弹簧，连接加热辊的轴和辅助加压元件。

根据本发明的一方面，弹性单元包括：第一支撑弹簧，连接到加压辊的轴，以弹性地将加压辊支撑向加热辊；第二支撑弹簧，连接到辅助加压元件，以弹性地将辅助加压元件支撑向加热辊。

根据本发明的另一实施例，提供了一种应用上述构造的定影装置的全彩色成像设备。

                         附图说明

从以下结合附图对实施例的描述，本发明的这些和/或其它方面及优点将变得清楚并更容易理解，在附图中：

图1是示出了如第2003-280439号日本专利公开中所公开的传统定影装置；

图2是示出了传统定影装置结构的放大的视图；

图3是示出了在传统定影装置的定影辊隙处施加的压力的分布的曲线图；

图4是示意性示出包括根据本发明实施例的定影装置的成像设备的结构的视图；

图5是示出了图4中的定影单元的结构的视图；

图6是示出了应用到本发明的弹性单元的另一示例的视图；

图7是示出了施加到形成在根据本发明实施例的定影装置中的定影辊隙的压力的分布的曲线图。

                      具体实施方式

现在将详细参照本发明实施例，在附图中示出了本发明实施例的示例，其中，相同的标号始终表示相同的元件。以下描述实施例，以通过参照附图来解释本发明。由于公知的功能或结构的不必要的详细会使本发明不清楚，所以不详细描述公知的功能或结构。

图4示意性示出包括根据本发明实施例的定影装置的成像设备的结构。

参照图4，成像设备100是包括四个成像单元103Y、103M、103C和103K的串联型彩色成像设备，这四个成像单元布置在带转印(belt transfer)单元101上，以形成四种颜色比如黄色、品红(magenta)、青色(cyan)和黑色的调色剂图像。成像单元103Y、103M、103C和103K分别各包括：光导鼓(photoconductive drum)105；供电单元107，给光导鼓105充电；激光扫描单元(LSU)108，对应于图像信息用激光束扫描被充电的光导鼓105的表面。静电潜影通过激光束形成在光导鼓105上，并通过显影单元109被显影为可见的调色剂图像。

记录介质113(比如纸)由记录介质供应盒111提供并由带转印单元101传送。通常，记录介质是纸，特别是纸张。然而，应该理解的是，可使用其它的印刷媒介。具体地，根据本发明的一个方面，可使用任何其它印刷介质比如塑料或织物，只要这些印刷介质可以被提供在成像设备中并可定影有印刷的图像。调色剂图像通过转印单元115被转印到记录介质113。

在彩色成像设备中，由黄色成像单元103Y形成的黄色调色剂图像被转印到记录介质113上。同时，与将被复印或印刷的目标物的品红部分对应的静电潜影形成在品红成像单元103M上，品红调色剂图像由显影单元109形成。品红调色剂图像被转印到黄色调色剂图像被转印到的记录介质113上，并与黄色调色剂图像叠置。青色和黑色调色剂图像以与上述方式相同的方式形成。因此，四种颜色的调色剂图像在记录介质113上叠置。其上具有四种颜色的调色剂图像的记录介质113与带转印单元101分离，并被传送到定影单元200。转印到被传送的记录介质113上的调色剂图像113a通过定影装置200施加的热和压力而被定影。

图5是示出了图4中的定影装置的结构的视图。

参照图5，定影装置200包括：加热辊210；加压辊230，通过与加热辊210的外表面接触而形成第一定影辊隙P1；定影辊隙扩大单元250，通过与加热辊210接触而形成第二定影辊隙P2。

加热辊210在其中构建有加热源211。加热辊210还包括：内管213，由刚性材料比如铝合金或不锈钢制成；弹性层215，附于内管213的外表面上。作为非限制性的示例，弹性层215可由橡胶制成。进一步地，调色剂附着防止层217可形成在弹性层215的外表面上，以防止调色剂附着在弹性层215的外表面上。

加压辊230挤压加热辊210，因此第一定影辊隙P1形成在加压辊230和加热辊210之间。与加热辊210相似，加压辊230包括：内管231，由刚性材料比如金属制成；弹性层233，作为非限制性的示例可由橡胶制成。可在弹性层233的外表面上添加调色剂附着防止层235。

定影辊隙扩大单元250包括：辅助加压元件251，安装在加压辊230的一侧，并通过与加热辊210的外表面接触来形成第二定影辊隙P2；环状带253，沿着加压辊230和辅助加压元件251的外周移动，比如沿着履带(caterpillartrack)移动；弹性单元255，弹性地使加压辊230和辅助加压元件251偏向加热辊210。

辅助加压元件251包括：支撑体251a，具有板形，并通过与加热辊210的外表面接触来形成预定的辊隙；弹性体251b，附于支撑体251a的与加热辊210相对的一面上。

支撑体251a包括：辊隙形成单元251a′，与加热辊210相对；带支撑单元251a″，以预定的角度θ(例如，90°＜θ＜180°)在辊隙形成单元251a′的一侧弯曲并支撑环状带253。辊隙形成单元251a′以预定角度θ弯曲，以通过使压力从第一定影辊隙P1向第二定影辊隙P2增大来防止相对于加热辊210的不连续。

弹性体251b可包括任何适合的弹性材料，比如硅橡胶、聚氨酯(urethane)或泡沫树脂。支撑体251a可包括能够承受环状带253的张力的坚固的材料或刚性材料，可以是比如金属或高分子物质的材料。即，支撑体251a应该由足够坚固的材料制成，以使得当由环状带施加张力时支撑体不弯曲或翘曲。术语“高分子物质”指高分子量的物质比如有机高分子量聚合物。如果支撑体251a通过环状带253与加热辊210直接接触，则支撑体251a可以由金属制成以提供快速的热响应。

辅助加压元件251安装在定影辊隙P1的上游。如这里所使用的，术语“上游”和“下游”是相对于当记录介质如图5中的箭头B所示被供给定影装置时记录介质移动的方向来使用的。优选地，但不是必要地，加压辊230和辅助加压元件251布置的方式是使压力不对称地分布。例如，加压元件230对加热辊210的压力可大于辅助加压元件251对加热辊210的压力，使得有利于记录介质113的排出和传送。为了为所选择的压力作准备，可以选择弹性单元255的不同部分的弹性系数，如将在下文中所描述的。例如，加压辊230处的压力可被设置为6～12Kgf，辅助加压元件251处的压力可被设置为3～5Kgf。

环状带253包括基层253a和附于基层上253a的一面上的弹性层253b。作为非限制性的示例，基层253a可包括高分子物质或金属。术语“高分子物质”指高分子量的物质例如有机高分子量聚合物。作为非限制性的示例，弹性层253b可以是橡胶。

作为非限制性的示例，聚酰亚胺(PI)和聚醚醚酮(PEEK)可以被用作所述高分子物质。作为非限制性的示例，Ni、Ni合金、不锈钢、Al、Al合金、Cu和Cu合金可以被用作所述金属。

当构造环状带253时，调色剂附着防止层253c可以设置在弹性层253b的外表面上。调色剂粘着防止层253c可包括高分子物质比如全氟烷氧基树脂(perfluoro alkoxyl，PFA)。

弹性单元255包括：第一弹簧255a，将加热辊210的轴216与加压辊253连接；第二弹簧255b，将加热辊210的轴216与辅助加压元件251连接。拉力弹簧可用作第一弹簧255a和第二弹簧255b。

在图6中示出弹性元件255的另一实施例。

参照图6，弹性单元255包括：第一支撑弹簧255a′，通过其一端连接到加压辊230的轴，以弹性地将加压辊230向加热辊210支撑；第二支撑弹簧255b′，通过其一端连接到辅助加压元件251，以弹性地将辅助加压元件251向加热辊210支撑。在这种情况下，第一支撑弹簧255a′的另一端和第二支撑弹簧255b′的另一端由专用的支撑单元(未示出)固定。

现在将描述上述构造的定影装置的操作。

图7是示出了相对于由定影装置形成的扩大的定影辊隙的压力分布的曲线图。

在开始定影工序之前，将定影辊隙加热到预定的定影温度，以便定影调色剂图像113a。出于这个原因，来自热源211比如卤素灯的辐射热被传输到内管213，从而将弹性层215加热并保持在预定的定影温度。为了控制加热辊210，温度传感元件可接触式地或非接触式地安装在加热辊210的外表面上。可选择地，温度传感元件可接触式地或非接触式地安装在环状带253的内表面上。

当定影辊隙处达到定影温度时，环状带253与加热辊210或加压辊230结合起来运行。记录介质113顺序地穿过第二定影辊隙P2和第一定影辊隙P1，转印到记录介质113上的调色剂图像113a被加热并定影。这里，由于辅助加压元件251的支撑体251a以预定的角度倾斜，所以在记录介质113和加热辊210之间不发生间断。第二定影辊隙P2和第一定影辊隙P1一起形成扩大的定影辊隙，使得记录介质113在定影辊隙处可停留较长的时间。同时，由于可以将加压辊230处的压力设计成大于辅助加压元件251处的压力，如图7中所示，所以承载调色剂图像113a的记录介质113的被印刷的面可被容易地分离，而不向加热辊210卷起。(发生卷卡的可能性减小。)

根据上述的定影装置，利用带系统可使定影辊隙的宽度增大，并且没有必要使用过大尺寸的辊，从而实现装置的小型化。此外，通过使用简单构造的加压元件，可以有成本效益地来实现定影辊隙的宽度的增大。

此外，当定影辊隙增大时，记录介质在定影辊隙处的停留时间增长，从而提高了印刷质量。此外，通过将定影温度设置得低可以缩短加热时间。

定影辊隙处的较低的定影温度和较低的压力延长了组成部件的使用寿命。

此外，通过不对称地施加辅助加压元件的压力，可以在定影辊隙的出口处容易地分离出记录介质而不造成卷卡。此外，防止辅助加压元件的变形，从而延长了设备的使用寿命。

虽然已经示出和描述了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本发明的原则和精神的情况下，可以对实施例进行改变，其中，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (34)

1、一种定影装置，包括：

加热辊；

加压辊，通过与所述加热辊的外表面接触来形成第一定影辊隙；

辅助加压元件，安装在所述加压辊的一侧，通过与所述加热辊的外表面接触来形成第二定影辊隙；

环状带，环绕所述加压辊和所述辅助加压元件的外周；

弹性单元，弹性地将所述加压辊和所述辅助加压元件偏向所述加热辊，

其中，所述辅助加压元件包括支撑体，所述支撑体具有板形。

2、如权利要求1所述的定影装置，其中，所述加压辊和所述支撑体彼此相邻，使得所述第一定影辊隙和所述第二定影辊隙一起形成扩大的定影辊隙。

3、如权利要求1所述的定影装置，其中，所述环状带沿着履带移动。

4、如权利要求1所述的定影装置，其中，所述辅助加压元件包括弹性体，所述弹性体附于所述支撑体的与所述加热辊相对的一面上。

5、如权利要求1所述的定影装置，其中，所述支撑体包括辊隙形成单元和带支撑单元，所述带支撑单元在所述辊隙形成单元的一侧弯曲预定的角度以支撑所述环状带。

6、如权利要求4所述的定影装置，其中，所述弹性体由硅橡胶、聚氨酯和泡沫树脂中的一种制成。

7、如权利要求1所述的定影装置，其中，所述支撑体由能够承受所述环状带的张力的刚性材料制成。

8、如权利要求7所述的定影装置，其中，所述刚性材料包括金属和高分子物质中的一种。

9、如权利要求1所述的定影装置，其中，施加到所述加压辊和所述辅助加压元件的压力不对称地分布。

10、如权利要求9所述的定影装置，其中，根据记录介质移动通过所述定影装置的方向，施加到记录介质的排出侧的辊隙压力，大于施加到所述记录介质的进入侧的辊隙压力。

11、如权利要求1所述的定影装置，其中，根据记录介质移动通过所述定影装置的方向，所述辅助加压元件位于所述第一定影辊隙的上游。

12、如权利要求9所述的定影装置，其中，施加到所述加压辊的压力大于施加到所述辅助加压元件的压力。

13、如权利要求9所述的定影装置，其中，选择施加到所述加压辊的压力和施加到所述辅助加压元件的压力，使得在定影装置运行期间印刷介质的卷卡的可能性降低。

14、如权利要求1所述的定影装置，其中，所述弹性单元包括：

第一弹簧，连接所述加热辊的轴和所述加压辊；

第二弹簧，连接所述加热辊的轴和所述辅助加压元件。

15、如权利要求1所述的定影装置，其中，所述弹性单元包括：

第一支撑弹簧，连接到所述加压辊的轴，以弹性地将所述加压辊偏向所述加热辊；

第二支撑弹簧，连接到所述辅助加压元件，以弹性地将所述辅助加压元件偏向所述加热辊。

16、如权利要求1所述的定影装置，其中，所述加压辊包括：内管，由刚性材料制成；弹性层，在所述内管的外表面上；调色剂附着防止层，在所述弹性层的外表面上。

17、如权利要求1所述的定影装置，其中，所述加热辊包括：内管，由刚性材料制成；弹性层，在所述内管的外表面上；调色剂附着防止层，在所述弹性层的外表面上。

18、一种成像设备，包括：

至少一个光导鼓，其上形成有预定的静电潜影；

至少一个成像单元，将形成在所述至少一个光导鼓上的所述静电潜影显影为可见图像；

转印单元，面对所述至少一个光导鼓，以将形成在所述至少一个光导鼓上的所述可见图像转印到记录介质上；

定影单元，对通过所述转印单元转印到所述记录介质上的图像加热并加压，

其中，所述定影单元包括：

加热辊；

加压辊，通过与所述加热辊的外表面接触来形成第一定影辊隙；

辅助加压元件，安装在所述加压辊的一侧并通过与所述加热辊的外表面接触来形成所述第二定影辊隙；

环状带，沿着环绕所述加压辊和所述辅助加压元件的外周的履带移动；

弹性单元，弹性地将所述加压辊和所述辅助加压元件偏向所述加热辊，

其中，所述辅助加压元件包括支撑体，所述支撑体具有板形。

19、如权利要求18所述的成像设备，其中，所述加压辊和所述支撑体彼此相邻，使得所述第一定影辊隙和所述第二定影辊隙一起形成扩大的定影辊隙。

20、如权利要求18所述的成像设备，其中，所述环状带沿着履带移动。

21、如权利要求18所述的成像设备，其中，所述辅助加压元件包括弹性体，所述弹性体附于所述支撑体的与所述加热辊相对的一面。

22、如权利要求18所述的成像设备，其中，所述支撑体包括辊隙形成单元和带支撑单元，所述带支撑单元在所述辊隙形成单元的一侧弯曲预定角度，以支撑所述环状带。

23、如权利要求21所述的成像设备，其中，所述弹性体由硅橡胶、聚氨酯和泡沫树脂中的一种制成。

24、如权利要求18所述的成像设备，其中，所述支撑体由能够承受所述环状带的张力的刚性材料制成。

25、如权利要求24所述的成像设备，其中，所述刚性材料包括金属和高分子物质中的一种。

26、如权利要求18所述的成像设备，施加到所述加压辊和所述辅助加压元件的压力不对称地分布。

27、如权利要求26所述的成像设备，其中，根据记录介质移动通过所述定影装置的方向，施加到所述记录介质的排出侧的辊隙压力大于施加到所述记录介质的进入侧的辊隙压力。

28、如权利要求18所述的成像设备，其中，根据记录介质移动通过所述定影装置的方向，所述辅助加压元件位于所述第一定影辊隙的上游。

29、如权利要求26所述的成像设备，其中，施加到所述加压辊的压力大于施加到所述辅助加压元件的压力。

30、如权利要求26所述的成像设备，其中，选择施加到所述加压辊的压力和施加到所述辅助加压元件的压力，使得在所述定影装置运行期间印刷介质的卷卡的可能性降低。

31、如权利要求18所述的成像设备，其中，所述弹性单元包括：

第一弹簧，连接所述加热辊的轴和所述加压辊；

第二弹簧，连接所述加热辊的轴和所述辅助加压元件。

32、如权利要求18所述的成像设备，其中，所述弹性单元包括：

第一支撑弹簧，连接到所述加压辊的轴，以弹性地将所述加压辊偏向所述加热辊；

第二支撑弹簧，连接到所述辅助加压元件，以弹性地将所述辅助加压元件偏向所述加热辊。

33、如权利要求18所述的成像设备，其中，所述加压辊包括：内管，由刚性材料制成；弹性层，在所述内管的外表面上；调色剂附着防止层，在所述弹性层的外表面上。

34、如权利要求18所述的成像设备，其中，所述加热辊包括：内管，由刚性材料制成；弹性层，在所述内管的外表面上；调色剂附着防止层，在所述弹性层的外表面上。

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